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組み込みシステムでユニークID EEPROMを使用して、設計の模倣を防止します Thought Leadership 組み込みシステムでユニークID EEPROMを使用して、設計の模倣を防止します 賢い人が必ずしも最初にゴールするわけではないという言葉があります。大学時代、私の課題をコピーしていた同級生がいましたが、結局私よりも高い得点を取ることがありました。賢さが必ずしも大学でのトップの成績を保証するわけではなく、自分のアイデアを基に他人が成功を収めるのを見るのは心が折れることでした。 ビジネスの世界も似ています。競合他社が成功しているコンセプトをコピーして市場を支配することは珍しくありません。倫理的に疑問があるものの、偽造デザインは実際にかなり一般的です。設計エンジニアとして、私のデザインの偽造をできるだけ困難にすることが私の仕事です。 PCB全体をエポキシでコーティングすることを除いて、可能な限りのすべての手段を試みました。これには、ハードウェアの正確なコピーを作成して動作させることが不可能になるように、ユニークID EEPROM（電気的に消去可能なプログラム可能読み取り専用メモリ）を使用することが含まれます。組み込みシステムにユニークID EEPROMを含めることで、あなたも最悪のシナリオに備え、デザインの偽造を防ぐことができます。 ユニークID EEPROMとは何ですか？ EEPROMは、小さなデータサイズを保存するのに役立つ不揮発性メモリの一種です。 インター・インテグレーテッド・サーキット（I2C）またはシリアル・ペリフェラル・インターフェース（SPI）を介してマイクロコントローラに接続されることが一般的です。EEPROMは数十年にわたり電子分野で使用されており、設定値のようなパラメータを保存するために使用されます。 ユニークID EEPROMは、消去不可能なIDを持つEEPROMです。ユニークIDの長さは、製造元によって32ビットから128ビットまで変わります。理論的には、2つのEEPROMが同じIDを共有する現実的な可能性はありません。これは、インターネット対応デバイスのユニークな メディアアクセスコントロール（MAC）アドレスの概念に似ています。 偽造防止のためのユニークID EEPROMの使用 完全に保護されていない組み込みシステムでは、PCBをリバースエンジニアリングしてマイクロコントローラからファームウェアを抽出することにより、偽造モデルを簡単に作成することができます。もちろん、コード保護機能を有効にしても、ファームウェアの複製が可能である可能性はありますが、より困難になります。 設計にユニークID EEPROMを含め、ファームウェアに検証手順を実装することで、大量の偽造を防ぐことができます。これが私が組み込みシステムで実装する方法です： 1. ユニークIDリーダーファームウェアの作成 EEPROMからユニークIDを読み取り、SDカード内のファイルに保存するシンプルなファームウェアを作成します。このファームウェアはユニークIDの取得のみを目的としており、後に実際のアプリケーションファームウェアによって上書きされます。
Altium Designerの部品配置ショートカット Thought Leadership Altium Designerの部品配置ショートカット 私は以前、PCB設計は90%が配置で10%が配線という記事を読みました。確かなことはわかりませんが、コンポーネントの配置は、基板設計全体において重要な部分と言っても過言ではありません。しかし、一部の設計者は、後から戻って基板の一部を再配置するだけで済むように、この配置作業の部分を急ぎ、配線に取り掛かります。 問題の1つは、配置プロセス時、設計者にフラストレーションがたまることだと思います。全てのコンポーネントを正確に配置、整列、位置合わせして、最適な配線チャネルを作成するには、時間を要します。これは特に、配置機能に制限のある設計ツールで作業する場合、または設計支援ツールで利用可能な配置機能の知識が十分にない場合に当てはまります。 さいわい、Altium Designerには作業に便利な強力な配置機能がいくつかあります。部品を整列できる手動の配置ユーティリティを備えており、最初に回路図からコンポーネントを選択して、それらをまとめて配置できます。また、特定のコンポーネントを検索・選択して配置するサポートが必要な場合、それらのユーティリティも用意されています。 整列機能を使用して配置を整理 配置する際に、コンポーネントを必ず移動する必要があり、面倒であることには認めざるをえません。新しいコンポーネントの挿入が必要かを確認するためだけに、一連のコンポーネントを整列することがしばしばあります。新しい部品を挿入する周囲を全て移動すると、完璧に整理された状態が崩れ、全てのコンポーメントを選択して整理し直す必要があります。 これは、部品ごとに手動で移動する単純な作業になりますが、使いやすいシンプルなサポートがあればいいと思いませんか? Altium Designerでは、配置の整列ツールのサポートが用意されています。さまざまな整列機能を自在に扱えるメニューが揃っており、ここでは、使用方法の例を説明します。この画面キャプチャからわかるとおり、コンポーネントが整列しておらず整理する必要があります。また、ピン間の距離が近すぎ、クリアランス違反もあります。 整列されていないコンポーネント まず、これら全てのコンポーネントを選択した後、右マウスボタンを押して [Align] メニューに移動します。[Align] メニューで、リストの上部にある [Align] を選択すると、以下の [Align Objects] サブメニューがポップアップ表示されます。 整列パラメータの設定
