経験豊富な PCB 設計者は、ネットワーク トランス周辺の回路設計がイーサネット インターフェイスの全体的な安定性とパフォーマンスに直接影響を与えることを理解しています。
ギガビット イーサネット PCB 設計では、ネットワーク トランスのレイアウトと配線が信号の完全性と EMC 性能を決定するために重要です。ネットワークトランスとその差動信号の処理を最適化することで、データ伝送の信頼性が向上するだけでなく、電磁干渉が大幅に低減され、コンプライアンステスト中の製品認定率が向上します。
ネットワークトランスのレイアウト戦略
正確な位置決めは、ネットワークトランスのレイアウトの主要原則として機能します。研究データによると、変圧器は RJ45 コネクタのできるだけ近くに配置する必要があり、信号の減衰と電磁干渉を効果的に低減するには、推奨距離は通常 25 mm 以内に維持されます。
立ち入り禁止ゾーンは、変圧器の下の必須要件を表します。ネットワークトランスの下のすべての層には、無効な領域を組み込んで、配線禁止領域を作成する必要があります。 IPC-2252 規格に従って、この設計アプローチは、磁気結合の影響を軽減しながら、トランスとリファレンス プレーン間の寄生容量を削減します。
グラウンディングの方法論には同様の注意が必要です。変圧器のグランドリターンネットワークには、推奨幅 15 ミル以上の太い配線を介した接続が必要です。シャーシ グランドとデジタル グランド間の接続では、低インピーダンスのリターン パスを確保するために、接地点に少なくとも 3 つのビア接続を備えた幅広のトレースを使用する必要があります。
ギガビットイーサネットの差動信号の完全性
差動ペア配線は、ギガビット イーサネット設計の中核を形成します。 PCB レイアウトの Rx± および Tx± 差動ペアは、長さの不一致を 5 ミル以内に制御して、短い距離で並列の等しい長さの配線を維持する必要があります。最適な性能を達成するには、差動インピーダンスを 100Ω ±10% に厳密に維持する必要があります。
ビア管理は高速信号にとって重要であることがわかります。ギガビット イーサネット差動回線のレイヤが変更される場合、ビア数は 2 を超えてはなりません。各層の移行では、インピーダンスの不連続性と信号反射を低減するために、200 ミル以内にリターン グランド ビアを追加する必要があります。 IPC-2141 規格では、最適化された差動ビア設計により、伝送損失を低減しながら信号の完全性が大幅に向上することが注目されています。
終端コンポーネントの配置は特定のルールに従います。差動信号終端抵抗 (通常 49.9Ω) は、PHY チップの Rx ピンと Tx ピンの近くに配置する必要があります。このレイアウトは、波形の完全性を確保しながら、信号の反射を効果的に抑制します。高周波減衰とEMI性能を最適化するには、コモンモードチョークとコンデンサをネットワーク変圧器の近くに配置する必要があります。
接地とシールドの技術
変圧器領域では、分割戦略が特に重要になります。変圧器の両側には接地分割が必要です。RJ45 コネクタと変圧器の 2 次コイルは独立した絶縁接地を採用しています。絶縁バリアの幅は少なくとも 100 ミルである必要があり、このエリア内に電源プレーンまたはグランド プレーンを配置することはできません。
統合された磁気コンポーネントにより、レイアウトの課題が簡素化されます。統合変圧器を備えた RJ45 コネクタを使用すると、接地分割の手順を省略できます。ただし、コネクタ シェルは連続したグランド プレーンに接続し、コモンモード電流の低インピーダンス パスを提供する必要があります。
プレーンの完全性の維持は、信号リターン パスにとって依然として重要です。変圧器の下の必要な空隙領域とは別に、グランドプレーンの連続性を維持し、他の信号が変圧器領域を横切るのを防ぐ必要があります。 IPC-2221B ガイドラインでは、連続グランド プレーンがループ領域と電磁放射を削減しながら最適なリターン パスを提供することを示しています。
IEEE 802.3ab 規格によれば、ギガビット イーサネット インターフェイス PCB 設計の認定率は、ネットワーク トランスの取り扱い品質と直接相関しています。専門的にレイアウトされたボードは、シグナル インテグリティ テストで優れたパフォーマンスを示し、ビット エラー レートが 10⁻¹² 以下に低減される可能性があります。信頼できる PCB サプライヤーを求める設計者にとって、ネットワーク変圧器領域の処理能力を評価することは、技術的能力の重要な指標として役立ちます。
*参照元: [1] IPC-2221B リジッドプリント基板設計標準 [2] IPC-2141A 高速制御インピーダンス回路設計ガイド [3] IEEE 802.3ab ギガビットイーサネット規格 [4] IPC-2252 RF/マイクロ波回路基板設計ガイド*