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デザインライブラリ

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ライブラリの部品作成と3Dモデルの関連付けによる無駄のない設計の実現 Thought Leadership ライブラリの部品作成と3Dモデルの関連付けによる無駄のない設計の実現 カスタムコンポーネントと標準コンポーネントをつなぐコンポーネントライブラリは、SPICEモデルから基本的な2Dフットプリントまでのあらゆる要素を追跡して、レイアウト中に使用するために役立ちます。プリント基板設計の2Dから3Dへの移行を受けて、最新のコンポーネントライブラリは3Dモデルを備えています。 独自コンポーネントのメカニカルクリアランスをチェックするつもりなら、3Dモデルを構築しておくのは良い考えです。しかし、ほとんどの基板設計ソフトウェアプラットフォームはこの機能を提供していないので、機構設計と電気設計のソフトウェア間を行ったり来たりすることになります。そこで求められるのが、MCAD、ECAD、高度な基板設計ツールを1つのプラットフォームに統合したソフトウェアです。 基板設計におけるCADツール カスタマイズしたコンポーネントや独自コンポーネントを基板で使用すると、ほかにはない機能を、大抵の場合はより小さいフットプリントで提供できます。優れたプリント基板設計CADであれば、3Dモデルを含む独自仕様のカスタマイズコンポーネントを構築して、メカニカルクリアランスのチェックに使用できます。 基板でカスタムコンポーネントや独自コンポーネントを使用する場合、3Dモデルをコンポーネントに関連付けて、後から使用できるようにライブラリに保存する可能性が高いでしょう。使用する設計ソフトウェアが包括的なコンポーネント情報管理システムを備えていれば、カスタムコンポーネントに3Dモデルを関連付けて、全てのデバイス間でこのコンポーネントの一貫性を維持することができます。例えば、ある設計でコンポーネントモデルを更新すると、その更新が全ての設計に同期されます。 しかし、ほとんどの設計ソフトウェアでは、依然として、機構設計と電気設計の環境がそれぞれ孤立しています。MCADはECADから切り離されているので、設計者はMCADソフトウェアとECADソフトウェアの間でプロジェクトを移動する必要があります。MCAD、ECAD、高度な基板設計ツールの間で、コンポーネントライブラリ内の3Dモデルを同期してくれる基板設計プラットフォームがあれば、設計中の基板を1つの設計インターフェースで最も正確に表示できます。 Altium Designerによる3Dの面付け 問題の発生元の把握 3Dコンポーネントモデルを構築して別の基板設計プログラムで使用できるようにするには、依然として、独立したMCADモジュールの使用が必要です。CADプログラムで求められるワークフローはMCAD設計モジュールとは異なることが多いので、大抵はコンポーネントモデルを設計中の基板にインポートするためだけに、STEPモデルの作業が必要になります。さらに、この基板を3Dで表示するには、もう一度MCADプログラムにインポートし直す必要があります。このプログラム間での行ったり来たりは生産性を妨げるだけでなく、不適切なクリアランスの原因にもなりえます。 カスタムコンポーネントの3Dモデルを作成する場合、この3Dモデルと互換性のある包括的なコンポーネントライブラリ管理ツールが、基板設計プログラム側に必要になります。コンポーネントモデルを管理するための統合コンポーネント情報システムがない場合、その場限りの方法を使用して、設計ツール間でカスタムコンポーネントモデルを管理するしかありません。このような管理手法では、コンポーネントモデルを1つ変更する場合、設計間での手動による更新が必要であり、エラーが発生する可能性が非常に高くなります。 基板レイアウトを構築および表示するためのCADプログラムがすべて、簡単にその他の設計ツールと同期できるわけではありません。たとえば、回路図ツールとレイアウトツールの動作が一致しないことは珍しくありません。また、回路図向けのCADツールとレイアウト向けのCADツールでは、同じタスクを実行するのに必要なコマンドセットが異なる場合もあります。