コンポーネントフットプリントの手動作成 Altium Designerでコンポーネントフットプリントを作成するための4つのステップ プリント回路基板をレイアウトする場合、設計コンポーネントのフットプリントを作成する方法を把握していることが重要です。一部のコンポーネントは非常に一般的に普及されているか、標準化されたパッケージで提供されているため、フットプリントを簡単に見つけることができます。場合によっては、フットプリントの生成を自分で行う必要があり、コンポーネントのデータシートからの情報を直接使用する必要があります。フットプリントが正しくない場合、部品のピンがPCBパッドと位置合わせされないか、部品がクリアランスまたは間隔のルールに違反する可能性があり、大幅な時間の損失と追加のコストにつながる可能性があります。 PCB回路基板を設計する際、部品に正確なフットプリントを提供するプログラム部品に依存できる場合が時々あります。ただ常にそうであるとは限らず、必ずある時点で独自のフットプリントを作成する必要があります。一部のPCB設計ソフトウェアパッケージでは、これは困難な作業であり習熟するまでに時間がかかる場合があります。一方、Altium Designer®なら、強力なCADツールを使用してコンポーネントのフットプリントをすばやく生成できます。ここでは、Altiumを使用して設計コンポーネントのフットプリントを作成する方法を説明します。 Altium Designerでコンポーネントフットプリントを作成する方法 コンポーネントフットプリントの生成は、Altium Footprint Designerで次の4つの手順に従って行います。 パッドを作成する コンポーネントの高さと面積を定義する シルクスクリーン情報を追加する フットプリントを保存する プロセスの順を追って、コンポーネントのフットプリントを作成することがいかに簡単かを見てみましょう。 以下の4つの簡単な手順で、Altium Designerでフットプリントのデザインを作成できます。 ステップ 1：パッドを作成する 部品のランディングパターンが必要になります。これは、コンポーネントデータシートの末尾または選択したデータベースライブラリ内にあります。この例では、人気の高い PIC24FJ64GA004マイクロコントローラーを使用します。 このコンポーネントは、44リードのプラスチック製薄型クワッドフラットパックにパッケージされています。
PCBの実装図を作成して設計の意図を明確に伝える Thought Leadership PCBの実装図を作成して設計の意図を明確に伝える 「一部、組み立てが必要です」この文言は、買ったばかりのものに心を躍らせていた人を恐怖に陥れます。実は、私にもそんな経験があります。それは、子どもたちへのクリスマスプレゼントとして購入したサッカーのテーブルゲームでした。サイズが大きかったために、私はゲームを箱に入れ、クリスマスイブの夜遅くまでガレージに隠しておきました。「それほど難しくはないはずだ」そう高を括った私は、子どもたちがベッドに入ってから、テーブルゲームを組み立て始めました。何杯ものカフェインを摂取し、指の節に痣を作り、部品を失くし、私を「行儀の悪い人リスト」に載せてしまうようないくつかの罵りを口にしながら、夜が明ける直前になってようやくベッドに入りました。クリスマスの朝の家族写真には、テーブルゲームで楽しそうに遊ぶ子どもたちと、もう1杯のカフェインにしがみつくゾンビのような父親が写っていました。 組み立てが必要になるものはたくさんありますが、PCBの世界では実装が必ず必要になります。設計者は部品の配置やトレースの配線中に、実装について常に考えているわけではありません。ただし単純な事実は、設計者が設計したものを誰かが実装しなければならないということです。そこで必要になるのが、製造業者に基板の実装方法を伝えるための実装図です。 これまでに実装図を作成したことがない場合は、この投稿を入門として活用できます。ご安心ください。これは分厚いマニュアルではありませんし、幼稚園に通う私の子どものお絵描きのような設計の見取り図も含まれていません。ここで必要になるのは、実装図のさまざまな要素のほか、PCBのレイアウトツールが実装図の作成にどう役立つのかについて理解することだけです。一番よいところは、ここに含まれる情報が読んでいただくものであり、実際の実装は必要ないという点です。 PCBの実装図には、部品の外形やデジグネータなどの要素が記載される PCB実装図の項目 連携する製造業者にとって使いやすく正確なものにするために、実装図は複数の形態で作成できます。設計中はPCBが実際にどのようになるのかについて、必ず実装図で製造業者に伝えるようにします。自分が連携している製造業者に留意することは重要ですが、大半の実装図に共通する下記の基本的な要素を理解しておく必要があります。 実装図の形式: CADシステムには、図面の形式が自動的に生成されるものと、個別のライブラリーの形状として図面を手動で作成する必要があるものがあります。