トレースインピーダンスの理解：PCB設計で重要な理由

プリント基板では、配線とトレースは通常銅で形成されます。なぜなら、銀を除いて最も抵抗の少ない元素だからです。トレースにオームメーターを当てると、直流抵抗はほぼ無視できるレベルです。

しかし、交流インピーダンスについては同じことは言えません。抵抗とは異なり、インピーダンスは周波数に基づきます。すべての配線とトレースは、あらゆるドライバーから流れる電流に対して少なくともいくらかのインピーダンスを生成します。通常、信号の立ち上がり時間がかなり速くなければトレースインピーダンスが問題になることはありませんが、トレースインピーダンスが存在し、問題になり得ることを認識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を心配する必要があるのでしょうか？なぜそれは存在し、制御することは可能でしょうか？「制御インピーダンス」という用語を聞いたことがあるなら、インピーダンスを制御できることはすでにご存知かもしれません。しかし、どのように、なぜ制御できるかを理解するには、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仕組み

すべてのトレースは、トレースの断面積に反比例する微小でほぼ区別できない直列インダクタンスをトレースに沿って分布して持っています。立ち上がり時間が増加すると、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に沿って分布した静電容量とリターンパス信号があり、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率の関数です。再び、立ち上がり時間が十分に増加すると、電流がこの静電容量を通って流れようとする際に生成されるインピーダンスは重要になる可能性があります。

あなたのドライバーはすべてのトレースを分布LC回路として読み取り、トレースの交流インピーダンスはこの分布LC回路から来ます。これは非制御インピーダンスと見なされます。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をせず、インダクタンスと静電容量がトレースに沿って自由に変化することを許容します。結果として生じるインピーダンスは通常操作に影響しないため、それを制御する方法を設計するために時間やお金を浪費する必要はありません。

制御インピーダンス

しかし、インピーダンスが操作に与える影響を懸念す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基板を設計し、その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するのでしょうか？

インピーダンスを制御するとき、通常の非制御インピーダンス状況ではポイントツーポイントで変化するのではなく、トレースの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、回路の幾何学的な3つの特徴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、トレースを囲む材料の誘電係数。トレースの厚さにも対処したいかもしれません。例えば、同軸ケーブルは制御インピーダンス伝送線路です。

これらの幾何学的特徴を変更しても、それらの側面間の関係が変わらずインピーダンスが一定のままである限り、制御インピーダンスを維持できます。

PCBトレースインピーダンスの決定方法

制御インピーダンスプリント基板を製造するには、インピーダンスを測定できる必要があります。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パラメータには以下が含まれます：

• トレース幅
• トレース厚さ
• ラミネート厚さ
• 誘電体厚さ
• 銅重量

すべての関連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、目標とするインピーダンスに到達できます。許容できるインピーダンスに達したと思ったら、同じパネル上で同時に製造されたテストクーポンを使用して基板の有効性をテストできます。実際の基板上のトレースにアクセスする課題なしで、良いインピーダンス評価を得られます。テストクーポンのトレースは基板トレースと同一であるべきで、正確なテストを得るためです。

通常、製造業者は生産パネルの両端にテストクーポンを作成するため、両方のクーポンをテストすることで、基板を損傷せずに非常に信頼性の高いインピーダンス測定値を得られます。テスターはタイムドメインリフレクトメータ（TDR）またはネットワークアナライザ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、実験室用タイムドメインリフレクトメータ（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。制御インピーダンステストシステムの使用経験を持つエンジニアがインピーダンステストを実行し、高品質な結果を確保します。

制御インピーダンスプリント基板の詳細や、あなたの業界向けPCBのご注文については、今日Millennium Circuits Limitedにご連絡ください。