差動伝送におけるシグナルライン間のギャップ設定に…

質問

差動伝送におけるシグナルライン間のギャップ設定について

素人質問かもしれませんが。
プリント基板上で差動伝送を設計する際、シグナルライン間のギャップはZ0が要求値にさえなれば自由に設計できるように思えます。
しかしながらシグナルを近づけることにより相互の結合が強くなり、放射ノイズが抑えられるということも聞いたことがあります。
そこで質問です。
別の話によると電流駆動の回路ではシグナル間の結合を強くしたほうがよく、電圧駆動ではあまり関係ないということを聞いたことがあります。
これはなぜなのでしょうか？また、この他にシグナル間の結合を強めるメリットなどありましたらご教授ください。また、これらの内容を解説しているようなHP、書籍などありましたらお願いします。

回答No.1

noname#230359 · ベストアンサー

差動伝送路の話ですから、一応前提として高速信号を考えます。
差動ラインは信号の"H","L"が逆の線がお互いにごく近くに配置されるわけ
ですから、遠くから見ると両方の信号が混じって何も信号がないのと
同じに見えます。これは遠くにはノイズなどが飛ばないということです。
（差動の各線からの距離が同じなら影響も同じ。互いに打ち消し合う）

このような差動の伝送線路では、電流駆動と電圧駆動の区別はあまり
意味をなしません。と言うより、高い周波数では高いインピーダンスも
低いインピーダンスもあり得なくて、浮遊リアクタンスにより中間の
インピーダンスになっているからです。差動ラインの結合度が電圧駆動では
あまり関係ないというのは何を意味しているのか解りませんでした。

差動方式のメリットとして大きいのは、もちろん同相ノイズに強いという
ことと、GNDがプアーな基板での伝送に有利ということが言えます。
結合の強い差動ラインはGNDがなくても切れていても綺麗に伝送できます。

本としては
High-Speed Circuit Board Signal Integrity
Stephen C. Thierauf Artech House, Inc. ISBN 1-58053-131-8

とか
http://www.amazon.co.jp/%E3%83%8F%E3%83%AF%E3%83%BC%E3%83%89%E3%83%BB%E3%82%B8%E3%83%A7%E3%83%B3%E3%82%BD%E3%83%B3-%E9%AB%98%E9%80%9F%E4%BF%A1%E5%8F%B7%E3%83%9C%E3%83%BC%E3%83%89%E3%81%AE%E8%A8%AD%E8%A8%88-Howard-Johnson-Martin/dp/4621078623/ref=pd_sim_fb_3/249-5158813-9662712
なんかが良い本です。

ハワード・ジョンソンはもう教科書になっていますね。

高い周波数では高いインピーダンスも低いのもあり得ない、ということですが
例えば、SMAのコネクタを導線でショートしたとしましょう。低周波では
ショートですから0Ωになることが期待されます。

ところが、このショートした「線」にはわずかながらインダクタンスが
あります。おそらく1.5nHくらいではないでしょうか。このインダクタンスは
1GHzでは9.4Ωのリアクタンスになります。これは50Ωの19%になります。
もし周波数が5GHzだったら、この「線」は47Ωです。こうなるととても
ショートとは言えません。

高いインピーダンスも、同様に浮遊容量により制限されて作れません。

このあたりが理想的に「ショート」とか「オープン」と言えるのはICの中の
ミクロンオーダーの話だけでしょう。

定電流駆動というのは負荷よりも遙かに高い内部インピーダンスの信号源の
ことです。定電圧駆動というのは負荷よりも遙かに低い内部インピーダンス
の信号源のことです。ですから高周波では定電流とか定電圧という信号源
を作ることが難しいのです。

もし、マイクロストリップラインのインピーダンスを求める計算ができる
なら、試しに特性インピーダンス1Ωとか10kΩのラインがどんな線幅に
なるか計算してみてください。

普通Zoは伝送線路の特性インピーダンスの意味に使いますから、信号源の
インピーダンスはZoとは言わないことが多いですね。Zsとも言いますが
Zだけの表現も見受けます。

４年後には世界中で作られるプリント基板の80%にインピーダンスコントロール
が必要になると言われています。この分野はキチンと理解している人が
まだ少ないので、ハワードジョンソンで頑張ってください。

お礼

ご回答ありがとうございます。
おっしゃるとおり、高速伝送を前提としております。言葉足らずですみません。輻射ノイズは想像できたのですが、GNDの変動に対して影響を受けにくいと言うのは参考になりました。ハワード・ジョンソンはあることはあるのですが、まだちゃんと読めていません。もう少し読み込みます。
ところで「高い周波数では高いインピーダンスも低いインピーダンスもあり得なくて、浮遊リアクタンスにより中間のインピーダンスになっている」というのはどういうことでしょうか？私の貧弱な知識では理解できませんでした。もう少し解説頂ければ幸いです。

ご回答有難うございます。
まだまだついていけてない部分もありますが、電圧駆動、電流駆動の仕組みは少し理解できたと思います。この場合の内部インピーダンスはZ0ではなく、Zのことですよね？
ハワードジョンソン、今日から読み始めています。

この方面はほとんど素人で、学ぶべきことが多く大変ですが、がんばりたいと思います。いろいろ有難うございます。

回答No.2

noname#230359

作動に関する本来の意義などに関して、いつも参考にしています。
高速信号の不要輻射に関することなど、信号の質が問われる今日
このごろです。

参考URL：

http://www.geocities.jp/signalintegrityjp/signal_integrity.html

お礼

「ディジタルデータ電送入門」読ませて頂きました。差動ペア間では片側にのみ電源をおき、ペアとなる線路に電磁誘導？させながら伝送している、というイメージで正しいのでしょうか？その場合、結合が強いほど良さそうなのはわかるのですが、具体的にどのようなメリットがあるのでしょうか？スキューが小さくなるのでしょうか？