Layout 가이드 - High Speed 배선 예시 모음

출처: High Speed Design Guide (protoexpress.com)

 

 

SiERRA Circuit 의 High-Speed PCB Design Guide 이다.

이 가이드에서 배선의 나쁜 예와 좋은 예 그림만 캡쳐해서 올린다.

 

High-Speed 의 기준이 동작주파수가 10MHz 일 수도 있고, 100MHz 일 수도 있다.

그래서 일반 저속 PCB 설계라도 아래 예시를 적용하여 설계해도 나쁠 건 없을 듯 하다.

 

 

디퍼런셜 배선할 때 대칭 모양으로 배선하기.

 

 

 

디퍼런셜 배선 사이에 부품이나 비아가 들어가지 않도록 하기.

 

 

 

디퍼런셜 배선의 커플링 커패시터도 대칭으로 배치하기.

 

 

 

신호선 아래층에 판(plane)이 있다. 판 안에 들어오게 배선하기.

 

 

 

배선 길이를 맞출 때는 비대칭 쪽에서 꼬아서 길이 맞추기.

 

 

 

디퍼런셜 배선에서 굽어진 부분에서 배선을 꼬아서 길이 맞추기.

 

 

 

디퍼런셜 배선이 다른 층에도 배선되면 각 층에서 라인 길이를 맞추어 줘야 한다.

 

 

 

 

신호선 아래에 판(plane)이 분리되어 있다. 분리된 판을 가로질러 배선하지 않는다. 배선이 돌아가더라도 같은 판 위에서 배선한다.

 

 

 

분리되 판 위에 배선할 땐 스티칭 커패시터가 필요하다. 커패시터를 추가하려면 회로에서 추가해야 되니 회로 작업 양이 늘어난다. 분리된 판이 그라운드라면 커패시터 보다는 그라운드를 서로 배선으로 다리처럼 연결하는 것이 더 나을 수 있다. 

 

 

 

 

하나의 판에서 분리된 공간 위로 신호선을 배선할 때 스티칭 커패시터가 필요하다.

 

 

 

 

보드 층 수는 4층이다. 신호선을 Top에서 Bottom으로 배선 할 때, 그라운드 비아를 신호 비아 옆에 배치한다. 그러면 레퍼런스가 깨지지 않는다.

 

 

 

 

 

비아로 인해 판의 전류가 흐르는 길을 막지 않도록 한다. 비아 간격을 넓혀서 전류 흐름을 원활하게 해준다. 

 

 

 

 

90도 배선을 하지 않는다. 135도 배선으로 배선각을 넓혀준다.

 

 

 

배선을 꼬을 때는 간격을 그림과 같이 넓혀준다.

 

 

 

 

신호선과 신호선 간격을 가능한 떨어뜨려 배선한다. 좁은 공간을 빠져나오면 가능한 이격시켜 배선한다.

 

 

 

배선할 때 나무가지처럼 삐죽 나오는 배선이 없게 한다. 오른쪽 그림과 같이 부품 패드를 통과하여 배선한다. 

 

 

 

디퍼런셜 배선 시 대칭형으로 배선하기.

 

 

 

디퍼런셜 배선 안쪽에 부품이나 비아 넣지 않기.

 

 

 

디퍼런셜 배선 시 연결된 부품은 대칭으로 배치하기.

 

 

 

디퍼런셜 배선 시 비아도 대칭으로 배치하기.

 

 

 

디퍼런셜 배선 시 같은 층에 배선하고 같은 수의 비아 사용하기.

 

 

 

디퍼런셜 배선 시 비대칭 부분에서 배선 길이 맞추기.

 

 

 

굽어진 부분에서 꼬아서 길이 맞추기.

 

 

 

굽어진 두 부분의 거리가 15mm 이하이면 길이조정은 안해도 된다 는 것 같은데 그렇다라고 추측해본다.

 

 

 

디퍼런셜 배선이 다른 층에도 배선되면 각 층에서 라인 길이를 맞추어 줘야 한다.

