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Bluetooth 設計ガイドライン：低エネルギーデザインにおける重要な考慮事項 1 min Thought Leadership 20代の頃は、ラップトップを持ち歩いても疲れることがなかった。しかし、今では長時間歩き回るとすぐに疲れてしまい、マッサージが恋しくなる。だから、かさばるラップトップの代わりに軽い作業用タブレットを持ち歩くことを好むようになった。技術は、古典的なBluetooth以来、かなり進歩した。電子機器において、Bluetooth Low Energy (BLE) はアプリケーションに対して似たようなことを行う。それは、Bluetoothチップが消費する電力のほんの一部を使用しながら、短いデータバーストを送信する。効率（そして快適さ）のために旅行中にラップトップを置いていく私の選択のように、多くのデータをストリーミングしていない時には、低エネルギーの方が効率的である。 Bluetooth Low Energyの基礎 Bluetooth技術がワイヤレスヘッドフォンを現実のものにしたとき、私は夢中になった。それは今までで最もクールな技術の一つだと思った。それにもかかわらず、従来のBluetooth Classicの標準は、短いバッテリー寿命や接続の安定性の欠如といった問題に悩まされている。 Bluetooth Low Energyはこれらの問題に対する完璧な解決策である。 Bluetooth Classicの基準を置き換えるのではなく、Bluetooth LEは非常に低い電力消費が求められるアプリケーションでその前身を補完します。デバイスが接続されていない限り、それらは「スリープ」モードになり、したがって最小限の電力を消費します。接続を確立するのにわずか数ミリ秒かかります。 Bluetooth low energyデバイスは、受信機の感度や構造損失などの他の要因によって異なりますが、最大100メートルまでデータを送信できます。これは、広い範囲にわたって簡単に展開できるBluetooth

最小限のピンで7セグメントLEDディスプレイアレイを管理する 1 min Thought Leadership 20代の頃、私はマルチタスクの能力を誇りに思っていました。瞬時に複数のプロジェクト間で切り替え、調達担当者、エンジニア、技術者、マーケティングマネージャー、サポートスペシャリストの役割を同時にこなしながら、自分の電子機器スタートアップを運営していました。マルチタスクができることは祝福だと思っていました。 10年後、マルチタスクは作業の質を下げ、同時に脳を消耗させることに気づきました。年を取るにつれて何もかも忘れてしまうのも不思議ではありません！明らかに、マルチタスクは私のワークフローにとって持続不可能な習慣でした。しかし、電子設計においては、タスク、あるいはピンを切り替えることで、最小限のピンで7セグメントLEDアレイを制御することが可能です。 7セグメントLEDディスプレイの仕組み 7セグメントLEDディスプレイは、7つのLEDを長方形に配置した数値表示器です。7セグメントディスプレイを操作する基本は、通常のLEDを駆動するのと同じで、点灯させるためには順方向電圧が必要であり、各LEDを流れる電流には制限抵抗が必要です。 7セグメントLEDディスプレイには8本のピンがあることがわかります。7本のピンは個々のLEDの一方の端を制御し、1本の共通ピンがLEDのカソードまたはアノードを制御します。これはセグメントディスプレイのタイプによって異なります。LEDを点灯させるために必要な電流も、7セグメントディスプレイのサイズによって異なります。電子機器では、7セグメントLEDディスプレイはカウンターやタイマーによく使用され、適切なLEDを点灯させることで数字やアルファベットを表示します。これらは容易に入手可能で、同じ目的を達成するために複数の単一LEDを配置するよりも実装が簡単です。 7セグメントLEDディスプレイはさまざまな形状やサイズで提供されています。小さいサイズのものは通常、マイクロコントローラーやロジックチップの出力ピンによって直接駆動されます。