Part 1からPart 5までで検討した内容をこのパートでまとめておきます。

　Part4で紹介した、グランドビアはL2とL3を接続するだけにしていたのです。これは計算スピードを上げる為なのですが、このような構成を実際のプリント基板で作ろうとすると、とんでもないコストがかかります。

L1からL4へ遷移するマイクロストリップラインのビアには、縦方向に電流が流れるわけですが、この電流の戻り（リターン）を確保するため、その信号ラインビアの近辺にあるグランドにビアを設けることで、周波数特性（S11、S２１）が改善することが分かりました。

　前回までで、ビアのあるマイクロストリップラインの特性に関するシミュレーションの基本は出来たと思います。 

2．ビアの形状を長方形であったのを、円形形状にした（より現実に近いものとした）（図3）

 図3　ビアの形状を丸形にした

 

3．コネクタ近辺に、全グランド面（L2とL3）を接続するビアをもうける（これも現実の回路に近づける為）（図4）

 図4　コネクタのすぐそばにグランドビアを打つ

 

　アジレントテクノロジー様（現：キーサイト・テクノロジー様）ご厚意により、パーソナル電磁界シミュレータ、Genesysを使わせていただいています。

図１　解析するマイクロストリップラインの外観図

　

　さらに、ビアの部分を拡大したものが図２です。

図２　図１のVIA部分の拡大図

 

　シミュレーション時間を短縮するため、第1層の下には誘電体とベタグランドの第2層しかなく、その下には、第3層、第4層はありません。同様に、第4層とベタグランドの第3層の上には第2層、第1層はありません。立体的に見ると図3のようになっています。

図3　ビア部分の立体図（アジレントテクノロジー様ご提供）

 

　さて、このレイアウトで0GHzから5GHzまでSパラメータ（S11、S21）を計算してみました。その結果が図4です。

図4　図1の形状でシミュレーションした結果

 

　特に考慮をしているわけではないので、2.5GHz付近に急峻な共振点があります。この特性のまま高速の立ち上がりを持つステップ信号を通すと、立ち上がり部に約2.5GHzの周期を持ったリンギングが発生します。これを無くすことが最終目標です。

 

　で、検討を重ねた結果、最も良かった形状のSパラメータが図5です。

　Part 2以降は、この図5の特性になるようにどのような事をしたか、を順次紹介します。

 

Part2はこちらをクリックしてください。

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　さて、ここまでで波形観測の準備が整いました。この回路はクライアント様との守秘義務契約があるため、詳しくは解説できませんが、いくつかの波形をピックアップして紹介します。

　以下の波形は、青いトレースのネガティブ・ゴーイングエッジを基準として、上のピンクと紫の波形の時間位置が同じかどうか確認しています。観測された波形から、時間位置がぴったり合っており、設計ミスが無かったことが確認できました。
　続いて、基板上でアイパターンの品質が最も問題のあるところの波形を観測してみました。とても綺麗なアイパターンです。マイクロストリップラインのインピーダンスが50オームにコントロールされた結果です。
　続いて、750MHzのクロックエッジが、1.5Gbpsのデータをラッチするところのタイミングを観測してみました。もう少し拡大すればわかりやすかったのですが、クロックがデータのど真ん中でラッチしていることが分かります。
　最後に、「メタステーブル」状態が観測されるはずの所を観測してみました。見事にメタステーブル状態を捕らえていることが分かります。