CircuitMaker

Thought Leadership 4～20mAの電流ループレシーバーを最小の部品数で設計する方法私は昔からGordon Ramsayのファンでした。彼は、ヘルズキッチンの不運な競技参加者が毎回生のホタテを提供するたびに、愉快な文句をつけて楽しませてくれます。しかし、本当に面白かったのは、彼がアジア料理を試みたときです。状況は一変し、彼は優れたアジア料理が、いつも作っているビーフウェリントンとは完全に異なるものであるということを、苦心の末に学んでいました。プロセス制御: 4 ～ 20mAが最適な用途。私は、プログラマブルロジックコントローラー（PLC）が主流である業界で、純粋なデジタル電子回路の設計に5年間を費やした後、アナログ設計に移行したとき、同様な経験をしました。私が「Ramsayのアジア料理への挑戦」を最初に体験したのは、PLC用の低コストのローカライズされたオプションとして、8ビットマイクロコントローラーを搭載した複数の4 ～ 20mA電流ループレシーバーを使用する最初のプロジェクトに従事したときです。アナログプロセス制御の専門家にとってはごく簡単なことなのでしょうが、私は電流を、使い慣れ十分理解しているデジタル読み出し値へ変換しようとして、隅に追いやられました。 4 ～ 20mA電流ループの概略基礎から説明すると、4 ～ 20mAは制御業界における非常に一般的な標準です。4 ～ 20mAの変換器はHVAC、製造、データセンター、またはPLCが主流であるすべての業界に見られます。この業界標準では、センサーにより測定されるパラメーターが、4mAから20mAまでの範囲の直流により表されます。設計の仕事でずっと、純粋なデジタル電子回路を扱ってきた人なら、なぜ測定された信号を伝送するために電圧を使用しないのか? そして、なぜ0

組み込みシステム向けのリン酸鉄リチウムバッテリーとリチウムイオンバッテリーの比較この（比較的）新しい出会い系アプリTinderをご存じですか？私はまだ独身で交際相手がほしいので、試してみることにしました。まず、人の写真と経歴がランダムに出てくるので、気に入ったら右にスワイプ、気に入らなければ左にスワイプします。自分が右にスワイプし、相手も右にスワイプすると、お互いにチャットできます。試してみて、写真ばかり見ないで経歴を読むのにもう少し時間を割けばよかったと思いました。「マッチング」相手とチャットをしてみたら、写真を見て湧いた興味が冷めてしまったんです。組み込みシステムの場合も、特にバッテリーに問題があると同じように感じることがあります。たとえば、膨大な時間をかけて設計した基板なのに、バッテリーの劣化が早すぎたり、温度の問題で故障したりする場合です。最悪の場合、バッテリーから火花が出ることさえあります。私は交際相手のマッチングはできませんが、ボードに合ったバッテリー選びをお手伝いすることはできます。組み込みシステム向けの最も一般的な選択肢は、リチウムイオンバッテリー（Li-Ion）とリン酸鉄リチウムバッテリー（Li-phosphateまたはLiFePO4）の2つです。これら2つのタイプは、充電特性と放電特性がかなり異なります。どちらでも使用できる場合もありますが、どちらかがもう一方より適している場合が普通です。続きを読んで、どちらのタイプが皆さんの用途に最適かを判断してください。リチウムイオンバッテリー英語の「love」にはさまざまな意味があります。私は「I love my iPhone（iPhoneが大好き）」とも、「I love my girlfriend（彼女を愛してる）」とも言います。これらの「love」は、いくつか重要な点で意味が違います。同じように、一口に「リチウムイオン」と言っても、リチウムイオンバッテリーの種類が異なる場合があります。ここで述べるのは、ほとんどの場合がコバルト酸リチウム（LiCoO2）です。このリチウムイオンバッテリーは、アノードにグラファイトを使用しています。では、リチウムイオンバッテリーの仕様を見てみましょう。電圧: 公称3.6 V、範囲3.0 V ～ 4.2 V 比エネルギー: 150 ～