より大きく電流を多く消費するLEDディスプレイは、通常、トランジスタを使用して電流を沈めたり供給したりします。最小限のピンで7セグメントLEDディスプレイアレイを制御する単一の7セグメントLEDディスプレイを制御するのは簡単で、7つのピンのみを使用し、ディスプレイの共通をグラウンドまたは正の電源に恒久的に接続するだけです。しかし、単一セグメントでは実際のアプリケーションでの機能性に限りがあります。例えば、タイマーやカウンターアプリケーションでは、2つ以上の7セグメントLEDディスプレイを接続する必要があります。例として、駐車場の車両カウンターでは、実用的な使用のために少なくとも4つのセグメントが必要です。 7セグメントLEDディスプレイの配列を駆動するには、各制御ピンを専用の出力に接続する方法があります。しかし、これはマイクロコントローラーやラッチ統合回路（IC）のピン使用量を極端に高めます。その結果、4セグメントディスプレイの場合、28ピンが必要になります。ピン数を減らすより良い方法は、すべての7セグメント制御ピンを同じ出力セットに接続し、各個別セグメントの共通ピンを特定の出力に接続することです。この接続モードでは、一度に1つの7セグメントディスプレイのみをオンにすることができます。 7セグメントLEDディスプレイ配列を駆動するためのファームウェアの使用方法 4セグメントディスプレイのピン数を28から11に削減することに成功しましたね。おめでとうございます！では、すべてのセグメントが正しい数字を一緒に表示していることをどのように確認しますか？技術的には不可能なタスクですが、人間の目の限界といくつかの巧妙なファームウェアプログラミングのおかげで、それを実現することができます。人間の目は、一部の専門家が異なる意見を持つかもしれませんが、 60Hzまでの動きやちらつきしか検出できません。マイクロコントローラは非常に強力で、7セグメントLEDディスプレイを順番に、そしてより高い周波数で切り替えることができます。最終的な結果は、4つのディスプレイが同時に点灯し、正しい数字を表示しているように見える錯覚です。ここでの鍵は、望ましい英数字の値をメモリ配列に格納し、特定の間隔で正しい出力ピンをオンにすることです。この方法は、制御する7セグメントディスプレイの数が多い場合に適用できます。唯一注意する必要があるのは、マイクロコントローラがより高速なリフレッシュレートを達成でき、その結果、高速スイッチングによる潜在的な電気干渉を引き起こす可能性があることです。 7セグメントLEDアレイのピン数を削減するためのPCB設計 7セグメントLEDアレイを制御しながらピンの数を最小限に抑えるには、LEDの配置とピン接続を注意深く監視することが必要です。

Uターンはしたくない: PCBのトレース配線に関するガイドライン 1 min Thought Leadership 自分が生まれ育った町の当時の姿を思い出すのは、お気に入りのテレビ番組のエンディングや、映画の名作が公開されてから何年も後に続編を観ることにとても似ています。私が育った町には碁盤目状のとても広い通りがあったため、繁華街でも縦列駐車をする必要がありませんでした。ただし、町はとても小さく、2人の運転手が車が一時停止して話をしていると渋滞が発生してしまいます。それは交通事故よりもよくある光景でした。久しぶりに故郷を訪れてみると、町は変わっていました。広い駐車スペースがなくなり、新しい車線が追加されていたのです。隠喩的にも文字通りにとらえても、町は私が子どもの頃よりずっと新しくなっていました。確かに交通事故や渋滞は増えたものの、先見性のある都市計画によって、町が乱雑にならないように維持されています。PCBもこれと同じで、流れを妨げたり、エラーを引き起こしたりする重大な事故や失敗は、適切な計画によって回避できます。正しいPCB設計とは、単に交通警官を横断歩道に配備することにとどまりません。許容できるだけのスムーズなレベルで交通の流れを維持するには、必要になる電源回路とコンポーネントの接続についてかなり早い段階から把握して設計を進めなければなりません。 PCB設計のトレース配線では、都市計画と同じくらい注意が必要になります。