PCBニュース - 特性インピーダンスの基本特性

高速プリント基板の設計における特性インピーダンスの基本的な性質高速プリント基板の設計において、制御可能インピーダンス基板と線路の特性インピーダンスは最も重要で最も一般的な問題の1つである。まず、伝送路の定義を理解します：伝送路は2つの一定の長さの導体から構成されて、その中の1つの導体は信号を送信するために使用されます。

もう1つは、信号を受信するためのものである（「接地」の概念ではなく「ループ」を記憶する）。多層板では、各線は伝送路の構成部分であり、隣接する参照平面は第2の線またはループとして使用することができる。1本の回線が「高性能」送電線になる鍵は、その特性インピーダンスを回線全体で一定に保つことです。PCBボードが「制御可能インピーダンスボード」になる鍵は、すべての回路の特性インピーダンスを規定値に到達させることであり、通常は25オームから70オームの間にある。多層回路基板において、良好な伝送線形エネルギーの鍵は、その特性インピーダンスを線路全体にわたって一定に維持することである。しかし、特性インピーダンスとは何なのだろうか。特性インピーダンスを理解する最も簡単な方法は、信号が伝送中に遭遇した状況を観察することである。同じ断面を有する伝送路に沿って移動する場合、これは図1に示すマイクロ波伝送と同様である。1ボルトの電圧ステップ波がこの伝送線路に加わると仮定する。たとえば、1ボルトバッテリは伝送路の先端（伝送路とループの間）に接続されています。接続されると、電圧波信号は光速で線路に沿って伝播する。伝播時、その速度は通常約6インチ/ナノ秒である。もちろん、この信号は実際には伝送路とループの間の電圧差であり、伝送路の任意の点とループの隣接点から測定することができる。【図2】電圧信号伝送の概略図である。Zenの方法は、まず「信号を生成する」ことであり、その後、ナノ秒当たり6インチの速度でこの伝送路に沿って伝播する。最初の0.01ナノ秒は0.06インチ進んだ。このとき、送信回線は余分な正電荷を有し、ループは余分な負電荷を有する。この2つの電荷間の差こそが、2つの導体間の1ボルト電圧差を維持している。この2つの導体はコンデンサを形成している。次の0.01ナノ秒では、0.06インチ伝送路の電圧を0から1ボルトに調整するために、伝送路に正の電荷を追加し、受信線に負の電荷を追加する必要があります。0.06インチ移動するたびに、伝送路にプラスの電荷を追加し、ループにマイナスの電荷を追加する必要があります。0.01ナノ秒ごとに、伝送路の他の部分は充電されなければならず、信号はその部分に沿って伝播し始めます。電荷は伝送路の先端にある電池から来ている。この線路に沿って移動すると、伝送路の連続部分が充電され、伝送路とループとの間に1ボルトの電圧差が形成される。0.01ナノ秒ごとの進歩によって、電池からいくつかの電荷（±Q）が得られ、一定の時間間隔（±t）内に電池から流出する定電量（±Q）は定電流である。回路に流れる負電流は、実際には流出する正電流と同じであり、信号波の先端にあるだけである。AC電流は、上部と下部の線路によって形成されたコンデンサを通過してサイクル全体を終了する。ラインインピーダンスは電池に対して、信号が伝送路に沿って伝播すると、連続する0.06インチ伝送路セグメントは0.01ナノ秒ごとに充電される。電源から定電流を得ると、伝送路はインピーダンスのように見え、そのインピーダンス値は一定であり、伝送路の「サージインピーダンス」と呼ぶことができる。

同様に、信号が線路に沿って伝播するとき、次のステップの前に0.01ナノ秒以内に、どの電流がこのステップの電圧を1ボルトに増加させることができますか。これは瞬時インピーダンスの概念に関連している。電池の観点から見ると、信号が伝送路に沿って安定した速度で伝送され、伝送路が同じ断面を持っている場合、0.01ナノ秒以内にステップごとに同じ電荷量を必要として同じ信号電圧を生成する。

この線に沿って進むと、同じ瞬時インピーダンスが生成され、これは特性インピーダンスと呼ばれる伝送線の特性とみなされます。伝送過程の各ステップにおける信号の特性インピーダンスが同じである場合、伝送路は制御可能インピーダンス伝送路とみなすことができる。瞬時インピーダンスまたは特性インピーダンスは信号伝送品質に非常に重要である。転送中、次のステップのインピーダンスが前のステップの抵抗と等しければ、作業はスムーズに進むことができますが、インピーダンスが変化すると、いくつかの問題が発生します。最適な信号品質を実現するために、内部接続の設計目標は信号伝送中にインピーダンスをできるだけ安定させることである。まず、伝送路の特性インピーダンスは安定していなければならない。そのため、制御可能なインピーダンスプレートの生産はますます重要になってきている。さらに、信号伝送における瞬時インピーダンスの安定性を維持するために、最短の余剰ワイヤ長、端部除去、および全体のワイヤ使用などの他の方法も使用されている。