Zパラメータってインピーダンスとは違うの？

しかし、このような定義を見たとき、当時の私は再び混乱しました。

「やっぱりZパラメータって“電圧”のこと？ 結局インピーダンスとは違うもの？」

このように整理すると、インピーダンス Z は単なる「抵抗値」ではなく、「電圧と電流の比」そのものであることがわかります。つまり、インピーダンスZとは「電流と電圧の関係性」を示すものであると言えます。ここが非常に重要なポイントです。

直流回路では、抵抗値Rだけで電圧と電流の関係を示すことができます。
しかし、交流回路ではコンデンサやコイルの影響によって電圧と電流の間に「位相のずれ」が生じるため、交流回路においては単なる抵抗値Rのみでは電圧と電流の関係を表現できません。
したがって、インピーダンスは交流回路における電流と電圧の関係性を表現するための「大きさ(抵抗)」と「位相(時間的なずれ)」の両方の情報を含んだ複素数として表されます。
ちなみに、複素数とは「大きさ」や「向き(ずれ)」を同時に表現できる便利なツールのようなものです。
「複素数」と言葉だけ聞くと難しいイメージがあるかもしれませんが、複素数のおかげでコンデンサやコイルのように電流や電圧のタイミングがずれる部品の特性も数式でシンプルに表現ができるようになります。

ここで、インピーダンスの定義を改めてまとめておきます。

インピーダンスとは交流回路における電圧と電流の関係を表す複素数であり、電流に対する電圧の大きさ（抵抗成分）と位相（時間的なずれ）の両方を含むもの

私自身がかつて抱いていた「インピーダンス = 抵抗成分」という理解は不十分であることがわかります。
インピーダンスを「電流と電圧の関係性そのもの」であると捉えることで、Zパラメータとのつながりも自然と見えてくるようになります。

上記のように、Zパラメータの各要素はすべて「電圧÷電流」で定義されており、構造としてはインピーダンスそのものであることがわかります。ただし、Zパラメータは複数の端子間での電圧と電流の相互関係をまとめて行列（マトリクス）として表現できるといった特徴があります。

たとえば、

• Z₁₁ は「端子1の電流が端子1の電圧に与える影響」
• Z₂₁ は「端子1の電流が端子2の電圧に与える影響」
  
  

というように、Zパラメータを使えば、「どの端子の電流が、どの端子の電圧に影響するか」を定量的に示すことができます。
また、2端子対回路においては、Z11（あるいは Z22）が「インプットインピーダンス」、Z21(あるいはZ12)が「トランスファーインピーダンス」に対応します。
当時の私が考えていた「インプットインピーダンスは“ある場所に電流を流したときの交流的な抵抗成分”」という理解は、厳密には正確ではないものの間違いではありませんでした。
一方、「トランスファーインピーダンスは“ある経路間の交流的な抵抗成分”である」というのは間違った理解であったことがわかります。

• インプットインピーダンスの意義

インプットインピーダンスはICの安定動作を検証したり、入力端子でどの値のデカップリングコンデンサを配置すべきかを決める判断材料になります。
インプットインピーダンスが適切でないと、ICが誤動作する要因となります。

• トランスファーインピーダンスの意義

トランスファーインピーダンスは、ある端子の電流が別の端子にどれだけ電圧を生じさせるかを示します。
たとえば、ICの駆動電流がケーブル接続端子に電圧変動を生じさせるかどうかを評価することができ、ケーブルからの放射ノイズ対策の有効性を検証することが可能です。

このように、インプットインピーダンスとトランスファーインピーダンスは、EMC品質を設計段階で定量的に評価するための重要な指標となります。
Zパラメータを理解することは、EMC設計を行う上でも重要なことであると言えます。