高速設計では、制御可能なインピーダンスプレートと回線の特性インピーダンス問題が多くの中国人エンジニアを悩ませている。本文は簡単で直観的な方法を通じて特性インピーダンスの基本的な性質、計算と測定方法を紹介した。

高速設計において、制御可能なインピーダンスプレートと線路の特性インピーダンスは最も重要で最も一般的な問題の一つである。まず、伝送路の定義を理解してみましょう。伝送路は2つの長さの導体から構成されており、1つの導体は信号を送信するために使用され、もう1つは信号を受信するために使用されています（「回路」が「地」の概念を置換することを覚えておいてください）。1つの多層板では、各回線は伝送路の構成部分であり、隣接する参照平面は第2の回線または回路とすることができる。1本の回線が「良好な性能」伝送路になる鍵は、その特性インピーダンスを回線全体で一定に保つことです。

配線板が「制御可能なインピーダンス板」になる鍵は、すべての配線の特性インピーダンスが1つの規定値を満たすことであり、通常は25オームと70オームの間にある。多層配線板において、伝送線形エネルギーが良好である鍵は、その特性インピーダンスを全線路にわたって一定に保つことである。

しかし、一体何が特性インピーダンスなのか。特性インピーダンスを理解する最も簡単な方法は、信号が伝送中に何に遭遇したかを見ることです。同じ断面を有する伝送路に沿って移動する場合、これは図1に示すマイクロ波伝送と同様である。1ボルトの電圧段波をこの伝送路に加えると、1ボルトの電池を伝送路の先端（伝送路と回路の間に位置する）に接続すると、この電圧波信号は線に沿って光速で伝播し、その速度は通常約6インチ／ナノ秒である。もちろん、この信号は確かに送信回線と回路の間の電圧差であり、送信回線の任意の点と回路の相臨点から測定することができる。図2は、この電圧信号の伝送模式図である。

Zenの方法は、まず「信号を生成する」ことであり、その後、この伝送路に沿って6インチ/ナノ秒の速度で伝播する。最初の0.01ナノ秒は0.06インチ進んだが、この時、送信回線には余分な正の電荷があり、回路には余分な負の電荷があり、この2つの電荷差がこの2つの導体間の1ボルト電圧差を維持しており、この2つの導体はまた1つのコンデンサを構成している。

次の0.01ナノ秒では、0.06インチ伝送路の電圧を0から1ボルトに調整する必要があります。これには、正の電荷を伝送路に加え、負の電荷を受信路に加えなければなりません。0.06インチ移動するごとに、より多くの正電荷を送信回線に加え、より多くの負電荷を回路に加えなければならない。0.01ナノ秒ごとに、伝送路の別のセグメントを充電し、信号がこのセグメントに沿って伝播し始めなければならない。電荷は伝送路先端の電池から来ており、この線に沿って移動すると伝送路の連続部分に充電されるため、伝送路と回路との間に1ボルトの電圧差が形成される。0.01ナノ秒進むごとに、電池からいくつかの電荷（±Q）が得られ、一定の時間間隔（±t）内に電池から流出する一定電量（±Q）は一定電流である。回路に流れる負電流は実際に流出する正電流と等しく、しかもちょうど信号波の先端で、交流電流は上下線からなる容量を通過し、サイクル全体を終了する。

ラインインピーダンス

電池の場合、信号が伝送路に沿って伝播し、0.01ナノ秒ごとに連続する0.06インチ伝送路セグメントを充電する。電源から一定の電流を得ると、伝送路はインピーダンスのように見え、そのインピーダンス値は一定であり、これを伝送路の「サージ」インピーダンス（surge impedance）と呼ぶことができる。

同様に、信号が線路に沿って伝播するとき、次のステップの前に、0.01ナノ秒以内に、どの電流がこのステップの電圧を1ボルトに高めることができますか。これは瞬時インピーダンスの概念に関連している。

電池の観点から見ると、信号が伝送路に沿って安定した速度で伝送され、伝送路が同じ断面を有している場合、0.01ナノ秒前には同じ電荷量がさらに必要となり、同じ信号電圧を生成する。この線に沿って進むと、同じ瞬時インピーダンスが生成され、これは伝送線の特性とみなされ、特性インピーダンスと呼ばれています。信号の伝達過程における各ステップの特性インピーダンスが同じである場合、伝送路は制御可能なインピーダンス伝送路とみなすことができる。

瞬時インピーダンスまたは特性インピーダンスは、信号伝達品質にとって非常に重要である。転送中に次のステップのインピーダンスと前のステップのインピーダンスが等しくなると、作業はスムーズに進みますが、インピーダンスが変化すると、いくつかの問題が発生します。

最適な信号品質を達成するために、内部接続の設計目標は信号伝達過程でできるだけインピーダンスを安定させることであり、まず伝送路特性インピーダンスの安定を維持しなければならないため、制御可能インピーダンス板の生産はますます重要になっている。また、余線長の最短化、終端除去、整線使用などの他の方法も、信号伝達における瞬時インピーダンスの安定化を維持するために使用されている。

特性インピーダンスの計算

簡単な特性インピーダンスモデル：Z=V/I、Zは信号伝達過程における各ステップのインピーダンスを表し、Vは信号が伝送線に入った時の電圧を表し、Iは電流を表す。I=±Q/±t、Qは電力量、tはステップごとの時間を表す。

電気量（電池由来）：±Q=±C×V、Cは容量、Vは電圧を表す。容量は伝送路単位長さ容量CLと信号伝送速度vを用いて導出することができる。単位ピンの長さ値を速度とし、ステップ毎の所要時間tを乗算すると、式：±C=CL×v×（±）t.以上の各項目を総合すると、特性インピーダンス：Z=V/I=V/（±Q/±t）=V/（±C×V/±t）=V/（CL×v×（±）t×V/±t）=1/（CL×v）

特性インピーダンスは伝送路単位長さ容量と信号伝送速度に関係していることがわかる。特性インピーダンスと実際のインピーダンスZを区別するために、Zの後ろに0.伝送路特性インピーダンスを加えます：Z 0=1/（CL×v）

伝送路単位長容量と信号伝達速度が一定のままであれば、伝送路特性インピーダンスも一定のままである。この簡単な説明は、容量の常識と新たに発見された特性インピーダンス理論を結びつけることができる。伝送路単位長容量、例えば伝送路を太くすると、伝送路特性インピーダンスを低減することができる。

特性インピーダンスの測定

バッテリと伝送路が接続されている場合（インピーダンスが50オームの場合）、オーム計を3フィートの長さのRG 58ケーブルに接続した場合、どのように無限インピーダンスを測定しますか。どの伝送路のインピーダンスも時間と関係があります。光ケーブルの反射よりも短い時間で光ケーブルのインピーダンスを測定すると、「サージ」インピーダンス、または特性インピーダンスが測定されます。しかし、エネルギーが反射して戻ってきて受信されるまで十分な時間を待つと、測定によりインピーダンスに変化が見られる。一般的に、インピーダンス値は上下に跳ね返ると安定した限界値に達する。