このため、初めてのプログラムを使用する際の習得期間が長くなり、インターフェースの切り替え時にはコマンドを覚え直す必要があります。 3Dコンポーネントモデリングと標準設計ツールの統合 コンポーネントライブラリと連動してECAD機能とMCAD機能を統合する設計ソフトウェアがあれば、デバイスの電気的ビューと機械的ビューを3Dで同時に表示できます。ECAD設計とMCAD設計の統合によって、3Dでの設計ツールの使用が実現し、電気設計チームと機構設計チームが本当の意味で連携できるようになります。コンポーネントライブラリでは、カスタムコンポーネントとその他のコンポーネントを同じように扱うことができ、コンポーネントの3D STEPモデルをライブラリに直接読み込むことができます。 その他のPCB設計ソフトウェアパッケージも、MCADおよびECAD設計でSTEPモジュールを使用しています。統合設計パッケージに切り替えるとき、 カスタムコンポーネント向けの独自STEPモデルを構築し、必要に応じて既存のSTEPモデルをインポートできます。しかし、旧式の設計プロセスでは、基板を表示してカスタムコンポーネントの3Dモデルを作成するだけのために、ECADプログラムとMCADプログラムを行ったり来たりしなくてはなりません。 設計が完成したら、基板設計ソフトウェアで、シミュレーションおよび解析ツールに加えて、製造業者成果物を生成するためのツールと直接通信することができます。これらのツールがすべて1つのインターフェースに表示され、ワークフローにも一貫性があるので、複数のモジュールを切り替える必要がなく、高い生産性を維持できます。 Altium Designerによるマルチボードのアセンブリ
回路基板のデジタルライブラリ管理: 本棚以上の機能を備えた棚 Thought Leadership 回路基板のデジタルライブラリ管理: 本棚以上の機能を備えた棚 「コンポーネント」という言葉を聞いたとき、IC、LED、抵抗、およびPCBの組み立てに使用するその他の電子的なハードウェアを思い浮かべるのは当然です。しかし、プリント基板設計ソフトウェアの点からみると、コンポーネントを詳しく記述する多くの情報があります。各コンポーネントには、関連付けられた記号、フットプリント、ピン配列、および基板設計CADが使用するその他のプロパティがあります。 市販の多数のコンポーネントを入手でき、またエレクトロニクス企業が新しいコンポーネントを開発する状況では、コンポーネントライブラリの管理は基板設計者の重要な任務の1つになります。設計者は通常、自分の設計で使用するために、フットプリントやシミュレーションモデルも含め、カスタマイズされたコンポーネントを作成します。 基板を設計から製造に移行できるようこの情報を1つにまとめるには、市販の最も優れた設計ソフトウェアが必要です。統合設計環境で作業すると、設計ソフトウェアはコンポーネントライブラリをシームレスに統合し、コンポーネントライブラリへの更新を回路図に簡単に反映できます。 デジタルライブラリの管理 ライブラリ管理は、 コンポーネント、サプライヤー、ライフサイクル、設計で使用する回路図などの管理を指す広義語です。市場には莫大な数のコンポーネントが出回っており、自分のライブラリにそれらのライブラリの情報を集める時間は誰にもありません。ユーザーに代わってこの情報を集めるソフトウェアを専門に開発する企業が多数あり、それによって生産性を上げ、より多くの時間を設計に費やすことが可能になります。 コンポーネントライブラリに含まれる情報は、部品番号の膨大なリストだけではありません。優れたコンポーネントライブラリには、関連する回路図シンボル、レイアウトのフットプリント、シミュレーションで使用するSPICEモデル、電気的特性などの情報が含まれている必要があります。これらのライブラリには、3Dビューワーで使用する3Dモデルも含まれます。これらの全情報を単一インターフェースでまとめると、設計プロセスが格段に効率化されます。 コンポーネントライブラリには、価格、リードタイム、適切な配置といった関連するサプライヤー情報も格納される必要があります。これにより、ユーザーは、部品リストと製造業者用の部品表の生成に必要な情報を入手できます。部品表生成ツールは、製造に移行する前に、設計から直接情報を取り出す必要があります。設計者は、回路基板のために、可能な限り効率的にビア、銅箔、およびコンポーネントを管理すべきです。 