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PCB配線

PCB銅の粗さ

PCBの銅表面の粗さがどれほどまでなら許容されるか？銅の粗さについて話すとき、それを一様に悪いものとして扱うことがよくあります。しかし、実際には、銅が粗くても問題なく機能する回路は常に存在します。他のすべての領域で仕様に合わせて製造されている限り、動作周波数や帯域幅が十分に低ければ、トレースの粗さは問題にならないかもしれません。「十分に低い」とは具体的にどの程度であり、粗さの影響が無視できるほど小さい場合はいつか？最近の銅箔に関する記事では、銅箔の異なるタイプと、これらの箔から期待できる粗さの範囲についていくつかの背景を提供しました。高周波設計のための材料を探し始めるとき、粗さがインピーダンスと損失に過度に影響するかどうかを判断することが重要です。この記事では、設計で粗さを最小限に抑えるべきかどうかを判断するために使用できる3つの戦略を紹介します。これには、データを見るか、粗さを判断するためにいくつかの簡単な計算を行うことが含まれます。銅箔の粗さを心配すべき時はいつですか？これは重要な質問であり、少なくとも2つの観点からアプローチできます。設計者に「ねえ、インピーダンス計算に銅の粗さを含める必要がある」と言うと、彼らはおそらくインピーダンス計算機を投げ出して、正確なインピーダンス予測を諦めたくなるでしょう。実際には、銅の粗さが目立つ効果を生じるのは特定の周波数以下ではありません。標準的な低速デジタルバス（ I2C、SPI、UART、またはGPIOを切り替えるだけ）を使用している場合、次の2つの理由から銅の粗さを心配する必要はありません：これらのバスにはインピーダンス仕様がなく、制御されたインピーダンスルーティングを必要としないこれらの信号の帯域幅のほとんどは、銅の粗さが設計に重要な要因となる周波数よりもはるかに下に制限されています。しかし、最新の一般的なデジタルプロトコル、5 GHz WiFi、低SNRのRFプリント回路、レーダーシステム、または超高速デジタルプロトコル（56G+ SerDes）を設計している場合、銅の粗さは確実に重要になり、材料選択時に検討すべきです。一般化しすぎないようにすると、設計において銅の粗さが重要になるかどうかを判断するためのアプローチは2つあります：提案された相互接続のための粗いおよび滑らかなインピーダンススペクトルを計算し、比較してください異なる銅の粗さ値に対する挿入損失測定値を見てください #1の結果を使用して伝搬定数を得て、粗さパラメータの関数としての損失を比較してくださいオプション#1は、相互接続のためのS11予測に到達するために最初に行うことです。オプション#2と#3は、考え方によっては基本的に同じです... S21の測定値と計算を比較しているだけです。ここでの考え方は、異なるタイプのPCB銅箔がほぼ完璧な銅と比較して過度の損失を生じる時点と、その損失量を見ることです。オプション#1

PCB 銅箔

高周波設計用のPCB銅箔の種類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。

モード選択型伝送線路

Thought Leadership 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。

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

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？ 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！

モード変換

モード変換のガイド、その原因と解決策差動ペアは、受信機での適切な終端と共通モードノイズの抑制を目的として、そのインピーダンスと長さのマッチング許容度について最もよく議論されます。ボード間接続やカスケード伝送線配置などの相互接続では、時々見落とされがちな重要なEMCコンプライアンス指標があります。これはモード変換であり、差動および共通モード信号伝送のSパラメータ測定で視覚化できます。「モード変換」という用語は、特に波が二つの媒体間の界面を横切って伝播する際に屈折する光学の文脈で最もよく議論されます。ここでは、波が真の非偏光（TEM）波から部分的または完全に偏光した波に変わることがあります。電子設計、特に高速相互接続設計では、信号が受信機で読み取り、解釈できるように、モード変換はある値以下に制限されなければなりません。この記事では、高速設計におけるモード変換の短い概要と、一般的な差動標準からのいくつかの例を見ていきます。モード変換の概要用語「モード変換」とは、差動信号を共通モード信号に変換することを指します。これは少し単純化しすぎるかもしれません。差動信号に含まれる全ての電力が共通モードに変換されるわけではありません。代わりに、変換された信号の一部は周波数領域に渡って広がり、特定のタイプのSパラメータ測定で観測されます。本質的に、差動信号は共通モード信号に変換される際にいくらかのエネルギーを失っており、信号の大部分が共通モードに変換されてしまうと、差動信号は回復不可能になるかもしれません。モード変換とそれによる共通モードノイズについて、なぜ気にする必要があるのか疑問に思うかもしれません。差動受信機は共通モードノイズを排除しないのでしょうか？これには二つの考慮すべき回答があります：共通モード電流は共通モード放射EMI（双極子放射）を引き起こし、それが非常に強い場合、放射試験での失敗を引き起こす可能性があります。これはエッジレートの間に起こり、印刷された差動ペア/コネクターやケーブルを介した高速信号伝送中に強い放射が発生します。受信機は受信する共通モードノイズの大部分を抑制できますが、すべてを抑制することはできません。したがって、共通モード電流は制限されるべきです。再び、これはエッジレートの間に重要です。モード変換が高いとき、信号の共通モード部分は受信機が確実に抑制できるものよりもはるかに強力かもしれません。混合モードSパラメータモード変換は、混合モードSパラメータを使用して数学的に記述されます。これらのSパラメータは、入力差動信号のSパラメータと結果として生じる共通モードノイズを単一の行列に混合します。同様に、この行列は、任意の入力共通モード信号（またはノイズ）と出力で見られる結果の差動モード信号のSパラメータも記述します。混合モードSパラメータ行列の定義は次のとおりです：ここで、「D」は差動信号を、「C」は共通モード信号を指します。添字の数字は通常の意味を持ち、差動ペア接続のポート1と2を指します。ここには16のパラメータがありますが、実際にはこれらすべてが使用されるわけではありません。必要な特定のパラメータは、行列内のパラメータ命名を解読することによって決定できます：つまり、差動ペアのポート1に差動信号のみが与えられた場合に、ポート2で見られる共通モードノイズの量を決定したい場合、その量は積(SCD21)(a1d)に等しいです。これらの測定されたSパラメータを使用して、受信機に伝達される共通モードまたは差動モードの電力の量、またはケーブルに乗せられる量を決定することができます。モード変換の限界この共通モード信号がどれほど多いと多すぎるのか？答えは、I/Oからケーブルに伝播する共通モードノイズが非常に少なくても、EMCの失敗を引き起こす可能性があるということです。特定の電流は周波数の関数であり、取り組んでいる特定の標準に依存します。例えば、FCCクラスAおよびクラスBの製品はCISPR製品とは異なる限界を持ちます。下の表は、FCCクラスAおよびクラスBの製品に対するこれらの限界をまとめたものです（データをまとめた故ヘンリー・オットに感謝します）。周波数 FCCクラスA FCCクラスB 1.7 MHz*

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