基板の特性インピーダンス 50Ω/100Ω の設計根拠とTDR測定とは
株式会社フォスターでは、高速信号基板のTDR（時間領域反射率）測定・断面解析を実施しており、特性インピーダンスの設計値と実測値の乖離評価をサポートしています。
特性インピーダンスは高速信号伝送においてリフレクション（反射）を防ぎ信号品質を確保するための最重要設計パラメータです。シングルエンド信号には50Ω、差動信号には100Ωが標準として使われます。この値はPCBの線路幅・基材厚・誘電率で決まり、製造公差の管理が信号品質に直結します。
50Ωと100Ωが標準となる理由
50Ωは送電効率（最大電力転送）と絶縁破壊耐性のバランスから同軸ケーブル時代に規格化された値で、RF・デジタル高速伝送に標準的に使われます。100Ω（差動）は差動ペアの各線路が50Ωとなるため自然に成立します。ただし自動車CAN・LINでは120Ω、イーサネット（UTP）では100Ωの終端が規格されています。
| インターフェース | 特性インピーダンス | 終端抵抗 | 主な用途 |
|---|---|---|---|
| RF・高周波 | 50Ω（シングル） | 50Ω | アンテナ・RF回路 |
| USB 3.x・PCIe | 90Ω差動 | 45Ω×2（終端） | 高速データ転送 |
| LVDS・SERDES | 100Ω差動 | 100Ω（並列） | 車載カメラ・ADAS |
| Ethernet（車載） | 100Ω差動 | 100Ω | 100BASE-T1・1000BASE-T1 |
| CAN | 120Ω差動 | 120Ω | 車載CAN・CAN FD |
TDR測定の原理と評価方法
TDR（Time Domain Reflectometry）は短立ち上がりの電圧パルスを伝送線路に入力し、インピーダンス不連続点からの反射波の時間・大きさから伝送線路の特性インピーダンス分布を測定します。設計値±10%（IPC-2141標準）以内であることを製造後に確認します。
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よくある質問
特性インピーダンスが設計値からずれる原因は？
銅箔エッチング量のばらつき（線路幅変動）・基材厚のばらつき・誘電率ロット差・はんだマスク厚の変動が主原因です。IPC-2141では±10%の許容値が標準です。
TDRで何ns以内の測定が必要か？
PCB上の信号速度は誘電率によって異なりますが約170mm/nsです。10mmの分解能が必要な場合、約60psの時間分解能が必要です。サンプリングオシロとTDRモジュールで測定します。
インピーダンス整合が悪いとどうなるか？
インピーダンス不連続点で信号が反射（リフレクション）し、受信側での波形品質（アイパターン）が劣化します。高速（Gbps以上）では動作不良の直接原因になります。
差動インピーダンスとシングルエンドインピーダンスの関係は？
理論上、差動インピーダンスZdiff = 2×シングルエンドインピーダンスZ0（無相互結合の場合）です。実際は隣接線路間の相互結合により若干異なります。
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株式会社フォスターについて
株式会社フォスターは、自動車部品（コネクタ・ワイヤーハーネス・圧着端子）を中心とした受託試験・信頼性評価を行っております。 環境試験、電気特性試験、機械的特性試験、不具合解析など幅広い評価に対応し、お客様の開発・品質保証をサポートいたします。
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