ハイブリッド インピーダンス PCB サプライヤーとして、私は最近、ハイブリッド インピーダンス PCB の伝送線路の特性インピーダンスを測定する方法について多くの質問を受けています。これはこれらの PCB の設計と製造において重要な側面であるため、私の経験に基づいていくつかの洞察を共有したいと思いました。
特性インピーダンスの測定が重要な理由
測定方法に入る前に、ハイブリッド インピーダンス PCB の伝送線路の特性インピーダンスの測定がなぜそれほど重要なのかについて簡単に説明しましょう。特性インピーダンスは伝送線路の基本的な特性であり、信号が線路をどのように伝播するかを決定します。ハイブリッド インピーダンス PCB では、最適な信号整合性を確保するために、ボードの異なる部分に異なるインピーダンス要件が設定される場合があります。インピーダンスが適切に整合していないと、信号の反射、減衰、その他の問題が発生し、PCB のパフォーマンスが低下する可能性があります。
特性インピーダンスを測定するための一般的な方法
タイムドメイン反射率測定法 (TDR)
特性インピーダンスを測定する最も一般的な方法の 1 つは、タイム ドメイン反射率測定 (TDR) です。 TDR は、高速立ち上がりステップ パルスを伝送ラインに送信し、反射信号を測定することによって機能します。入射電圧に対する反射電圧の比は、反射点でのインピーダンス不整合に関係します。
簡単に説明すると、次のようになります。 TDR 機器を測定したい伝送ラインに接続します。機器はステップパルスを送信し、パルスがラインを伝播するにつれて、インピーダンスの変化によってパルスの一部が反射されます。反射パルスの形状と振幅を分析することで、線路の特性インピーダンスを計算できます。
TDR にはいくつかの利点があります。伝送線路の長さに沿ったインピーダンスをリアルタイムで表示できるため、インピーダンスの不連続性を検出するのに最適です。使い方も比較的簡単で、最新の TDR 機器の多くにはユーザーフレンドリーなインターフェイスが備わっています。ただし、いくつかの制限があります。たとえば、ノイズの影響を受ける可能性があり、一部の高周波アプリケーションでは精度が制限される場合があります。
ネットワークアナライザ方式
もう 1 つの一般的な方法は、ネットワーク アナライザーを使用することです。ネットワーク アナライザは、伝送線路の散乱パラメータ (S - パラメータ) を測定します。 S - パラメータは、ネットワークのポートで信号がどのように送信および反射されるかを記述します。
ネットワーク アナライザを使用して特性インピーダンスを測定するには、まず機器を校正する必要があります。これには、既知の標準を使用して、ケーブルやコネクタなどのテスト設定の影響を考慮することが含まれます。キャリブレーションが完了したら、伝送ラインをネットワーク アナライザに接続し、S パラメータを測定します。 S - パラメータから、線路の特性インピーダンスを計算できます。
ネットワーク アナライザの方法は、特に高周波アプリケーションの場合に非常に正確です。挿入損失や反射損失など、他の重要なパラメータも測定できます。ただし、TDR に比べて高価で、使用が複雑になる可能性があります。
特性インピーダンス測定に影響を与える要因
PCB の材料特性
誘電率や損失正接などの PCB 材料の特性は、特性インピーダンスに大きな影響を与える可能性があります。材料が異なれば誘電率も異なり、伝送線路の単位長さあたりの静電容量に影響します。特性インピーダンスは単位長さあたりの静電容量とインダクタンスに関係しているため、誘電率が変化するとインピーダンスも変化する可能性があります。
たとえば、誘電率が高い PCB 材料を使用している場合、単位長さあたりの静電容量は大きくなり、特性インピーダンスは低くなります。したがって、特性インピーダンスを測定するときは、使用している PCB 材料の正確な特性を知ることが重要です。
トレースジオメトリ
伝送線路の形状も重要な役割を果たします。トレースの幅、厚さ、間隔はすべて特性インピーダンスに影響します。一般に、幅の広い配線は特性インピーダンスが低くなり、細い配線はより高いインピーダンスを持つ可能性があります。
特に差動ペアの場合、トレース間の間隔も重要です。差動ペアでは、特性インピーダンスは、個々のトレースのインピーダンスと 2 つのトレース間の結合によって決まります。そのため、配線間隔にばらつきがあると、インピーダンスの不整合が生じる可能性があります。
正確に測定するためのヒント
適切な校正
TDR を使用する場合でも、ネットワーク アナライザーを使用する場合でも、正確な測定には適切なキャリブレーションが不可欠です。キャリブレーションは、ケーブル、コネクタ、および機器と伝送ライン間のその他のコンポーネントなどのテスト設定の影響を排除するのに役立ちます。校正に関しては必ずメーカーの指示に従い、高品質の校正標準を使用してください。
複数の測定
伝送線路に沿った異なる点で複数の測定を行うと、測定の精度を向上させることができます。これは、インピーダンスが配線の長さに沿って変化する可能性があるハイブリッド インピーダンス PCB では特に重要です。複数の測定を行うことで、回線の全体的なインピーダンス プロファイルをより深く理解できます。
ハイブリッド インピーダンス PCB のアプリケーション
ハイブリッド インピーダンス PCB は幅広いアプリケーションで使用されます。たとえば、マイクロ波高周波プリント基板高速信号を最小限の損失で伝送する必要があるアプリケーションでは、適切なインピーダンス整合が非常に重要です。これらの PCB は、マイクロ波通信システム、レーダー システム、衛星通信システムで使用されます。
フェーズドアレイPCBハイブリッド インピーダンス PCB が広く使用されているもう 1 つの分野です。フェーズド アレイ アンテナには信号の位相と振幅を正確に制御する必要があり、ハイブリッド インピーダンス PCB は必要なインピーダンス マッチングを提供することでこれを実現できます。
埋め込み抵抗 PCBも重要なアプリケーションです。 PCB に抵抗を埋め込むことにより、回路全体のサイズと複雑さを軽減できます。ただし、埋め込み抵抗の性能を確保するには、適切なインピーダンス整合が依然として必要です。
結論
ハイブリッド インピーダンス PCB の伝送線路の特性インピーダンスの測定は、設計および製造プロセスにおける重要なステップです。 TDR やネットワーク アナライザなどの方法を使用し、PCB の材料特性やトレースの形状などの要素を考慮することで、PCB のインピーダンスが必要な仕様を確実に満たすことができます。
高品質のハイブリッド インピーダンス PCB の市場にいる場合、またはインピーダンス測定や PCB 設計について質問がある場合は、遠慮なくお問い合わせください。当社は、PCB のあらゆるニーズに対応し、回路から最高のパフォーマンスが確実に得られるようお手伝いします。
参考文献
- 「高速デジタル デザイン: 黒魔術のハンドブック」ハワード ジョンソンとマーティン グレアム著。
- デビッド・M・ポーザー著「マイクロ波工学」。