高速デジタル伝送におけるチップビーズの効果の検証

小宮 一毅［発表者］、藤原 康平、小林 丈士、枦 健一（電子半導体技術グループ）

1.はじめに

  通信の高速化などにより、伝送線路に流れる信号は高速化の一途である。周波数が高速になることにより、EMC対策部品も高速に対応したものが各メーカーから市販されている。しかし、データシートには数GHzまでのインピーダンス、Sパラメータのデータしか記載されていない。本研究では市販されているEMC対策部品のひとつであるチップビーズをマイクロストリップラインに実装し、そのSパラメータやインピーダンスを測定し対策部品の定数を評価した。その後、マイクロストリップラインにビットパターンを送り、チップビーズがシグナルインテグリティに与える影響について評価をおこなった。

2.実験方法

  本研究では、チップビーズ50Ω、120Ωと比較として50Ω抵抗器を用いて実験をおこなった。また、事前にシミュレーションを行い、各測定で実測値と比較をおこなった。シミュレーションは、アジレントテクノロジー社Advanced Design System（ADS）を用いてモーメント法でマイクロストリップラインの電磁界解析をおこなった後、回路シミュレータにそのデータをインポートし解析をおこなった。実測はマイクロストリップライン基板（基板：FR-4 厚み1.2mmt 導体：Cu 厚み35μmt）を作製し、チップビーズを実装し測定をおこなった（図1）。

図1 マイクロストリップライン

3.結果・考察

3.1 インピーダンス
  インピーダンス特性をTDR（アジレントテクノロジー社 86100C） を用いて測定した結果とメーカーより公表されているSパラメータをインピーダンスに変換したもの、メーカーより提供されている部品データをシミュレーションに導入して解析した。ほぼ、実測、シミュレーション共に一致を確認した。

3.2  Sパラメータ
  TDRによって測定をした時間軸データをSパラメータに変換したデータと、シミュレーションにより算出したSパラメータの比較をおこなった。シミュレーションは、3.1と同様にメーカーより提供されている部品データをシミュレーションに導入し、3.0GHzまでの解析をおこなった。測定値とシミュレーション値を比較し、良好な一致を確認した。

3.3 デジタル伝送におけるEMC部品の影響
  チップビーズがデジタル伝送に与える影響を評価するために、シリアルBERT（アジレントテクノロ ジー社 N9030B）を用い波形の測定をおこなった。シミュレーションは同様に、トランジェント解析をおこない、結果、実測・シミュレーション共にチップビーズを挿入することにより、波形がゆがんでいることが確認できる。

4.まとめ

  チップビーズはノイズを軽減するものの、デジタル伝送時の波形が崩れてしまう。これは、チップビーズのインピーダンスZがレジスタンスRとリアクタンスXを持っていて、そのX成分の影響によって波形が崩れているためである。このため、高速伝送技術とノイズ対策については、トレードオフの関係といえる。また、実測値、シミュレーション値が各測定で比較的良い一致をしていることより、EMC対策、シグナルインテグリティにおいて試作前のシミュレーションの活用が非常に効果的であると考えられる。