2025-11-18
高速回路で安定した信号を維持するには、PCBのインピーダンスを制御する必要があります。適切なインピーダンスPCB管理がなければ、信号が反射し、回路を混乱させるタイミングエラーが発生する可能性があります。多くの規制やデータシートに見られる50オーム標準は、電力、電圧、信号損失のバランスが優れているため、広く使用されています。今日、50オームインピーダンスPCBシステムは、ワイヤレスデバイスやスマートテクノロジーで一般的です。最新のエレクトロニクスで直面する典型的な問題の多くを防ぐには、適切なインピーダンスPCB設計を選択することが不可欠です。
# インピーダンスを制御すると、信号がクリアで強力に保たれます。これにより、高速PCBでのエラーや信号損失が防止されます。 - トレースサイズ、材料選択、PCBレイヤー設定は、インピーダンスと信号品質を変化させます。 - 設計ツールを使用し、メーカーと協力して、ボードを作成する前にインピーダンスを確認します。 - Time Domain Reflectometry（TDR）などのツールとテストクーポンを使用してテストすることで、PCBがインピーダンスルールを満たしているか確認します。 - 適切なインピーダンス制御により、デバイスの高速化、干渉の低減、信頼性の向上が実現します。
制御インピーダンスとは、各信号トレースが設定された安定したインピーダンス値を持つようにPCBを作成することを意味します。トレース幅、銅の厚さ、誘電体の厚さ、材料の種類を非常に慎重に選択します。トレース全体でインピーダンスを同じに保つことで、信号が最初から最後までスムーズに移動するのに役立ちます。これは、高速信号にとって非常に重要です。インピーダンスのわずかな変化でも問題が発生する可能性があります。
4. インピーダンスを制御するには、次の点に注意してください。
l トレース幅：トレース幅が広いほど、インピーダンスは低くなります。
l 銅の厚さ：銅が厚いほど、インピーダンスも低くなります。
l 誘電体の厚さ：誘電体が厚いほど、インピーダンスは高くなります。
l 誘電率：誘電率が低い材料は、制御インピーダンスに適しています。
ほとんどの高速およびRF回路は、トレースに50オームなどの標準インピーダンス値を使用します。この値により、信号は強力でクリアに保たれます。200 MHzを超える周波数を使用する場合や、トレースが信号の立ち上がり時間と比較して長い場合に非常に役立ちます。
主なパラメータとその一般的な値を簡単に見てみましょうするため、回路は問題なく高速に実行できます。
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パラメータ |
一般的な値/注記 |
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特性インピーダンス |
50 Ωと75 Ωは、RFおよび高速デジタルPCBアプリケーションで最も一般的に使用される値です。 |
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インピーダンスの重要性 |
インピーダンスのマッチングにより、PCBトレース全体での最大電力伝送と信号完全性が保証されます。 |
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インピーダンスに影響を与える要因 |
基板材料（誘電率～3～3.5）、トレース形状（幅、厚さ）、製造公差。 |
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アプリケーション例 |
アンテナフィードライン、低ノイズアンプ、電力分配器は、最適なパフォーマンスを得るためにインピーダンスマッチングを必要とします。 |
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材料の推奨事項 |
信号損失を減らすために、低誘電率（<4）および低損失正接（0.0022～0.0095）の材料を使用してください。 |
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伝送線路の種類 |
マイクロストリップ線路とコプレーナ導波管線路は、制御インピーダンスを実現するために使用されます。 |
高速回路が正常に動作するようにするには、制御インピーダンスが必要です。インピーダンスを制御しないと、信号がトレース上で往復する可能性があります。これにより、反射、信号の歪み、データエラーが発生します。トレースのインピーダンスをソースと負荷に合わせると、信号は強度を失ったり、混同したりすることなく、その終わりに到達します。
インピーダンスPCB設計で制御インピーダンスが非常に重要である主な理由をいくつか示します。
インピーダンスPCBのテスト信号の歪み、反射、損失を停止するため、信号はクリアで強力に保たれます。
1. クロストークを削減
2. 3.
：ボードを作成した後、メーカーは特別なツールを使用して実際のインピーダンスを測定します。一般的な方法は、します。
3. 電磁干渉（EMI）を低減
4. 5.
