なぜPCBインピーダンスが失敗するのか？制御ループのマスター

DDR4/5メモリインターフェースからPCIe Gen4/5レーンに至るまで、高速デジタルシステムでは、インピーダンスミスマッチが信号反射、タイミングジッタ、および壊滅的なデータ破損の最も一般的な原因です。多くの設計者が自動計算機に頼っていますが、実際の製造変数は理論モデルから逸脱することがよくあります。

DUXPCBでは、当社のエンジニアリングチームはインピーダンス制御を「最善の努力」目標としてではなく、クローズドループ検証プロセスとして扱っています。

1. 精密計算：数式を超えて

初期のIPC-2141ドキュメントに見られるような理論式は、エッチングされたトレースの台形断面や誘電率（$E_r$）の周波数依存性を考慮に入れていないことがよくあります。

当社のエンジニアリングワークフローは、Polar SI9000フィールドソルバーを使用して、以下をモデル化します。

• はんだマスクの影響：はんだマスクは、マイクロストリップインピーダンスを2〜3Ω減らす可能性があります。これについては、プリプロダクション段階で補正します。
• 銅の粗さ：5GHzを超える周波数では、「スキン効果」により電流が表面に集中します。HammerstadおよびHurayモデリングを使用して、損失プロファイルがシミュレーションと一致することを確認します。
• エッチングファクター：トレース幅（$W1/W2$）を調整して、化学エッチングプロセスを考慮し、最終的な銅の形状がターゲットインピーダンスと一致するようにします。

2. 戦略的価値：標準対DUXPCBアプローチ

3. 検証ループ：TDRとインピーダンスクーポン

計算は戦いの半分にすぎません。検証が最終的なゲートです。Time Domain Reflectometry（TDR）は、製造された基板の実際の特性インピーダンスを測定するための業界標準です。

すべての制御インピーダンス製造パネルにインピーダンスクーポンを含めています。これらのクーポンは、基板のトレース形状の正確なレプリカであり、パネルエッジに配置され、まったく同じめっきとエッチング条件を受けます。

当社のTDR検証プロセス：

1. パルス注入：高速立ち上がり時間のステップパルスがクーポンを介して送信されます。
2. 反射解析：インピーダンスの変化は反射を引き起こします。TDR装置は、これらの反射の大きさ​​とタイミングを測定します。
3. データマッピング：トレース長にわたるインピーダンスプロファイルを示す包括的なレポートを提供し、指定されたウィンドウ内（たとえば、差動ペアの場合は50Ω±10％または100Ω±10％）に収まるようにします。

4. 2〜8層の高速設計にDUXPCBを選ぶ理由

多くのメーカーが高ボリュームの自動化に注力していますが、DUXPCBは、信号の完全性が最重要である2〜8層基板の「精密プロトタイピング」を専門としています。当社の手動レビュープロセスは、最初の銅層が画像化される前に、分割プレーンを横切るトレースや不十分なグランドリターンパスなど、潜在的なインピーダンス「トラップ」を特定します。

無料のインピーダンスクーポンとTDRレポートを提供することにより、お客様のエンジニアリングチームが、実際のハードウェアパフォーマンスを最初のSI（信号完全性）シミュレーションと関連付けることができます。

結論

インピーダンス制御は、高速信頼性の基盤です。自動化された、検証されていない製造で、信号の完全性を運に任せないでください。DUXPCBと提携して、設計が計算から検証済みのハードウェアに妥協なく移行するようにしてください。