いずれを使用する場合も、形式と設計データベースを組み合わせて実装図を作成することになります。 基板外形: 製造図と同様に、基板外形を表示します。基板のサイズに応じ、画像を縮尺して実装図の形式に合わせたり、画像を拡大して詳細を表示したりすることができます。 部品の形状: 基板外形内には、基板に半田付けされるすべての部品の形状とそれらのデジグネータを含めます。 機械部品: 取り付け工具を使って基板に配置する機械部品も表示します。こうした部品は標準的なPCBフットプリントではないかもしれませんが、形状を個別に追加または描画しなければならないことがあります。機械部品の例としてはejector handleが挙げられます。これは電気部品ではないため、回路図に表示されない場合もありますが、実装図と 部品表には含める必要があります。 実装の注記: 基本的な実装の詳細、業界の標準や仕様に関する参照、特別な要素の位置が記載される指示の一覧です。 識別ラベルの位置: バーコードや実装タグなどの識別ラベルは、実装の注記に含まれる特定のラベルへの参照や描画ポインターを使って含めます。
複数のデザイン構成にPCB実装バリアントを使用すべき理由 Thought Leadership 複数のデザイン構成にPCB実装バリアントを使用すべき理由 何年も前、筆者は既存の基板からコピーしたデザインを扱っていましたが、問題が1つありました。レイアウト上のいくつかの回路が、技術者が作成した回路図の回路と一致しませんでした。これによって多くの混乱が生じました。最終的には、設計が承認されて製造部門に送られた後で基板に加えられた編集が問題だったことが判明しました。実装バリアントを作成したことで、回路図との同期が失われたと同時に、基板に不用意な変更が行われたのです。手作業で実装バリアントを管理しようとした場合、このような問題が忍び寄ってくる可能性があります。これにより、設計が遅れたり、さらに悪いことには、発覚していないエラーのため不良基板が製造されるかもしれません。 PCB実装バリアントとその必要性 同じ基板を、複数用途のため、実装時に異なる構成にできるよう回路基板を設計することは一般的です。これらの異なる構成は実装バリアントとして知られています。例えば、異なる電圧で動作させることができるよう電源供給を設計するケースがあります。どの部品を使用するか、使用しないか、あるいは変更するかを変えることで、実装時に異なるバージョンの電源供給基板を作成する方法が決まります。 実装バリアント用の回路基板を設計する場合、金属の電気回路構成要素（パッド、トレース、領域フィルなど）が、提案された全ての構成で機能するようレイアウトされることが重要です。このように、異なる構成が全て、未加工の同一基板設計から作成可能です。これにより、設計者の作業負荷を減らすだけでなく、基板製造と在庫の費用を減らすことができます。 各PCB実装バリアントにはドキュメントが必要です 手作業による実装バリアントの作成とドキュメント化 従来、PCB設計者は、複数のバリアントを扱う場合、各基板の実装構成に対応するため、別々のデザイン データベースを作成する必要がありました 。 これは、各実装に専用のドキュメントが必要だからです。 ただし、この方法でも設計エラーが生じる可能性がありました。 各デザイン データベースは、未加工の基板設計を含んでいるので、全てのバリアント データベースにコピーされます。未加工の基板設計のマスターコピーを1つ持つことは優れた設計慣習ですが、そのマスターコピーが各バリアントのコピーに含まれる場合は問題が生じる可能性があります。これは、たとえ偶然でも、未加工の設計がいずれかのバリアントコピーで変更された場合、未加工の基板設計の異なるコピーが作成されることになります。こうなると、どれが正しいマスターコピーか分らなくなる可能性があります。未加工の基板が全ての異なる実装バリアントの基本デザインである場合、これは問題です。何年も前に経験済みですが、変更の結果、回路図とのリンクが切断された場合、状況はさらに悪化します。 最終的には、これらの潜在的な問題と、同じデザイン データベースでの複数コピーの管理は、作業負荷を増やします。未加工の基板が意図的に変更されるたびに、各バリアント データベースに編集内容をコピーする必要があります。これは、時間のかかる作業であり、データベース間でデザインの一貫性を確実に保つために高い集中力が求められます。 PCB実装バリアントにより、同じ基板を異なる用途のために構成できます。 バリアント管理ツールによるプロセスの簡素化 CADアプリケーションのバリアント管理ツールは、1つの基本データベース内で全ての作業を行えるようにすることで、異なる実装バリアントの作成と管理のプロセスを簡素化します。バリアントを作成する際、特定部品を使用する、使用しない、あるいは値を変更するなどを指定することができます。また、バリアント管理ツールにより、実装図面などの出力や部品表を変更して、変更された部品の状態を反映できます。
Customer Success Stories RWTC Aachen University Discover how astronautical students at Germany’s RWTC Aachen University used Altium Designer to create the most stellar designs.