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Altium Designer - 回路・基板設計ソフトウェア

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SI 記事 1 PCBデザイナーのための究極の高速信号整合性入門 シグナルインテグリティの基礎 シグナルインテグリティとは、PCB（プリント回路基板）を通過する電気信号の品質と信頼性を指します。高速PCB設計において、シグナルインテグリティを維持することは重要であり、わずかな信号の歪みでもデータの破損、通信エラー、全体的なシステムの故障につながる可能性があります。インピーダンスの不一致、クロストーク、信号の反射、電力の変動などの要因がシグナルインテグリティに大きな影響を与えるため、慎重な設計と分析が必要です。 PCBにおけるインピーダンスの理解 PCB設計の文脈において、インピーダンスとは、交流が回路を通過する際に遭遇する抵抗のことです。このインピーダンスは、トレースの幅や厚さ、これらのトレースの間に使用される誘電体材料の種類、PCBの層の全体的な構成など、さまざまな要因によって形成されます。高速PCBアプリケーションでは、信号の反射を避け、信頼性の高いデータ伝送を保証するために、一定のインピーダンスを維持することが重要です。 高速PCB設計におけるインピーダンスの一貫性を確保するために、いくつかの戦略的な技術が適用されます： 制御インピーダンストレース： エンジニアは、目標インピーダンス値を達成するために、トレースの幅や間隔といった幾何学的特性を設計します。高度なシミュレーションツールが使用され、これらのインピーダンスレベルを生産前にモデル化し検証します。例えば、特定の信号トレースに対して50オームのインピーダンスを確立することが設計要件となる場合があります。シミュレーションを通じて、トレースの寸法はこの仕様を一貫して満たすように微調整されます。 差動ペア： 高速信号伝送において、信号はしばしば差動ペアとして配線され、これは2つの補完的な信号が同時に送信されることを意味します。この構成はインピーダンスを安定させるだけでなく、ノイズの軽減にも役立ちます。USB 3.0技術において差動ペアが一般的に使用され、信号の整合性を向上させ、電磁干渉を減少させます。 材料選択： 基板材料の選択は、インピーダンス安定性に大きな影響を与えます。一貫した誘電特性を持つ材料を選択することで、PCB全体でインピーダンスが変動しないようにします。例えば、安定した誘電定数で知られる標準のFR4材料は、回路基板全体でインピーダンスの一貫性を維持するためによく選ばれます（トレースが長すぎない場合）。 Altium DesignerのPCBスタックアップエディターに統合された電磁場ソルバー 反射と信号終端 信号反射は、信号がその経路に沿ってインピーダンスの不一致に遭遇したときに発生し、信号の一部がソースに向かって反射することを引き起こします。この反射は信号を歪ませ、データエラーを引き起こし、全体的な信号の整合性を低下させる可能性があります。インピーダンスの不一致の一般的な原因には、トレース幅の急激な変化、ビア、コネクターが含まれます。 終端技術は、伝送線のインピーダンスを負荷と一致させ、反射を最小限に抑えるために使用されます： 直列終端： これは、信号源の近くに抵抗を直列に配置することを含みます。これは短いトレースに対して単純で効果的です。例えば、高速メモリインターフェースでは、トレースインピーダンスに一致させ、反射を防ぐために33オームの直列抵抗が使用されるかもしれません。 並列終端：
DFM for Space 航空宇宙プロジェクトのための必須DFMのヒント 製造のための設計（DFM）はかなり複雑になることがあります。製造が容易でありながら、高品質、信頼性、およびコスト効率を確保する製品を作成することを含みます。DFMは、信頼性のための設計（DFR）、テスト可能性のための設計（DFT）、組み立てのための設計（DFA）などの関連概念も包含します。 宇宙産業では、DFMの要求はさらに大きくなります。設計者は、温度、放射線、真空などの極端な環境を考慮に入れなければなりません。ESAやNASAなどの異なる宇宙機関の厳格な信頼性要件と様々な基準のために複雑さが増します。これらの基準を満たすコンポーネントは非常に高価になることがあり、ボードのリビジョンごとにさらなる費用が加わります。宇宙用の最初のPCBを設計している場合でも、プロセスについて単に好奇心がある場合でも、読み続けてください。経験豊富なユーザーでもここで貴重な洞察を得ることができるかもしれません。 PCBメーカーとの早期連絡を維持する これは明らかに思えるかもしれませんが、非常に重要です。最初から、設計と品質の要件を満たすスタックアップと材料を選択する必要があります。プリプレグとコアが低いアウトガス特性を持っていることを確認してください、特にあなたのボードが光学要素の近くにある場合は特にです。