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PCB設計者のRick Hartley氏: シグナルインテグリティーと高速設計の第一人者

OnTrack Newsletters PCB設計者のRick Hartley氏: シグナルインテグリティーと高速設計の第一人者駆け出しの頃、マイラーテープを使った手作業でPCB設計進めるHartley氏 Judy Warner: まずは、ご自身の職歴とこれまでに手掛けられた製品について教えていただけますか？ Rick Hartley: 私は1965年、20歳のときにエレクトロニクスの世界に入りました。最初の数年間は研究開発部門の技術者として働きながら、夜間学校に通って電気工学を学びました。それからしばらくしてフィールドサービスに異動になり、その数年後に「設計者」としてエンジニアリング部門に配属されました。当時の「設計者」は、回路そのもの以外の、回路基板、パッケージング、ワイヤーハーネス、ケーブルなど、製品に使用されるものは何でも設計していました。数年間で設計に関する十分な知識を身に付けた後は、EEとして数年間、電気回路の設計を行いました。ある日、上司がやって来てこう言いました「君にPCB設計の経験があるのはわかっているが、実は回路基板の仕事が山積みなんだ。これからの6か月間は、回路設計と回路基板の設計を半々で進めてもらえないかい？」私は「わかりました」と答えました。そして、その6か月が過ぎて気付きました。私は回路設計よりも回路基板の設計のほうが好きだったのです。そこで私は回路設計から回路基板の設計に戻ることに決めました。これを聞いたたくさんの設計者は、私の頭が少しおかしくなったのだと考えたようです。 Rick Hartley Warner: 間違いないでしょうね！そんなふうに考える設計者はなかなかいません。 Hartley: そうですよね。彼らには「君はかなりのマゾヒストだ」と言われました。ところが、私にとっては本当に回路設計よりも回路基板の設計のほうが楽しかったのです。ですから、自分で異動を決めたのです。幸運なことに、同じ領域での異動だったため、給料は下がりませんでした。その後、別の会社に転職しましたが、ラッキーなことに引き続きEEレベルの給料をもらっていました。私にとってはよい結果になったわけです。 Warner: では、これまでにどのような製品を手掛けられましたか？ Hartley: これまでに手掛けた製品ですか…駆け出しの頃は、大半が工場の床用の産業制御装置でした。製品に使われるものを制御するために閉ループフィードバックシステムを使用する装置ですが、たとえば製造中のプラスチックを測定したりしていました。樹脂と空気を混ぜる分量を制御して正しく分配されるようにし、すべての材料の厚みと混合が適切になるようにするのです。基本的には、製造されるプラスチックを測定して、その流れを制御するのが仕事でしたが、こうした作業は紙などのあらゆるものを使って進めていました。おそらく、仕事を始めてから17年間くらいはこの分野に従事していましたが、1980年代に入ってからはコンピューターの設計に移りました。 Warner: 当時のことはよく覚えています。—パソコンや周辺機器向けの電子機器が急増しましたね。

