Pcbインピーダンス

インピーダンス計算式、極si9000（チュートリアル）



Impedance Calculation Formula



インピーダンス計算式、極si9000（チュートリアル）

初心者向け
インピーダンスの計算方法を聞かれる方もたくさんいらっしゃいます。みんなにもっと聞かれます、みんなのために資料を整理したい、みんなにとって便利です。ご質問や書類がございましたら、間違いがございましたら、お気軽にご相談ください。
インピーダンスを計算する前に、ここでインピーダンスの意味を理解する必要があると思います。



伝送線路インピーダンスの起源と重要性
伝送線路のインピーダンスは電信方程式から導き出されます（具体的には、マイクロ波理論を調べることができます）
以下に示します。これは、並列2線式の分散パラメーターと同等のパラメーターです。

このグラフから、電信方程式を導き出すことができます



送電線の電圧と電流の正弦波形式を取ります

手に入れた

一般的なソリューションを起動する



特性インピーダンス

消費ラインなしr = 0、g = 0

この特性インピーダンスと波のインピーダンスの概念的な違いに注意してください（平面波の波動インピーダンスの定義を参照してください）。
特性インピーダンスと波動インピーダンスの関係は、この関係から導き出すことができます。
さて、特性インピーダンスが理論的にどのように戻るかを理解し、実際の意味を見てください。電圧と電流が伝送線路を伝送されるときに、特性インピーダンスが一貫していない場合、電信方程式の解が得られます。一貫性がないと、いわゆる反射現象などが発生します。反射、クロストーク、電源面切断などのシグナルインテグリティの分野では、インピーダンスの不連続性に分類できるため、ここではマッチングの重要性を示します。

スタックアップの定義
次のスタックアップ、マザーボードで一般的に使用される8層ボード（それぞれL1、L2 ... L8として定義される4層の電源/グランドおよび4層のトレース層、sggssggs）を見てみましょう。計算されたインピーダンスはL1、L4、L5、L8です。

私はラミネートの基本的な概念のいくつかに精通しています。これらはメーカーとの取引でよく使用されます。
オズのコンセプト
Ozは元々重量の単位でしたOz（オンス）= 28.3 g（g）
スタックで定義されています。平方フィートの1オンスの銅の厚さは10zです。対応する単位は次のとおりです。

誘電率（DK）の概念
同じ形状とサイズの真空静電容量Coに対するコンデンサプレート間に誘電体が存在する場合の静電容量Cxの比率は、誘電率です。
ε= Cx / Co = ε’-ε ’

プリプレグ/コアコンセプト
ppは、ガラス繊維とエポキシ樹脂で構成される誘電体の一種です。コアもppタイプの媒体ですが、両面が銅箔で覆われていますが、ppは覆われていません。

伝送線路の特性インピーダンスの計算
まず、伝送線路の基本的なタイプを見てみましょう。インピーダンスを計算する場合、通常、マイクロストリップラインとストリップラインのタイプがあります。次の図に示すように、それらを区別するために、最も簡単な理解は、マイクロストリップラインには1つの基準接地しかなく、ストリップラインには2つの基準接地があるということです。

上記で一般的に使用されている8層マザーボードと比較すると、上部と下部のトレース層のみがマイクロストリップラインタイプであり、他のトレース層はストリップラインタイプです。
伝送ラインの特性インピーダンスを計算する場合、メインボードのインピーダンス要件は基本的に次のとおりです。シングルラインインピーダンス要件55または60オーム、差動ラインインピーダンス要件は70110オーム、厚さの要件は一般的に1です各厚さの厚さを取得するための層の厚さの要件に応じて、2mm。
ボードの厚さは1.6mm、つまり約63mil、シングルエンドインピーダンスには60オーム、差動インピーダンスには100オームが必要であると想定されています。スタックが次のように配線されていると仮定します。

まず、マイクロストリップラインの特性インピーダンスを計算します。最上層と最下層は対称であるため、最上層のインピーダンスを計算するだけで済みます。極性si6000が使用され、対応する計算グラフは次のとおりです。