早期にHDI（High Density Interconnect）を使用するかどうかを決定してください。これにより、PCBを小さく、より信頼性の高いものにすることができますが、製造およびテストのコストが高くなります。スタックアップでμviasを簡単に定義できます。 接続の信頼性を高めるために、低電流を運ぶ信号であっても、2つ以上のレーザービアを使用してください。 パッド内の2つのビア。ビアの色は、最下層とその直上の層を示しています。 組立工場と早期に連絡を取り合う この重要な点はしばしば見落とされます。各組立工場は異なるフットプリントに対して特定のプロセスを持っており、フットプリントのサイズは組立工場の要件に合わせる必要があります。エンジニアリングモデル（EM）の場合、異なるフットプリントを持つ宇宙用には認定されていないコンポーネントを使用するかもしれません。フライトモデル（FM）コンポーネント用にボード上にスペースを確保することは良い習慣です。さらに、比較レポートを使用して、すべてのフットプリントが最新であることを確認してください。 比較レポートのサンプルビュー 重いコンポーネントには接着剤を検討する 重いコンポーネントには安定性のために接着剤が必要です。この接着剤のためのスペースをフットプリント上に残してください。これを示すには、別のレイヤーに情報を配置するか、そのエリアに他のものを配置しないようにキープアウト領域を指定することができます。 接着剤の配置がキープアウト領域によってマークされたフットプリント（両側に二つの赤い長方形） テストを忘れないでください 宇宙産業では、軌道上での修理が不可能なため、テストは非常に重要です。はんだ接合部での信号のプロービングは避けてください。これはそれらにストレスを加える可能性があります。代わりに、徹底的なチェックのために基板上にテストポイントを配置してください。GNDポイントを近くに配置すると便利です。 テストポイントのための典型的な回路図シンボル PCB上のテストポイント 基板をアウトガスさせることを許可してください 宇宙産業の要件を満たす材料であっても、わずかにアウトガスすることがあります。これを容易にするために、PCB上でハッチングされたポリゴンを使用してください。しかし、
効率的なDC-DCコンバータ設計 効率的なDC-DCコンバータ設計：Altium Designer 24 MixedSimによる自動測定 現代の電子機器における主要な課題の一つは、特定の電源供給ソリューションを提供することです。このセクションは、ACからDCへのコンバーターやDCからDCへのコンバーターなど、さまざまなSMPS（スイッチングモード電源）で構成されることがあります。高電力アプリケーションでは、ACからDCへの変換には、デバイスの良好な電力因数（すなわち、高調波の削減と見かけ上の電力消費の削減）を達成するためにPFCコントローラーが必要になる場合があります。SMPS設計における典型的な課題は： 設計に必要な電源電圧と電流を達成するためのSMPSレギュレーターの数； 実装コスト； 設計を実装するために必要なエリア； レイアウト設計； 効率と熱削減または熱管理設計のサポート。 ポイント"d"と"e"は、Altium Designer Mixed Simulationを使用することで容易に対処できます。例えば、Altium Designerと統合できるKeysightのPower Analyzerを使用して、PCB内の電流密度をシミュレートできます。この記事では、DC-DCバックコンバーターをより効率的にする方法について掘り下げ、その効率を迅速に見積もるための簡単で効果的なヒントをいくつか共有します。 バックコンバーター設計について 基本的なバックコンバーターの回路図は 図1に示されています： 図1 4つのオペアンプを使用して、ランプ信号発生器（U3A）、エラーアンプ（U1B）、ランプ信号のバッファ（U2B）、および変調器（U2A）を作成します。基準電圧は、RCネットワークを介してエラーアンプに接続されたDCソースとしてシミュレートされ、ソフトスタート機能を提供します。 図1は、PWM変調を使用して出力電圧を設定する電圧モードコンバータです。 電力段はQ1、L1、D2、およびC2を中心に構築され、R7がコンバータの負荷抵抗として機能します。U3Aに関連するコンポーネントは動作周波数を設定し、C1を変更することで簡単に調整できます。C1を4.3nFに設定すると、周波数は約100kHzになります。 コンバータの安定性に影響を与える補償ネットワークは、安定性またはステップ応答（C4、C3-R10、およびR12-C6）を改善するために調整できます。R8とR9は、基準電圧とともに出力電圧を設定します。この場合、R8とR9は1:2の分割器を作成し、出力電圧を6Vにします。