Thought Leadership モノのインターネットのワイヤレスセンサーネットワークがマルチセンサーのプラットフォームにより得られる利点世の中の人々は犬派と猫派に分かれますが、私の家族は常に猫派でした。私たちの家族は、「異常な」猫派になってしまわないよう、1つの重要な規則を自らに課していました。それは、家族の人数よりも多くの猫を飼ってはならないという規則です。時にはこの制限を取り払いたいと感じたことがありますが、猫の世話が手に負えないことにならないよう、常にこの規則を守ってきました。モノのインターネット（IoT）にも同じ原則が当てはまります。多くのIoTデバイスは少々極端であるとは思いますが、これらのデバイスのセンサーは単純性を実現しています。現在では、ほとんどのIoT機器に専用のセンサーアレイが存在し、気温や振動など周囲の各種の状況を測定します。一部のメーカーはマルチセンサーのプラットフォームに取り組んでいるため、この状況は近い将来に変化すると思われます。このような統合センサーソリューションには一般的に使用されるセンサーの広範なアレイが詰め込まれ、周囲の環境を調べることができます。このような統合されたセンサーにより、デバイスは1つの物理的な場所でデータを収集でき、機器間で互いに認識を共有することも可能です。このようなセンサーのパッケージにより、複雑性、コスト、保守の手間全てを減らすことができ、エンドユーザーとIoTガジェット設計者の両方が利益を得られます。マルチセンサーのプラットフォームとは統合センサーパッケージの例の1つとして、 Future Interfaces Groupの「合成センサー」が挙げられます。これらの開発者は最も一般的に使用されるIoTセンサーを調べ、1つのプラットフォームに組み入れました。このデバイスは壁面へUSB接続され、周囲環境のデータを収集します。現在のところ、この統合センサーは、「インテリジェントでない」家庭用機器からのデータを収集し、解析することが目標です。センサーの位置が変化しないため、他の固定されたオブジェクトからの音を解析し、非常に高い精度で識別できます。例えば、合成センサーはコンロのどのバーナーが点火されているかを、周囲の熱と音から特定できます。室内のノイズの周波数スペクトルから、ミキサーとゴミ処理機とを区別することもできます。さらに、自分が仕事中に猫がカウンターからグラスを落としてしまったなどの状況を判断することさえも可能です。合成センサーは、機械学習アルゴリズムを使用して、これらを全て行います。これらは、自動運転車が新しい状況に対応するために適用されるのと同じアルゴリズムです。このプラットフォームは文字通り、家庭とその中にある物体について学習していきます。このテクノロジは、データおよびホームインテリジェンスの分野において多くの用途があることは疑いありません。Googleはこのプロジェクトに投資しているため、Googleは自社のGoogle Homeアシスタントとこのテクノロジを連携させる可能性があります。このテクノロジは、蛇口が開けっ放しである、コンロの火が点いたままになっているなどを住人に警告できます。猫に餌をやるのを忘れているという警告も可能になるかもしれません。この合成センサーのようなプラットフォームは、IoTにおいてはさらに有用な用途があるでしょう。センシングの共有やデバイスの認識などの用途が考えられます。このようなセンサーは、この写真のものより多少取り扱いやすくなることが期待できます。マルチセンサーのプラットフォームとIoT 私は現在自分の家でパズルを解いていて、猫があちこちに噛みついています。猫がパズルのテーブルに近寄ったら家の方で感知し、追い払ってくれたら便利だと思いませんか? 統合センサーを使用すると、環境のデータを送信し、各デバイスが周囲の環境と、自分以外のデバイスについて認識できるようになり、上記の対応が可能になります。ほとんどのIoT機器には、専用のセンサーが付属しています。しかしこれらのセンサーは、その機器の作業にのみ特化しており、周囲の環境を包括的に捉えるようには設計されていません。これが、スマートデバイスが真に「スマート」ではない理由です。「スマート」な呼び鈴は、誰かがドアに近付いてくることを判別できますが、その人が何を望んでいるのかを解釈できません。機械学習を行うセンサーは、例えば制服を確認し、その人が郵便配達人なのかということを認識できるかもしれません。または、誰かが冒涜的な言葉を叫びながらドアに近寄ってくると、呼び鈴は誰かが来たこと、さらにその人物が激怒していることを住人に警告できます。機械学習は平均的なIoTデバイス開発者にとっては少々複雑なため、開発者が自分でデバイスに組み入れることは期待できません。「スマート」な機器のように考え、一元化され、統合された、センサーが存在すれば、その有用性は大幅に拡大するでしょう。

