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Altium Designer - 回路・基板設計ソフトウェア

コンポーネントの配置と配線により、PCBをESDから保護する方法 Thought Leadership コンポーネントの配置と配線により、PCBをESDから保護する方法 私は、周りの人に言わせると、驚くべき神経質で特定の事物を整理するそうです。大学院で、机の私側の端と、隣の席の端から始まるサンプル容器と論文の山との間には境界線がありました。この傾向は、特にバスルームには およばなかった ため、同級生やボーイフレンドを困惑させましたが、PCBのコンポーネント配置の最適化では私を名人に仕立て上げてくれました。この傾向は、物事を整頓された状態に保つだけでなく、基板全体の 静電放電保護 も向上します。 よいコンポーネントの配置が明らかに意味するところは、基板上の 配線 に影響するということです。つまり、配線は、ESDの影響が、PCB全体や、影響を受けやすいコンポーネント、保護されていないコンポーネントにどのように広がるかを決定します。コンポーネントの配列を調整する場合、配線を改善し、PCBおよび影響を受けやすいICを最善の方法で保護するための基本的ガイドラインがあります。 可能な限り最も安全な場所へのコンポーネントの配置 ときとして、設計要件のため、静電気の影響を受けやすい全てのコンポーネントに対して 保護回路 を使用できないことがあります。その場合、それらのICの状況を改善するために実行できるステップがあります。 TVS保護回路とコネクター入力の間のトレースから、あるいはESDが予期されるその他の場所から、保護されていない回路を離します。この方法で、ESDパルスから生じる電磁場の急速な変化よって誘導される電流にコンポーネントをさらすリスクを最小限にできます。 コンポーネントの配置は、ICを保護配線に配置できない場合でも、ESDからICを保護できます。 保護配線上にあるデバイスでも、配置に関する事前の考慮から恩恵を受けることができます。影響を受けやすいコンポーネントは、保護配線上にある場合、基板の中央付近に配置する必要があります。これにより、保護回路の最高のパフォーマンスを得られるよう、 寄生インダクタンス のバランスを調整することができます。 配線長の最短化 トレースやワイヤが長いと、ちょっとしたアンテナの役割を果たします。意図しない放電を伝達したり受けたりする可能性があります。ESDパルスがある場合、それらは火花から「出力」を受け取り、配線長全体に伝達します。 配線長を最小にする最も簡単な最初のステップの1つは、全てのコンポーネントを、距離が近い相互接続を多用して配置することです。これにより、配線長を最小にし、うまくすれば相互接続する線の数も最小にできます。整理名人は、類似の要素をまとめる必要があることを知っています。
設計者または製造業者はPCB製造のあらゆる側面を指定するべきか? 設計者または製造業者はPCB製造のあらゆる側面を指定するべきか? 長年計画していた中国への旅行が、ついに実現しました。フライトも半ばにさしかかった頃、突然、休暇の興奮は不安に変わりました。私は PCB設計者ですが、実装の間に重大な基板の誤りがあったかもしれない、と気付いたのです。そのリフロープロファイルを指定しなかったことを後悔していました。その反面、再度、それを指定することを後悔していたかもしれません。基板の誤りは全て、このフライトに搭乗する数日前に起こり、適切な計画があれば、この不安を避けることができたのです。PCBを設計、製造する際に使用される一般的なテクニックや原則は2つあります。1つは、基板の製造や実装の全ての側面を指定することによって、PCB設計の完全な所有権を得ることです。もう1つは、製造や実装のプロセスの一部を指定することを、契約製造業者に許可することです。どちらのオプションにも、適切な時と場所があります。異なる状況で、どちらの方が適切か考えましょう。 制御方法を選択するのは、いつか? 通常、基板の設計のあらゆる側面を指定する方が、より安全で優れたオプションです。設計パッケージ全体を制御すると、 PCBの製造場所やPCB実装の品質について、企業には最大の自由と柔軟性が与えられます。生産を拡大しつつある場合や、オフショアのコスト削減を目指している場合、基板の製造業者や実装業者の変更は、よくあることです。