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高速PCB設計

高速PCB設計では、高速エッジの信号が使用されます。この信号では、デバイスの状態が非常に速く切り替わり、信号がコンポーネント間を移動し終わる前に移行が完了します。高速PCB設計における相互接続には、正確なインピーダンス整合が必要であり、相互接続に伴って起こりうる損失、歪み、EMI、クロストークを考慮した配線が必要です。伝送線路の設計、レイアウト、ルーティングを適切に行うことで、これらの問題を最小限に抑えることができます。プリント基板における高速基板レイアウトや伝送線路設計を成功させるためのリソースを、ライブラリでご覧ください。

高速設計とは何か 高速設計入門（ウェビナー） 高速PCB設計の主なポイント Advanced PCB Design Techniques 高速回路基板レイアウト 伝送線路と終端 高速PCB設計 Altium Designerを使用したPCBレイアウトと高速設計
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高周波プリント基板の素材の選択についての最善手法 高周波プリント基板の素材の選択についての最善手法 1 min Blog PCB設計者 電気技術者 PCB設計者 PCB設計者 電気技術者 電気技術者 皆さんは回路と高周波基板の仲人になる必要があります 。 私は最近、お見合いパーティーに行ってみたのですが失敗でした。パーティーは、私の自宅近くの素敵なレストランで行われました。私は、少し目立つ格好をしていい印象を与えようと思い、素敵なベロアのシャツを着ていくことに決めました。でも、ベロアは私が思っていたほど高級感はなく、相手の電話番号を1つもゲットできずに家に帰ってきてしまいました。夜になって気が付いたのは、「やっぱり素材は重要だなあ、プリント基板設計も同じようなものだ」ということです。シャツの生地がパーティーでの成功に影響するのと同様に、プリント基板の素材も高周波回路のシグナルインテグリティに影響を与える可能性があります。基板の減衰を最小限に抑えるには、適切なグラスファイバー、樹脂、銅箔を選択する必要があります。最適な組み合わせを選択するのに役立つさまざまな最善手法があります。ただ、その際には価格その他の点で注意すべき点がいくつかあります。 なぜ素材が重要なのか? 適切なプリント基板の素材を使用することで、回路での混信を避けることができます。絶縁体の品質が低かったり銅箔が最適でないと、想定を超える影響が発生する可能性もあります。 では、正確にはどのようにして絶縁体がシステムに影響を及ぼすのでしょうか? すべての絶縁体は、分極した分子から構成されています。これらの分子は、信号により発生する磁場に反応して振動します。周波数が高くなるほど振動が大きくなり、 エネルギーが熱として失われます。低損失の絶縁体を使用すると、このエネルギー損失を小さくできるのですが、それについては後で詳しく説明します。 損失のもう一つの大きな原因は、銅の導体そのものにあります。大学で「表皮深さ」について何か学習した記憶がある方もいるでしょう。そうです。電子が常に導体の中心を流れるわけではないことを思い出してください。周波数が高くなるにつれ、電流が流れる場所は最大表皮深さまでの部分に限られてしまいます。銅の導体の表面がニッケルで仕上げられているとすると、大部分の電流は このニッケル層を流れることになります。こうなると損失が発生してしまうのです。また、導体全体が銅で作られていたとしても、ミクロの目で見ると銅の輪郭が一様でない場合があります。たとえば銅に微細な隆起部があった場合、電流は隆起部を登ったり降りたりすることになり、 抵抗が増大して損失が大きくなります。 基板の絶縁体と導体が、シグナルインテグリティの大きな不整合の原因となる場合もあります。では、このような変数を抑えるにはどうしたら良いでしょうか? 皆さんは基板のことを忘れてしまう場合があるかもしれませんが、基板は重要です 選択できる要素は何か? 損失を低減するためにコントロールできる主な変数は2つあります。基層と金属箔です。 基層 - プリント基板の基層を構成する素材としては、エポキシ樹脂、グラスファイバー織物、セラミック板など さまざまなものが考えられます。高周波回路に望ましいのは、 最も誘電率（Dk）が小さい基層です。 記事を読む
PCB 銅箔 高周波設計用のPCB銅箔の種類 1 min Blog あなたのデザインは滑らかなPCB銅箔が必要ですか？ すべては、あなたが働いている周波数の範囲に依存します。 この記事でもっと学びましょう。 記事を読む
