【プリント基板製造サービス】特性インピーダンス制御基板

P板.comでは特性インピーダンス制御の必要性を重視し、高い精度で制御可能な特性インピーダンス制御基板をご提供しております。

特性インピーダンス制御の必要性

半導体の信号入出力は高速化しています。
高速な電気信号がプリント基板の信号配線を伝わる時、インピーダンス（交流抵抗）が異なるところで電気信号が反射し、信号の波形が乱れ、半導体の誤動作につながります。例えば、デジタル信号の「1（いち）0（ゼロ）」の並びを1周期として、DDR2メモリ・インタフェースでは最大266MHz、PCI Expressは1.25GHzです。

この反射を抑えるため、ドライバー（送り側）半導体とレシーバー（受け側）半導体との間の接続方法は、抵抗を挿入する位置によって、直列終端、並列終端、これらの併用などがあります。
全ての場合で、プリント基板の配線の特性インピーダンス制御が必要となります。

なお、プリント基板の配線の特性インピーダンスは、2種類の半導体間の信号伝送方式（1つの電気信号を伝えるために1本の配線を使用するシングルエンド伝送方式と、2本の配線を使う差動伝送方式）に対して、それぞれシングルエンド・インピーダンス（略してZo）、差動インピーダンス（略してZdiff）と呼ばれています。

シングルエンド伝送方式では、およそ100MHz以上でシングルエンド・インピーダンスの制御が重要になり、シングルエンド・インピーダンスの値としては50～65Ωが選ばれます。

差動伝送方式では400MHz以上になると差動インピーダンス制御が求められるようになり、差動インピーダンスの値は90～120Ωが一般的に選ばれています。

例として、高速なFPGAをドライバーとし、DDR2メモリがレシーバーの直列終端型1対1接続で、プリント基板の配線の長さが5cmの電気接続について、配線のシングルエンド・インピーダンスが適正な場合（50Ω）と高過ぎる場合（96Ω）の100MHzと166MHzにおけるDDR2の受信波形をシミュレーションした結果（図1）をご覧ください。

図1 シングルエンド・インピーダンス（Zo）制御のシミュレーション結果

配線の特性インピーダンスが適正な場合は、きれいな信号波形ですが、高過ぎるときはオーバーシュートやアンダーシュートのある乱れた波形になります。

また、50Ω終端系の高速FPGA間の2.5Gbps（1.25GHz）差動信号伝送で、プリント基板の差動配線長が10cm、この差動配線の差動インピーダンスが適正な場合（100Ω）と低過ぎる場合（60Ω）について、受信波形をシミュレーションした結果（図2）をご覧ください。

図2 差動インピーダンス（Zdiff）制御のシミュレーション結果

配線の特性インピーダンスが適正な場合は、きれいな信号波形ですが、低過ぎるときはジッタやノイズが増加し、波形が劣化します。

上記から、高速な信号が入出力する半導体を使うときは、プリント基板の配線の特性インピーダンス制御が必要となることがわかります。

テストクーポンの納品可能

P板.comの特性インピーダンス制御基板製造サービスでは、プリント基板の配線における特性インピーダンスを、±10％の精度で制御したプリント基板をご提供しています。また、特性インピーダンス検査用「テストクーポン」にて、TDR法を用いた抜き取り検査を行っており、ご希望に応じて「テストクーポン」を製品と共に納品することや、「テストクーポン」の特性インピーダンス実測値を検査成績表としてご提出することも可能です。

インピーダンステストクーポン＋当該レポート一式　15,600円
インピーダンスレポートのみ　7,800円

＊ご要望の場合はお客様指示欄へ記載をお願い致します。

シングルエンド・インピーダンス（Z0）測定用テストクーポン（サンプル）

差動インピーダンス（Zdiff）測定用テストクーポン（サンプル）

特性インピーダンスの実測風景

特性インピーダンス制御を必要とするパターン設計手順

使用する半導体のアプリケーションノートに記載の特性インピーダンス値を確認します。記載が無ければ、プレ波形シミュレーションを行って特性インピーダンスの最適値を確認してください。
シングル・差動インピーダンスそれぞれの値に対応した設計仕様（＝配線幅と配線間隙）を、製造基準書（PDF形式）の層構成に基づき、対象となる配線のパターン設計を行ってください。
特性インピーダンスコントロール配線専用にアパーチャ（Dコード）を設定し、別途指示書に特性インピーダンスの指定値をご記載ください。

指示例

6層のアパーチャD307の配線に、シングルエンド50Ωのインピーダンス制御を行う。
⇒*Zo L6、50ohm on D307
8層のアパーチャD302の配線に、差動100Ωのインピーダンス制御を行う。
⇒*Zdiff L8,100ohm,on D302,L/S=0.15/0.15mm
※L/Sとは、パターンの配線幅（L)と間隔（S)を指します。