トレースインピーダンスとは何ですか？

プリント回路基板では、ワイヤとトレースは通常、銀を除いて最も耐性の低い要素である銅から形成されます。トレースの上に抵抗計を置くと、DC抵抗はほとんど無視できます。

ACインピーダンスについても同じことは言えません。インピーダンスは、抵抗とは異なり、周波数に基づいています。すべてのワイヤとトレースは、任意のドライバから流れる電流に対して少なくともある程度のインピーダンスを生成します。通常、トレースインピーダンスの信号が問題になるには、かなり速い立ち上がり時間が必要ですが、トレースインピーダンスが存在し、問題になる可能性があることに注意することが重要です。

しかし、なぜトレースインピーダンスについて心配する必要があるのでしょうか。なぜそれが存在し、それを制御することは可能ですか？ 「制御されたインピーダンス」という用語を聞いたことがある場合は、インピーダンスを制御できることをすでにご存知でしょう。ただし、その方法と理由を理解するには、トレースインピーダンスの性質について少し理解することが重要です。

トレースインピーダンスのしくみ

すべてのトレースには、トレースの断面と反比例の関係で、トレースに沿って分布する小さな、ほとんど区別できない直列インダクタンスがあります。立ち上がり時間が長くなると、結果として生じるインピーダンスがより顕著になります。同様に、各トレースには、トレースとリターンパス信号に沿って分布する静電容量があります。これは、トレースの幅と、信号リターンパスとトレースの間の材料の誘電体の関数です。繰り返しになりますが、立ち上がり時間が十分に長くなると、電流がこの静電容量を流れようとするときに発生するインピーダンスが大きくなる可能性があります。

ドライバーはすべてのトレースを分散LC回路として読み取り、トレースACインピーダンスはこの分散LC回路から得られます。これは制御されていないインピーダンスと見なされます。このインピーダンスを考慮してトレース環境を設計する努力はしていません。これにより、インダクタンスと静電容量をトレースに沿って変化させることができます。結果として生じるインピーダンスは通常、動作に影響を与えないため、インピーダンスを制御する方法を設計するために時間やお金を無駄にする必要はありません。

制御されたインピーダンス

しかし、インピーダンスが動作に与える影響を懸念している場合はどうでしょうか。トレースが伝送線路のように見えるボードを設計し、特性インピーダンスで終端することで反射を回避できます。制御インピーダンス回路の設計はどのように機能しますか？

インピーダンスを制御するときは、通常の制御されていないインピーダンスの状況のようにポイントごとに変化するのではなく、トレースに沿った各ポイントでインピーダンスが一定であることを確認します。インピーダンスを制御するには、回路のジオメトリの3つの機能を制御する必要があります。トレースの幅、信号リターンパスと信号トレースの間の間隔、およびトレースを囲む材料の誘電率です。トレースの太さにも対処することをお勧めします。たとえば、同軸ケーブルは制御されたインピーダンス伝送ラインです。

これらの幾何学的特徴を変更しても、必要に応じて他の特徴を変更する限り、制御されたインピーダンスを維持できるため、これらの側面間の関係は変化せず、インピーダンスは一定に保たれます。

PCBトレースインピーダンスを決定する方法

制御されたインピーダンスのプリント回路基板を製造するには、インピーダンスを測定できなければなりません。トレースインピーダンスを計算する最良の方法は、トレースインピーダンス計算機を使用することです。トレースインピーダンス計算機は、オンラインまたはCADソフトウェアで見つけることができます。インピーダンスを決定する際に考慮すべきいくつかのパラメータがあります：

• トレース幅
• トレースの厚さ
• ラミネートの厚さ
• 誘電体の厚さ
• 銅の重量

関連するすべてのパラメータを計算したら、上記のすべて（通常はトレース幅）を調整して、探しているインピーダンスに到達します。許容可能なインピーダンスになっていると思ったら、同じパネルで同時に製造されたテストクーポンを使用してボードの有効性をテストできるため、実際のボードのトレースにアクセスするという問題なしに、良好なインピーダンス定格を得ることができます。正確なテストを行うには、テストクーポンのトレースをボードのトレースと同じにする必要があります。

通常、製造元は生産パネルの両端にテストクーポンを作成します。これにより、両方のクーポンをテストすることで、ボードに損傷を与えることなく、非常に信頼性の高いインピーダンス測定値を得ることができます。テスターは、時間領域反射率計（TDR）またはネットワークアナライザーを使用してインピーダンスを測定します。

インピーダンスは、ネットワークアナライザ、実験室の時間領域反射率計（TDR）、またはTDR技術を採用した制御インピーダンステストシステムを使用して測定できます。制御されたインピーダンステストシステムを使用する練習をしているエンジニアは、高品質の結果を保証するためにインピーダンステストを実行します。

制御インピーダンスプリント回路基板の詳細、または業界向けのPCBの注文については、今日MillenniumCircuitsLimitedにお問い合わせください。