モード選択型伝送線路 モード選択型伝送線路を用いたmmWaveルーティングを活用する 1 min Thought Leadership 高周波数およびデータレートチャネルは、モード選択型伝送線路として配線することができます。この配線技術を検討すべき時について説明します。 記事を読む
PCBルーティングにおける電磁ソルバーを用いた寄生抽出 PCBルーティングにおける電磁ソルバーを用いた寄生抽出 1 min Blog PCB設計者 シミュレーションエンジニア 電気技術者 PCB設計者 PCB設計者 シミュレーションエンジニア シミュレーションエンジニア 電気技術者 電気技術者 寄生抽出：集積回路設計コミュニティは、特にゲート特性が約350 nm以下に減少し、チップが高速で動作する場合、毎日この課題に取り組まなければなりません。PCBコミュニティも、電力供給ネットワークをより良く設計し、正確なインピーダンスを持つ相互接続を行い、クロストークや結合メカニズムを適切に定量化するために、この考えに取り組む必要があります。特定のジオメトリからレイアウトの寄生を抽出するために使用できる多くのサードパーティアプリケーションがありますが、これらのツールの結果は、ほとんどの設計ソフトウェアで使用するには実用的ではありません。 PCBで寄生について心配する理由は何であり、設計プロセスでこれらをどのように扱うことができるのでしょうか？意図的および非意図的な寄生は、PCB内の信号および電力の挙動を完全に担っています。インピーダンスを計算するとき、実際には2つの重要な寄生を計算しており、これらをルーティングエンジンの一部として使用しています。これらの値を、クロストークの予測、過渡現象やリンギングを伴う電力シミュレーション、または露出したトレースへのESDパルスの結合などのために使用することもできます。 トレースのための寄生抽出 作成するPCBスタックアップは、導体に影響を与える寄生成分を部分的に決定します。実際には、特定のトレースの周りのPCBレイアウトで生じる寄生成分を決定するために複雑なフィールドソルバーは必要ありません。PCBレイアウトに配置するトレースは、そのインピーダンスを決定する自然な寄生容量と寄生インダクタンスを持っています。しかし、トレースの近くに銅を持ってくると、追加の相互容量とインダクタンスが発生し、トレースのインピーダンスが変更されます。実際には、インピーダンス計算ツールや文献やフィールドソルバーユーティリティ（Ansys、COMSOLなど）のいくつかの分析式を使用して、これらの寄生値を決定することが可能です。 PCB上の単一トレース（幅に関係なく）については、寄生容量とインダクタンスを2つの方法で取得できます： 直接計算、フィールドソルバーや学術誌の論文に見られるいくつかの複雑な分析式が必要です 比較による計算、これは寄生成分のないインピーダンス計算とカップルトレースインピーダンス計算を比較することを含みます 最初の点、直接計算は非常に強力で、いくつかの高価なソフトウェアが必要です。また、文献で特定の構造に関する式を見つけることができますが、これらは潜在的に数十のパラメータを含む非常に複雑な式であることがよくあります。異なる構造の相互結合式も一般化が非常に少ないです。 第二のポイントである比較による決定は、公式が利用可能であれば実際には比較的簡単で、異なる計算機からのインピーダンス値を比較するだけの問題です。これは基本的に、私が以前の記事で銅のプールと50オームのインピーダンスを持つマイクロストリップ/ストリップライン間のクリアランスについて行ったことです。 特定の幅のインピーダンス値を比較することによって、パラシティクスがインピーダンスに顕著な効果を及ぼす時期を決定することができます。 次のセクションでは、同様のアプローチを取りますが、Altium Designerのフィールドソルバーを使用して結果を生成します。単一エンドトレースインピーダンス計算の結果を使用し、これらを他のトレースインピーダンス計算と比較することで、いくつかの単純な公式を使ってパラシティクスの値を迅速に抽出することができます。 方法 ここでの方法は単純で、孤立したトレースのインピーダンス計算とパラシティクスを持つトレースのインピーダンス計算を比較することに依存しています。この方法で、パラシティクスの値、つまり相互容量とインダクタンスを計算することができます。この例では、Altium Designerで返される値である損失のないインピーダンスを使用していることに注意してください。しかし、これはGHz周波数までのパラシティクスの非常に正確な推定を提供します。 注意: 他のブログで作成した計算機アプリケーション（例えば、私が作成した計算機）やAltium DesignerのLayer Stack 記事を読む
グラウンド付きコプレーナ波導管デジタル信号 Altium Liveに関する質問です: デジタル信号はコプラナ導波路にありますか？ 1 min Blog GPCW構造がデジタル信号に与える影響を考えたことはありますか？ヒントは、Sパラメータを見てみましょう！ 記事を読む
