配線形状と積層構成

差動ペアの配線形状

PCB/誘電体材料

単位

目標差動インピーダンス

目標許容差

各配線の幅W

配線間のエッジ間隔S

配線から基準プレーンまでの高さH

銅箔厚の表記

仕上がり銅箔厚T

比誘電率εr

値は公称oz/ft²です。外層には、基板メーカーが提示するめっき後の仕上がり厚さを使用してください。

配線断面図

モード間の関係

Z_{diff}=2Z_{odd}

Z_{common}=\dfrac{Z_{even}}{2}

K_b=\dfrac{Z_{even}-Z_{odd}}{Z_{even}+Z_{odd}}

計算したインピーダンス

目標範囲内目標値との差: +8.14 Ω

差動インピーダンスZdiff108.14 Ω

奇モードインピーダンスZodd54.07 Ω

偶モードインピーダンスZeven81.16 Ω

同相インピーダンスZcommon40.58 Ω

単独配線のインピーダンスZ066.24 Ω

実効比誘電率3.082

伝播遅延5.86 ps/mm

目標値に必要な間隔S0.1259 mm

XTALK / NEXT 見積り

終端された結合配線のモデルでは、往復伝搬時間（伝搬時間の2倍）が信号の立ち上がり時間にほぼ達するまで、並走長に伴って近端クロストーク（NEXT）が増加します。

結合する並走長

10～90%立ち上がり時間

加害側のステップ電圧

推定NEXTピーク値94.82 mV9.482 % · 結合が大きい

棒グラフの目盛り: 加害側信号の0～10%

NEXTのアイソレーション-20.46 dB

モード結合係数Kb20.034 % · -13.96 dB

終端時のKb10.119 % · -19.9 dB

結合区間の伝搬時間234.25 ps

飽和長42.6889 mm

W/H · S/H0.889 · 1

K_{b,term}=\dfrac{K_b}{1+\sqrt{1-K_b^2}}

NEXT\approx V_aK_{b,term}\min\left(1,\dfrac{2t_d}{t_r}\right)

準静的モデルによる設計初期の推定値です。層間遷移、ビア、損失、ソルダーマスク、銅箔粗さ、非対称性、遠端クロストーク（FEXT）は計算していません。積層構成を基板メーカーに確認し、高速インターフェースや余裕の小さい設計には電磁界解析を使用してください。

信号品質ガイド

差動ペアを設計し、クロストークを評価する

差動ペアは50 Ωの配線を2本並べたものではありません。導体間の結合によって偶モードと奇モードが生じ、奇モードが差動インピーダンスを決めます。同じ結合は導体間のクロストークにも影響します。

計算方法と前提条件

まず積層構成に対応する準静的モデルで、結合していない配線のインピーダンスを計算します。結合補正からZoddとZevenを求め、Zdiff = 2·Zodd、Zcommon = Zeven/2とします。これらのモードインピーダンスからKbを求めます。終端されたNEXTの推定値は、結合区間の伝搬時間の二倍と信号の立上り時間の比でスケーリングします。

確認すべき入力値

対称ストリップライン H

このモードではHは2つの基準面の間隔全体を表します。配線はその中央にあり、銅箔厚TはHに含まれます。

Sは導体の端から端までの間隔

同じ層で横に結合する場合、Sは導体の中心線間ではなく銅箔の端同士の間隔です。上下の層で対向して結合する場合、Sは向かい合う銅箔面の間の誘電体厚さです。

ビットレートより立上り時間

クロストークは信号エッジの速さに左右されます。ドライバーの10～90%立上り時間、またはIBISモデルから求めた値を使ってください。データ速度だけでは高周波成分を表せません。

実際の並列実行長さ

同じ電磁環境で2本の配線が並走する区間の長さだけを入力します。遷移部や層変更は別に解析してください。

推奨手順

1配線形状を選び、プレス後の積層寸法と仕上がり銅箔厚を入力します。
2幅Wと間隔Sを調整してZdiffをインターフェースの許容範囲に収め、Zoddと結合の変化に対する感度を確認します。
3最も速いエッジでNEXTを評価し、インピーダンスと重要な構造を基板メーカーまたは電磁界ソルバーで確認します。

結合区間の長さが重要な理由

二本の配線のモードインピーダンスは長さに依存しません。しかし短い結合区間では、伝搬時間の二倍が立上り時間より短い間はNEXTが小さくなります。飽和長に達した後は、理想的な結合区間を延ばしてもモデルのピークは増えません。

このクロストーク計算に含まれないもの

NEXTの結果は、均一で正しく終端された二本の導体間の結合を対象とします。ペア間結合、不均一なマイクロストリップでのFEXT、不連続、P/Nの不均衡、モード変換、損失、共振は扱いません。これらにはRLGC行列、Sパラメータ、または2D/3Dソルバーが必要です。

よくある質問

Zdiffは常に50 Ωの2倍ですか？

いいえ。離れた50 Ωの配線が二本あると差動インピーダンスは100 Ωに近づきます。間隔を狭めるとZoddが下がるため、幅や積層構成を調整しない限りZdiff = 2·Zoddは100 Ω未満になります。

ブロードサイド結合はエッジ結合より有利ですか？

一般にはそうではありません。ブロードサイド結合は幅を節約できますが、層間位置合わせに敏感で、P/N間で非対称なビアを生じやすくなります。同じ層でのエッジ結合のほうが、製造と検証は通常容易です。

FEXTを表示しない理由は？

FEXTは偶モードと奇モードの伝搬速度差に依存します。均質なストリップラインではほぼゼロですが、マイクロストリップでは空気、ソルダーレジスト、誘電体中の電界分布に強く左右されます。信頼できる値には、一般的な係数ではなくモード解析ソルバーが必要です。

参考資料

IPC-2141A「Design Guide for High-Speed Controlled Impedance Circuit Boards」のマイクロストリップと結合線路に関する節。
B. C. Wadell「Transmission Line Design Handbook」、Artech House、結合線路モデル。
S. C. Thierauf「High-Speed Circuit Board Signal Integrity」、Artech House、偶モード・奇モードとクロストークの解析。

独自の学習資料です。2026年9月14日に技術的な明確さを確認しました。通電や製作の前には、データシート、適用規格、設計内容を必ず確認してください。

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