P板.com技術情報便

高速伝送路設計は「特性インピーダンス」の理解から

交流に対する電圧と電流の比を「インピーダンス」と言います。

直流電圧に対して、抵抗器は一定の抵抗値を示します。一方インダクタはほぼ0Ω、キャパシタは非常に高い抵抗値を示します。交流に対しては、抵抗器は同じく一定の抵抗値を示し、インダクタとキャパシタは周波数に応じた値をもちます。

長さのある配線やケーブル上では、進行する電圧波（または電流波）と反射する電圧波（または電流波）があり、それらが合成された電圧と電流の比がインピーダンスです。

特性インピーダンスは、反射波の影響を取り除いた電圧波と電流波の比です。これは、インピーダンスの特別な条件で測定したものであり、線路が本来もつ電圧と電流の比です。したがって、配線の断面構造や材料定数で一意に決まり、終端抵抗などの外部回路の影響は受けません。インピーダンスは、終端抵抗の影響や測定する位置で異なります。

信号が伝送路の終端に到達するより短い時間で変化するディジタル信号や高周波信号の立ち上がり波形は、この特性インピーダンスを使って計算します。

本稿では、高速ディジタル基板を設計するために欠かせない「特性インピーダンス」についてシミュレーションをしながら理解を深めます。

2024年06月発行　［技術情報］エレクトロニクスの確かな情報便
高速＆低エラー！差動線路によるGbps伝送プリント基板設計
第3回今さら聞けない！インピーダンスと特性インピーダンス
著者：善養寺薫/Kaoru Zenyouji（株式会社ディスクリテック）
企画編集：ZEP エンジニアリング株式会社
主催：株式会社ピーバンドットコム