PCB技術 - PCBの伝送路構造

高速PCB設計を学ぶには、まず伝送路とは何かを知る必要があります。信号が反射するのは、PCB上の引き廻し線が一定のインピーダンスを持ち、線上インピーダンスと出力端のインピーダンスが一致しないと、信号が反射するからです。信号のPCBでの伝送には遅延があり、タイミングが一致しなければシステムはストライキします。これらはすべて伝送路に起因する問題です。

伝送路とは

伝送路の定義は信号還流のある信号線（2本の一定長の導線からなり、1本は信号伝播路、もう1本は信号帰還路です。よくある伝送路は、PCBボード上の引き廻しです。

1.伝送路を分析するには、必ずリターン経路に連絡しなければなりません。一本の導体は伝送路にはなりません。

2.抵抗、容量、インダクタンスと同様に、伝送路も理想的な回路素子であるが、その特性は大きく異なり、シミュレーション効果には優れているが、回路概念は複雑です。

3.伝送路には2つの非常に重要な特徴があります。それぞれは特性インピーダンスと遅延です。

伝送路インピーダンス

まずいくつかの概念を明らかにして、私たちはよくインピーダンス、特性インピーダンス、瞬時インピーダンスを見ることができて、厳密に言えば、彼らは区別があって、しかし万変はその宗から離れなくて、それらは依然としてインピーダンスの基本的な定義です。

伝送路の始端の入力インピーダンスをインピーダンスと略称する。

信号が随時遭遇するタイミングインピーダンスを瞬時インピーダンスと呼ぶ。

伝送路が一定不変の瞬時インピーダンスを有する場合は、伝送路の特性インピーダンスと呼ばれる。

特性インピーダンスは伝送路に沿って信号が伝送路を伝播する際に受ける過渡インピーダンスを記述し、これは伝送路回路における信号の完全性に影響する主要な要素だ。

特に説明がなければ、一般的に特性インピーダンスを用いて伝送路インピーダンスを総称する。

伝送遅延

Time delayは、通常、電磁信号または光信号が伝送媒体全体を通過するのにかかる時間を指す待ち時間（TD）とも呼ばれる。伝送路上での待ち時間とは、伝送路全体を信号が通過する時間を意味する。

Propagation delayは伝播遅延（PD）とも呼ばれ、一般には、電磁信号または光信号が単位長の伝送媒体を伝送する時間遅延を指し、「伝播速度」に反比例（逆数）し、単位は「Ps/inch」または「s/m」です。

定義から、遅延＝伝播遅延＊伝送長（L）が分かる。

PCBの伝送路構造

典型的なPCBに見られる伝送路構造は、誘電体または絶縁材料が埋め込まれているか、または近接しており、1つ以上の基準平面を有するワイヤで構成されている。典型的なPCB中の金属は銅であり、誘電体はFR 4と呼ばれるガラス繊維です。デジタル設計で一般的な2つの伝送路タイプは、マイクロストリップ線とストリップ線です。

マイクロストリップワイヤは通常、PCB外層の引き廻しを指し、基準平面は1つだけです。マイクロストリップラインには、埋め込み式または非埋め込み式の2種類があります。埋め込み型（潜入型とも呼ばれることがある）マイクロストリップ線は、1本の伝送線を簡単に誘電体に埋め込むことであるが、依然として1つの参照平面しかありません。ストリップラインとは、2つの参照平面の間にある内層の引き廻し線のことです。

PCB上の異なる素子間の内層引き廻し（帯状線）と外層引き廻し（マイクロストリップ線）を示します。識別箇所の断面図は、伝送路と地上/電源層の相対関係を示しています。