PCB レイアウトでのインピーダンス整合と 0 オーム抵抗

PCB レイアウトでのインピーダンス整合と 0 オーム抵抗

1. インピーダンス整合とは、信号源または伝送ラインと負荷の間の適切な整合モードを指します。 アクセスモードに応じて、シリアルとパラレルの 2 つのインピーダンス整合モードがあります。 信号源の周波数インピーダンス整合に応じて、低周波と高周波に分けることができます。

(1) 高周波信号は一般に直列インピーダンス整合を使用します。 直列抵抗の抵抗値は 20 ～ 75 Ω で、信号周波数に比例し、PCB 配線幅に反比例します。 組み込みシステムでは、一般に、信号の周波数が 20M を超え、PCB 配線の長さが 5cm を超える場合、システム内のクロック信号、データ、アドレス バス信号などのシリアル マッチング抵抗を追加する必要があります。 直列整合抵抗には 2 つの機能があります。

◆ 高周波ノイズとエッジ オーバーシュートを低減します。 信号のエッジが非常に急峻な場合、多くの高周波成分が含まれており、干渉を放射します。 また、オーバーシュートが発生しやすい。 直列抵抗、信号ラインの分布容量、および負荷入力容量によって RC 回路が形成され、信号エッジの急峻さが低下します。

◆ 高周波反射や自励発振を抑えます。 信号の周波数が非常に高い場合、信号の波長は非常に短くなります。 伝送線路の長さに合わせて波長が十分に短い場合、元の信号に反射信号が重畳されると、元の信号の形状が変化します。 伝送線路の特性インピーダンスが負荷インピーダンスと等しくない（つまり整合しない）と、負荷端で反射が起こり、自励発振を引き起こします。 PCB ボード内の配線の低周波信号を直接接続することができ、一般に直列整合抵抗を追加する必要はありません。

(2) 並列インピーダンス整合は「終端インピーダンス整合」とも呼ばれます。 主に伝送ケーブルとのインピーダンス整合を基準に、入出力インターフェースで一般的に使用されます。 たとえば、LVDS と RS422/485 は、カテゴリ 5 ツイストペア入力端子の整合抵抗 100 ～ 120 Ω を使用します。 映像信号に使用される同軸ケーブルの整合抵抗は 75 Ω または 50 Ω、使用されるフラット ケーブルの整合抵抗は 300 Ω です。 並列整合抵抗の抵抗値は、長さではなく、伝送ケーブルの媒体に関連しています。 その主な機能は、信号の反射を防ぎ、自励発振を減らすことです。

インピーダンス整合により、システムの EMI 性能が向上することに注意してください。 さらに、インピーダンス整合を解決するために、直列/並列抵抗を使用することに加えて、トランスを使用して、イーサネット インターフェイス、CAN バスなどのインピーダンス変換を行うこともできます。

2. 0オーム抵抗の機能

(1) 最も簡単なのは、ジャンパーとして使用することです。 線の一部が使用されていない場合、抵抗は (外観に影響を与えずに) 直接溶接できません。

(2) 整合回路のパラメータが不明な場合は、代わりに 0 オームを使用する。 実際のデバッグ中にパラメータを決定し、代わりに特定の値を持つコンポーネントを使用する必要があります。

(3)回路の一部の動作電流を測定する場合は、0 オームの抵抗を取り外して電流計を接続すると、電流測定が容易になります。

(4) 配線の際、どうしても結線が無理な場合は、0Ωの抵抗を追加してブリッジすることもできます。

（5）高周波信号ネットワークでは、インダクタまたはコンデンサとして機能します（インピーダンスマッチングのために、0オームの抵抗にもインピーダンスがあります！）。 主に、インダクタとして機能するときの EMC 問題を解決するために使用されます。

(6) アナログ接地とデジタル接地の共通接地など、一点接地。

(7) 構成回路は、ジャンパとダイヤル スイッチを置き換えることができます。 ユーザーがランダムに設定を移動することがありますが、これは誤解を招きやすいものです。 保守費用を削減するために、0 オームの抵抗を使用して、ボード上のジャンパーやその他の溶接を置き換えます。

(8) システムのコミッショニングの場合、たとえば、システムはいくつかのモジュールに分割され、モジュール間の電源は 0 オームの抵抗によってグランドから分離されます。 試運転中に電源または接地の短絡が見つかった場合、0 オームの抵抗を除去して検索範囲を狭めることができます。

上記の機能は「磁気ビーズ」に置き換えることもできます。 0 オーム抵抗の機能は磁気ビーズの機能と多少似ていますが、本質的な違いがあります。 前者はインピーダンス特性、後者は誘導性インピーダンス特性です。 磁気ビーズは、一般に電源および接地ネットワークで使用され、フィルタリング機能を備えています。 回路基板設計者と回路基板プロセッサは、PCB レイアウトのインピーダンス マッチングと 0 オーム抵抗について説明します。