PCB設計ソフトウェアを比較するときに考慮すべき重要な機能

Thought Leadership PCB設計ソフトウェアを比較するときに考慮すべき重要な機能私の知人はみんな、私が買い物が嫌いだということを知っています。これは研究室の機材やソフトウェアだけでなく、衣服や車についても同じです。かつて人生最悪の経験として、わたしはショッピングモールで正気を失い、友人たちを残してタクシーで帰る羽目になりました。あのときの体験を繰り返さないよう、今は買い物をするときにできる限り完璧に近い物を買い求めるようにしています。さて、ECADソフトウェアを探し求めるとき、自分が求める理想に最も近い製品を選ぶには、どのような機能とサポートに注目すればいいのでしょうか? 統合ツールチェーン PCBの設計工程では、在庫、BOM、リビジョン、デザインを管理する必要があり、これらが変更されるごとに、ドキュメントや計画全体に波及します。買い物のようないらだたしい体験をしたければ、それぞれを別のプログラムとして行い、情報をExcel、電子メール、紙のドキュメントに分割して記録し、それでも足りない分は壁にメモを貼り付けておくこともできます。変更を行うたびに、これらのドキュメントをすべて調べ、更新が必要かどうかを見極める必要があります。これは、どう考えても快適な作業ではありません。 BOMやサプライチェーン管理などのツールをPCB設計ソフトウェアに統合すれば、ばらばらの場所に配置された紙と電子的なドキュメントを探し回る苦行から解放されます。長い間、私は統合ツールチェーンがプログラミングに使用された例しか聞いたことがありませんでした。しかし統合ツールチェーンは、調達や設計データ管理の改良のため多くの部分で役立てることが可能です。ECADツールは明らかに、適切に設計されたツールチェーンによりワークフローを劇的に改良できる部分の1つです。この統合が最も必要になるのは、部品表を管理するときです。多くのECADプログラムは BOM を生成してくれますが、CSVファイルが作成されて終わりです。別のフォーマットでエクスポートするには、拡張機能を買い求める必要があります。場合によっては出力ファイルの変換が可能ですが、このプロセスでは常にエラーに注意する必要があり、その結果として部品の製造と調達に関する問題が発生する恐れもあります。皆さんもこのような問題には経験があるでしょう。サプライチェーンの統合ベンダーや製造パートナーとの互換性は可能な限り高めたいものですが、自社で必要な部品をどうやって相手に伝えたらいいのでしょうか? 自社で保有している部品と、注文する必要がある部品とを把握していますか? 認定済みサプライヤーや製造業者の部品、価格、在庫状況のデータベースを維持するのは、膨大な作業です。私の思うところでは、データベース管理は、買い物と並ぶ不快な作業です。理想的なのは、このような作業がECADソフトウェアで自動的に行われるか、少なくともそれを行える他のプログラムとシームレスに統合されることです。ソフトウェアに本当の価値があるかどうか検討するとき、ライセンスとアドオンの総コストを常に考慮してください。コストとサポート一部の電子CADソフトウェアにはアドオンや強力な機能がありますが、使用するプラグインや新機能ごとに追加料金を支払う必要があります。必要なすべての機能を揃えると、予想を超えるコストが必要になる可能性があります。最終的な料金が予算を超過しないよう、ライセンス、アドオン、追加パッケージの総コストをあらかじめ検討してください。また、一部のプログラムではサポートや、ユーザーコミュニティへのアクセスも別料金です。フリーミアムプログラムを使用する場合、Youtubeのチュートリアルのコメントを参照してソフトウェアを学習するしかないこともあります。訓練を受けたサポート要員に直接問い合わせる方が、面白くはないかもしれませんが、はるかに役に立ちます。

IBMの5nmトランジスタにより可能になる、モノのインターネット、深層学習、その他のテクノロジー

Thought Leadership IBMの5nmトランジスタにより可能になる、モノのインターネット、深層学習、その他のテクノロジー私の曽祖母が生まれた頃、普通の人々はまだ馬と馬車で移動していました。彼女は人生の間に、ジェット機、コンピューター、宇宙船を見ることになりました。前世紀にはテクノロジーが急速に発達し、今世紀も同様に急速に発展することは間違いないでしょう。ムーアの法則は、進歩のペースについて1つの指標となってきました。多くの専門家が、ムーアの法則の終焉を予測したにもかかわらず、この法則は現在も続いています。エレクトロニクスの発展の最も新しい証拠は、IBMにおけるトランジスタのサイズの躍進です。IBMは最近、5nmのトランジスタの製造に成功しました。これによって、コンピューターの速度が大幅に増大し、電力の要件が低減するでしょう。この発見は、処理と電力の制限により、いくつかの新しい産業の発展が抑えられている時期にありました。この新しい種類のトランジスタにより、人工知能（AI）、モノのインターネット（IoT）、自律走行車などの新しいテクノロジーが可能になるでしょう。 5nmトランジスタ IBMは先週に発行されたブログで、自社で新たに開発された5nmトランジスタのアーキテクチャーについて詳説しています。同社は現在の垂直方向のFinFET配置から離れ、水平方向の積層方式を採用することでこの革新を実現しました。この新しい配置により、チップ上のトランジスタの最大数は 200億から300億にまで増大します。5nmトランジスタには、特に消費電力と処理速度において、現在のテクノロジーと比較して大きな利点が存在します。あらゆる種類の業界で、低消費電力のチップが熱望されています。 IoTの爆発的な増大に伴い、小さなバッテリーを使用して高度な計算を実行できるチップが、組み込みシステム用に要求されます。専門家たちは、これらの新しい5nmチップは今日行われている計算を、75%低い電力で実行できると予測しています。これは、携帯電話が 1回の充電で2 ～ 3日動作することを意味します。電力削減にそれほど興味がないなら、速度の増大に関心があるかもしれません。IBMのトランジスタは最大の能力で使用した場合、現在のプロセッサーよりも 40%高速に計算を実行できます。このような計算能力があれば、機械学習や自動運転車などが現実的な可能性となります。つまり、電力を75%削減するか、処理を40%高速化することを選択できます。このような利点が最も役立つ応用を見てみましょう。 IoTには、5nmチップのような低消費電力プロセッサーが必要です。人工知能 1950年代にAlan