自身の材料やプロセスを選択する自由を契約製造業者（CM）に与えると、PCBアセンブリ（PCBA）の移転は、より困難になるでしょう。新しい実装業者でできた製品が、最初の実装業者とは異なる可能性が高いからです。これによって、休暇中に不安になることはないかもしれませんが、それに付随する認証の問題では、不安になります。多くの場合、基板が変わると、 その製品に関連した認証は、再度確認する必要があります 。これにはコストがかかり、製品の発売が遅れる場合があります。 そうすると、基板を製造し実装する方法を完全に指定するのが、常に最適な方法であると思われるでしょう。しかし、適切な基板材料の選択、適切なフラックスの決定、リフロープロファイルやはんだペーストマスクの調整、 PCBの面付けなどは、時間がかかり困難な場合があります。これらの要素のために、上で説明した利点が損なわれるシナリオが、いくつかあります。PCBAの完全な所有権を得るべきシナリオと、得るべきでないシナリオについて検討しましょう。 この景色を見に行くときに、PCBの仕様について考えたいと本当に思いますか? UL認証取得のための設計 UL認証 に応募するときは、コストのかかる遅延や予想外の経費を避けるため、 PCBAのあらゆる側面を完全に指定することが重要です。応募した経験がある人間は誰もが、UL認証の取得は、困難で時間のかかるプロセスだと言うでしょう。しばしば、ULに合格するには、製品に一連のテストを実施する必要があります。 製造業者が設計の材料を選択できるようにする と、合格に必要な仕様に従わずに、これらのテストで不合格になる場合があります。製品の安全レベルに応じて、認証は、完了するのに数か月かかる場合があります。ことによると、製品が最終的に合格する前に、何回かの繰り返しが必要になります。この場合、 PCB設計者の実際の唯一のオプションは、どの安全仕様を満たす必要があるかを学び、これを使って、PCB設計の（全てではないにしても）ほとんどの側面を決定することです。例えば、ULテストでよく問題となるのは可燃性（UL94）です。しばしば、PCB基材に適切な誘電体を指定することが、これらの用途に重要になります。PCB製造業者に、任意の繊維ガラス材料を選択する自由を与えると、ULテストサイクルが増えることになるでしょう。最初から設計仕様の概要をまとめ、認証の間の問題を避けるのが、賢明です。どれだけ指定するかを決めるのが難しい場合もあります。どちらとも言えない場合を見ましょう。 インピーダンスとユーザー入力の制御のための設計 IoT市場向けのPCBを設計 しているとき、概要を示す仕様の数について、判断が必要になります。ほとんどの
設計にフェライトビーズを使用してEMIを低減する方法 設計にフェライトビーズを使用してEMIを低減する方法 「ロケット科学みたいに、さっぱりわからない」というのはよく使われてきた言い回しです。小さなJimmyは九九までロケット科学のようだと言っていました。今日では「ロケット科学」を「電磁気干渉」と置き換えるべきでしょう。EMIは多くの人々がぼんやりとしか理解していないものの1つです。この理由から、私は 正しい接地方法、 AC/DC回路、 高速配線、 差動ペア配線などについて記事を書いてきました。順番から、次に書くべきなのはフェライトビーズを使用してEMIを低減する方法でしょう。フェライトを使うのは少々面倒なので、まず その背後にある理論を理解することが重要です。ほとんどの電子部品は本質的にプラグアンドプレイです。しかし、フェライトはシステム内に設計して組み入れる必要があります。理論を理解すれば、LCフィルター、GNDプレーンと電源プレーンの分離、ソースのノイズのフィルタリングなどを実践できるようになります。 フェライトのLCフィルター 設計者は多くの場合、フェライトビーズのことをローパスフィルターと考えようとします。これらは確かに高周波をブロックしますが、特定の帯域しかブロックしません。それより上の帯域では、固有の容量が優先します。ビーズ自体はローパスフィルターではありませんが、バイパスコンデンサーと組み合わせてローパスフィルターにすることができます。この場合、本質的にLC（コイルとコンデンサー）フィルターとして機能します。フェライトビーズをこのように使用するときに大きな問題の1つは、LC共鳴です。 重要な点を先に述べると、回路の電源ラインにフェライトビーズを使用する場合、バイパスコンデンサーが必要です。低い周波数ではフェライトビーズはコイルとして機能し、電流の変化に抵抗します。