ターゲットの PCB インピーダンス制御を達成する方法?

Ryan は MOKO のシニア電子エンジニアです。, この業界で10年以上の経験を持つ. PCBレイアウト設計を専門としています, 電子設計, および組み込み設計, 彼は、さまざまな分野の顧客に電子設計および開発サービスを提供しています, IoTから, 導いた, 家電に, 医療など.
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ターゲットの PCB インピーダンス制御を達成する方法

プリント基板の小型化と高速化に伴い, 信号の完全性を管理するには、インピーダンスの制御が重要です. GHz 範囲で動作する回路の場合, 100MHzを超える信号でも配線インピーダンスの影響を受ける可能性があります, 分析が難しいエラーを引き起こす可能性がある. 幸いなことに, インピーダンス制御により、PCB 設計者はこれらの影響を考慮できるようになります. 高速デザインを扱う場合, ボードのインピーダンスを制御することで、必要なパフォーマンスを確保できます. このガイドでは、PCB インピーダンス制御とは何か、および PCB 設計で目標インピーダンスを達成する方法について説明します。. PCB インピーダンス制御の意味を理解することから始めましょう.

PCB インピーダンス制御とは?

PCB インピーダンス制御は、プリント基板上の配線の特性インピーダンスを目標設計インピーダンスに一致させる手法です。. これは注意深く制御することによって行われます PCB トレース 寸法, 間隔, 特定の自然インピーダンスを持つトレースを作成するためのルーティング. インピーダンス制御により、信号の反射やオーバーシュートなどの整合性の問題を防止します, 鳴っている, とクロストーク, MHz の高周波で問題となる, GHz, 以降. トレースのインピーダンスを次のようなターゲットにマッチング 50 オームまたは 75 オームにより、PCB 全体でのクリーンな信号伝送が保証されます。. 今日の高速デジタル回路とアナログ回路を使用, 最適な回路パフォーマンスにはインピーダンスの管理が重要です.

インピーダンス制御の重要性

効果的なインピーダンス制御により、信号の歪みを最小限に抑え、PCB がより高速かつ確実に機能できるようになります。. RF通信などの特定の高周波アプリケーション向け, 電気通信, 高速アナログビデオ, PCB 配線上で特定のターゲット インピーダンスを維持することが重要です.

信号が PCB トレースを伝送するとき, さまざまなポイントでのインピーダンスの不一致により、有害な反射が発生する可能性があります. これらの反射は後方に伝わります, 元の信号の完全性を破壊する. インピーダンスの不整合が大きいほど, 歪みが深刻であればあるほど.

インピーダンス制御は、配線の寸法と配線を慎重に調整することにより、PCB 全体のインピーダンスを一致させます。. このインピーダンス整合により反射が低減されます。, 信号を破損から保護する. より長い配線やより高い周波数の信号では、明瞭さを維持するためにより厳密なインピーダンス制御が必要です.

適切なレイアウトを設計することで、, PCB設計者はインピーダンスマッチングと信号整合性を向上させることができます. 綿密なインピーダンス制御により、今日の高速エレクトロニクスの GHz 周波数でも PCB が堅牢に動作できるようになります.

PCB でのインピーダンス制御

PCB インピーダンス制御に影響を与える要因?

いくつかの重要な設計要素は PCB の配線インピーダンスに影響を与えるため、効果的なインピーダンス制御のために考慮する必要があります:

  • トレース幅

銅配線の幅はインピーダンス制御の主要な要素です. 配線幅が広いほどインピーダンスが低くなります, 配線幅が狭くなるとインピーダンスが増加します. インピーダンスを維持するために、トレースはその長さに沿って一貫した幅を維持する必要があります. トレース幅の変動によりインピーダンスの均一性が損なわれます.

  • 銅の厚さ

銅が厚くなると、導電率が向上するため、インピーダンスが低下します。. ただし、銅が非常に厚いとエッチングやメッキが難しくなります. ほとんどの PCB は 1-2 オンスの銅, 製造を可能にしながら、インピーダンスを制御するために適切な厚さを提供します.

  • 誘電体の厚さ

トレースと基準面の間の誘電体の厚さもインピーダンスに影響します. 厚い誘電体によりインピーダンスが上昇する, しかし直線的ではない. A 100% 誘電率の増加はインピーダンスを上昇させるだけです 20-25%. 小さな変化が大きな違いを生む薄い誘電体には、より厳密な制御が必要です.

  • 誘電率

ザ・ 誘電率 (DK) 絶縁基材の材質は、PCB を介した信号の伝播に影響を与えます。. 安定した Dk 以下の材料 3 高周波でのインピーダンスを制御するのに最適です. FR-4 のような Dk が高い材料は、インピーダンス制御が不安定になる可能性があります.

