PCBインピーダンス計算モデルの作成方法

スミス・チャートの使用

スミスチャートは、回路のインピーダン スを求めるときに便利なツールである。これは、電気回路の周波数に対する複素抵抗を視覚的に表したものである。また、周波数に対するインピーダンスの軌跡を表示することもでき、安定性解析や発振回避に必要である。多くのパソコンはインピーダンスの値を数値で表示する機能を備えているが、スミスチャートを使えば、その可能性を視覚化することができる。

スミスチャートは、PCボードのコンタクトパッドと電子デバイス間の信号経路を評価するために使用できます。このデバイスはIC、トランジスタ、または受動部品です。また、内部回路を含むこともあります。こ の チ ャ ー ト を 使 用 す れ ば 、回 路 基 板 の イ ン ピ ー ダ ン ス を 判 定 し 、電 気 回 路 の 設 計 に 利 用 す る こ と が で き る 。

スミスチャートは、PCB設計で遭遇するさまざまなタイプのインピーダンスモデルを特定するために用いることができる。スミスチャートには、有界、非有界、および反転の3つの形状がある。スミスチャートの中央の点は非拘束インピー ダンスモデルを表し、外側の円の点は反転インピー ダンスモデルを表す。

スミスチャートを使ってインピーダンスを計算すれ ば、ソースとデスティネーションのインピーダンスを簡単に合 わせることができる。そ れ か ら マ ッ チ ン グ ネ ッ ト ワ ー ク の サ イ ズ を 計 算 す る こ と が で き る 。マ ッ チ ン グ ネ ッ ト ワ ー ク の サ イ ズ は 、 ソ ー ス イ ン ピ ー ダ ン ス と デ ィ ス テ ィ ン グ イ ン ピ ー ダ ン ス の 間 に必要なシフト量によって決まる。ま た 、直 列 お よ び 並 列 の L と C の 値 は 、定 抵 抗 曲 線 と リ ア ク タ ン ス 曲 線 に 沿 っ た 点 を シ フ ト さ せ る 。抵抗が減少する場合は、線の端にR値を追加すればよい。

3Dフィールドソルバーの使用

PCBインピーダンス計算は、PCB設計プロセスにおいて必要なステップです。これは、設計構成に基づいてPCB上の伝送ラインまたはトレースのインピーダンスを計算することを含みます。PCBが複雑であったり、多層であったりする場合は、3Dフィールドソルバーを使用することで、最も正確なインピーダンス計算を行うことができます。

インピーダンス計算モデルは通常、断面が長方形で、電流が完全に戻ってくると仮定している。しかし、実際の断面は多角形であることがあり、基準層のギャップを横切ることさえあります。これにより、特に高速ネットでは、信号に大きな歪みが生じる可能性があります。

ソルバーは、波動ポートと集中ポートの2種類のポートをサポートしています。どちらの場合も、どちらのタイプのポートを使用するかを明示的に定義する必要があります。ジオメトリを使用してウェーブポートの平面を指定するか、ウェーブカスタムサイズタイプを使用して手動で定義します。

ほとんどの3Dフィールド・ソルバは、Sパラメータ・ビヘイビア・モデルを生成します。これらのモデルは、実際のデバイスを簡略化した回路図表現です。そのため、何度も反復する必要があります。例えば、多くの回路モデルを使ってシミュレーションを行い、その結果を比較することができます。

PCBのインピーダンス計算はPCB設計に不可欠です。インピーダンスのミスマッチを避けるた め、PCBの調整インピーダンスをモデ ル化することが重要である。さらに、PCBメーカーと緊密に連携することも重要です。PCBメーカーにはCAM専 門の部署があり、インピーダンスに関 する設計上の疑問を解決するための適切 な指針を与えてくれるかもしれない。しかし、インピー ダンスの問題を完全に外部に委ねてしま わないことが重要である。