差動ペアのインピーダンス: PCB設計のための演算器の使用 差動ペアのインピーダンス：PCB設計のための演算器の使用 1 min Blog 私は高校でさまざまなコンピューターの授業を受け、なぜイーサネットケーブルの導体が互いにねじれているのか常に疑問に思っていました。これが、信号が互いに干渉することなく目的地に到達することを保証する単純な設計方法であることを、私はほとんど知りませんでした。往々にして、複雑な問題に対する最善の解決策は、実のところ最も単純なものです。 導体の差動配線は、イーサネットケーブルに限らず、PCBにおける主要なトポロジーの1つです。回路基板の設計者は、多くの場合、差動トレースではなくシングルエンドトレースの観点から伝送線路のインピーダンスを論じます。 一部の設計者は、差動ペアの各配線を固有のシングルエンドトレースとして扱う傾向があります。これにより、各配線間に存在する自然な結合が無視され、差動ペアのインピーダンスとシングルエンドのインピーダンスは大きく異なることになります。 伝送線路は本当にあるのか? トレースが伝送線路として動作するかどうかは、特定のトレースでの伝送遅延に依存します。デジタル信号の立ち上がり時間、つまりアナログ信号の発振周期の4分の1が、トレースに沿った往復の伝送遅延の2倍未満である場合は、トレースを伝送線路として扱う必要があります。 より保守的な業界標準のルールは、トレースの伝送遅延が、立ち上がり時間または発振周期によって定義される、臨界往復伝送遅延の10%を超える場合に、トレースを伝送線路として扱うというものです。疑わしい場合は、信号反射による問題を防ぐために、インピーダンスを一致させた方が安全です。 差動 vs シングルエンドインピーダンス 高速/高周波PCBでのインピーダンスの不整合は、信号を乱す可能性があります。信号の共振によるリンギングなどの問題は、シングルエンドの配線にインピーダンスの顕著な不整合がある場合に発生します。通常、低周波信号ではインピーダンス整合は不要です。ただし、トレースとその上流、および下流のコンポーネントの間の不整合が大きい場合は例外です。高速および高周波のPCBでは、インピーダンスは常に一致する必要があります。 シングルエンドトレースのインピーダンスは、通常、伝搬信号が含まれているかどうかにかかわらず、隣接するトレースを無視して計算されます。差動ペアでは、隣接するトレースが信号トレースとして逆方向にリターン電流を伝搬すると仮定すると、一方のラインの信号は誘導によって他方のラインに結合されます。またこれらのラインは、基板誘電体に起因する 寄生容量をライン間に持ちます。 PCBの差動ペアの配線とビア クロストークがコントロールされるほか、差動トレース間の結合によって、実際には各トレースのインピーダンスが低下します。設計者は、単純なシングルエンドトレースのインピーダンス演算器を使用して差動トレースのインピーダンスを計算すべきではないことに注意する必要があります。 デジタル信号の場合は、差動インピーダンスを計算する際に信号の周波数帯も考慮する必要があります。数学的に理解するため、デジタル信号の周波数内容は、アナログ周波数の合計として表すことができます。これは、デジタル信号を伝送する差動ペアでの結合は、デジタル信号の周波数帯全体に大きく依存することを意味します。 デジタル信号の強度の大部分は、折点周波数より低い周波数に集中しており、立ち上がり時間の逆数の約3分の1に等しくなります。動作周波数と折点周波数の間のすべての周波数が、インピーダンスの決定要因になります。 差動インピーダンス演算器 ストリップラインとマイクロストリップの差動ペアは、基層の存在によりインピーダンス値が異なります。対称、および非対称のストリップラインや、埋め込みマイクロストリップも、表面マイクロストリップとはインピーダンス値が異なります。 基層の絶縁体および形状により、配線の有効比誘電率が変更され、配線が伝送線路として機能するかどうかを決定する臨界遅延時間も変更されます。 多くの差動インピーダンス演算器を使用する場合は、トレースの有効比誘電率を事前に知っておく必要があります。これには、特定のジオメトリに合わせて調整された別の計算機能が必要です。 記事を読む
差動インピーダンス仕様 差動インピーダンス仕様に基づく設計方法 1 min Blog PCB設計者 シミュレーションエンジニア 電気技術者 PCB設計者 PCB設計者 シミュレーションエンジニア シミュレーションエンジニア 電気技術者 電気技術者 差動インピーダンスは時々誤解されがちで、それは複数の要因に依存します。特定の差動インピーダンス目標に到達するために必要なトレース幅の設計についてもっと学びましょう。 記事を読む