インピーダンス制御

電気 インピーダンス は、正弦波 AC 電圧が印加された時の回路における電流の流れにくさを数値化したものです。 このケーブルは同軸ケーブルです。 同軸ケーブルの代わりに、フラットなプラスチックストリップから間隔を置いて配置された 2 本の丸線で形成されるケーブルを使用して、アンテナをデバイスに接続することができます。 同軸ケーブルと同様、このワイヤーの寸法と材料は、正しい電気インピーダンスを与えるために慎重に制御されています。

PCB では、シールドはプレーン、絶縁体は材料、コアワイヤーはトレースです。 インピーダンスはオームで測定されますが、同じくオームで測定される抵抗と混同しないようにしてください。 抵抗は直流(DC)用ですが、インピーダンスは交流(AC)用であり、これは信号周波数が増加するにつれて重要になり、200 MHz 以上の信号コンポーネントを持つプリント回路トレースでは必須となります。 ワイヤーまたはトレースの機能は、あるデバイスから別のデバイスに信号強度を伝達することです。 インピーダンス整合時には、最大の信号パワーが転送されます。

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テレビアンテナには「自然な」インピーダンスが備わります。 無線周波数(FR)の場合、アンテナからケーブルに最大信号電力を転送するには、ケーブルのインピーダンスがアンテナのインピーダンスと整合する必要があります。 また、テレビのインピーダンスは、ケーブルのインピーダンスと整合する必要があります。

ワイヤーの相互接続を注視する必要がありますが、同じ考慮事項が PCB のトレースを介した信号転送にもあてはまります。 つい最近の 1997 年には、インピーダンスが制御の PCB を必要としたのは、当時珍しかった高速デバイスだけでした。 これらは、製造された PCB の約 20% を占めていました。

2000 年には、すべての多層 PCB の約 80% が、インピーダンスが制御されたトレースで製造されていました。 これらには、以下のようなあらゆる種類の技術が含まれます:
– 通信
– ビデオ信号処理
– 高速デジタル処理
– リアルグラフィック処理
– プロセス管理

今日のほとんどの家庭では、これらの技術の低コストアプリケーションが大量に使用されています:
– モデム、電話、衛星 TV
– GPS
– レーダー
– テレビゲーム
– 安価な PC
– 自動エンジン制御モジュール

PCB に適用できるのは、どのような種類のインピーダンス設計ですか?

埋め込み型マイクロストリップ

マイクロストリップと同様に、埋め込み型マイクロストリップ伝送ラインは、幅 W と厚さ t の導体 (通常は銅)で構成され、伝送ライン自体よりも幅が広く、厚さ H1 の誘電体基板によって分離されたグラウンド層に配線されます。

オフセットストリップライン

オフセット Stripline 設定では、信号トレースは 2 つのプレーンの間に挟まれており、2 つのプレーンの間隔は、等間隔である場合とそうでない場合があります。 この構造は、多くの場合デュアルストリップラインと呼ばれます。

エッジ結合コーティングマイクロストリップ

エッジコーティングされたマイクロストリップは、表面に制御されたインピーダンスの 2 つのトレースがあり、ラミネートの反対面がレジストとプレーンでコーティングされた差動構造です。

エッジ結合オフセットストリップライン

エッジ結合オフセットストリップラインは、2 つのプレーン間に挟まれた 2 つの制御インピーダンスパスを持つ差動設定です。 トレースは交互に配置されていますが、プレーン間の中間に配置することの可能です(2H1 + T = H)

エッジ結合ストリップライン

この差動構造には、ラミネートで分離され、2 つのプレーン間に挟まれた 2 つのトレースがあります。 この図にはトレースがオフセットで示されていますが、製造目標は、トレースをオフセットせずに配置することであり、つまり、一方がもう一方の真上に配置される必要があります。

被覆コプレーナストリップ

このコーティングされたコルプレーナストリップ構造には、各側に指定された幅(W2/W3)の 2 つのグラウンドトレースを持つ、制御されたインピーダンスのトレースが 1 つあります。 すべてのトレースはレジストでコーティングされます。

接地付き被覆コプレーナ導波路

コプレーナ導波路には、各側にプレーン (または非常に広いグラウンドトレース)を持つ制御されたインピーダンスのトレースが 1 つあり、一方の側は連続したプレーン、他方の側はラミネート層のみからなります。

オフセットコプレーナ導波路

コプレーナ導波路は、ラミネートの両側にプレーンがあることと、制御されたインピーダンス トレースと同じ層にプレーンがあることを除き、上記の構造と似ています。

インピーダンスの制御方法は?

PCB の製造中に、テストクーポンを作業パネルに追加する必要があります。 このクーポンは、ビルドアップと銅のイメージが要求されたインピーダンスと整合することを確認するための最善の方法です。 PCB インピーダンスを測定する必要があるため、PCB メーカーは、PCB 基板のインピーダンスプリントの構成を正確に示すテストクーポンを作業パネルに追加する必要があります。 これらのテストクーポンは、テスト測定システムによって記述されるモデルとして設計する必要があります。 同じ材料、同じ生産プロセス、同じパラメータを使用したテストクーポンは、PCB のインピーダンスの正確なレプリカです。

テストクーポンとは?

典型的なテストクーポンは、メイン PCB とまったく同じトレース構造を備えた約 200 x 30 mm の PCB です。 主回路上の制御されたトレースと同じ幅で同じ層になるように設計されたトレースを持ちます。 これは、良好な結果を得る最善の方法です。 PCB インピーダンスに影響を与える可能性のあるパッドの追加や変更が、テストクーポンによって回避されます。 ラミネートの厚さが指定されている場合、メーカーは、インピーダンス値を達成するためにトレース幅を調整します。 このクーポンは、適切なテスト装置でテストおよび確認されます。 各テストクーポンに対して、測定されたインピーダンスの値を示すレポートを割り当てることができます。

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