不適切な配線が交通事故を起こしたり、何百人もの人々を仕事に遅刻させたりすることはありませんが、ショートを発生させることはあります。比較的交通量の少ない道路に無駄に長い信号があったり、交通量の多い交差点のそばに一時停止の標識がなかったりするのと同じように、間違ったトレース配線では半田接合の品質が損なわれるほか、内層のトレースがショートを引き起こすこともあります。トレース配線についてよく理解しておけば、発生する「交通量」に対応するPCBを設計できるようになります。この交差点のように配線しないでください。1つのノードに多くの接続がありすぎると、ショートの危険が高くなります。 PCBのトレース配線でブレーキを踏むタイミングトレースの配線は、赤信号でも黄色信号でも青信号でもありません。ご存知のように、黄色信号に対する解釈は運転手によって違うため、より多くの要素がトレースに影響することになります。製造時と稼働時にショートが発生する可能性に影響を及ぼす要素は下記のとおりです。トレース幅: 道路の幅を変更するのと同じように、トレース幅は流せる電流量に影響を及ぼします。小さな通りに新しい店が開店したときのように、オーバーロードはたくさんの問題を引き起こします。パッドに接続する前にトレースの幅を狭めると、それによって抵抗、付随する加熱、基板の損傷が増加します。概して、トレース幅を狭めるのは好ましくありません。接続: パッドやノードへの接続数を増やすと、ショートが発生するリスクが高くなります。分岐させたトレースはさらに近接する可能性が高くなり、より多くの角に電荷が蓄積することになります。さらに一般的である不均一な半田ペーストは、コンポーネントの傾きや半田ブリッジの原因になります。1つのパッドで多数のトレースを接続する必要のあるネットやオートルーターの出力については慎重に判断するようにしてください。パッドのサイズ : パッドが大きくなるほど作業できる領域が拡大しますが、パッド間の距離も考慮に入れておく必要があります。ここでは半田ブリッジが発生しやすいですが、ギャップが大きいほど半田ブリッジが発生しにくくなります。一貫したサイズ: パッドとトレースのサイズを一貫させると、特に多層基板に対処している場合に、デザインルールチェックとエラールール

ブラジルのヒューマノイドロボットサッカーチーム「ITAndroids」のAzevedo氏 1 min Newsletters Judy Warner: ITAndroidsチームはいつ、どのように結成されたのですか？ Arthur Azevedo: ITAndroidsチームは2005年にJackson Matsuraによって結成されました。当時、彼は修士課程の学生でした。現在は、電子工学科の教授です。大学生2人と、もう1人の修士課程の学生がチームに参加しました。彼らはその年のLatin America RoboCup（LARC）2Dサッカーシミュレーションで勝利しました。彼らはすぐにラテンアメリカの上位チームのひとつになり、2006年から2008年のRoboCupで優勝しました。その後チームは2つに分かれました。 ITAndroidsチームは2011に再結成し、2012年のRobocupの2Dサッカーシミュレーションリーグに参戦することができました。チームの順位は10位でした。同じ年、2012 LARCでチームは3つのトロフィーを獲得、つまり2Dサッカーシミュレーションで優勝、3Dサッカーシミュレーションで優勝、ヒューマノイドロボットレース（HRR）で3位を獲得しました。またこの年、チームは新しいメンバーの募集とトレーニングを開始し、その後急成長を遂げました。ITAndroidsはLARCの2Dサッカーシミュレーションで4回優勝しました。 2012年、チームは超小型リーグ専用ハードウェアの設計に着手し、2017年に、2017 Robocupのキッズサイズヒューマノイドリーグへの参加資格を得ました。この年、私たちは、商用ロボット（Darwin-OP2）と、チーム内で設計および製作したChapeというロボットでLARC HRRに参加し、ここでも1位および2位の成績を収めました。私たちは、小型リーグに参加するためのロボットの設計も開始しており、2018 LARCにはチームメンバー全員が参加できる予定です。 