高度なPCB設計ソリューションに必要な短期的および長期的なEDAソフトウェア

Thought Leadership 高度なPCB設計ソリューションに必要な短期的および長期的なEDAソフトウェア私の祖父は、仕事には常に適切な工具を使用するようにと教えてくれました。私がこれを教えられたのは、祖父のネジ回しをてことして使って壊してしまったときのことです。祖父には申し訳なく思っております。不適切な器具を使用しても、壊してしまうことはないかもしれませんが、作業の完了に多くの時間を要することは間違いないでしょう。PCB設計にも同じ原則が当てはまります。基板がますます複雑化していくにつれ、基板を構築する設計者にはより高度なツールが必要になります。これまで使用していた古いプログラムを使い続けることは可能ですが、多くの時間を浪費することになり、出来上がる設計も最高のものとはならないでしょう。高密度相互接続（HDI）、熱管理、高速PCBの設計はいずれも特化したツールが必要な分野です。役に立つツールは多くの開発者から提供されていますが、ドキュメントとトレーニングが充実しており、すぐに習熟して使いこなせるようなソフトウェアを選ぶべきです。短期的な速さに加えて、長期的な見返りも必要です。機器もまた投資であり、自分の要求とともに成長するツールを選ぶ必要があります。高度な技法ハンマーを持っている人は、全ての問題を釘と考えるものです。PCB設計においても、この考えを適用し、高レベルの基板に対して低レベルまたは中レベルの設計ツールを使用したくなることがあります。このような方法でもなんとか作業は行えることはありますが、最良のツールでなければ役に立たない状況も珍しくありません。HDI基板、熱管理、および高速回路を取り扱うときは、可能な最高の基板を作成するために特定のツールが必要となります。 ● HDI - ブラインド、ベリードマイクロビアファインピッチボールグリッドアレイ ● 熱管理 - 1 電源供給ネットワーク解析ツールアクティブパッシブ冷却 ● 高速設計 -

ヒートシンク設計の基本と原則の概要

Thought Leadership ヒートシンク設計の基本と原則の概要私は、大学で楽器を演奏していましたが、先生はいつも「基本を大切に! 」と言っていました。そのため、何時間も続けて音階を練習し、ほとんど何も考えずに、音階やその変化形を演奏できるようになりました。電気エンジニアにとって、基本を、そして基本がどう成果物に影響するかを覚えておくことは、重要です。普通、私は、高レベルのシステムを用いて業務を行いますが、高度な用途に影響する簡単な原則を忘れがちです。熱管理とヒートシンクの場合、覚えておくべき主な3点は対流、伝導、放射です。これらの3つ基本が、フィンの配置や向き、熱伝導材料(TIM)、ヒートシンクの表面処理などに影響します。これら全てがどのようにかみ合うかを思い起こせば、ヒートシンク設計は簡単になるでしょう。対流先生からの別の金言に「音楽は自然に」というのがありました。これは、必ずしも対流に当てはまりません。基板では2種類の対流が利用できます。自然対流と強制対流です。自然対流は、空気を動かすのにファンや外部の力を利用しません。加熱具合が異なる流体に自然に発生する、対流によって起こります。この受動プロセスは電力を使用しませんが、冷却に少し時間がかかる場合もあります。強制対流はその逆で、空気を動かすのに外部の力を利用します。通常、この力に、ファンなどが使用されます。この方法では、外部の力に電力を供給する必要がありますが、代わりに、冷却は早くできます。興味深いことに、どちらの方法を選択するかが、ヒートシンク設計に影響します。自然対流の場合、空気の動きを妨げないように、ヒートシンクとフィンを配置する必要があります。自然対流では流れが非常に弱く、多少でも妨げられると、冷却を大いに抑制します。ヒートシンクを置くとき、空気がフィンを通って平行に上昇できるよう、ヒートシンクの向きを決める必要があります。フィンを気流に垂直に置くのは、逆立ちして楽器を演奏しようとするようなものであり、うまくいきません。フィン自体も間隔を空けて配置する必要があります。フィン同士の間隔が狭いと、対流を妨げます。強制対流を扱う場合、簡単な面と複雑な面の両方があります。気流は保証されていますが、気流の最適化だけが問題です。前述しましたが、フィンと平行に空気が通過するようにヒートシンクの向きを決めます。フィンの設計が、少し注意を要する点です。強制対流の主な問題点は、圧力低下と損失です。フィンが高すぎる、またはフィンの間隔が狭すぎる場合、ヒートシンクでの圧力低下が過度になり、損失の大きいシステムになります。完璧なフィンのサイズや配置を見つけたい場合、計算が必要です。オーケストラを指揮（conduct）するのと熱を伝導（conduct）するのとは、違います! 伝導オーケストラでは、指揮者は指揮棒を使って指示を空中に出します。まるでラジオのアンテナのようです。回路での伝導は正反対です。伝導では、直接接触する物体同士の間で熱を伝えます。伝導に対処するときには、ヒートシンクの設置場所、その材料、ヒートシンクを基板に取り付けるのに使用するTIMについて考える必要があります。ヒートシンクを配置することは重要です。冷却を最大化し、同時に使用スペースを最小化したいと考えます。実際、そもそも

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