電子回路基板パターンデザインについて

質問

電子回路パターンのつくり方について質問します。
まっすぐ引いているパターンを垂直に曲げる際、
丸みや斜めパターンを経由して垂直にパターン
を引く理由について回答お願いします。

私が読んだ参考書には「反射を緩和するため」と
書かれていました。
まさか電流が反射するとは思えないので、電磁波
と言う認識で当たっていますか？

回答No.3

bogen555 · ベストアンサー

質問者の技術的背景がわからないんで答えにくいんですが、もし400MHz以上の高速・高周波回路が専門なら、下の回答でOKです。

400MHz以下の回路が専門なら、「反射を緩和するため」ではありません。
一般に丸みや斜めパターンを使うのは、垂直に曲げると基板のエッチング工程でオーバーエッチングになりやすく、細いパターンは切れやすく、剥がれやすくなるからです。
つまり、歩留まり向上と不良低減が目的ですね。
論より証拠で、数10MHz～400MHzでは下記のようなぎざぎざの「ミアンダ（Meander)配線」が伝搬遅延時間を揃えるために使われています。
http://techon.nikkeibp.co.jp/device/dm/design_si1-2.html

回答No.4

se223

本当に電流は波特性があります。パターンの幅が広かったり狭かったら電流が反射したり、ちゃんと流れません。

もうひとつの意味は、裏面がベタの場合、基板の材質と厚さ、パターン幅、厚さで特性インピーダンスが決まります。
そのため、曲げ部分の電流の流れがスムースになるようにパターン幅を駆使してインピーダンスが一定にする工夫が取られています。
斜めのカット幅も、パターン幅の何倍の面の長さで削るとか提唱している方もいます。

あとは、反射しないようにどこまで理想的にパターンを作れるか、有限要素解析をするとか、ＴＤＲという測定器で測ってみるとか最後は試行錯誤です。

回答No.2

tadys

反射するのは電磁場（電場と磁場）です。

一様で変化のない線路は一定のインピーダンスを持ちます。これを特性インピーダンスと言います。
例えばTVアンテナに使用する同軸ケーブルは７５Ωの特性インピーダンスを持ちます。
７５Ωと言っても普通の抵抗では無いのでテスターで測っても７５Ωを示すわけでは有りません。
ただし、うんと長いケーブルで試すとしばらくの間は７５Ωを示します。
例えば地球を７周り半するほどの長いケーブルでは２秒間ほどは７５Ωを示します。
（ケーブルのロスが無い、短縮率が100％など、若干の条件が付きます。）
地球を７周り半といえば光が１秒間で進む距離です。
テスターをケーブルに接続するとテスターからの電磁場の変化が光の速度で伝わっていき、１秒後にケーブルの端に到達するとそこで反射して戻ってきます。
さらに１秒たつと反射がテスターまで戻って来てテスターから電流が流れなくなるので抵抗値は無限大を表示します。
これは仮想の話ではなく、このような方法でリント基板のパターンのインピーダンスを調べる為の測定器も販売されています。
http://www2.tek.com/cmsreplive/tirep/3846/tdr_55Z_14601_1_2009.05.31.00.06.13_3846_JA.pdf

線路の形状が変化するとそこで特性インピーダンスが変わります。
幅が細いパタンは特性インピーダンスが高くなり、幅が広いパターンは特性インピーダンスが低くなります。
パタンを直角に曲げると直角部分で幅が広くなるのでその部分は特性インピーダンスが低くなります。
また、パタン同士が近づくのでその部分でインダクタンス成分が大きくなります。

特性インピーダンスに変化が有るとそこで電磁場の反射が起きます。
電磁場の反射が起きると信号の波形が変化するのでデジタル回路の誤動作の原因になる事が有ります。
信号波形の変化を抑える為に、パターンを一様でまっすぐなパターンから変える時は出来るだけゆっくり変化するようにするのです。

このように、信号の形を出来るだけ忠実につたえる事を「シグナルインティグリティ」と言います。
下記が参考になるでしょう。
http://www.elsena.co.jp/elspear/specialist_column/technology_column1.html
http://www.geocities.jp/signalintegrityjp/signal_integrity.html

回答No.1

fjnobu

角度をつけて曲げると、インピーダンスが変わります。
インピーダンスが変わると、変化点で反射が起こります。
電流での反射は、周波数が高くなると顕著に出ます。
矩形波を送信しても、階段状の波形に変化することでわかります。