計算における注意は次のとおりです。
1、必要なのは、トレースインピーダンス要件によって線幅W（ターゲット）を計算することだけです。
図2に示すように、メーカーごとに処理能力にばらつきがあるため、計算方法が異なり、メーカーに確認する必要があります。
図３に示すように、製造業者は緑色の塗料を使用し、したがって表面マイクロストリップの計算を行わないため、表面層はコーティングされたマイクロストリップによって計算されるが、一部の製造業者はそれを計算するために表面マイクロストリップを使用する。校正されています。
4、w1とw2は、製造工程でプリント基板が上から下に腐食するため、腐食すると台形の感触があります（もちろん正確ではありません）。
5、正確な60オームのインピーダンスはここでは計算されません。その理由は、メーカーが実際のプロセス中にパラメータをわずかに変更するためです。それほど正確である必要はありません。 1.2オームの範囲内ではないと思います。問題
6、h / tパラメータはオーバーレイを参照できることに対応します
次に、以下に示すようにL5の特性インピーダンスを計算します。

バージョンごとにストリップラインと対称ストリップラインの計算があったことを覚えています。実際の違いは、対称ストリップラインが実際にはオフセットストリップラインH1 = H2の特殊なケースであることを文字通り理解することです。
差動インピーダンスを計算する場合は、上記の計算と同様です。必要なトレースインピーダンス要件に加えて、線幅の目標は、線幅と線間隔を除算することによって計算されます。
選択した画像は

インピーダンスの計算の違いに注意してください。
1、DDR2クロック85Ohm〜1394 110Ohmの差動インピーダンスを満たし、シングルエンドインピーダンスを満たしているので、通常は最初に差動インピーダンスを満たすことを選択します（多くは電流モード電圧です）。それを考慮しないでください、実際のボードは多くの問題です、問題はそれほど大きくありません、同じ間隔要件を持つ差動ラインまたは同じ層は一貫している必要があるようです）

----------この記事でSIを学ぶのに苦労した年月を逃したいと思います。

特性インピーダンス式（マイクロストリップライン、ストリップライン計算式を含む）

a。マイクロストリップライン（マイクロストリップ）
Z = {87 / [sqrt（Er + 1.41）]} ln [5.98H /（0.8W + T）]ここで、Wは線幅、Tはトレースの厚さの銅、Hはトレースから基準面であり、ErはPCB材料の誘電率です。この式は、0.1の場合に適用する必要があります<(W / H) < 2.0 and 1 < (Er) < 15.

b。ストリップライン
Z = [60 / sqrt（Er）] ln {4H / [0.67π（0.8W + T）]}ここで、Hは2つの参照面間の距離であり、トレースは2つの参照面の中央にあります。この式は、W / Hの場合に適用する必要があります<0.35 and T/H<0.25.

差動インピーダンスの計算方法と式

差動インピーダンス計算機は、登録ユーザーに無料で提供されています。ここで登録してください

指示：

  1. 必要な基板層の数を選択します。
  2. 次に、そのタイプの素材の推奨スタックアップを表す表が表示されます。
  3. 変数を変更して、トレースの特性インピーダンスと差動インピーダンスへの影響を調べます。

物理的なボード層の数
4 6 8 10 12

重要：トレース分離は、差動インピーダンスを変更するために調整しないでください。トレース分離は、PCBベンダーによって指定された最小クリアランスに常に維持する必要があります。

注意：

  1. All dimensions are in MIL (thousands of an inch).
  2. The Dielectric Constant of FR4 material may vary by as much as 20% (4.2 to 5.2).
  3. The overall Dielectric Thickness (Cu to Cu) should total 62 MIL nominally.
  4. Variables unavailable for modification have no significant effect on the impedance of the traces.
  5. The default multilayer board stack-ups are taken from Advance Design for SMT, Barry Olney/AMC.
  6. The Impedance Calculator uses formulae derived from:

・IPC-D-317-高速技術を利用した電子パッケージングの設計基準。

・EMCおよびプリント回路基板-モントローズ。

  1. Only Edge Coupled Differential Pairs are considered. No allowance has been made for Broad Side Coupling from adjacent layers. It is good practice to route adjacent layers orthogonal to each other in order to reduce any coupling that may occur.

