高度なエレクトロニクスに対する需要の高まりにより、回路基板の機能とパフォーマンスの革新が推進されています. 回路設計者は日常的により高速な信号速度で作業するようになりました. 高速信号, たまにはチャレンジ, プリント基板レイアウトの標準になりつつある. 高速信号を完璧に伝送するには、設計者が基板上の配線配線のベスト プラクティスを理解する必要があります。. トレースは、見た目やコストだけに基づいてルーティングできなくなりました. 現在の優先事項は、信号の整合性を確保し、パフォーマンスの問題を最小限に抑えるために最適なトレース パスを作成することです。. これを達成するには, 設計者はPCB伝送ラインの知識を把握する必要があります. このブログでは, 使用される伝送線路の種類を紹介します, それらの重要性について話し合う, 好みのレイアウト方法を提供します.
PCB伝送線路とは?
プリント回路基板の伝送ラインは、回路基板上の送信機と受信機の間で信号を伝送します。. 2本の導体で構成されています – 信号トレースとリターンパス, 通常はグランドプレーン. 導体は誘電体層によって分離されています. 高周波交流は伝送線路上で波の伝播を示します. 重要な特性は、その長さに沿った各点で, 線路にはインピーダンスがある. さらに, 線の寸法が変わらない場合, このインピーダンスは均一のままです. このような配線は、制御されたインピーダンス伝送線路と呼ばれます. 不均一なインピーダンスは信号の反射や歪みを引き起こします. したがって、高周波に関しては, トレースのインピーダンスを制御して信号の動作を予測する.
PCB伝送ラインの種類
プリント基板を設計するとき, エンジニアは、信号を全体に送信するために考慮すべき 3 つの主要なオプションがあります。:
- PCBマイクロストリップ
マイクロストリップ伝送線は、信号搬送波として機能する単一の導電性トレースで構成されます。, 基準グランドプレーン上に配線. この基準面は, 通常、外側の層の 1 つに位置します。 PCB スタックアップ, 信号トレースの直下にリターンパスを提供します. マイクロストリップはアクセスが容易なため、最も一般的には外層に沿って配置されます。, しかしながら, これらのトレースを内部基板層内に埋め込むことも可能です. 内部マイクロストリップの基準面は、引き続き隣接する外層に配置されます。. マイクロストリップにより、シングルエンド信号のシンプルな配線が可能になります, 高配線密度設計, 表面実装部品への適合性.
- PCB ストリップライン
ストリップライン伝送線路には、2 つの基準グランド プレーンの間に配線された導電性トレースが含まれます。, 基板の誘電体層内に含まれる. この設定では、信号キャリアの上と下の両方にリターン電流パスが提供されます。. 2 つのプレーンから追加されたシールドにより、ストリップラインはマイクロストリップ ラインと比較して、電磁干渉に対する自然な耐性が得られます。. 優れた汎用性を発揮するストリップライン – トレースを 1 つの基準面または別の基準面の近くに配置して、パフォーマンスを調整できます。, 複数のトレースをプレーン間で平行に配線できます。. より大きな基準面も優れた信号伝送品質を促進します。. ストリップラインはマイクロストリップと比較してより複雑な製造を必要とします, 優れた高速信号を可能にします.
- コプレーナ伝送線路
コプレーナ伝送ラインは、信号トレースとリターンパスを同じ PCB 層に配置します。. 中央の信号トレースとその両側に配置された 2 つの幅広のグランド プレーンで構成されています。, 導体を分離する間隔のギャップあり. すべてのコプレーナ要素は基板の誘電体材料上に配線されます. トレース間のギャップを正確に制御, グランドプレーン, プレーンの幅は必須です 目標インピーダンスを達成する. コプレーナ線路は、マイクロストリップやストリップラインに比べて使用頻度が低くなります。, ただし、インピーダンス調整が容易でビアの穴あけが不要など、いくつかの利点があります。. それらの露出により、測定のための調査も容易になります. しかし、コプレーナには製造公差が厳しく、シールドプレーンがなければEMIの影響を受けやすいままです。.
PCB における伝送ラインの重要性
電子デバイスや電子回路のスイッチング速度の高速化と周波数の向上に伴い、, PCB レイアウトにおける伝送線路の影響を考慮することが重要になる. ギガヘルツ範囲に達するマイクロ波周波数では, トレースを単に点間の接続として扱うことはできなくなりました. むしろ, 電気伝播の法則により、信号はトレース形状のインピーダンスに基づいて反射し、鳴動します。. これらのエフェクトを制御できないと、信号が歪んでしまいます。, 電磁妨害, 回路動作の信頼性が低い. 目標の特性インピーダンスを達成するために制御された寸法と間隔で伝送ラインを適切に実装することにより、PCB 設計者は信号をソースから負荷に完全に転送できます。. 伝送線に関する専門知識, マイクロストリップかどうか, ストリップライン, または共面構造, 最先端のテクノロジーを有効にしながら、信号の劣化を防ぐのに役立ちます. 今日の小型化と絶えず上昇する周波数の傾向に伴い、, PCB 伝送ラインの理解は、高速回路を設計するための基本的なスキルとして役立ちます。, 高周波回路基板.
伝送線路設計時のヒント
配線全体の長さに沿って特性インピーダンスを制御することは、伝送線路にとって最も重要です. そうしないと、高周波で破壊的な信号反射が発生します。, データ送信の破損. 線幅を調整して目標のインピーダンスを達成することにより, 設計者は精密な相互接続を作成します. オンライン計算機, 統合された計算機を備えた CAD ツール, または、PCB メーカーからの指導を求めることで、正確なインピーダンス目標の達成が容易になります, どの規格が好きですか IPC-2581 も促進します.
インピーダンス制御されたトレースが確立されている場合, 追加の設計手法によりレイアウトを最適化する:
混雑したエリアを避ける – 狭いスペースからラインを遠ざけて配線することで、インピーダンスの不連続を防ぎます。. トレースの分割または破損により、リターン電流経路が妨げられます。.
1 つのレイヤーを使用する – インピーダンス制御と基準面へのアクセスを容易にするために、主に 1 つの層を使用して垂直遷移を最小限に抑えます。.
ビアの追加 – レイヤー間での転写が避けられない場合, リターンパスを維持するグランド基準としてトレースに沿ってビアを配置します。.
ペアを一緒に保つ – 線路の長さを一致させるために、差動ペアを同じパス上にまとめて配線します。, 信号を歪める可能性のあるビアなどの障害物を回避する.
本質的に, インピーダンス制御された伝送線路では、高周波で原始的な信号を届けるために綿密な計画とレイアウトが必要です. 配線前にターゲット インピーダンスに合わせてトレースの形状と間隔を正確に設計するための無数のリソースが存在します。. 計算後, 一貫性と連続性を持ってラインを実装するには注意が必要です. 現在の信号速度はマイクロ波の範囲にまで達しています, インピーダンス整合された伝送線路の原理を使用する専門知識は、PCB 設計の貴重なスキルセットを示します。. 制御されたインピーダンスの配線をマスターし、不連続性を軽減することで、高周波信号を確実にルーティングできます。.
まとめ
最後に, 伝送線路の基礎を理解することでプリント回路設計者に力を与える. 配線全体の長さに沿ったインピーダンス制御が最も重要です; 不連続性により信号の完全性が損なわれる. ターゲットインピーダンスの物理的寸法を計算することにより, 均一な相互接続により高速データを確実に伝送.
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