Thought Leadership オンボードの供給電圧を不安定化しないMicroSD電源回路の設計方法 PCB設計者は多くの場合、完璧な設計とコスト削減との間で適切なバランスを選択するという困難な課題に直面しています。MicroSDのようなデータ保存メディアを扱う設計では、「動作中挿入」や「突入電流」のような単純な概念を見落としたために、試作が不完全で高価になる可能性があります。私は、ハードウェア設計を単純に保つことを美学にしてます。設計する上で本質的な必要性がないコンポーネントはすぐに取り除くことにしています。残念ながら、多くの失敗の結果、このように設計を単純化することにより、かえって問題が複雑化することもあるという教訓を得ました。10年前に、SDインターフェイスを使用するプロジェクトに取り組んだことがあります。当時はSDカードというのはよく知られていないコンポーネントで、技術資料もほとんど存在しませんでした。突入電流を見落とさない MicroSDやSDカードのピン配列は、一見複雑ではないように見えます。十分な経験のないエンジニアでも、各ピンの機能を簡単に判別できるでしょう。一般的なMicroSDは3.3Vにおいて最大100mAを消費するため、3.3V電源に接続すれば問題はないと、私も考えていました。しかし、自分が設計した実用試作にSDカードを再挿入したときに問題が発生しました。これまでの多くのエンジニアと同じように私も、SDインターフェイス用の回路を設計するとき、重要な概念を見落としていました。すなわち、突入電流を考慮に入れていなかったのです。そのため、私たちのマイクロコントローラはSDカードを挿入するごとにリセットされる結果となりました。この結果から、現在にまで通用する教訓が導き出されます。SDカードは、フォームファクターの小型化されたMicroSDカードと電気的特性はほぼ同じです。すなわち、私が10年前に犯した過ちは、今日のPCB設計でも同じように発生するということです。コンデンサーを使用して問題を回避できます。デカップリングコンデンサー: プロトタイプ構築後の迅速な修正それでは、MicroSDカード用に設計したボードでこの過ちを犯してしまった場合にはどうすべきでしょうか?ほとんどのMicroSDコネクターにはカード検出ピンが搭載されており、マイクロコントローラーはこのピンを使用してMicroSDカードの存在を検出できます。システムは、MicroSDが正しく挿入されているときにのみ電源をオンにし、MicroSDが取り外されたときに電源をオフにします。問題を素早く解決するには、MicroSDカードの電源ピンの近くにデカップリングコンデンサーを追加します。これによって、回路に必要な安定性を得ることができます。この解決策は、MicroSD挿入時の突入電流の問題を解決するのに有効なことが判明しました。完成したPCB上にコンデンサーを人手でハンダ付けするというのは、洗練された解決策ではないのは事実ですが、急いで問題を解決しなければならないときに可能な唯一の方法です。ここで考慮すべき最も重要な要素は、突入電流を低減し、供給電圧の不安定化を防ぐために十分な電荷を保持できるコンデンサーの選択です。デカップリングコンデンサーの最適な値は、合計負荷容量と、MicroSDカードのVddとVssとの間の容量を超えている必要があります。ほとんどの場合、45uFを超える値が適切です。ここで重要なのは、コンデンサーを可能な限りMicroSDの近くに配置することです。場合によっては、PCB試作でこれを行うのが不可能なため、基板の修正が必要なこともあります。問題は、単一のコンデンサーを使用する単純なソリューションを使い続けるか、より洗練された手法に変更すべきかです。メモリメディアに関する私の過去の経験から、MicroSDカードの電気的特性はブランドによって異なるため、今後行う設計については、特定の特性を想定しないことをお勧めします。洗練された手法は、設計開始時点からMOSFETを使用することです設計フェーズにおける洗練されたソリューション MicroSDカードによる内部的な供給電圧の乱動を防止する、デカップリングコンデンサー以外の最良の方法は、電気的スイッチを使用して突入電流を制限することです。