 

 

 

같은 인터페이스의 쌍 신호선들은 되도록이면 같은 층에 배선한다. 

 

 

 

 

중요한 부분이다. 배선이 패드에 딱 맞게 배선되지 않고 왼쪽 그림처럼 찌끄레기가 남으면 신호선 길이가 그만큼 차이가 나게 된다. 이런 부분은 에러체크가 잘 안되는 부분이다. 그래서 설계자가 육안으로 확인하여 오른쪽 그림과 같이 찌꺼기 배선이 없도록 해야 한다.

 

 

 

BGA 핀에서 디퍼런셜 배선이 빠져나올 때 대칭으로 배선하기.

 

 

 

디퍼런셜 배선 시 왼쪽 그림처럼 하기 보다는 오른쪽 그림처럼 배선하는 것이 낫다.

 

 

 

 

고속 신호는 전류의 귀환 경로가 신호선 바로 아래이다. 그래서 레퍼런스층이 필요하고 이 개념을 잘 알고 있어야 한다. 

 

 

 

분리된 판 위를 배선할 때 스티칭 커패시터를 배치하여 신호의 귀환 경로가 연결되도록 한다. 

 

 

 

 

하나의 판이더라도 분리된 공간 위로 신호선을 배선한다면 스티칭 커패시터를 포함시켜야 한다.

 

 

 

 

비아로 인해 그라운드 판이 막혔다. 그래서 전류 귀환 경로가 멀리 돌아가게 되었다. 오른쪽 그림과 같이 비아 간격을 넓혀 전류 경로가 신호선 바로 아래로 지나가게 해야 한다.

 

 

 

 

전류 귀환 경로를 고려해 그라운드 비아를 배치해야 한다. 오른쪽 그림을 참조하여 적용하자.

 

 

 

 

전원 판을 레퍼런스로 사용할 땐 스티칭 커패시터를 적용시켜줘야 한다.

 

 

 

 

4층 기판이다. 신호선은 1층에서 4층으로 비아를 통해 지나간다. 2층과 3층은 그라운드 층이다. 이 때 왼쪽 그림처럼 그라운드 비아가 없으면 2층과 3층 레퍼런스가 연결되지 않아 신호 귀환 경로가 깨진다. 오른쪽 그림처럼 그라운드 비아를 신호 비아 옆에 배치해서 귀환 경로가 이어지도록 설계해야 한다. 

 

 

 

 

2층은 그라운드 판이고 3층은 전원 판일 경우 설계 방법이다. 오른쪽 그림을 참조하자. 신호 비아 옆에 스티칭 커패시터를 배치하고 그라운드 비아와 전원 비아를 박았다.

 

 

 

 

고속신호는 판 바깥이나 분리된 지역 위를 지나가면 안된다. 오른쪽 그림과 같이 배선하자.

 

 

 

 

빨간 부분이 디지털 쪽이고 파란 부분이 아날로그 쪽이다. 각 영역을 분리하여 배치하고 그라운드 및 전원 판도 주의하여 분리하자.

 

 

 

 

디지털 신호선이 아날로그 그라운드 판 위를 지나가면 안된다. 돌아가더라도 디지털은 디지털에 배선하자. 고속 신호의 전류 귀환 경로는 신호선 바로 아래이다.

 

 

 

 

디지털 부품과 아날로그 부품은 분리해서 배치. 가상의 판으로 분리? 그림을 잘 참조하자.

 

 

 

 

디지털 신호는 가상의 아날로그 그라운드를 가로지르면 안된다. 오른쪽 그림처럼 배선하기. 

가상의 그라운드란 무엇인지 확인이 필요하다.

 

 

 

 

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PDF 파일 안에 있는 내용을 확인해 보았다. 양이 많다. 중복되는 그림도 있긴 하지만.

고속 신호에서 전류 귀환 경로 즉 리턴패스에 대한 이해가 필요하다.

그리고 레퍼런스 층에 대한 이해 또한 필요하다.

그림을 잘 보고 참조하는 것만으로도 PCB 설계에 적절한 가이드가 될 듯 하다.