インダクタンス計算機

ビアインダクタンスは、信号の完全性、電力インテグリティ、および電磁干渉に影響を与えるため、高周波回路設計において考慮すべき重要なパラメータである。

歴史的背景

インダクタンスの概念は、19世紀にジョセフ・ヘンリーによって発見されて以来、電気工学の基本となっている。ビアは、異なる層を接続するためにプリント基板（PCB）で一般的に使用される。ビアのインダクタンスは、特に高周波回路において、インピーダンスと信号伝送品質を決定する重要な要素となるため、PCBの性能に影響を与える可能性がある。

計算式

ビアのインダクタンスを推定するために使用される式は次のとおりである。

\[ L_{\text{via}} = 5.08 \times h \times \left( \ln\left(\frac{4h}{d}\right) + 1 \right) \]

ここで：

• \( L_{\text{via}} \) はナノヘンリー（nH）単位のインダクタンス
• \( h \) はミリメートル単位のビア高さ
• \( d \) はミリメートル単位のビア直径

この式は、円柱状導体に対する近似に基づいており、PCBのビアインダクタンスの迅速な計算によく使用される。

計算例

次の寸法を持つビアを考えてみよう。

• ビア高さ（\( h \)）= 1.5 mm
• ビア直径（\( d \)）= 0.5 mm

式を用いると：

\[ L_{\text{via}} = 5.08 \times 1.5 \times \left( \ln\left(\frac{4 \times 1.5}{0.5}\right) + 1 \right) \]

\[ L_{\text{via}} \approx 5.08 \times 1.5 \times \left( \ln(12) + 1 \right) \]

\[ L_{\text{via}} \approx 5.08 \times 1.5 \times (2.485 + 1) = 26.99 \, \text{nH} \]

重要性と使用シナリオ

ビアインダクタンスは、高周波回路における信号品質の決定に重要な役割を果たす。データレートが増加するにつれて、小さなインダクタンスでも大きなインピーダンスミスマッチが発生し、反射と信号劣化を引き起こす可能性がある。ビアのインダクタンスを理解することで、RF回路、高速デジタルシステム、マイクロ波通信などの高感度アプリケーションにおいて、高い信号完全性を維持するPCBを設計するのに役立つ。

よくある質問

1. なぜPCB設計においてビアインダクタンスが重要なのですか？

   • ビアインダクタンスは、特に高周波回路において、信号反射や劣化を引き起こす可能性のあるインピーダンスを導入することにより、信号完全性に影響を与える可能性がある。

2. ビアインダクタンスを低減できますか？

   • はい、ビアの高さの最小化、直径の増加、または複数のビアを並列に使用することにより、ビアインダクタンスを低減できます。

3. ビアインダクタンスは信号品質にどのように影響しますか？

   • ビアインダクタンスが高いとインピーダンスが増加し、高周波信号の歪みが発生し、パフォーマンスの低下やデータエラーにつながる可能性がある。

ビアインダクタンスを理解し、正確に計算することで、PCB設計者は信号完全性に関連する潜在的な問題を軽減できるため、高周波電子設計において不可欠な要素となる。