PCB 設計は、インピーダンスの不連続性の問題をどのように解決しますか?

以下より、インピーダンスの不連続性の問題をPCB設計で解決する方法をご紹介します。

インピーダンスとは？

まず、いくつかの概念を明確にします。 よく見かけるインピーダンス、特性インピーダンス、瞬時インピーダンス。 厳密に言えば、これらは異なりますが、依然としてインピーダンスの基本的な定義です。

a) 伝送線路の始点における入力インピーダンスは、略してインピーダンスと呼ばれます。

b) 信号が常に遭遇するタイムリーなインピーダンスは、瞬時インピーダンスと呼ばれます。

c) 伝送線路の瞬時インピーダンスが一定の場合、伝送線路の特性インピーダンスと呼ばれます。

特性インピーダンスは、伝送線路に沿った信号伝播の過渡インピーダンスを表し、伝送線路回路のシグナル インテグリティに影響を与える主な要因です。

特に明記しない限り、特性インピーダンスは通常、伝送線路インピーダンスと呼ばれます。 特性インピーダンスに影響を与える要因には、誘電率、誘電体の厚さ、線幅、銅箔の厚さなどがあります。

インピーダンスとは

インピーダンス連続性とは？

インピーダンスは連続的で類似しています。水は均一な溝を着実に流れ、突然溝が広がります。 すると、水が角を曲がって波が広がります。 これは、インピーダンスの不一致の結果です。

PCB 設計におけるインピーダンスの不連続性の解決策

1.グラデーションライン

一部の RF デバイスのパッケージは小さく、パッチ パッドの幅は 12 ミル程度で、RF 信号線の幅は 50 ミルを超える場合があります。 徐々に変化する線を使用し、線幅の急激な変化は禁止します。 図のような緩やかな変化線は、クロスオーバーを横切る線が長すぎてはならないことを示しています。

グラデーションライン

2.コーナー

RF 信号ラインが直角に走ると、コーナーでの有効ライン幅が広がり、インピーダンスが不連続になり、信号の反射が発生します。 不連続を少なくするために、面取りとフィレットの2種類のコーナー加工方法があります。 円弧コーナーの半径は十分大きくなければなりません。 一般に、次のことを確認してください。

R3W. 下の図を参照してください。

コーナー

3.大きなクッション

50 Ω の微細なマイクロストリップ ラインに大きなパッドがある場合、大きなパッドは分布容量に相当し、マイクロストリップ ラインの特性インピーダンスの連続性を破壊します。 同時に 2 つの改善方法を実行できます。まず、マイクロストリップ ラインの誘電体を厚くします。 2 つ目は、パッドの下のグランド プレーンがくり抜かれているため、ポイントの数とパッドの静電容量を減らすことができます。

4.スルーホール

スルー ホールは、回路基板の最上層と最下層の間のスルー ホールの外側にメッキされた金属シリンダーです。 信号ビアは、さまざまなレベルで伝送ラインを接続します。 高架橋の残りのパイルは高架橋パッドの未使用部分であり、高架橋を上部または内部伝送線に接続して分離する円形のパッドです。 絶縁ディスクは、電源プレーンとグランド プレーン間の短絡を防ぐための、各電源プレーンまたはグランド プレーンの環状ギャップです。

ビアの寄生パラメータ

厳密な物理理論の導出と近似解析の後、ビアの等価回路モデルは、インダクタの両端に直列に接続された接地コンデンサとみなすことができます。

等価回路モデルによると、ビア自体にグランドへの寄生容量があります。 ビアのリバース パッドの直径を D2、ビアのパッドの直径を D1、PCB の厚さを T、基板の誘電率を T、ビアの寄生容量を次のように仮定します。

寄生容量経由

ビアの寄生容量により、信号の立ち上がり時間が長くなり、伝送速度が遅くなり、信号品質が低下します。 同様に、ビアにも寄生インダクタンスがあります。 高速デジタル PCB では、寄生インダクタンスが寄生容量よりも害を及ぼすことがよくあります。

その寄生直列インダクタンスはバイパス コンデンサの寄与を弱め、電源システム全体のフィルタリング効果を弱めます。 l をスルーホールのインダクタンス、h をスルーホールの長さ、d を中央のドリル穴の直径とします。 ビアのおおよその寄生インダクタンスは次のようになります。

ビア近似の寄生インダクタンス

スルー ホールは、RF チャネル インピーダンスの不連続を引き起こす重要な要因の 1 つです。 信号周波数が 1GHz を超える場合は、ビアの影響を考慮する必要があります。

ビア方式のインピーダンス不連続を低減する一般的な方法には、ディスクレス技術の採用、アウトレット モードの選択、はんだパッドの直径の最適化などがあります。逆パッドの直径の最適化は、インピーダンス不連続を低減する一般的な方法です。 ビア特性と開口部により、パッド、パッド、積層

構造、出口モード、およびその他の構造寸法は関連しているため、特定の設計条件に従って、最適化シミュレーションに HFSS と OptimetrICs を採用することをお勧めします。

パラメトリック モデルを使用する場合、モデリング プロセスは非常に簡単です。 監査中、PCB 設計者は対応するシミュレーション ドキュメントを提供する必要があります。

ビアの直径、パッドの直径、リバース パッドの深さが変化し、インピーダンスの不連続、反射、挿入損失が発生します。

PCB 設計は、インピーダンスの不連続性の問題をどのように解決しますか?

5. スルーホール同軸コネクタ

ビア構造と同様に、ビア同軸コネクタにもインピーダンスの不連続性があるため、ソリューションはビアと同じです。 スルーホール同軸コネクタのインピーダンスの不連続性を低減する一般的な方法は、ディスクレス技術を採用し、適切なアウトレット モードを採用し、はんだパッドの直径を最適化することです。

この記事では主に、PCB 製造時の PCB 設計におけるインピーダンス不連続の問題を解決する方法を紹介します。