より具体的に言うと、FDN340P MOSFETを使用して、MicroSDの電源をコントロールします。この方法では、電子回路とファームウェアロジックとの連携により、MicroSDの電源が効率的に管理されます。 MOSFETを使用すると、電圧の増大率を制限し、突入電流の問題を回避するため役立ちます。アプリケーションに応じて、許容される電圧スルーレートを持つMOSFETを選択します。このスルーレートにより、電圧の急激な変動を抑えることができます。また、下流方向の最大突入電流も制限できます。この両方により、MicroSDの正しい動作を維持できます。

最適なAltium PCB設計ソフトウェアはどれか当社のCMOであるTed Pawelaは最近Adafruitで関係者とライブインタビューを行いました。インターネットを介した視聴者からの質問の1つは次のようなものでした。 Autodesk Eagle^® が最近サブスクリプションのみのモデルに移行したことと、Altiumが切替割引プロモーションを行っていることは皆が知っていることです。EagleユーザーがAltium製品を確認するべきなのは何故でしょうか。当社は、このAltiumで提供しているプロ仕様のPCB設計に対する我々のモチベーションが何であるかを明確に示すことについて、適切に行って来なかったのではと考えています。まず、申し上げたいのはAutodeskのライセンスモデル変更は、当社のCircuitStudioの戦略に対して、現実的な影響を与えなかったと言うことです。しかし、その発表後、関心の高まりを目の当たりにし、人々が行動を起こすことを検討しやすくなっていると感じました。結局は、ビジネスセンスの良さだと思います。ネット上のコミュニティにおける全ての活動にも関わらず、実際には何も起きていません。ただし、この関心の高まりによって、CircuitStudioに対する当社の期待について一定の検証が行われたことは事実で、これからそれについて皆さんにご説明したいと思います。オプションの欠如 CircuitStudioのリリースに先立って、PCB設計ツールを見渡すと、市場の入門レベルから上級レベルの間には非常に目立つ穴が見つかります。長い年月、AutodeskのEagleが市場の入門レベルで優位に立ってきました。さらに、ULP（スクリプト、効率性）による強化によって、Eagleは極めて有用性があり、料金も、最大1600ドルとなっているものの、把握している限り大抵は最大900ドル以内と、非常に手頃になりました。900ドルという価格について考えると、実際にはプロ仕様のワークフロー、広範囲への適用、およびユーザの知識プールがある、真にプロ仕様のPCB設計ツールは、Cadence、Mentor、Graphics、またはAltiumが提供している6000ドル以上のもの以外にはありませんでした。では、たとえば出力業者や製品設計会社をEagleで始めたとすると、価値を考慮した場合に、どちらが良い選択となり、希望や夢を実現してくれるでしょうか。従業員を複数名追加して、有名ブランドのクライアントを引き受けて自社の製品を市場に適用させ、成長の次の段階に行こうとしています。これを効果的に行うには、新しい投資を行うことが必要ですが、ワークフローを完全に改革して、新しいユーザー環境について学び、すべてのライブラリ情報などを移植する必要があります。この飛躍は多くのユーザにとっては大きすぎ、Eagleを使用した従来の方法に留まりました。彼らには自分たちのULPコレクションがあり、欠点を理解して解決策を開発し、制約への対処方法を知っている従業員もいました。 CircuitMakerおよびCircuitStudioなどの製品を使用して、この隙間を埋める本当の機会が実現します。当社はCircuitMakerを使用して、無料の製品にアクセスする機会を提供します。そうです。クラウドストレージのみですが、施設はコラボレーションと共有を意識した、オープンなハードウェアマーケットに焦点を当てた、プロ仕様の設計ツールを提供します。現在、CircuitMakerコミュニティでコラボレーションするユーザは13万人以上です。この共有哲学の良い例の1つがライブラリシステムです。