デジタルライブラリ管理は、コンポーネントおよび回路図のリストを管理するだけでは不十分です。ライブラリは、コンポーネントサプライヤーの情報やライフサイクル管理ツールと同期する必要があります。ライフサイクル管理ツールを使用すると、廃番になったコンポーネントを適切な代替品で置き換えるための必要な情報を入手できます。これらのツールは全て、別のモジュールとして切り離されているよりも、単一環境に統合されてその機能を最も発揮します。 問題の発生源の把握 基板設計CADによっては、よく使用する特定のコンポーネントのリストを含む新しいライブラリを作成できます。コンポーネントが1000個にまで増えたライブラリでは、異なるコンポーネントモデルを使用して動作するソフトウェアを使用していると、コンポーネントはほとんどシームレスには更新されません。デジタルライブラリは、ユーザーおよびユーザーの目的を考慮して、またライブラリが必要とするリソースおよび情報にアクセスできるよう作成される必要があります。 コンポーネントライブラリを、更新されたバージョンのソフトウェアに変換すると、ライブラリが破損する可能性があります。更新によって、 コンポーネントライブラリのファイル構成が変更される可能性があり、手作業でコンポーネントを構成し、更新しなければならなくなります。ソフトウェアパッケージによっては、ライブラリ管理に役立つコンポーネント情報システムが用意されていますが、アドオンとして購入する必要があります。そのような重要なツールは基板設計CADソフトウェアに備えられていて当然です。 ライブラリ管理は、ただ単に回路図のフットプリントやシンボルを更新するのではありません。設計を確実に最新状態に保つために、サプライチェーンの可用性やライフサイクルの情報を活用する必要があります。6か月前に作成したPCBのデータを開き、製造業者に成果物を送ったにもかかわらず、部品の半分は入手できないか廃番になっていることが判明した場面を想像してみてください。ライフサイクルの状態により、設計内で廃番になった部品を見つけて置き換えることができます。 統合されたデジタルライブラリ管理 統合設計環境での作業は、必要な全てのツールが単一のソフトウェアで提供されるというだけではありません。統合設計環境におけるデータ管理では、新しいコンポーネントの定義時に再利用できる統一されたコンポーネントモデルが使用されます。それらのコンポーネントモデルは、新しいコンポーネントのテンプレートとして機能し、設計およびライブラリに新しい機能を追加するために必要な時間を節約できます。 また、設計ソフトウェアは、コンポーネントライブラリとサプライチェーン情報を更新することで、生産性を向上させる必要があります。設計者は、コンポーネントの更新やサプライチェーンの情報を求めてインターネットを探し回るために時間を割く必要はありません。また、それらの重要な更新について、信頼できないサードパーティーのサービスに頼る必要もありません。さらに、統合設計環境により、ユーザーは更新を自分の回路図にシームレスに転送することもできます。 統合コンポーネントのフットプリントを修正する必要がある場合、PCB設計ソフトウェアは、フットプリントの変更を並べて表示し、比較を目視できるようにする必要があります。シンボル、ピン配列、回路図の変更も同様に簡単に比較できる必要があります。同様の考え方はコンポーネントテンプレートにも適用されます。これにより、組織の全員が、ライブラリ内のコンポーネントの変更にアクセスできるようになります。 多くのコンポーネントは、静電容量、実装スタイル、定格電圧などの共通のプロパティを共有します。高度なコンポーネント管理ツールを使用して作業している場合、それらのプロパティを各コンポーネントに、単一インターフェースで簡単に割り当てることができます。プロパティを各コンポーネントに個別に追加できるほか、Parameter Managerのコマンドを使用して、複数コンポーネントにプロパティを追加することもできます。回路基板およびデジタルライブラリは、効果的なコンテンツを作成し格納できるよう管理できます。
