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誘電体の厚みと特性インピーダンス


プリント基板EMC Q＆A

配線幅と高さの関係

図1　基板材の比誘電率が高いほど，同じ配線構造でもインピーダンスは低くなる．信号伝搬速度や反射特性にも影響がある．画像クリックで動画を見る．または記事を読む．［著］櫻井秋久
詳細：［Book/pdf］デシベルから始めるプリント基板EMC即答200

プリント基板のEMC設計では，配線の特性インピーダンスを理解することが重要です． 特性インピーダンスは配線の幅や厚み，使用する誘電体の比誘電率によって決まります． この理解により，信号の反射や放射ノイズの抑制に役立ちます．

配線幅と高さの関係

プリント基板の表層配線では，配線の幅が電流が帰還する面からの高さの約2倍である場合があります． この場合の特性インピーダンスは，一般的に50$\Omega$です． 配線幅と高さの比は特性インピーダンスの基本的な決定要素で，設計段階で確認が必要です．

比誘電率が異なる材料を使用すると，同じ幅と高さでも特性インピーダンスは変化します． FR4のようなガラス・エポキシ材料では，比誘電率が約4.5であり，密度や材質によってインピーダンスが変わります． そのため，設計時には材料の特性を考慮することが重要です．

比誘電率と特性インピーダンス

特性インピーダンスは誘電体の比誘電率に大きく依存します． 比誘電率が高いほど，同じ配線構造でもインピーダンスは低くなります． これにより，信号伝搬速度や反射特性にも影響があります．

設計上のポイント

  1. 配線幅と高さの比：幅が高さの2倍の場合は50$\Omega$を目安
  2. 使用材料の比誘電率：FR4では約4.5でインピーダンスに影響
  3. 密度の高い誘電体：インピーダンスが低くなるため設計に反映
  4. 設計段階での確認：配線幅，高さ，材料特性を考慮して調整

このように配線の幅と高さ，誘電体の比誘電率を理解することで，プリント基板の特性インピーダンスを把握できます． 信号の反射や放射ノイズを抑える設計に役立ちます．

〈著：ZEPマガジン〉

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著者紹介

  • 櫻井 秋久
  • 1982年　九州大学大学院総合理工学研究科修了
  • 1982年　日本アイ・ビー・エム株式会社入社．通信端末の製品開発，数値シミュレーションを応用したEMC 製品設計技術の研究，開発に従事
  • 2005年　IBM ディスティングイッシュド・エンジニア，技術開発センター長
  • 2010年　数値気象予測などIBMの基礎研究成果を活用したソリューション開発に従事
  • 2020年　同社退社
  • 2021年　株式会社システムデザイン研究所・顧問，山形大学ナスカ研究所教授．iNARTE EMCマスタ・デザイン・エンジニア
  • クレムソン大学の電気・コンピュータ工学の名誉教授，LearnEMCの社長．MITでBSEE，パデュー大学でMSEE，ノースカロライナ州立大学でPh.D.を取得．IBMで7年間エンジニアを務め，ミズーリ大学ローラ校で17年間教員を務めた後，2006年にクレムソン大学に入社
  • クレムソン大学の車両エレクトロニクスのミシュラン教授として，クレムソン車両エレクトロニクス研究所を設立し，車両エレクトロニクス，電磁適合性，ディジタル・シグナルインテグリティの研究プロジェクトを監督し，授業を担当．
  • 同氏が運営するウェブサイト“LearnEMC”では，自動車，航空宇宙，民生用電子機器の各業界で働くエンジニアを対象に，EMCに関する指導，コンサルティング，設計支援を行っている．
  • 電気電子学会(IEEE)フェロー，Applied Computational Electromagnetics Societyフェロー，IEEE Electromagnetic Compatibility Society Past-President．

著書

  1. ［Book/PDF］デシベルから始めるプリント基板EMC 即答200，ZEPエンジニアリング．

参考文献

  1. ［PDF］デシベルから始めるプリント基板EMC 即答200，ZEPエンジニアリング株式会社．
  2. ［VOD/KIT］ポケット・スペアナで手軽に！基板と回路のEMCノイズ対策 10の定石，ZEPエンジニアリング株式会社．
  3. ［VOD］Gbps超 高速伝送基板の設計ノウハウ＆評価技術，ZEPエンジニアリング株式会社．
  4. ［VOD/KIT］3GHzネットアナ付き！RF回路シミュレーション＆設計・測定入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
  5. ［VOD/KIT］3GHzネットアナ付き！初めてのIoT向け基板アンテナ設計，ZEPエンジニアリング株式会社．
  6. ［VOD］Pythonで学ぶ マクスウェル方程式 【電場編】＋【磁場編】，ZEPエンジニアリング株式会社．
  7. ［VOD］Pythonで学ぶ やりなおし数学塾1【微分・積分】，ZEPエンジニアリング株式会社．
  8. ［VOD］Pythonで学ぶ やりなおし数学塾2【フーリエ解析】，ZEPエンジニアリング株式会社．
  9. Pythonではじめる 数値解析入門 [Vol.1 Pythonの開発環境をインストールする]，ZEPエンジニアリング株式会社．
  10. Pythonではじめる 数値解析入門[Vol.2 グラフ描画ライブラリ“Matplotlib”で2次元のグラフを描く]，ZEPエンジニアリング株式会社．
  11. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室，ZEPエンジニアリング株式会社．