基板設計・回路設計におけるSI／PI／EMCとノイズ対策のポイント

基板設計・回路設計におけるSI／PI／EMCとは

基板設計や回路設計において、SI（Signal Integrity）、PI（Power Integrity）、そしてEMC（Electromagnetic Compatibility）は非常に重要な要素です。
これらの要素は、電子機器の性能や信頼性、さらには製造コストにも直接影響を及ぼします。

SI（シグナルインテグリティ）とは

SIとは、信号の波形が設計通りに動作するかどうかを評価することを指します。
High-speedデジタル信号における反射、クロストーク、タイミングジッタなどの現象を管理しなければ、正常な動作は期待できません。

PI（パワーインテグリティ）とは

PIは、電源の安定性を保証することを指します。
電源電圧や電流が供給先でばらつかなければ、電子部品の動作も安定するからです。
供給電圧のばらつきは部品の誤動作を誘発し、信号伝送にも影響を与えます。

EMC（電磁両立性）とは

EMCは、電子機器が正常に動作し、他の機器へも干渉せず、逆に他の機器からも干渉を受けにくいことを指します。
これは電磁波の発生・放射制御における問題であり、法規制を満たすために非常に重要です。

ノイズ対策の重要性

基板設計では、ノイズが大きな問題となります。
特にデジタル回路とアナログ回路が混在する場合には、ノイズ対策がとても大切です。

ノイズの発生要因

ノイズは主に高速信号のスイッチング、電源の変動、雑音として発生します。
これを防ぐために、基板の造り方や回路の配置には気をつける必要があります。

アナログとデジタルの分離

アナログ信号とデジタル信号は、それぞれ異なる信号特性を持っています。
そのため、両者を適切に分離配置することが効果的な対策になります。
グラウンドプレーンの分割、フィルタリングの活用などが具体策です。

実務におけるノイズ対策のポイント

具体的なノイズ対策の実施には、設計段階で正しい対策を講じることが求められます。

バイパスコンデンサの活用

バイパスコンデンサは、電源ラインの高周波ノイズを吸収し、デバイスの動作安定化に寄与します。
デバイスの近くに配置することが推奨されます。

最適な配線

配線の径や長さを適切に選択することは、ノイズ対策において重要な要素です。
同一レイヤーでのクロストークを避けるため、配線の幅やスペースを十分に考慮する必要があります。

デザインルールチェック（DRC）の徹底

設計段階では、デザインルールチェック（DRC）を活用することで問題を未然に防ぐことができます。
DRCは設計の各ステップで行い、設計ミスを最小限に抑えるための重要な工程です。

自動チェックシステムの導入

自動チェックツールの導入は、人的エラーの減少や製造不良率の低減に貢献します。
これにより、製品の品質向上と製造コスト削減を実現可能です。

問題発見の早期化

DRCの導入により、設計段階で問題の早期発見が可能になります。
これにより設計の修正が容易となり、納期の遅延を防ぎつつ、製品の品質を向上させることができます。

まとめ

基板設計や回路設計におけるSI、PI、EMCの管理は、信頼性の高い電子機器を製造するための基礎です。
ノイズ対策はこれらと密接に関連しており、適切な設計やチェックを実施することで、製造コストを抑えつつ高品質な製品を提供することができます。
これらを総合的に考慮し、実践することで製造業の発展に寄与することができるでしょう。