すなわち、集積回路が電流のスパイクを引き出そうとすると、ビーズはそのピークに抵抗し、回路の動作の妨げとなります。バイパスコンデンサーは電荷を保存し、これらの電源スパイクを供給するために必要です。またバイパスコンデンサーは一般的にも良いやり方です。 コンデンサーとフェライトを設置したら、高周波をフィルタリングして除去できます。フェライトビーズには、LCフィルターに使用される通常のコイルと比較して、いくつかの利点があります。フェライトビーズは低い周波数で ロールオフが急速です。また、固有の抵抗が存在するため、発生の可能性がある共鳴を減衰させるため役立ちます。多少の減衰能力はあっても、LC共鳴は依然として発生する可能性があります。 大きなコンデンサーを使用するときは、特にリスクが大きくなります。共鳴が発生した場合、 最大10dBのゲインを招くことがあります。フィルターの設計では共鳴を避けるよう注意してください。 フェライトビーズとバイパスコンデンサーを使用して信号をフィルタリング デジアナ混在信号のGND/電源プレーンの分離 EMIが回路内を伝搬する主な手段の1つは、GNDおよび電源プレーンです。混在信号回路では、単一のGND/電源プレーンがアナログ信号とデジタル信号の両方に使用されるため、特にこれが一般的となります。このため、 GNDと電源のプレーンを別にするのが最良ですが、GNDは依然として同じ相対電圧に参照される必要があります。これらの問題から極めて困難な課題が生み出されますが、この課題を解決するためにフェライトビーズが役立ちます。 フェライトビーズは、 アナログとデジタルのGND/電源プレーンを接続するために使用できます。この方法により、両方のプレーンは依然として同じ電圧に参照されますが、互いに絶縁されるようになります。ビーズは、通常ならプレーンから別のプレーンへ直接転送される ノイズをブロックできます。
接地による、ESD損傷からのPCBの保護 接地による、ESD損傷からのPCBの保護 Star Trek の機関室を別とすれば、私は、高校生になるまで、職業として工学を検討したことはありませんでした。とはいうものの、無意識でしたが、間違いなく工学に関心がありました。 Star Trek の機関長の名前を全て挙げられたことを考えると、その兆候は早くからありました。しかしながら、ESDブレスレットをプレゼントされてとんでもなく興奮したときに、将来が決まりました。宝石箱に1つぐらいは入っていませんか? このブレスレットは、自分の皮膚に装着する、網目状のゴムと幅広の金属片と、アース端子に接続するワニグチクリップが付いたケーブルで構成されています。当時のインターネットはダイヤルアップ接続のみでしたが、私は、自分を接地する方法を理解するため、ページの読み込みを待って何時間も費やすことを止められませんでした。ブレスレットを身に付け、友人に頼み込んでコンピューターのRAMのアップグレードをやらせてもらったり、単純にコンピューターを開けさせてもらったりしました。 接地は、金属に触れたりすり足をしないなど、簡単にできますが、ESDの影響を受けやすいものを取り扱う前に接地するのが理想的です。 静電放電 から保護するための接地の利用は、製品開発の多くの段階で必要です。RAMカードなど、静電気の影響を受けやすい製品を扱っている場合、ESDマットの使用や自分自身の接地などをお勧めします。適切に設計することで、製品に対して接地による保護を適用することもできます。効果的な接地方法をPCB設計に適用し、安全な取り扱いへの依存を減らすほうが得策です。未来の顧客や導入者が全て、静電気の影響を受けやすい製品の取り扱い時に過度に自身を接地すると仮定することは合理的ではない、とSpockなら指摘するところでしょう。 GNDプレーンの使用 ESD保護のために接地を使用する方法は多数ありますが、まず最初に挙げられるのはGNDプレーンの使用です。多層設計の採用は、必ずしも実現可能ではありませんが、ESD保護について不安がある場合、GNDプレーンは本当に役立ちます。ご存知のとおり、突然の電圧放電は電磁場を誘発します。 適切に接続されたGNDプレーン は、影響を受けやすいコンポーネントから電流を離して配線することで、電圧放電による損傷を軽減できます。 GNDプレーンを使用すると、GNDトレースへの電源供給における 回路ループの領域を減らす ことができます。回路ループの領域を減らすと、ループ領域内で誘導されるEMIの総量が減ります。同様に、流れるべきでないコンポーネントに流れる可能性のある対応電流も減ります。 GNDプレーンの保護 優れたGNDプレーンがどれだけ機能できるとしても、ESDパルスが直接GNDプレーンに放電すると、GNDプレーンは影響を受けやすいコンポーネントへの直接経路となる可能性もあります。このような損傷を回避するため、必ず、影響を受けやすいコンポーネントの電源とGNDの間にTVS回路を使用して、誘導された電流を迂回させます。正しく実装された場合、コンポーネントに発生する電圧差は、TVSの制限電圧に留まります。 また、影響を受けやすいコンポーネントの電源とGNDの間に高周波の
