PCBにおけるインピーダンス制御の初心者ガイド

初出公開日 Sep 27, 2026, 更新日 Sep 27, 2026

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デジタル信号がある地点から別の地点へ伝送されると、信号線の状態が変化します。この変化は、回路内を移動する電磁波として理解することができます。この波が異なる媒質の境界に遭遇すると、反射が発生します。この境界では、波のエネルギーの一部が信号として継続し、残りは反射されます。このプロセスは、エネルギーが回路に吸収されるか、環境に散逸するまで繰り返されます。

電気エンジニアにとって、この境界は通常、電気インピーダンスの変化によって定義されます。PCB設計では、信号がトレース上でインピーダンス不整合に遭遇すると反射が発生します。この不整合により、信号の一部がその源に向かって反射され、特に高速デジタル回路やRF回路において、歪み、ノイズ、データエラーなどの信号完全性の問題を引き起こします。

回路のインピーダンス

抵抗、インダクタ、コンデンサを含む回路において、回路内の電流の流れを妨げる総等価抵抗はインピーダンスと呼ばれます。インピーダンスは抵抗要素とリアクタンス要素で構成されています。抵抗は回路のエネルギーを熱として散逸させます。回路内で回収可能なエネルギーは、導体、インダクタ、コンデンサを貫通し、それらを取り囲む電磁界の中に存在します。

impedance formula

インピーダンスは一般に記号「Z」で表され、オーム（Ω）で測定され、複素数であり、実部は抵抗、虚部はリアクタンスとして知られています。インピーダンスは、AC回路における抵抗、インダクタンス、キャパシタンスの複合的な効果です。特定の回路のインピーダンスは一定ではなく、その値はAC周波数、抵抗（R）、インダクタンス（L）、キャパシタンス（C）によって共同で決定され、したがって周波数の変化に応じて変動します。

インピーダンスマッチングとは？

インピーダンスマッチングは、信号源または伝送線路とその負荷との間の互換性を確保する方法です。低周波マッチングと高周波マッチングに分類できます。伝送線路に対して波長が比較的長い低周波回路では、反射は無視できます。しかし、伝送線路の長さに匹敵する短い波長を持つ高周波回路では、元の信号に重畳された反射信号がその波形を変化させ、信号品質に影響を与える可能性があります。

effect of signal mismatch

信号反射：

高周波における回路の挙動は、フリンジ容量やインダクタンスなどの寄生効果により変化します。PCB信号トレースも伝送線路のように振る舞い、信号トレースに沿ったすべての点がインピーダンスを持っています。

signal reflections

その結果、元の信号が歪み、送信端から送信されるはずだったものが受信端に到達するまでに変化する可能性があります。したがって、歪みのない信号伝送を実現するには、PCB信号トレースが一貫したインピーダンスを維持する必要があります。

PCB設計で一般的に使用されるインピーダンスライン

インピーダンスマッチングは、高周波信号の反射を効果的に低減または排除します。一般的に使用されるインピーダンスラインは、以下の4つのタイプに分類できます：

1. シングルエンドインピーダンスライン：

シングルエンドインピーダンスラインとは、PCB上の単一トレースのインピーダンスを指し、通常、マイクロストリップとストリップラインの2つの主要なタイプに分類されます。

microstrip and stripline

マイクロストリップライン：PCBの外層にある信号トレースで、内層にグランドプレーンが直接その下にあります。インピーダンスは、トレースの幅、トレースとグランドプレーン間の誘電体（絶縁材料）の厚さ、および材料の誘電率によって制御されます。
ストリップライン：2つのグランドプレーンに挟まれた信号トレースで、通常はPCBの内層にあります。インピーダンスは、トレース幅、トレースの上下の誘電体厚さ、および誘電率によって制御されます。

2. 差動ペアインピーダンスライン：

等しく反対の信号を伝送する2本の平行トレースで、通常は高速データ伝送に使用されます。インピーダンスは、トレース幅、トレース間の間隔、および材料の誘電特性によって制御されます。正規化インピーダンスは90～110オームです。

single ended and differential pair

3. コプレーナシングルエンド/差動ペアインピーダンスライン：

外層にある信号トレースで、トレースの両側にグランドプレーンがあり、通常は同じ層にあります。インピーダンスは、トレース幅、トレースと隣接するグランドプレーン間の間隔、トレース下の誘電体の厚さ、および誘電率によって決定されます。正規化インピーダンスは50オーム（シングルエンド）、90～100オーム（差動ペア）です。

インピーダンスマッチングPCB設計の考慮事項

effect of impedance

PCBトラックのインピーダンス計算と測定

インピーダンス制御が必要な注文では、圧縮されたPCBファイルとともに、表または図の形式でインピーダンス要件を提供することが重要です。トラックのインピーダンスの一般的な値は、トレース幅、ギャップ、および層情報とともに以下の図に記載されています。

impedance table

JLCPCBインピーダンス計算ツールの使用：

JLCPCBの「インピーダンス計算ツール」を開き、対応する層構成や基板厚などの関連パラメータを選択しながらインピーダンス値を入力します。エンジニアリングデータで対応する線幅と間隔を設計します。

impedance calculator

メーカーからの重要な注意事項： 「インピーダンス制御」を「はい」として選択した注文の場合、当社の工場は±10%の公差内でインピーダンスを制御します。「いいえ」を選択した場合、インピーダンスは制御しませんが、線幅と間隔が+/-20%の公差内にあることを保証します。両面基板ではインピーダンス制御はまだ利用できません。

結論

インピーダンスマッチングは高速PCB設計の重要な側面であり、最適な信号伝送を確保し、信号完全性を維持します。インピーダンス値、線幅、間隔、誘電特性、および参照層を慎重に検討することで、設計者は信号反射と歪みを効果的に最小化できます。インピーダンス制御されたラインを実装し、JLCPCBのインピーダンス計算ツールなどのツールを活用することで、設計プロセスを効率化し、所望のインピーダンス値を達成するのに役立ちます。適切なインピーダンスマッチング技術により、設計者は高速PCBの性能と信頼性を向上させ、現代の電子システムにおいて電子信号のシームレスな伝送を可能にすることができます。

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