シグナルインテグリティのための PCB 配線 — 完全ガイド

マイクロストリップやストリップラインの配線は、特定の特性インピーダンスで配線する必要があります。一般に RF では 50 Ω、高速デジタルでは差動 100 Ω です。マイクロストリップインピーダンス計算ツールは、基板の厚さ、比誘電率、銅箔厚から配線幅を計算します。わずか 10% のインピーダンス誤差（50 Ω 線路上の 55 Ω）でも、入射電圧の約 5% が反射し、リターンロスは約 26 dB になります。

差動信号がコモンモードノイズの影響を受けないのは、2本の配線が密に結合し、等長化されている場合に限られます。差動ペア計算ツールは、スタックアップの特定の層で目標の差動インピーダンス（一般に 100 Ω）を得るための配線幅と間隔を計算します。ペア内スキューを 1 UI 未満に抑えるため、配線長は 5–10 mil 以内にそろえてください。

ビアはインダクタンス（バレル長 1 mm あたり ~1 nH）と、パッドによる並列容量をもたらします。ビアスタブの共振は f = c / (4·stub_length·√ε_r) にノッチを生じることがあります。熱特性と電流容量の確認にはビア計算ツールを使い、厚い基板に高速信号を通す前にビアスタブの共振周波数を確認してください。

配線幅は直流抵抗と負荷時の温度上昇を決めます。IPC-2152 の曲線は、銅箔の厚さ、導体長、基板の熱環境を考慮しています。配線幅・電流計算ツールは目標の温度上昇に対する最小配線幅を計算し、配線抵抗計算ツールは抵抗による電圧降下と消費電力を求めます。

よく計画されたスタックアップでは、信号層を基準プレーンの隣に配置して、ループ面積を最小化し、インピーダンスを制御します。スタックアップ計算ツールでは、各層の材料、厚さ、銅箔の厚さを定義でき、各信号層のマイクロストリップとストリップラインのインピーダンスを計算します。RF 配線は、インピーダンスを最も調整しやすい外層のマイクロストリップ層に置きましょう。

結合した伝送線路は、相互インダクタンスと相互容量を通じてエネルギーをやり取りします。近端クロストーク（NEXT）は、結合長と配線どうしの近さに応じて大きくなります。目安として、高速信号どうしの間隔は配線幅の 3× を確保してください（3W ルール）。PCB クロストーク計算ツールは、形状パラメータから NEXT と FEXT を定量化するので、レイアウト承認前に配線ルールを確認できます。