ライブラリコンポーネントを作成すると、そのコンポーネントは即時にコミュニティの一部となります。別の誰かが既にコンポーネントを作っているため、ほとんどのユーザはたくさんのコンポーネントを作る必要がないという状況にあります。もちろん、これは設計の仕事で生計を立てている設計者の助けとはなりません。これについて当社は、CircuitStudioを提供しています。プロ仕様設計ツールの入り口価格がわずか995ドルで（Autodeskの発表によると495ドルのプロモーション中）、有名なAltium Designerワークフローと統一された設計のパラダイムに基づく製品を使用して、プロ仕様のPCB設計の世界に入ることができます。CircuitStudioにより、標準的なリボン原理に基づく、より合理的なユーザーインターフェイスも提供されます。申し上げたいことは、ULPスクリプトなどを使用して苦戦することなく、新しい物語で設計をすることができるということです。Altium Designerをマーケットで最も急成長を遂げたPCB設計ツールにした、すべての同じプロ仕様の対話式ルーティング、統一されたライブラリ、およびバッチのドキュメンテーション出力にアクセスすることにより、設計に集中することができます。ここに、新しいAltium Designerライセンスが毎時間、毎日アクティベートされている理由があります。設計者は現在、真にプロ仕様のオプションを非常に手頃な価格で手にしています。

Thought Leadership 回路図とPCBレイアウトの同期によって効率と納期順守を改善画像ソース: Flickr user bittbox ( CC BY 2.0) しばらく前に、私は、スマート潅漑と環境モニタリングを自動化するためのシステムを設計、設置する会社で働いていました。業務に特有のニーズに対応するため（または、製造業者から戻ってきた後に、特定のモデルでの設計の欠点や見落としを補正するため）、どたん場で基板に「ハック」（ピンスワップやゲートスワップなど）を行うのが習慣になっていました。この即席の方法は、短期的には効果があり、その会社は、プロジェクトから期待された要件を必ず満たすことができましたが、この「直感に頼る」方法には、拡張性がありませんでした。問題の一部は、 PCBレイアウトの微調整に時間を使いすぎて（製造業者から基板が戻ってきて初めて、一部の詳細を無視していたことに気付いたのです）、詳細な回路図を通じて設計に全体的にアプローチするための時間が十分になかったことです。統合データモデルによるアプローチについて私たちが知っていれば、その時、役に立ったでしょう。統合データモデルによるアプローチで回路図とPCBレイアウトの同期を維持統合データモデルによるアプローチでは、回路図シンボル、PCBフットプリント、サプライヤー調達情報、SPICEモデルなど、設計プロセスの複数の側面をシームレスに統合できます。統合データモデルによるアプローチを通じて、回路図とPCBレイアウトの同期を維持することには、利点がいくつかあります: 同時設計: 回路図の作成は、効果的な計画に重要です。一方、PCBレイアウトを通じて回路設計の詳細に深く入り込むことは、多くの設計者にとって有益です。ファイルのリンクや更新の自動化によって、回路図とPCBレイアウトを統合することで、設計プロセスは自由に、「全体像」アプローチと詳細な「実世界」アプローチとの両方に同時に取り組むことができます。時間の節約: 回路図を効果的に計画するのに必要な手段を取ることによって、結局は貴重な時間を節約できます。過去に、チームが直接ボードに即座に設計を行っていたときは、時間を浪費していました。多くの場合、工場からプリントが戻ってきて、修正に何時間もかかる「細かな」詳細を見逃していたことに気付きました。PCBレイアウトと回路図を同期すれば、製造業者に送られる前に、設計資産に整合性があり検証されていることを確認するのに役立ちます。コストの節約: 時間の節約に加えて、統合データモデルによるアプローチを採用すると、結局はコストも節約できます。会社が、もっと早くこのアプローチを設計プロセスに採用していれば、元上司は、コストが節約できることを聞いて喜んだだろうと思います。そうした方が、はるかに費用効率が高く、簡単に避けることができたミスの修正に費やす、全ての時間や労力を節約するのに役立ったでしょう。