SIGLENT （シグレント）スペクトル＆ベクトル・ネットワーク・アナライザ SVA1000Xシリーズ

スキップレイヤー経路（Skip-Layer Routing）は、高速伝送路のための特定の配線構造で、特にパッケージ基板内の差動ペアのルーティングに使用されます。これは、非常に高いデータレートをサポートするために設計された、一種の導波管構造です。

🧐 スキップレイヤー経路の概要

スキップレイヤー経路は、従来のプリント基板（PCB）配線では困難な超広帯域チャネルを実現するために採用されます。

• 目的: 224G-PAM-4インターフェースなど、56 GHzを超える帯域幅を必要とする最速のデータレートをサポートすること。

• 構造: 差動ストリップラインを複数のプレーン層にまたがって配線し、その周囲を**ビア・フェンス（ビアによる囲い）**で囲むことで、差動同軸導波管に似た構造を形成します。

• 配置: 通常、パッケージ基板の上層からBGA（ボールグリッドアレイ）の底面への配線に使用されます。

📈 高速伝送路としての特徴

スキップレイヤー経路が高速伝送路として優れている主な理由は、その導波管的な特性にあります。

• 広帯域性: 構造を適切に設計することで、信号が準TEM（Quasi-TEM）モードで伝播できるカットオフ周波数を高く保ち、必要なチャネル帯域幅を確保します。

• シールド効果: 差動ペアを囲むビア・フェンスがシールドとして機能し、チャネル間クロストークや高周波での放射を最小限に抑えます。ビアの間隔を狭くすることで、より高い周波数でのシールド効果が向上します。

• インピーダンス制御: 構造の幾何学的パラメータ（トレース幅、間隔、プレーン間隔、ビア配置など）を調整することで、厳密な特性インピーダンスの制御が可能になります。

📌 ポイントまとめ

高周波設計において、スキップレイヤー経路は、信号の反射や損失を抑えつつ、最大限のデータ転送速度を実現するための重要な技術です。

スキップレイヤー経路の電磁界解析について、さらに詳細な情報：

スキップレイヤー経路のような超高速伝送路の性能を正確に評価するには、電磁界解析（Electromagnetic Field Analysis）が不可欠です。経験則的な概算では不十分な、50 GHzを超える帯域幅での信号品質や損失を詳細に把握できます。

💻 スキップレイヤー経路の主な解析目的

スキップレイヤー経路は、ビア・フェンスによって囲まれた導波管構造であるため、解析では主に以下の特性を評価します。

1. 準TEMカットオフ周波数（Quasi-TEM Cutoff Frequency）の特定

   • これは信号が最も低損失な準TEM（Quasi-TEM）モードで伝播できる上限周波数です。

   • このカットオフ周波数がチャネルの最大帯域幅を決定づける最も重要な要素となります。

2. 挿入損失（Insertion Loss）と反射損失（Return Loss）の算出

   • Sパラメータ（S-parameters）として直接損失を計算し、チャネルの周波数応答を評価します。

3. 高次モード（Higher-Order Modes）の挙動評価

   • カットオフ周波数を超えると、伝送モードが準TEMから高次モードへ切り替わり、信号品質が急激に劣化します。電磁界の3Dプロットで、このモードの切り替わりとそれに伴うエネルギー分布の変化を視覚的に確認します。

4. クロストーク（Crosstalk）とシールド効果の評価

   • 隣接する高速レーンとの差動クロストークを定量的に評価します。

   • ビア・フェンス（ビアによる囲い）が、高周波でどれだけ効果的に電磁波を遮蔽し、**EMI（電磁妨害）**を防いでいるか（シールド効果）を評価します。

🛠️ 主に使用される解析手法

このような複雑な高周波構造の解析には、主に**3次元電磁界シミュレータ（3D EM Field Solver）**が用いられます。

これらの手法を用いることで、設計者はビア間隔、トレース幅、誘電体層の厚さなどの物理的なジオメトリパラメータを最適化し、求められる高速伝送路の要件を満たす設計を実現します。