差動インピーダンス計算機

差動インピーダンス計算は、特に差動信号アプリケーションにおいて、高速PCBトレースの設計に不可欠です。正確なインピーダンス整合は、信号の完全性を確保し、電磁干渉を低減します。

履歴背景

正確なインピーダンス制御の必要性は、現代の電子回路の速度と周波数の向上とともに高まってきました。ペアのトレースを使用する差動信号伝送は、PCB全体で信号の完全性を維持するために、このようなインピーダンス計算の恩恵を受けます。

計算式

結合されたマイクロストリップラインの差動インピーダンス（Zdiff）を計算する式は、シングルエンドラインの特性インピーダンスとトレース間の相互作用から導き出されます。

\[ Z0 = \frac{87}{\sqrt{\varepsilon_r + 1.41}} \ln \left( \frac{5.98H}{0.8W + S} \right) \]

\[ Zdiff = 2Z0 \]

ここで：

• \( W \) はトレース幅です。
• \( S \) はトレース間隔です。
• \( H \) は基準面からのトレース高さです。
• \( \varepsilon_r \) は材料の誘電率です。

計算例

トレース幅（W）が0.5 mm、トレース間隔（S）が0.2 mm、トレース高さ（H）が1.6 mm、誘電率（\( \varepsilon_r \)）が4.5の場合、計算は次のようになります。

\[ Z0 = \frac{87}{\sqrt{4.5 + 1.41}} \ln \left( \frac{5.98 \times 1.6}{0.8 \times 0.5 + 0.2} \right) \approx 55 \text{ オーム} \]

\[ Zdiff = 2 \times 55 \approx 110 \text{ オーム} \]

重要性と使用シナリオ

適切な差動インピーダンスを確保することは、インピーダンスの不整合が信号反射、クロストーク、データエラーにつながる可能性のある高速デジタルおよびRF回路にとって重要です。これは、USB、イーサネット、HDMIなどの高速インターフェースのアプリケーションにおいて特に重要です。

よくある質問

1. 差動インピーダンスとは何ですか？

   • 差動インピーダンスは、差動信号を伝送する2本の結合された伝送線のインピーダンスであり、高速デジタル通信に不可欠です。

2. PCB設計においてインピーダンス制御が重要なのはなぜですか？

   • インピーダンス制御は、信号の完全性を確保し、電磁干渉を低減し、信号反射を防ぎます。これは、高速および高周波回路にとって不可欠です。

3. PCB設計におけるインピーダンス整合をどのように改善できますか？

   • インピーダンス整合は、トレースの寸法と間隔を調整し、適切な誘電率を持つ適切なPCB材料を選択することで改善できます。

この計算機は、差動インピーダンスの決定プロセスを簡素化し、PCB設計者が信頼性の高い高速信号伝送のためにレイアウトを最適化するのに役立ちます。