高周波PCB設計

1. PCBボードの選び方
PCBボードの選択は、設計要件の充足と量産性、そしてコストのバランスを考慮する必要があります。設計要件には、電気部品と機械部品が含まれます。この材料の問題は、通常、非常に高速なPCBボード(GHzを超える周波数)を設計する場合に特に重要になります。
例えば、現在広く使用されているFR-4材は、数GHzの周波数で誘電損失が大きくなり、信号減衰に大きな影響を与えるため、適さない可能性があります。電気特性に関しては、誘電率と誘電損失が設計周波数に適しているかどうかに注意してください。2.高周波干渉を避けるにはどうすればいいですか?
高周波干渉を回避するための基本的な考え方は、高周波信号の電磁場干渉、いわゆるクロストーク(Crosstalk)を最小限に抑えることです。高速信号とアナログ信号間の距離を長くしたり、アナログ信号の隣にグランドガード/シャントトレースを追加したりすることで対応できます。また、デジタルグランドからアナロググランドへのノイズ干渉にも注意が必要です。3. 高速設計における信号整合性の問題を解決するにはどうすればよいですか?
シグナルインテグリティは、基本的にインピーダンス整合の問題です。インピーダンス整合に影響を与える要因には、信号源の構造と出力インピーダンス、配線の特性インピーダンス、負荷端の特性、そして配線のトポロジーなどがあります。解決策は、終端トポロジーと配線の調整に頼ることです。

4.差動配線方式はどのように実現されるのでしょうか?
差動ペアのレイアウトには、注意すべき点が2つあります。1つは、2本の配線の長さをできるだけ長くすること、もう1つは、2本の配線間の距離(この距離は差動インピーダンスによって決まります)を一定に保つ、つまり平行に保つことです。平行の配線方法には、2本の配線が同じ層(上下)に並列に配線する方法と、2本の配線が隣接する層(上下)に配線する方法の2種類があります。一般的には、前者の並列(side-by-side、side-by-side)の方が実装方法が多いです。

5. 出力端子が 1 つだけのクロック信号ラインの差動配線を実現するにはどうすればよいですか?
差動配線を使用する場合、信号源と受信側も差動信号である必要があります。したがって、出力端子が1つしかないクロック信号には差動配線を使用することはできません。

6. 受信側の差動ライン ペア間にマッチング抵抗を追加できますか?
通常、受信側の差動線路ペア間に整合抵抗が追加され、その値は差動インピーダンスの値と等しくする必要があります。これにより、信号品質が向上します。

7. 差動ペアの配線を近づけて平行にする必要があるのはなぜですか?
差動ペアの配線は、適切に近接かつ平行にする必要があります。適切な近接性というのは、距離が差動インピーダンスの値に影響を与えるためです。差動インピーダンスは差動ペアの設計において重要なパラメータです。平行性は、差動インピーダンスの一貫性を維持するためにも必要です。2本の線が急激に遠ざかったり近づいたりすると、差動インピーダンスが不一致になり、信号品質やタイミング遅延に影響を与えます。