Warner: 大成功を収めた長い旅だったようですね!チームには何人の学生が参加しているのですか? また電気関連のサブチームメンバーと、回路基板設計担当者は、何人いるのですか? Azevedo: チームにはおよそ60名の学生が所属しており、さまざまなロボットプロジェクトに分かれています。3種類の物理的なロボット（超小型、小型、ヒューマノイド）があるので、各タイプのロボットに固有の設計を専門に担当する電気技術者のグループが3つあります。ヒューマノイド担当の電気設計グループは、1年、2年、4年の学部生で構成されており、経験豊富な技術者が指導者としてサポートしています。このグループには、仕様要件、設計、基板のテストと製造、ロボットの組み立てと統合などのコンセプトで構成されたプロジェクトがあります。

PCB設計のレシピに従う: PCBの製造図 1 min Thought Leadership 数年前、私は妻の誕生日にクレームブリュレを作りました。妻は呆然としていました。なにしろ、その時の私にできた料理といえば、ゆで卵と焦げたトーストくらいだったからです。実際に作ってみる前にはいくらか時間をかけて、わかりやすい作り方が書かれたレシピを手に入れました。そのレシピを手にひとつひとつの工程を進み、その日のヒーローになるために調理しました。後になって考えてみると、失敗しても失うものはそれほどありませんでした。がっかりはするかもしれませんが、クレームブリュレがなくてもお祝いはできるのですから。PCB製造の世界ではそうはいかず、はるかに多くの危険が潜んでいます。不適切な基板はコストを跳ね上げるどころか、設計者の職まで危険にさらされる恐れがあります。基板が自分の手から離れたら、後は製造業者を信じるしかありません。無条件に信用したくないのなら、製造図に明確な指示を記載して、製造を成功させるようにしなければなりません。不完全な製造図は、製造プロセスを遅らせるだけでなく、基板の製造を取り消す原因にもなります。基本的な材料がないと料理が始まらないように、製造図もに基本的な材料が必要です。設計している基板に独自の要素を追加するのはその後です。優秀な料理人が調理道具を巧みに使って絶品を作るように、基板の設計でCADツールを使って作業を進める方法をご紹介します。手遅れになることがないよう、オーブンを開けて、料理がどうなっているのか確かめてみましょう。製造ラインから実装に送られるPCB PCBの実装図：基本的な材料クレームブリュレの基本的な材料は卵、クリーム、砂糖だけですが、製造図に含める基本的な指示も必要なものだけに減らすことができます。製造図を使って直接伝える必要のある最も重要な指示は下記のとおりです。基板外形: 製造業者が製造する必要のある、長穴やカットアウトなどの要素を含むPCBの外形です。ただし、これは基板の実装図ではないため、長穴やカットアウトを使用する機械的な要素を含める必要はありません。ドリル穴の位置: 基板のすべてのドリル穴は、独自のシンボルを使って、基板外形の中に示す必要があります。製造業者は設計者が送ったドリル用ファイルを使って実際の穴の位置を確認するものの、ここではドリルシンボルを参照用に含めます。ドリル図: 「ドリルスケジュール」とも呼ばれるこの図では、穴の完成サイズと数量にそれぞれのドリルシンボルを追加します。これにより、製造業者は製造図に含まれる穴のサイズを簡単に把握できるようになります。寸法線: 製造図には寸法線を追加し、基板の全体的な長さと幅を示したほうがよいでしょう。また、すべての長穴、カットアウト、その他の固有の基板外形の位置やサイズについても寸法線を含めます。レイヤースタックアップの図: これは実際のレイヤースタックアップが表示される基板の側面図です。ここでは、基板のレイヤーの構成や幅のほか、レイヤー間のプリプレグやコアを詳細に示すためにポインターを使用します。製造の注記: これは、製造図に文章で記載する実際の製造指示です。ここには、基本的な製造指示、業界標準や仕様の参照、特別な要素の位置などを記載します。製造の識別情報

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