PCBインピーダンス表の読み方

ECADソフトウェアの初期には、すべての設計者がPCBトレースインピーダンス計算機にアクセスできるわけではありませんでした。しかし、彼らは高速PCBやRF PCBを設計する必要があるかもしれず、それはトレースインピーダンスの要件があることを意味します。差動ペアの場合、これは差動ペアインピーダンスの要件、あるいは奇モードインピーダンスの要件があることを意味していました。どのような場合であっても、インピーダンス計算機を持っていなければ、測定値や他のデータセットに頼って、PCB内のトレース幅に対して正確な値を得る必要がありました。

インピーダンスを完全に無視したい場合は、各ネットにクリティカルレングスルールを割り当てるといった古い技術を使用するだけでした。正確さが求められる場合は、ここで製造業者が登場します。一部の製造業者は、多くの異なる設計に使用できる標準のスタックアップを提供できます。特殊な材料が必要でない限り、標準のスタックアップは、高速PCBを含む多くの異なるシステムに使用できます。そして、異なるインピーダンス値に対する必要なトレース幅を伝えるために、製造業者はインピーダンス表を提供できます。

トレースインピーダンス表とは何ですか？

PCBインピーダンス表は、標準スタックアップ上で目標インピーダンス値を持つために必要なトレース幅を提供します。差動ペアの場合は、間隔値も与えられます。製造業者は、PCBに制御インピーダンスを実装する必要がある設計者に向けてトレースインピーダンス表をガイドとして提供します。これらは非常に読みやすく、トレースインピーダンス表の値はCADシステムで設計ルールを作成するために使用できます。以下に8層PCBのインピーダンス表の例を示します。

層	インピーダンス	幅/間隔
L1 & L8	50オーム 単線	10ミル
L1 & L8	90オーム 差動	10ミル/7ミル
L3 & L6	50オーム 単線	6ミル
L3 & L6	90オーム 差動	5ミル/7ミル
L3 & L6	100オーム 差動	4.5ミル/8ミル

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すべてのPCBインピーダンス表にはいくつかの共通の特徴があります：

• 通常、各層について1つのシングルエンド（場合によっては1つの差動）インピーダンス仕様がリストされます
• 特定の標準スタックアップに対応して供給されるか、または製造業者がカスタムスタックアップの測定データを提供できます
• いくつかの製造業者は、インピーダンス表の各層に損失値を含めることがあります
• インピーダンス表には通常、50オームのシングルエンドや100オームの差動などの標準的なインピーダンス値のみが記載されます

PCBインピーダンス表の作成方法

スタックアップを設計する際に制御された誘電体アプローチを取っている場合、データシートからのDkデータを使用してシミュレーターや計算機で各層のインピーダンスを計算します。もう一つの選択肢は、テストクーポンから各層のインピーダンスを測定することです。製造業者も同じことを行いますが、設計者がこれらのシミュレーション、計算、または測定を自分で行う必要がないように、このデータを提供します。

標準的な層スタックは、通常、製造業者が非常によく知っている一般的に利用可能な誘電体を使用します。これは、必要なインピーダンスが一般的な値である場合、特にその特定の材料セットに対して多くの測定データをすでに持っていることを意味します。測定データが利用できない場合でも、インピーダンス表を提供している場合は、SimbeorやAnsysのようなシミュレーションツールからこれを決定している可能性があります。

Sパラメータが測定されると、スペクトルとしてキャプチャされます。以下に例を示します。インピーダンス表に損失が提供される場合、それは決してスペクトルとして提供されることはありません。通常、特定の周波数、通常は5または10 GHzで提供されます。

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シングルエンド対差動の精度

インピーダンス表で時々見かけることがあるのは、同じ層の差動インピーダンスをシングルエンドインピーダンスとして誤って記述していることです。例として、以下に示すように、同じ層の差動インピーダンスとシングルエンドインピーダンスが引用される場合があります。

レイヤー	インピーダンス	幅/間隔
L1 & L10	50オーム 単端	10ミル
L1 & L10	100オーム 差動	10ミル/5ミル
L3 & L8	50オーム 単端	7.5ミル
L3 & L8	60オーム 単端	6.25ミル

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上記の表に誤りが見つかりますか？

誤りは最初の2行にあります。差動インピーダンスが単端インピーダンスの2倍として扱われていますが、これは正しくありません。単端インピーダンスは特性インピーダンスであり、差動インピーダンスは常に奇数モードインピーダンスの2倍です。

別の記事で既に知っているように、奇数モードインピーダンスが単端インピーダンスと大きく異なることは非常に一般的であり、10％または20％の偏差が一般的です。上記の最初の行に示されているようなエントリーを見た場合、そのエントリーは不正確である可能性が高いです。

例外は非常に薄いレイヤーにあります。レイヤーの厚さ（H）が差動ペアのトレース間の間隔（S）よりもはるかに小さい場合、奇数モードインピーダンスは特性インピーダンスに非常に似ている可能性があります。これは、HDIボードに見られる薄いレイヤーなど、薄いレイヤーでの典型的な状況です。

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インピーダンス表を使用すべきですか？

インピーダンス表は、CADツールで設計したスタックアップに対するチェックとして役立つと思います。しかし、高速設計の専門家になりたい場合は、PCB材料のデータシートからトレースインピーダンスを計算するためにPCB設計ソフトウェアを活用する方法を学ぶ必要があります。設計の初期段階で積極的な役割を果たすことで、より高度なデジタルおよびRFシステムを制覇する準備が整います。

幸いなことに、インピーダンス目標を達成するために必要なトレース幅を推測する必要はありません。Altium Designer^®に完全に統合されたPCBインピーダンス計算機を使用してください。今日のクロスディシプリナリーな環境でのコラボレーションを実装するために、革新的な企業はAltium 365™プラットフォームを使用して設計データを簡単に共有し、プロジェクトを製造に移行しています。

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