より高いデータレートをサポートするため、回路は問題なく高速に実行できます。
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6. |
ヒント： |
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します。これは、デジタルシステムにとって非常に重要です。 |
インピーダンスを制御しないと、多くの問題が発生する可能性があります |
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： |
制御されていないインピーダンスの結果 |
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説明 |
信号の反射 |
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インピーダンスの不一致により、信号の一部がソースに向かって反射し、信号の歪みが発生します。 |
信号の歪み |
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反射により、電圧のオーバーシュート、リンギング、減衰が発生し、信号完全性が低下します。 |
データエラーとタイミング違反 |
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歪んだ信号は、誤ったデータ解釈とタイミングの問題を引き起こし、信頼性を低下させます。 |
スキューとシンボル間干渉 |
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制御されていないインピーダンスは、タイミングスキューとシンボル間の干渉を導入し、さらにデータを破損させる可能性があります。 |
電磁干渉（EMI） |
。 信号の減衰インピーダンスの不一致は、伝送線路に沿った電力損失につながり、信号強度を弱めます。
全体的な影響これらの影響は、データ伝送の信頼性を全体的に低下させ、信頼性の低い回路動作とデータの破損を引き起こします。注：
インピーダンスPCBを設計する場合、トレース幅の突然の変化、ビアの遷移、トレース形状を同じに保つなどの問題に直面します。また、スタックアップを管理し、適切な材料を選択する必要があります。適切な計画とメーカーとの緊密な連携により、これらの問題を解決し、最良の結果を得ることができます。
4. 反射と損失
高速PCBを作成する場合は、信号の反射に注意する必要があります。これは、トレースのインピーダンスが接続先の部品と一致しない場合に発生します。トレース幅のわずかな変化やビアの追加でさえ、
l を引き起こす可能性があります。これが発生すると、信号の一部が開始点に跳ね返ります。跳ね返った信号は、メイン信号と混ざり合います。これにより、信号が乱雑でノイズが多くなります。
l トレースインピーダンスをどこでも同じに保つようにしてください。幅を突然変更したり、基準面をしっかり保ったりしないでください。PCBで信号の反射と損失を引き起こす可能性のある多くのものがあります。
l トレースと接続先の部品との間のインピーダンスの不一致。
l 長いトレースは、位相差のために反射を悪化させます
l トレースの終端が悪い（オープンまたはショートなど）。
l ビアスタブと近くの銅は、インピーダンスを乱す可能性があります。l
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トレース幅の変化またはグランドプレーンの破損は、不均一なインピーダンスを引き起こします。 |
インピーダンスが一致しない場合、一部の信号エネルギーが跳ね返り、決して終わりに到達しません。この |
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無駄になったエネルギーは熱に変わり |
、回路の電力効率を低下させます。長距離では、これらの反射により信号が弱くなります。これにより、デバイスが正しいデータを読み取るのが困難になります。高周波では、わずかな不一致でも大きな問題が発生する可能性があります。電圧のオーバーシュート、リンギング、信号の弱化が見られる場合があります。 |
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反射の原因 |
信号完全性への影響 |
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インピーダンスの不一致 |
反射信号、歪み、ノイズ |
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長いトレース長 |
より多くの信号損失、より多くの反射 |
不適切な終端
ビアスタブ/近くの銅インピーダンスの混乱、余分な反射信号を強力でクリアに保つには、トレースのインピーダンスをソースと負荷に合わせます。これにより、信号損失を抑制し、高速回路を正常に動作させることができます。
タイミングとデータエラー
l リンギングと波状の信号
l 次のタイミングとデータエラーが表示される場合があります。
l 乱雑な波形からのビットエラー。
l タイミングを変更するリンギングと波状の信号。適切なインピーダンスを得るには、PCBメーカーと緊密に連携する必要があります。ターゲットインピーダンス値、スタックアップの詳細、トレース形状を早い段階で共有します。
l l
ノイズと干渉によりデータが混乱します
。 l 回路の一部が互いに同期しなくなります。
高周波では、わずかな反射でも信号タイミングが変化する可能性があります。高速デジタル信号には鋭いエッジがあるため、インピーダンスの不一致に非常に敏感です。PCBがインピーダンスを適切に制御しない場合、データとタイミングにエラーが発生する可能性があります。これらの問題により、デバイスが故障したり、奇妙に動作したりする可能性があります。注：適切なインピーダンス制御
インピーダンスが変化する場所を探してください。シミュレーションツールを使用し、メーカーと協力して、トレースが適切なインピーダンスを持つようにしてください。これにより、データの問題を抑制し、高速回路を正常に動作させることができます。インピーダンス要因
トレース形状トレースの形状とサイズを変更することで、インピーダンスを変更できます。トレースを広くすると、インピーダンスは低くなります。細くすると、インピーダンスは高くなります。たとえば、FR-4上の0.3 mm幅のトレースは、約50オームになります
。0.5 mm幅にすると、インピーダンスは約40オームに低下します。これにより、信号が跳ね返り、インピーダンスPCBに問題が発生する可能性があります。ターゲットインピーダンスと、それが運ぶ必要のある電流に対して適切なトレース幅を選択する必要があります。