フェライトビーズの機能と適切な選択方法 Thought Leadership フェライトビーズの機能と適切な選択方法 ときどき、電磁波が目に見えたらいいと思います。もし見えたら、EMIをはるかに簡単に検知できるでしょう。複雑な設定やシグナルアナライザーをむやみにいじり回す代わりに、私なら一体何が問題なのかを見極めます。EMIを見ることはできませんが、場合によってはオーディオ回路を通じて音を聞くことはできます。この種の干渉に対して可能な解決方法の1つがフェライトビーズです。困ったことに、フェライトビーズにはちょっと不可解なところがあります。フェライトビーズを適切に使用するためには、その電磁特性と使用中にそれがどのように変化するかを理解する必要があります。フェライトビーズの原理を理解したら、自分の基板に適したものを注意深く選択する必要があります。適切なフェライトビーズを選択しないと、最終的には手に余る問題が生じる可能性があります。 フェライトビーズの原理 フェライトビーズは、高周波信号を減衰するために使用されます。このように説明すると、コイルと同じだとお考えになるかもしれませんが、フェライトビーズはコイルよりやや複雑です。簡素化したフェライトビーズの回路モデルは、その周波数特性を理解するのに役立ちます。ただし、その特性は、電流と温度の関数として変化します。 フェライトビーズは、直列抵抗体の後にコイル、コンデンサー、抵抗器を全て並列したコンポーネントとして モデル化できます 。直列抵抗体は、DC電流に対する抵抗です。コイルは、高周波信号を減衰する主要コンポーネントです。並列された方の抵抗器は、AC電流の損失を示します。コンデンサーは、寄生容量を示します。フェライトビーズの インピーダンス対周波数の曲線 では、大部分が抵抗であるインピーダンスが、狭い帯域でのみ極端に高くなります。ここでは、フェライトビーズのインダクタンスが優位です。この帯域より上では、寄生容量が引き継ぎ、高周波インピーダンスはすぐに低くなります。 フェライトビーズには、通常、特定のDC電流に対する定格電流があります。アンペア数が指定された電流値より大きいとコンポーネントが損傷する可能性があります。問題は、この制限が熱により大きく影響を受けるということです。温度が高くなると、 定格電流がただちに下がります 。定格電流は、フェライトビーズのインピーダンスにも影響します。DC電流が大きくなると、フェライトビーズは「電磁飽和」してインダクタンスを損失します。電流が比較的大きい場合は、飽和により、 インピーダンスを最大90%減らす ことができます 負荷電流はフェライトのインピーダンスを変える可能性があります。 適切なビーズの選択方法 ここまでで、フェライトビーズの原理を理解できたことと思いますので、次に、自分の回路に適したビーズを選択します。これはそれほど難しくはありません。ビーズの仕様に注意するだけです。 多くの設計者は、フェライトビーズが「高周波を減衰する」ことを知っています。ただし、フェライトビーズは、特定範囲の周波数成分を除去できるのみで、広帯域のローパスフィルターのようには機能しません。不要な周波数成分が抵抗帯域内にあるフェライトビーズを選択する必要があります。不要な周波数成分が抵抗帯域よりやや低い/高いものを選択すると、期待する効果が得られません。 ビーズの製造業者が、ビーズのインピーダンスに対する負荷電流曲線を提供可能かどうかも確認してください。負荷電流が非常に大きい場合は、電磁飽和してインピーダンスを損失することなく電流を処理できるビーズを選択する必要があります。 注意事項 フェライトビーズは、高周波では基本的に抵抗負荷ですので、回路で若干の問題を起こす可能性があります。ビーズを配置する場合は、電圧降下と放熱を考慮する必要があります。
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