Pi.MX8_Chapter_V Altium Designer Projects Pi.MX8 プロジェクト - ボードレイアウト パート3 Pi.MX8オープンソースコンピュータモジュールプロジェクトの新しいインストールメントへようこそ！このシリーズでは、NXPのi.MX8Mプラスプロセッサを基にしたシステムオンモジュールの設計とテストについて詳しく説明します。 前回の アップデートでは、レイアウト準備を完了しました。これには、インピーダンスプロファイルの作成、ボード製造業者の仕様に従った設計ルールの追加、特別な設計ルールを適用すべきエリアの定義が含まれます。また、LPDDR4インターフェースのルーティングも完了しましたが、長さ調整は（今のところ）行っていません。 DRAMインターフェースの長さ調整を始める前に、Pi.MX8モジュール上の残りのインターフェースのルーティングを見ていきます。ボード上には、多くの高速および低速バスがあり、その中には多くのルーティングスペースを必要とする広い並列バスもあります。各インターフェースに十分なスペースを割り当てるために、まずモジュールの各ルーティング層について大まかなフロアプランを作成します。 ルーティング計画 ルーティングプランは、利用可能な信号層全体に高速および低速インターフェースをどのように分配するかを決定するのに役立ちます。あらかじめ大まかなガイドを設定することで、現在作業している層に十分なルーティング用の不動産が利用可能であることを確認できます。これにより、層の移行を最小限に抑え、ルーティングプロセス中に行う再作業の量を減らすことができます。 レイアウト計画を設定する方法はいくつかあり、主に利用可能なツールに依存します。私たちに必要なのは、既存の画像の上にスケッチを描くことができる基本的な描画ツールです。この例では、Inkscapeを使用します。 Inkscapeでは、背景画像を追加して、配置されたコンポーネントと未ルーティングのインターフェースをカラーのエアワイヤとして表示できます。このスクリーンショットでは、信号層でルーティングされるネットにのみ焦点を当てるため、電源ネットは非表示になっています。回路図では、各電源ネットにネットクラス指令を配置しており、レイアウトエディターで関連するネットクラスを有効にするか非表示にすることで、どのネットがプレーン層でルーティングされるかを簡単に識別できます。 実際のルーティングには、Inkscapeで線を追加して、対応するレイヤー上でルートしたいインターフェースを表します。これらの線の幅を調整して、インターフェースでルーティングされる信号の数を表現できます。線の色は、背景画像から選択して、どのインターフェースが表されているかを識別しやすくすることができます。 レイヤー間の移行にもすべてのレイヤーにスペースが割り当てられる必要があるため、各線の末端にブロックを追加してレイヤー移行を詳細にします。 Inkscapeでのレイアウト計画、背景画像としてAltium Designerのスクリーンショットを使用 上記のプロセスを各ルーティングレイヤーで繰り返した後、実際のルーティングプロセスを開始できます。 トップレイヤーのルーティング ルーティング戦略を確立したので、まずはトップレイヤーのインターフェースのルーティングから始めましょう。トップレイヤーのコンポーネントのファンアウトルーティングは既に完了しているため、残りのスペースをすべてシグナルルーティングに使用できます。残されたスペースは多くありませんが、内部シグナルレイヤーのルーティングを後で容易にするために、内部レイヤーのルーティングに干渉しない領域に戦略的にVIAを配置することで、まだ利用可能です。これは、あらかじめレイアウトを計画することのもう一つの利点であり、そうでなければこれらの領域はこの段階で定義されていません。 トップレイヤーのPiMX8モジュールのルーティング トップレイヤーにトレースを配置する際には、フィデューシャルやラベルなどの機能をトップレイヤーに追加するためのスペースが必要であることも考慮する必要があります。レーザーエッチングされたデータマトリックスコードは、均一なコントラストを提供するために、固体の銅領域またはトレースのない領域を必要とする場合があり、これらの領域はルーティングに使用できません。 内部シグナルレイヤーのルーティング ほとんどの接続は、レイヤースタックマネージャーで定義した2つの内部信号層に配置されます。まず、すべての高速同期インターフェースのルーティングから始めましょう。この場合、MIPI-CSI、MIPI-DSI、LVDSインターフェースなどが該当します。これらのインターフェースはすべて低電圧差動信号を使用し、専用のクロックラインと少なくとも2つのデータラインを持っています。各データラインの長さは、一定のタイミングマージン内でクロックラインに合わせる必要があるため、多くのルーティングスペースが必要です。複数の差動ペアの長さを合わせるには、かなりのスペースが必要になることがあります。なぜなら、インターフェース内の1つ以上のペアが、考慮しなければならない大きな遅延を引き起こす可能性が非常に高いからです。これらのインターフェースを最初にルーティングすることで、後で長さ調整のために十分なスペースが確保できるようになります。 これらの高速差動ペアの層間遷移の近くにリターンパスVIAを配置することも、信号の整合性を確保するために重要です。リターンパスVIAは複数の層にわたってスペースを取ることができるので、信号の遷移が配置されたらすぐにこれらのVIAを配置するべきです。
