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Altium Designer - 回路・基板設計ソフトウェア

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電子ハードウェアスタートアップのヒント：アイデアから製造まで エレクトロニックハードウェアスタートアップのヒント：アイデアから製造まで AI、スマートデバイスの普及、エッジへの高い計算能力の拡散、ほぼすべての電子デバイスの普遍的な統合により、私たちはいわゆる第四次産業革命の真っ只中にいます。過去20年間の技術開発の歴史は、市場への参入障壁がこれまでになく低くなっていることを示しており、ハードウェアを一度も製造したことがない革新者を含むためです。したがって、ソフトウェアエンジニアリングや開発を含む他の分野から多くのハードウェア革新者が依然として現れるのを見ることに驚くべきではありません。 ナプキンの裏にスケッチした素晴らしいアイデアがある場合、それを実際のハードウェアに、そして最終的には顧客に発送する完全にパッケージされた製品にどのように変えることができるでしょうか？ナプキンのスケッチとロードマップがあれば、あなたのスタートアップは成功への道を歩んでいます。 この記事では、スタートアップが製品を生産に移すために実施しなければならないプロセスと、予算とリスクを慎重に管理しながらそれを実現する方法について説明したいと思います。ハードウェアの世界でスタートアップが直面するリスク要因は、ソフトウェアの世界のそれとは大きく異なりますが、デザインと製造プロセスの理解とハードウェア企業に対するビジネスの制約を組み合わせることで、革新者は製品をゴールラインを越え、市場に出すことができるでしょう。 ナプキンスケッチからスケールに移動します 紙上のコンセプトから買い手に売れる物理製品への移行は、大まかに四つの段階を経ます。すべての設計は、意図した機能性、ユーザーエクスペリエンス、および最終アプリケーションの実現可能性を証明する概念実証から始めるべきです。最終的に、プロトタイピングと設計の最適化にいくらかの努力を費やした後、量産に適した製品が得られます。 概念実証 開発ボード、評価モジュール、シングルボードコンピュータ/MCUボードから構築できます 機能プロトタイプ 主要コンポーネントがカスタムPCBに組み込まれ、想定される環境で全体の設計が適格とされます 最初の生産ラン ベータリリースに似ています - 設計は最適化され、選ばれた顧客への初期製品リリースのために準備されます スケーリング 顧客からのフィードバックをまとめ、最終的な変更を実施した後、設計はCM/EMSでより大量に生産されます ほとんどの概念実証は、以下に示すような、端子スロットやピンヘッダーで積み重ねられたボードの寄せ集めのように見えるでしょう。このタイプのセットアップは、組み込みアプリケーションの実験やカスタムデザイン用の部品の適格性を確認するには適していますが、カスタム製品がどのように見えるかとは程遠いものです。 概念実証は、革新者が自分のアイデアが成り立つことを実験し証明する機会を与えます。また、最終製品に登場する特定のコンポーネントを絞り込むチャンスでもあります。機能的なプロトタイプへの移行中に、リスクが高まり始めるのはこの時です。ハードウェア開発のリスクとビジネスリスクを知っていれば、スタートアップの開発費用にお金を無駄にすることを避け、理想的にはより速くスケールアップできます。 スタートアップのリスク要因 概念実証段階での機能の徹底的な調査は、プロトタイプのリスクを軽減するのに役立ちます。プロトタイピング段階に移ると、製品のリスクが高まり始めます。プロトタイプ開発中の失敗、無駄、損失のリスクを減らすための単一の戦略はありません。必然的に何かが間違い、プロトタイピング中にそれについて知る方が、潜在的な損失を扱いやすくなるため、より良いです。​ ビジネスの観点から見ると、スケーリングを妨げる最大のリスクのいくつかは、PCB設計よりも、供給チェーン、物流、および管理に関するものです。
