PCB設計でインピーダンスを制御することが本当に重要なのはなぜですか?

毎日、PCB 設計とコンポーネントはより小さく、より高速になっています。つまり、ますます複雑になっています。ここで、主要なネットワークとルート、インピーダンス、および回路基板が信号性能にどのように影響するかを理解することが重要です。

単純な相互接続配線と導体の時代は終わりました。現在、回路の速度は向上しており、GHz 帯の信号は非常に一般的です。したがって、ルーティングの制御されたインピーダンスは、シグナルインテグリティと回路基板のパフォーマンスにおいて重要な役割を果たします。

この記事では、次のトピックについて説明します。

制御インピーダンス (CI) とは何ですか?

1.1 なぜ制御されたインピーダンスが必要なのですか?

1.2 制御インピーダンスに影響を与える要因

1.3 CI ではなく回路基板の誘電体を指定した方がよいのはなぜですか?

1. 制御インピーダンスとは?

制御されたインピーダンスは、PCB 配線とそれに関連する基準面によって形成される伝送ラインの特性インピーダンスです。これは、高周波信号が PCB 伝送ラインを伝搬する場合に重要です。 CI は、信号の完全性の問題を解決するために非常に重要です。つまり、信号が歪みなく送信されます。

回路のインピーダンスは、PCB の物理的なサイズと誘電材料に依存します。単位はオーム（Ω）です。インピーダンス制御を必要とする PCB 伝送ラインのタイプは、シングルエンドマイクロストリップ、シングルエンドストリップライン、マイクロストリップ差動ペア、ストリップライン差動ペア、組み込みマイクロストリップ、コプレーナ (シングルエンドおよび差動) です。

1.1 なぜ制御されたインピーダンスが必要なのですか?

一般に、高速デジタルアプリケーション (RF 通信、電気通信、100MHz を超える信号周波数を使用する信号計算、高速信号処理、および DDR、HDMI、Gigabit Ethernet などの高品質アナログビデオなど) に使用される PCB 用）、制御されたインピーダンスなどが必要になります。

高周波では、PCB 上の信号ルーティングは伝送線路のようなものであり、信号ルーティングパスの各ポイントにインピーダンスがあります。インピーダンスがあるポイントから別のポイントに変化すると、信号の反射が発生し、そのサイズは 2 つのインピーダンスの差に依存します。差が大きいほど、反射が大きくなります。この反射は信号とは逆方向に進行します。つまり、反射信号が主信号に重畳されます。

circuit board

その結果、元の信号が歪んでしまいます。送信機から送信される信号は、受信機に到達すると変化します。歪みが大きすぎて、信号が必要な機能を果たさない場合があります。したがって、歪みのない信号伝送を行うために、PCB 信号配線は、反射による信号歪みを最小限に抑えるために、統一された制御されたインピーダンスを持つ必要があります。これは、PCB ルーティングのシグナルインテグリティを改善するための最初のステップです。理解を深めるために、PCB 設計における高速信号の影響をお読みください。

PCB 上の均一な伝送ラインは、決められた配線幅と高さを持ち、リターンパスの導体 (通常は信号配線から一定の距離にあるプレーン) から均一な距離を持ちます。

1.2 制御インピーダンスに影響を与える要因

PCB のインピーダンス許容誤差に影響を与える要因には、材料中の樹脂含有率、樹脂の Dk 値、使用されるガラスクロスの種類、およびトレースの高さと上部と下部の幅など、その他の物理的な PCB 許容誤差が含まれます。トレース。 PCB設計（銅パターン、穴パターン、最終的な材料の厚さ）を提供すると、銅層を単一の回路基板にラミネートします. お客様の PCB を正しいパターンサイズと位置で、一定の公差で製造します。メーカーが寸法、位置、およびエッチングされた機能の正しい許容範囲を提供していることを確認する必要があります。そうしないと、ボードが互いに異なってしまい、パフォーマンス関連の問題をデバッグすることが非常に困難になります。

1.3 CI ではなく回路基板の誘電体を指定した方がよいのはなぜですか?

配線のインピーダンスは、ボードで使用される PCB 材料によっても定義されます。材料の誘電率と、特定のパラメータに基づく予想されるインピーダンスは、制御された誘電率と呼ばれます。数学が好きなら、制御誘電法を使用して目的のインピーダンスを制御できます。計算が完了すると、工場で必要な銅層間の誘電体スペースを指定できます。次に、正しい配線とスペースを使用して配線を配置します。

この場合、制御された誘電体板ではなく、制御されたインピーダンス板を使用する方が適切です。制御された誘電体の場合、使用するガラスクロスの種類を指定しますか? 素材中の樹脂の割合は？そうしないと、製造元が何を使用しているかを判断できません。また、配線幅が許容範囲内であることを確認していますか? 制御された誘電体プレートを使用する必要がある場合は、負担がかかります。回路基板アセンブリおよび回路基板処理メーカーは、主要なネットワークとルーティング、インピーダンス、および回路基板が信号性能に与える影響について説明し、理解しています。