4. ほとんどのPCBは、厚さ35 μmの銅を使用しています
トレース間の距離は、クロストークに影響します。また、差動ペアのインピーダンスも変化する可能性があります。トレース形状を適切に計画することで、信号をクリアに保ち、不要な反射を抑制できます。ヒント：PCB設計ツールを使用して、ターゲットインピーダンスに最適なトレース幅と厚さを確認してください。材料とスタックアップ使用する材料とレイヤーの積み重ね方も、インピーダンスに影響します。誘電体材料は、トレースとグランドプレーンの間にあります。その厚さと
誘電率（Dk）の両方がインピーダンスを変化させます。厚い誘電体を使用すると、インピーダンスが上昇します。たとえば、
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。誘電率が高いほど、インピーダンスが低くなり、信号が遅くなります。 |
スタックアップとは、PCB内のレイヤーをどのように配置するかを意味します |
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。レイヤー数、それらの間の距離、および材料はすべてインピーダンスを設定します。たとえば、4層ボードでは、信号層をグランドプレーンの隣に配置する場合があります。トレース幅、誘電体の厚さ、Dkはすべて連携して、適切なインピーダンスを提供します。必要な値を得るために、数式または設計ソフトウェアを使用できます。 |
増加 |
誘電率（Dk） |
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インピーダンスへの影響 |
増加 |
誘電率（Dk） |
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減少 |
誘電率（Dk） |
増加 |
減少
増加適切な材料とスタックアップを選択することで、インピーダンスPCBを制御できます。これにより、信号は強力で信頼性の高いものになります。インピーダンス制御の実現
設計戦略
インピーダンスPCBのテストFR-4やMegtron 6などの既知の誘電率を持つ誘電体材料を選択
1. 設計に役立つ手順をいくつか示します。
2. 制御された誘電率を持つ材料を選択します。
：ボードを作成した後、メーカーは特別なツールを使用して実際のインピーダンスを測定します。一般的な方法は、適切な順序と厚さでスタックアップを計画します。
3. トレース幅と間隔にインピーダンス計算機またはシミュレーションツールを使用します。
4. トレース幅と間隔を同じに保ちます。突然の変更は行わないでください。
5. ビアを少なくし、差動ペアを同じ長さに保つようにしてください。
6. トレース幅、誘電体の厚さ、テストクーポンに関する明確なメモを追加します。
7. Time Domain Reflectometry（TDR）を使用して、ボードを作成した後でインピーダンスを確認します。
8. メーカーと協力して、公差と材料の選択を管理します。9.
EMIとクロストークを低減するために、間隔を大きくし、グランドプレーンを追加します。10.
4. （近くに配置し、同じ長さに保つなど）。
。これらのツールは、さまざまなスタックアップとトレースサイズをテストするのに役立ちます。早期に問題を発見し、時間と費用を節約できます。ヒント：シミュレーションソフトウェアを使用して、インピーダンスPCBをモデル化します。これにより、高価なミスを回避し、設計が確実に機能するようにすることができます。メーカーとの連携適切なインピーダンスを得るには、PCBメーカーと緊密に連携する必要があります。ターゲットインピーダンス値、スタックアップの詳細、トレース形状を早い段階で共有します。
各レイヤーのトレース幅とインピーダンス値をリストした完全なスタックアップテーブルを提供します。この情報を、製造図面またはGerberファイルと一緒にテキストファイルとして配置します。
メーカーは、モデリングソフトウェアを使用して設計を確認し、必要に応じて変更を提案します。テストを容易にするために、レイヤーごとに1つのターゲットインピーダンスのみを使用するように要求される場合があります。
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メーカーにインピーダンステストクーポンを作成するように依頼してください |
。これらのクーポンを使用すると、TDRを使用して実際のインピーダンスを測定し、ターゲットと比較できます。 |
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共有する必要があるもの |
共有する情報 |
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なぜ重要なのか |
ターゲットインピーダンス値 |
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メーカーのプロセスをガイドします |
スタックアップと材料データ |
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レイヤーが正しく構築されていることを確認します |
トレース幅と間隔 |
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適切なインピーダンスを得るのに役立ちます |
公差要件 |
品質基準を設定しますテストクーポンリクエストボードを作成した後のチェックを可能にします
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インピーダンスPCBのテスト検証方法インピーダンスPCBが製造後に適切な基準を満たしているか確認する必要があります。メーカーは、制御インピーダンスが正しいことを確認するためにさまざまな方法を使用します。これらの手順により、ボードは高速で正常に動作します。
1. アナログ回路シミュレーション：ボードを構築する前に、設計ソフトウェアを使用してインピーダンスをテストできます。これにより、トレース設計が機能するかどうかを確認できます。
2. オンライン計算機：オンラインツールを使用して、インピーダンス値を推測できます。これらの計算機は、設計を工場に送信する前に、簡単なアイデアを提供します。3. 機器測定
：ボードを作成した後、メーカーは特別なツールを使用して実際のインピーダンスを測定します。一般的な方法は、Time Domain Reflectometry（TDR）です。TDRは、高速パルスをトレースに送信し、反射を探します。このテストは、インピーダンスが変化する場所を見つけます。
4. テストクーポン