Altium Designerにおけるクロストークの低減と排除の技術 PCB設計におけるクロストーク分析、低減、および排除技術 デジタルボードに多数のトレースを設計している場合でも、非常に高い周波数で動作するRFボードを設計している場合でも、信号が伝播するあらゆる電子デバイスはクロストークを経験します。問題はそのクロストークがシステムが機能しないほど極端か、あるいはクロストークが何らかの許容範囲内にあるかどうかです。「許容」クロストークレベルの普遍的な基準はありませんが、シミュレーションと測定を通じて問題があることがわかった場合、クロストークを減らすために使用できる非常にシンプルな方法があります。 この記事では、高速設計でクロストークを減らすための確実な方法をいくつか見ていきたいと思います。常に好ましい結果をもたらすシンプルな3つの方法を概説します。もう1つの方法も改善を提供する可能性がありますが、新しい信号整合性の問題を作り出さないように、追加の分析やシミュレーションが必要です。 PCB設計におけるクロストークとは何か？ 非常に単純に定義すると、クロストークは信号を運ぶ相互接続（攻撃者）が、その信号を隣接する相互接続（被害者）に誘導的または容量的に結合させる現象です。これは双方向であり、被害者と攻撃者を入れ替えても、他の条件が同じであれば、両方向にクロストークが発生すると予想されます。クロストークは信号が変化している間にのみ発生し、つまりデジタル信号のエッジレートの間に発生します。アナログ/ RF信号の場合、攻撃者の信号が常に変化しているため、隣接する相互接続上に位相がずれたレプリカが発生することがあります。純粋なDC信号はクロストークを引き起こしませんが、クロストークの被害者になることがあります。 以下に示されているように、クロストークと被害者の相互接続上のクロストーク信号の強度を決定する方程式を示す簡単なグラフィックがあります。ここで示されているクロストークは、次の2つのタイプに分けられます： 近端クロストーク（NEXT、赤い曲線）、時々背景クロストークと呼ばれる 遠端クロストーク（FEXT、緑の曲線）、時々前方クロストークと呼ばれる 両方のクロストークは、2つのトレース間の相互インダクタンス（Lm）と相互キャパシタンス（Cm）によって媒介されます。これら2つの効果が合わさって、被害線のドライバ側と受信側で見られるクロストークを決定します。 クロストークを支配する数学に興味があるなら、FEXTは理想的な場合には消去できることに気づくでしょう。これはFEXTの方程式における負の符号によって示されています。理想的で完全に対称なストリップラインでは、FEXTはゼロになりますが、実際にはクロストークがゼロになることはありません。 この基本的な導入を説明したところで、最も簡単なクロストーク削減技術を見てみましょう。 Altium Designerで使用できるクロストーク削減技術 デジタル信号を使用し、それらの信号が十分に速いエッジレートを持って顕著なクロストークを生じさせるPCBを設計している場合は、常にこれらの信号をグラウンドプレーンの上を通すように配線するべきです。これは、最低限、信号の立ち上がり時間がns範囲またはそれ以下に短縮されるデジタル設計において、 SIG+PWR/GND/GND/SIG+PWRスタックアップを使用することを意味します。 このタイプのスタックアップでグラウンドプレーン上をルーティングすると、必要に応じて50オームに設定できる定義されたインピーダンスが提供されるため、指定されたインピーダンス要件を持つ標準化された単端および差動インターフェースをサポートできます。これにより、トレースの幅が特定の値に設定され、その後、トレース間の間隔値を設定するために使用できます。 クロストーク削減のためのトレース間隔の拡大 被害トレース上のクロストークの強度を減らす最もシンプルで効果的な方法は、トレース間の間隔を広げることです。トレースが近接している場合、攻撃トレースの周囲の電気および磁気場が強くなり、その結果、被害トレース上のクロストークも強くなります。したがって、間隔を広げることは間違いなく線間のクロストーク削減を生み出します。 「3W」ルールとして知られる 基本的なPCB設計の経験則があり、それは次のように述べています：
PCBキャビティ埋め込みSMDコンポーネント 埋め込みSMD部品用のPCBキャビティの配置方法 エンベデッドキャビティは、SMDパーツの配置、熱を逃がすための内部銅充填、または高度に遮蔽されたエッジメッキ領域として使用できます。
製造開始費用：テストと成功のための予算 PCB製造のスタートアップコスト：テストと成功のための予算 新しいハードウェアデバイスを製造して市場に出す計画がありますか？ スタートアップコストを予算化することで、成功の可能性を最大限に高めましょう。
インピーダンス整合ネットワークの下のグラウンドを取り除くべきですか？ インピーダンス整合ネットワークの下のグラウンドを取り除くべきですか？ PCBレイアウト内のインピーダンス整合ネットワークは、グラウンドをクリアする必要がある場合があります。この短いガイドで、いつグラウンドを取り除くべきかを探ります。
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