TotM - 2024年6月 Altium Designer: PCB設計革新をリードする 電子設計の急速に進化する世界において、Altium Designerは革新のリーダーとして輝き、PCB（プリント回路基板）設計における可能性の限界を常に押し広げています。包括的で使いやすいツールで知られるAltium Designerは、世界中のエンジニアやデザイナーの成長するニーズに応える最先端の機能を一貫して導入してきました。その多くの進歩の中でも、特に革新的な3つの機能が際立っています：3D-MID設計、高速設計の改善、およびインタラクティブルーティングの強化です。これらの機能は設計プロセスを合理化し、電子製品の性能と信頼性を大幅に向上させます。 3D-MID設計：Altium DesignerによるPCB革新の新たな次元 Altium Designerは、設計プロセスにおける3D成形インターコネクトデバイス（3D-MID）技術の採用をリードすることで、PCB設計を再定義しています。この革新的なアプローチにより、電気回路を三次元のプラスチック部品に直接成形することが可能となり、機械的、電子的、および視覚的要素を統合した一体構造を実現します。Altiumの3D-MID技術に関する専門知識は、消費者電子機器、自動車、ヘルスケア、航空宇宙、ウェアラブル技術を含む主要産業を変革しており、空間と重量の大幅な削減と機能統合の強化を可能にしています。これらの進歩は、効率と性能に関して新たなベンチマークを設定しています。 変革的な3D-MID機能 Altium Designerが3D-MID技術を採用したことは、その提供内容において重要なブレークスルーを示しています。この技術により、機械的および電子的機能を一つの統合されたコンポーネントに融合させる複雑な三次元回路構造の作成が可能になります。3D-MID技術を採用することの利点は広範にわたり、軽量化されたコンポーネント、強化された機能性、設計の多様性の増加に至るまで様々です。このソフトウェアは、デザイナーがほぼあらゆる想定される形状を持つ複雑な多層設計を構築できるようにすることで、力を与えます。このような柔軟性は、空間と重量を最小限に抑えることが最優先事項である分野では非常に貴重です。例えば、自動車および航空宇宙産業では、軽量の電子部品が燃料効率と全体的な性能を大幅に向上させることができます。同様に、ウェアラブル技術では、コンパクトで軽量な設計への重点が、ユーザーの快適さと実用的な機能性を確保するために重要です。 高度な設計ツール Altium Designerは、デザイナーに3Dオブジェクトを視覚化し、操作するための洗練されたツールを提供し、PCBの電子部品と機械要素をシームレスに統合します。この統合は、設計の性能と製造可能性を向上させるために重要です。ソフトウェアは、従来の2D PCBレイアウトから高度な3D設計へのスムーズな移行を提供し、包括的な視覚化および分析ツールを装備しています。これらのツールにより、デザイナーは設計のあらゆる側面を徹底的にシミュレートし、厳格な性能基準に準拠していることを確認できます。 設計環境内で3Dオブジェクトを視覚化し、調整する能力は、複雑な幾何学を作成するプロセスをより直感的で効率的にすることを可能にします。この効率性は、プロトタイピングを加速し、市場投入までの時間を短縮し、革新的な製品を作成する際にデザイナーに重要な利点を提供します。 業界の応用と利点 3D-MID技術は、さまざまな業界で利用されており、顕著な利点をもたらしています。消費者向け電子機器では、複数の機能を単一のコンパクトなユニットに統合することを可能にし、機能性とユーザーエクスペリエンスの両方を向上させます。例えば、スマートフォンやウェアラブルは、より小さく軽量になりながら、より多くの機能を提供できます。 自動車セクターでは、3D-MID技術により、センサーや制御ユニットを直接車両の構造に統合することができます。この改善により、信頼性が向上し、組み立てプロセスが簡素化され、製造がより効率的になり、生産コストが低下します。 ヘルスケアデバイスも3D-MID技術で大きな改善を見せています。より小さく、軽量で機能性の高い医療機器の設計を可能にし、より進んだ診断および治療ツールの開発につながり、患者の成果を改善することができます。 高速設計の改善：Altium
Customer Success Stories Apollo Fusion Discover how Altium 365 helped a space hardware startup streamline their operations for truly stellar results.