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RF設計

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。

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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

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