Altium Designerを使用したPCB設計ソフトウェアでの部品表の作成 Thought Leadership Altium Designerを使用したPCB設計ソフトウェアでの部品表の作成 ついに、回路基板ができあがり、PCBを実装する準備が整いました。回路図が完成し、レイアウトの確認と承認が済み、いよいよ組み立てです。ただし、そのためには部品表を作成する必要があります。幸い、それらのドキュメントを手作業で作成したのは遠い昔のことです。どのCADシステムでも、部品表は、ライブラリやその他のプロセスによって自動的に作成されます。しかし、そのためには何をする必要があるでしょうか? Altium Designer 18を使用すると、部品表（BOM）を非常に簡単に作成することができます。さまざまなオプションを選択して、非常に直感的な特定のニーズに応じて情報を構成したり整理したりできます。ここでは、設計から簡潔なBOMレポートを作成するために必要な手順について説明します。 部品表の準備 例として、いくつかの部品で構成される非常に単純な設計を取り上げます。これにより、画面に収まらないような部品表ではなく、簡潔で扱いやすいレポートができます。 Altium Designerでは、回路図、レイアウト、ActiveBOM（設計内のコンポーネントに直接アクセスするためのツール）のいずれかからBOMを作成することができます。BOMレポートの生成機能には、これらの3つの設計オブジェクトで同じメニューを選択してアクセスできます。3つの設計オブジェクトのいずれかをアクティブな状態にして、[Reports] ≫ [Bill of Materials] を選択します。3つのオブジェクトには若干の違いはありますが、下図のようにBOMレポートメニューは基本的に同じです。 Altium Designerの回路図、レイアウト、Active BOMのBOMレポートメニュー Altium Designerでの 回路図の作成やレイアウトの作成には慣れていても、ActiveBOMを使ったことがない場合もあるでしょう。ActiveBOMは、回路図やレイアウトと同様の、別の設計ポータルです。違いは、接続データ（配置と配線）を操作するのではなく、基板設計内の コンポーネントデータを直接操作する点です。ActiveBOMで作業するには、最初に、下図のように
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。
汎用コントローラーを2つのPCBに分割した方がよい理由 Thought Leadership 汎用コントローラーを2つのPCBに分割した方がよい理由 私は常に、成功のためには他者の成功を真似し、失敗を避ける必要があると考えてきました。私が職務を始めた頃は、Raspberry Piのような単一基板のコンピューターは存在せず、Arduinoを産業アプリケーション向けに真剣に考える人はいませんでした。私が自分で設計した汎用コントローラーのメンテナンスを初めて行うことになったときの苦労を想像してみてください。それは、火災警報のコントローラーで、50本を超えるワイヤーが手作業でネジ止めされていました。私は、障害のある8ピンのEEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）を交換する必要がありました。顧客は不満を持っており、私はこの作業を迅速に、間違いなく行うよう圧力をかけられていました。このときから、私は汎用コントローラーの設計を複数の物理モジュールに分割するようになりました。同様に今日、Raspberry Pi は産業用アプリケーションに使用されています。これはコストだけではなく、そのモジュール化設計のためでもあります。 汎用コントローラーとは 電子機器産業におけるコンポーネントと労働力のコストが増大し続けていることから、 デザインのフットプリントを最小限にする のは論理的です。しかし、汎用コントローラーの設計においては、長期的にこれが最良の選択肢ではないこともあります。 スマートフォンやテレビのような民生用電子機器とは異なり、汎用コントローラーは一般的な仕様で設計され、多くの場合に小規模で使用されます。ファームウェアが異なれば、同じコントローラーでも異なる機能を果たすようになります。例えば、同じコントローラーを支払い機のコントローラー、セキュリティ管理コントローラー、または単純なデータ監視ステーションとして使用できます。 一般的な汎用コントローラーは、次の部分で構成されます。 マイクロコントローラー（MCU） SRAM、 FRAM 、フラッシュ、EEPROMなどのメモリチップ 周辺機器インターフェイス（イーサネット、USB、 RS485