目標のインピーダンス制御を実現する方法

プリント基板を設計するとき, インピーダンスの制御は適切に機能するために重要です, 特に高周波や 高速 PCB. PCB 設計者が使用できるテクニックをいくつか紹介します。:

  1. 制御されたインピーダンス信号を明確に表示

プリント基板を設計する場合, 設計者は、どの信号にインピーダンスの制御が必要かを明確に示すことが賢明です。. これは、各部品の信号クラスと対応するインピーダンスを指定するコンポーネント データシートを含めることによって実行できます。. 設計者は、各信号トレースをルーティングするための優先層にも注意する必要があります。, 同様に、異なる信号を伝送するトレース間で従わなければならない間隔規則も含まれます。.

  1. 適切な伝送線の選択

高周波アプリケーション用の PCB を作成する場合, 適切な伝送線構造を選択することが重要です.

マイクロストリップ ラインは、信号トレースをグランド プレーン上の外層に配置します。. このコスト効率の高いアプローチは、アンテナやフィルターなどのマイクロ波回路に適しています。.

ストリップラインは、グランドプレーン間のトレースを囲みます。 多層PCB. これにより、より厳密なインピーダンス制御とクロストークの低減が可能になります。, ただし、より複雑な製造が必要です.

マイクロストリップ技術とストリップライン技術のトレードオフを比較検討することにより, 設計者は伝送線路の選択を最適化できます. マイクロストリップラインは標準的な PCB プロセスを利用します, 一方、厳密なインピーダンス制御が重要な場合には、ストリップラインがより優れたパフォーマンスを提供します。.

  1. PCB 上のトレースとコンポーネントの適切な間隔

プリント基板をレイアウトするとき, トレースとコンポーネントの間に適切な間隔を設けることが重要です. これによりクロストークを最小限に抑えることができます, これは主に、高周波信号を伝送するマイクロストリップ伝送線路に影響を与えます。.

原則として, インピーダンス制御された配線は少なくとも間隔をあけて配置する必要があります 2-3 線幅の倍 (2W-3W) PCB 上の他のトレースから. 非常に高い周波数信号を使用する回路用, 絶縁を改善するには、間隔を少なくとも 5W に増やしてください。. また, ~の最低距離を保つ 30 インピーダンス制御された配線と他の配線タイプまたはコンポーネント間のミリ.

適切な間隔によりインピーダンスの整合性が保証され、トレース間の結合が低減されます。. 密集したトレース、または他のトレースの近くを走るトレース PCB コンポーネント パフォーマンスに悪影響を与える可能性があります. 間隔のガイドラインに従うと、信号の整合性が維持され、クロストークなどの問題が回避されます。.
PCB 上のトレースとコンポーネントの間隔

  1. シグナルインテグリティのためのトレース長のマッチング

プリント基板上に配線を配線する場合, 関連する信号を伝送するトレースの長さを一致させることが重要です. これは高速信号の場合に特に重要です.

トレースが異なるポイントから発生している場合, 蛇行セクションは、全長に合わせて短いトレースに挿入できます。. 目標は、グループ内のすべてのトレースがソースから宛先まで同じ物理長になるようにすることです。. 長さを一致させることで、長さの違いにより異なる時間にトレースが到着することによるタイミング スキューの問題を防止します。. 高速信号あり, 配線の長さのわずかな違いでも問題が発生する可能性があります.

  1. インピーダンス制御された配線に対する静電容量の影響を最小限に抑える

インピーダンス制御された配線を配線する場合, トレース間に容量性コンポーネントを配置しないことが最善です. コンデンサやその他のコンポーネントにより、信号の整合性が損なわれるインピーダンスの不連続性が生じる可能性があります。.

コンデンサを使用する必要がある場合, 関連するすべてのトレースにわたって対称的に配置する必要があります。. これは、一貫した容量性負荷とトレース間の等しい信号伝播を維持するのに役立ちます。.

非対称なコンデンサの配置により、インピーダンスの不整合や信号間のスキューが発生する可能性があります. 静電容量により、一部のトレースが他のトレースよりもフィルタリングされたり、速度が低下したりすることになります。.

結びの言葉

適切なインピーダンス制御を達成することは、高速 PCB 設計における信号の完全性にとって重要です. どのような要因がインピーダンスに影響を与えるかを理解し、バランス配線などの技術を利用することによって, 長さ合わせ, コンポーネントの適切な配置, PCB 設計者はボード全体のターゲット インピーダンスをダイヤルインできます.

MOKOテクノロジーにて, 当社は製造するすべての PCB でインピーダンス制御を保証します. 当社のチームは、インピーダンス要件を徹底的に検討し、各設計の目標インピーダンスを達成するためにプロセスを調整します。. さまざまなアプリケーションにわたる経験, 制御されたインピーダンスの目標を達成するのに役立つ推奨事項を提供できます. お問い合わせ 高速回路におけるシグナルインテグリティと堅牢なパフォーマンスに重点を置いた当社の製造能力について詳しく知るには.

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