  2. EMIを低減するには、高周波で高速の立ち上がり時間の信号を基準面間でルーティングする必要があります。

結果が正しいことを保証するためにあらゆる注意が払われていますが、エラーについては責任を負いません。

自分で計算する場合は、以下の式を使用してください。

マイクロストリップ差動インピーダンス

（外層にルーティングされたトレースの場合）

不平衡ストリップライン差動インピーダンス

（平面間に埋め込まれたトレースの場合）

したがって、= [87 / Sqrt（Er + 1.41）] * ln（5.98H /（0.8W + T））

Zdiff = 2 * Zo（1-0.48 e-0.96D / H）

Zo = [80 / Sqrt Er] * ln（1.9（2H + T）/（0.8W + T））

  • （1-（H / 4（H + C + T）））

Zdiff = 2 * Zo（1 – 0.347 e-2.9D / B）

どこ

W =トレース幅

T =トレースの厚さ

H =最も近い基準面までの距離

Er =誘電率

D =エッジ間の間隔をトレースします

C =信号層の分離

B =基準面の分離

材料

誘電率

FR4グラスファイバーエポキシ
4.7

テフロン
2.2

テフロンガラス
2.5

ポリイミド
3.5

ポリイミドガラス
4.2

基板材料の比誘電率

詳細なPCBインピーダンス設計

1はじめに
技術の発展、特に集積回路の材料の進歩により、コンピューティングの速度が大幅に向上し、高密度、少量、単一部品の回路の統合につながり、今日のそして、高周波応答に対するプリント回路基板の将来、つまり、高速デジタル回路の使用は、ラインのインピーダンス、低歪み、低干渉、低クロストークを制御し、電磁干渉EMIを排除する必要があります。インピーダンス設計は、PCB設計においてますます重要になっています。 PCB製造フロントエンドのフロント部分として、インピーダンスのアナログ計算とインピーダンスストリップの設計を担当します。お客様のインピーダンス制御に対する要求はますます厳しくなり、インピーダンス制御の数も増えています。インピーダンスを迅速かつ正確に設計する方法は、雇用前の担当者が非常に懸念している問題です。

2.インピーダンスの主なタイプと影響要因

インピーダンス（Zo）の定義：既知の周波数を流れる交流電流によって生成される総抵抗は、インピーダンス（Zo）と呼ばれます。プリント回路基板の場合、高周波信号の下で最も近い基準面に対する信号層のインピーダンスを指します。

2.1インピーダンスタイプ：

（1）特性インピーダンスコンピュータや無線通信などの電子情報製品では、PCBの回路で送信されるエネルギーは、電圧と時間で構成される方形波信号（パルスパルスと呼ばれます）です。遭遇する抵抗は特性インピーダンスと呼ばれます。

（2）差動インピーダンス入力が反対の2つの同一の信号波形は、それぞれ2つの差動ラインによって送信され、2つの差動信号は受信側で減算されます。差動インピーダンスは、2本のワイヤ間のインピーダンスZdiffです。

（3）奇数モードインピーダンス2つのラインのアースに対するラインのインピーダンスはZooであり、2つのラインのインピーダンス値は同じです。

（4）偶数モードインピーダンスドライブは、同じ極性の2つの同一の信号波形を入力し、2本のワイヤが相互に接続されている場合のインピーダンスZcomを入力します。

（5）コモンモードインピーダンス2つのラインの最初のラインからグランドへのインピーダンスZoe、2つのラインのインピーダンス値は同じであり、通常は奇数モードのインピーダンスよりも大きくなります。

その中で、特性と差動は共通インピーダンスであり、コモンモードと奇数モードはまれです。

2.2インピーダンスに影響を与える要因：

W -----線幅/線幅がインピーダンスを増加させ、インピーダンスが増加します。
H ----絶縁体の厚さ厚さの増加とインピーダンスの増加
T ------銅の厚さ銅の厚さはインピーダンスを増加させます
H1-緑色の油の厚さはインピーダンスを増加させ、小さくなります
Er -----誘電率基準層のDK値が増加し、インピーダンスが減少します
アンダーカット---- W1-Wアンダーカットが大きくなり、インピーダンスが大きくなります。

3.インピーダンス計算の自動化

今日、私たちの業界で最も一般的に使用されているインピーダンス計算ツールは、PolarのSi8000フィールドソルバーです。 Si8000は、使い慣れた初期の極インピーダンス設計システムの使いやすいユーザーインターフェイス上に構築された新しい境界要素フィールドソリューション計算ソフトウェアです。 。ソフトウェアには、さまざまなインピーダンスモジュールが含まれています。インピーダンスの結果は、特定のモジュール、入力ライン幅、ライン間隔、ビアの厚さ、銅の厚さ、およびEr値を選択することで計算できます。 PCBインピーダンス制御の数は4、5、および数十と少ないです。各グループの制御線幅、中間層の厚さ、および銅の厚さは異なります。データを1つずつ確認する場合は、関連するパラメータを手動で入力してください。非常に時間がかかり、エラーが発生しやすくなります。

