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シグナルインテグリティの基礎を学ぶ (DigiKey社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介)
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MAIL MAGAGINE No. 2014 2025. 5. 27 |
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シグナルインテグリティの基礎を学ぶ (DigiKey社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介) |
| 「アプリケーションラボ」は、DigiKey社のご協力をいただいて、DigiKey社が公開している新製品や技術情報を日本語でご紹介するWebページです。基礎技術から最新技術まで有益な情報を公開していますので、是非ご活用ください。 今回は、データセンターなどで使用される高速データ伝送システムの設計には不可欠となっている信号品質を向上させるシグナルインテグリティの基礎について解説した記事をご紹介します。 ■シグナルインテグリティの基礎を学ぶ シグナルインテグリティ(Signal Integrity)とは、電子回路において信号が正しく伝達されるように信号の品質管理を行うことです。インテグリティは完全や健全という意味で、派生語として整数(インテジャー)があります。 シグナルインテグリティが重要視されるようになったのは、マイクロプロセッサの動作周波数が急速に上がり始めた1990年代の後半からです。100MHzを超えるようになると、信号の反射やクロストーク、伝送線路によるローパスフィルタ効果などによりデジタル信号の品質が劣化し、誤動作が目立つようになりました。当時のプリント基板設計技術では信号伝送の高速化に対応できなかったため、シグナルインテグリティが注目されるようになりました。 シグナルインテグリティで検討すべき項目は、伝送ライン、ラインインピーダンス、反射、リターンロス、挿入損失、ノイズ、クロストーク、共振など多岐にわたります。 伝送ラインでは基板の材質や導体の配置が信号の品質に影響し、信号の反射を防ぐためにはラインインピーダンスを一定に保つ必要があります。インピーダンスに不整合があると信号の歪みやデータエラーが発生します。また、信号の反射によるリターンロスや、伝送中の減衰(挿入損失)を最小限に抑えることも重要です。 ノイズやクロストークを抑えるには、外部からの電磁干渉(EMI)や隣接する信号ラインからの影響を避けるためにグランドプレーンを適切に配置し、シールドなどを活用します。また、信号経路の長さが特定の周波数で共振すると信号の増幅や減衰が発生するので、これを避ける設計も必要です。 特に、高速データ通信やAIデータセンターなどの環境では、信号の歪みやノイズを最小限に抑えることが非常に重要になります。そのため、AIプロセッサを動作させる構成部品や装置間においては、正確で信頼性の高い通信を確保するために、挿入損失やクロストークなどの仕様が規定されたケーブルやコネクタが採用されます。 【アプリケーションラボ】では、シグナルインテグリティの基礎として使用される用語と設計者が考慮すべき事項について解説した後、Amphenol Times Microwave Systems製の低損失同軸ケーブルとAmphenol ICC製のバックプレーン用コネクタを紹介しています。 ここで解説されているデバイスは、マルツオンラインのウェブサイトで購入できますので、是非参考にしてください。
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