Altium Designer | 回路・基板設計ソフトウェア

オープンソースプロジェクトの概要：ラップトップとRaspberry Pi CM4モジュール

Altium Designer Projects 組み込みシステムのアーキテクチャ：製品に複数のPCBがある場合組み込みシステムは、今日の技術主導の世界で至る所に存在します。インターネットに接続されたシェーバーであれ、複雑な自動車であれ、私たちが今日使用しているほとんどの電子デバイスの中心には組み込みデバイスがあります。1つまたは複数のマイクロプロセッサで構成される組み込みシステムは、複雑さをソフトウェアによって処理させることで、電子機器を簡素化することができます。組み込みデバイスが大きく複雑になるにつれて、プリント回路基板（PCB）も同様に大きく複雑になります。しばしばこれらのデバイスは複数の基板に成長し、当初意図されたよりも大きなアセンブリになることがあります。この記事では、複数のPCBで構成される組み込みシステムのアーキテクチャのトレードオフと考慮事項について見ていきます。複数のPCBシステムに関連する利点、設計上の考慮事項、および課題について説明します。なぜ複数のPCBを使用するのか？デバイスを単一のPCBに保つことが理想的な選択肢です（単純さとコストの両方のために）、しかし、設計目標を達成するためには、設計を2つ以上のPCBに分割する必要があることもあります。製品を複数の基板に分割したい理由のいくつかは以下の通りです：モジュラリティ: アセンブリを複数の基板に分けることで、必要に応じて製品の一部だけを交換できます。例えば、単一のPCBが故障した場合、システム全体に影響を与えることなく交換することができます。これは、正しく行われた場合、製造業者のコストと時間を削減することができます。スペースの最適化: 複数の基板にコンポーネントを分割することで、デザイナーはよりコンパクトで効率的なレイアウトを実現できます。パッケージングのために高さが問題にならない場合の、非常に長く狭い単一の基板と比較して、いくつかの短く積み重ねられた基板を考えてみてください。熱管理: 多くの熱を発生させるコンポーネントは、熱の放散を改善するために異なるPCBに分割することができます。アセンブリ全体にわたって熱を均等に分散することで、システムの信頼性を大幅に向上させることができます。スケーラビリティ: 複数のPCBを使用して設計することで、単一の基板で交換可能なインクリメンタルな機能追加が可能になります。全体のコンピューティングシステムを交換することなく、アップグレードされたセンサーやカメラを考えてみてください。これらの理由（およびその他）から、複数のPCBで構成されるアセンブリを設計することを考慮しますが、組み込みファームウェア側の課題も複雑さを持っています。複数のPCBアセンブリのための組み込み設計の考慮事項複数のPCBを使用する場合（該当する場合）のケースを確立した今、組み込みシステムをアーキテクチャする際の設計上の考慮事項を理解することが重要です。ハードウェアとソフトウェアの両方の観点から、単一の基板にすべてを載せるときにはあまり慎重に考慮しないニュアンスがあります。最初に頭に浮かぶべき考慮事項は、ボード間通信です。各ボードはどのようにして互いに通信するのでしょうか？どのような処理能力（もしあれば）が各ボードに存在するのでしょうか？もしかすると、1枚のボードが脳の役割を果たし、他のボードがセンサーの役割を果たしているのかもしれませんね。I2C、SPI、UART、Ethernetなど、慎重に伝送プロトコルを選び出す際には、伝送線、信号の整合性、そして最も重要な、ボード間コネクタを通じた信号の伝送も考慮しなければなりません。設計者にとって最悪なこと（そして信じてください、私もそこにいました）は、システム全体を設計し、製造業者からPCBを受け取った後で、クロック信号を1つや2つ見落としていたことに気づくことです。また、ボード間コネクタのスペアピンを確保することを忘れがちで、ピン数を最大限に活用しようと試みます。これは最終的に私たちを苦しめることになります。 Altium Designerのマルチボードアセンブリ機能のように、多数の通信ラインをPCB間でルーティングする際には、マルチボードプロジェクトを念頭に置いて設計することが必須です。また、特にマイクロプロセッサで電力バスを監視する場合、電力の分配方法についても考える必要があります。「脳」へのアクセスを容易にして、任意の壊滅的なイベントを監視できるようにしたいですが、スイッチング供給のノイズ、重負荷のための電力分配、そしてボード間コネクタのピンがその種の電力に耐えられるかどうかも考慮する必要があります。最後に、組み込みシステムのソフトウェア自体とは直接関係ありませんが、機械設計も重要な役割を果たします。プッシュボタン、タッチスクリーン、およびその他のユーザーへの物理的インターフェースは、マイクロプロセッサに接続されており、考慮されなければなりません。配線はマイクロプロセッサが入力にアクセスできるようにルーティングできるでしょうか？ボード間を通過する際の高速デジタル出力の信号整合性を考慮しましたか？これらは、組み込みデバイスを設計する際に考えなければならないことです。

SPICEシミュレーションモジュール：設計の課題で時間とお金を節約するために、シミュレーションで自動測定を使用する方法電子回路のシミュレーションは、設計成功の鍵となります。SPICE回路シミュレータは、設計分析を加速するために使用できます。Altium Designerは、効率的かつ正確な方法で設計をシミュレートするのに役立ち、回路の機能運用について深い洞察を提供します。 Altium Designerでの主要な分析の一つが、回路の時間領域シミュレーションである過渡解析です。過渡解析の例を図1に示します。カーソルのペアを使用して、信号値の周波数を決定できますが、信号量は「Measurements」というツールを用いて簡単に自動化できます。図1に示された回路の測定設定の例を図2に示します。図1 - シンプルな電圧モードのバックコンバータ図2 - バックコンバータの測定設定 Altium DesignerのSPICEシミュレータにおける自動測定 Altium DesignerのSPICEシミュレータには、さまざまな自動測定が利用可能です。その一部を図3に示します。これらの信号量は、すべての現代のオシロスコープで利用可能な測定オプションとして扱うことができます。例えば、信号のピークtoピークレベルやRMS電圧の明確な指示は、DSOだけでなくAltium Designer SPICEシミュレータでも表示できます。これらの測定の設定には、時間範囲分析と、測定によっては分析が行われる信号レベルの1つまたは2つのパラメーターのみが必要です。後者は、例えば周波数測定に必要です。図3 - 自動測定タブの一部のリスト

マルチボード設計ツールがあなたの電子プロジェクトを変革する方法マルチボードPCB設計ツールは、エレクトロニクスエンジニアに新しい機能を提供し、ユニークな製品設計を可能にします。

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