以下では、業界をリードするプリエンジニアリング設計ソフトウェアソリューションプロバイダーであるOrbotechのInPlanソフトウェアを使用してインピーダンス設計を自動的に設計し、試作効率を大幅に向上させる方法を紹介します。

OrbotechのInPlanシステムはSi8000に接続できます。以下のデータベースに基づいて、インピーダンスが自動的に計算されます。まず、完全なマテリアルライブラリがInPlanに組み込まれています。これは、さまざまなメーカーやモデルに従って分類されています。工場での実際のプロセスパラメータ、ラミネートの厚さ、基板の厚さ、およびPPの量に応じて。

次に、InPlanでは、グリーンオイルの厚さやアンダーカット値などのインピーダンスを計算するためのルールルールを、さまざまな銅の厚さ、インピーダンスモジュール、または内層と外層に応じて設定することもできます。誘電率は、主に材料の種類とインピーダンスモジュールに従って式に書き込まれます。インピーダンス値、インピーダンス線幅の許容誤差もInPlanルールによって記述されます。インピーダンスを計算するとき、InPlanは、最適なインピーダンス結果を計算するためのルールに従って、関連するインピーダンス影響パラメーター値を自動的に引き出します。また、インピーダンスのセットがいくつあっても、ボタンをクリックするだけで、ほんの数秒ですべての結果を得ることができます。

4、インピーダンスバーを自動的に生成します

お客様がインピーダンスストリップを自分で設計しない場合は、ボードの端または破損した側にインピーダンスストリップを設計する必要があります（通常、インピーダンスストリップは破損した側に配置され、お客様の同意が必要です）。回路基板メーカーは、基板側の顧客のインピーダンス制御のすべての特性とパラメータを満たすインピーダンスバーを設計しています。インピーダンスバーのインピーダンス値をテストすることにより、ボードは顧客のインピーダンス制御要件を満たします。ボードのインピーダンスを適切にテストするための鍵は、インピーダンスストリップの設計です。

一般的なPCBファクトリインピーダンスストリップの設計方法は次のとおりです。MIエンジニアは、インピーダンス値、参照層、制御線幅、テストホール、参照層のプロパティ（正と負）などの計算されたインピーダンス結果に従ってインピーダンスアタッチメントテーブルに入力します。

次に、CAMエンジニアは、MIが提供するインピーダンステーブルに従ってインピーダンスバーを手動で作成するか、スクリプトを介して関連するインピーダンスデータを入力し、プログラムでインピーダンスバーを実行します。一般に、インピーダンス値については、インピーダンスストリップを設計し、インピーダンスストリップを作成します。これには、通常10分かかります。手動でデータを繰り返し入力すると、非常に時間がかかり、エラーが発生しやすくなります。

OrbotechのInCoupon関数を使用して、インピーダンスバーのルールをシステムに組み込むことができます。これにより、高品質のインピーダンスバーが自動的に生成され、Genesisシステムに直接インポートされます。 InCouponは、組み込み開発アーキテクチャを採用して、半製品レベルで層間の最適な穴あけ位置を検出します。これにより、既存の層の穴あけをCoupon回路層と完全に一致させることができ、完全なCAMが統合されます。そして、エンジニアリング技術、クーポンラインのインピーダンス測定の生産、開発アーキテクチャおよび半製品、そしてクーポンレベルに最適な相互接続能力を見つけることができ、複雑な手動計算をインテリジェントな操作ウィザードに置き換え、自動的に計算することができます信頼性の高い測定ラインクーポンは、クーポンの設計をシンプルで標準的な仕事にします。

5、要約

PCBの競争はますます激しくなり、サンプルの納期はますます短くなり、インピーダンス設計は試作作業で大きな割合を占めています。システムの前部には、インピーダンス生成時間を短縮し、顧客の要求に合わせてインピーダンス整合をとる方法が必要です。考慮すべき質問。 InPlanとInCouponの登場は、インピーダンス設計に役立っています。もちろん、PCBボード工場ごとに独自のインピーダンス計算ルール、レイアウト方法、サイズは異なります。InPlanシステムは、その機能を真に実現するために、開発、保守のための特別な人員を必要とします。しかし、インピーダンス設計の自動化は、PCBの前部でますます一般的になると思います。