PCB インピーダンス制御

としてプリント基板 信号スイッチング速度は増加し続けているため、今日の PCB 設計者は PCB 配線のインピーダンスを理解し、制御する必要があります。最新のデジタル回路の信号伝達時間が短縮され、クロック レートが向上したことにより、PCB トレースはもはや単純な接続ではなく、伝送ラインになりました。

実際には、1ns を超えるデジタル限界速度または 300Mhz を超えるアナログ周波数でトレース インピーダンスを制御する必要があります。 PCB トレースの重要なパラメータの 1 つは、その特性インピーダンス (信号伝送ラインに沿って伝わる波の電圧と電流の比) です。プリント回路基板の導体の特性インピーダンスは、特に回路基板設計の重要な指標です。プリント基板設計高周波回路の場合、導体の特性インピーダンスと、要求される機器や信号の特性インピーダンスが一致するかどうかを考慮する必要があります。これには、インピーダンス制御とインピーダンス整合という 2 つの概念が関係します。この記事では、インピーダンス制御とスタッキング設計の問題に焦点を当てます。

インピーダンス制御では、回路基板内の導体はさまざまな信号伝送を行い、その伝送速度を向上させ、その周波数を改善する必要があり、エッチングによる場合は線路自体、積層層の厚さ、導体の幅も改善する必要があります。などのさまざまな要因により、インピーダンスが変化し、信号が歪みます。そのため、高速回路基板内の導体は、そのインピーダンス値を一定の範囲内に制御する必要があり、これを「インピーダンス制御」といいます。

プリント基板 トレースのインピーダンスは、その誘導性および容量性インダクタンス、抵抗、導電率によって決まります。 PCB トレースのインピーダンスに影響を与える要因は、銅線の幅、銅線の厚さ、誘電体の誘電率、誘電体の厚さ、パッドの厚さ、アース線の経路、トレース周囲のトレースなどです。 PCB インピーダンス範囲は25から120オームです。

実際には、1ns を超えるデジタル限界速度または 300Mhz を超えるアナログ周波数でトレース インピーダンスを制御する必要があります。 PCB トレースの重要なパラメータの 1 つは、その特性インピーダンス (信号伝送ラインに沿って伝わる波の電圧と電流の比) です。プリント回路基板の導体の特性インピーダンスは、回路基板設計の重要な指標であり、特に高周波回路の PCB 設計では、導体の特性インピーダンスとデバイスまたは信号が必要とする特性インピーダンスを考慮する必要があります。一致するかどうかにかかわらず、同じです。これには、インピーダンス制御とインピーダンス整合という 2 つの概念が関係します。この記事では、インピーダンス制御とスタッキング設計の問題に焦点を当てます。

インピーダンス制御では、回路基板内の導体はさまざまな信号伝送を行い、その伝送速度を向上させ、その周波数を改善する必要があり、エッチングによる場合は線路自体、積層層の厚さ、導体の幅も改善する必要があります。などのさまざまな要因により、インピーダンスが変化し、信号が歪みます。そのため、高速回路基板内の導体は、そのインピーダンス値を一定の範囲内に制御する必要があり、これを「インピーダンス制御」といいます。

プリント基板 トレースのインピーダンスは、その誘導性および容量性インダクタンス、抵抗、導電率によって決まります。 PCB トレースのインピーダンスに影響を与える要因は、銅線の幅、銅線の厚さ、誘電体の誘電率、誘電体の厚さ、パッドの厚さ、アース線の経路、トレース周囲のトレースなどです。 PCB インピーダンス範囲は25から120オームです。実際には、PCB 伝送ラインは通常、ワイヤ トレース、1 つ以上の基準層、および絶縁材料で構成されます。トレースと層は制御インピーダンスを形成します。 PCB は多層になることが多く、制御インピーダンスはさまざまな方法で構築できます。ただし、どのような方法を使用する場合でも、インピーダンスの値はその物理構造と絶縁材料の電子的特性によって決まります。

       信号トレースの幅と厚さ。

       トレースの両側のコアまたは事前に充填された材料の高さ。

       トレースと基板層の構成。

       コアとプレフィルド材料の絶縁定数。

       PCB 伝送ラインには、マイクロストリップとストリップラインという 2 つの主な形式があります。

       マイクロストリップ:

       マイクロストリップはリボン線で、片面のみに基準面を持ち、上面と側面が空気にさらされ（またはコーティングされ）、絶縁定数 Er 基板の表面上で電源またはグランド面を基準とする伝送線路を意味します。

       注：実際にはプリント基板の製造、基板メーカーは通常、PCB の表面を緑色のオイルの層でコーティングするため、実際のインピーダンス計算では、通常、表面マイクロストリップ ラインには次のモデルが使用されます。

       ストリップライン:

       ストリップラインは、以下の図に示すように、2 つの基準面の間に配置されたワイヤのストリップであり、H1 と H2 で表される誘電体の誘電率は異なる場合があります。

       上記の 2 つの例は、マイクロストリップ ラインとストリップラインの典型的な例にすぎません。積層マイクロストリップ ラインなど、さまざまな種類の特定のマイクロストリップ ラインとストリップラインがあり、それらはすべて特定の PCB の積層構造に関連しています。

       特性インピーダンスの計算に使用される方程式には、多くの場合、境界要素解析などのフィールド解決法を使用する複雑な数学的計算が必要です。そのため、特殊なインピーダンス計算ソフトウェア SI9000 を使用すれば、特性インピーダンスのパラメーターを制御するだけで済みます。

       絶縁層の誘電率 Er、配列の幅 W1、W2（台形）、配列の厚さ T、絶縁層の厚さ H。