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SRAMユーザーのためのPCB設計のヒント：データ損失を防ぐ方法 SRAMとは何か？PCB設計のヒントとデータ損失の防止方法 1 min Thought Leadership SRAMは電源が切れるとデータを失います。 編集ソフトウェアの最高の発明の一つは、最悪のタイミングでマーフィーの法則が発動するのを防ぐオートセーブ機能です。数十年前、オートセーブ機能が存在しないことが、「保存」ボタンを押すことを渋っていた私にとって悪化し、重要な大学の課題の数ページが文字通り消去されたとき、私はほとんど泣きました。 電子機器では、SRAMを設計する際の課題を認識していないと、静的ランダムアクセスメモリ（SRAM）に格納されているデータ全体を失うリスクがあります。これは、SRAMが重要な変数を格納している場合、特にハードウェアの予測不可能な動作を引き起こす可能性があります。 SRAMとは何か、そしてどのように機能するのか？ SRAMは、組み込みシステム設計で一般的に使用される不揮発性メモリです。ロジカルビットで情報を格納し、動作電圧が供給されている限りその値を保持します。電源が切断されると、SRAM全体がデフォルト値、通常はロジック1に相当する値にリセットされます。 SRAMの内部は、複数のセルによって構成されています。これらのセルには、いくつかのトランジスタによって制御されるバイステーブルフリップフロップが含まれています。特定のアドレスに情報が格納されると、いくつかのフリップフロップがデータのデジタル値を表すように適切にラッチされます。 SRAMは電源が切れると情報を保持できないにもかかわらず、追加の作業用メモリが必要な設計で定期的に使用されます。FlashやEEPROMなどの他の揮発性メモリコンポーネントと比較して、SRAMは無視できる読み取りアクセス時間を持ち、データはランダムなメモリアドレスに書き込むことができます。 他の電子部品と同様に、SRAMは年々改良されてきました。SRAMが40ピン以上の大型コンポーネントであり、並列アドレスバスがまだ一般的なインターフェースだった時代は過ぎ去りました。今日のメモリメーカーは、 SPIやI2Cのようなシリアルインターフェースを備えたSRAMを生産し、フォームファクターを8ピンまで大幅に削減しています。 SRAMを設計する際の主要な考慮事項 SRAMの設計にさらなる考慮を払うことで、大きな違いが生まれるかもしれません。 SRAMを使った設計は簡単な作業のように思えるかもしれません。結局のところ、ピン数が少ないメモリチップを使った設計が何が難しいのでしょうか？しかし、経験上、実際には多くの問題が発生する可能性があることを学びました。部品選択から製造後の問題に至るまで、多くの問題に遭遇する可能性があります。ここでは、初心者レベルのPCB設計者に役立ついくつかのヒントを紹介します： メモリ容量 最大容量のSRAMを選ぶべきでしょうか？それともプロジェクトの要件に合ったものを選ぶべきでしょうか？これは、ファームウェア開発者を悩ませる質問であり、ハードウェア設計者にとってはそうではありません。メモリメーカーは通常、同じ物理パッケージで異なる容量のSRAMを導入します。これは、メモリ容量の選択が変わっても設計を変更する必要がないことを意味します。 インターフェースタイプ SRAMでよく使用されるインターフェースにはSPIとI2Cがあります。SPIはデータの書き込みと読み出しに4つの物理ピンを必要としますが、I2Cは2つの物理データ接続のみを必要とします。一般に、SPIはより高速なアクセスを提供しますが、SPIバス上の各ICに個別の制御信号が必要です。I2Cは、複数のメモリチップがマイクロコントローラに接続されている場合に理想的で、データ信号とクロック信号のみが必要です。 デカップリングコンデンサ 革新的な不揮発性メモリー、フラッシュや FRAMのようなものが登場している今、バッテリーバックアップSRAMを設計することはほとんどないでしょう。これにより確かにSRAMの設計は容易になりますが、安定した電源供給の重要性を見落としてはいけません。SRAMのVccピンにできるだけ近い場所にデカップリングキャパシタを配置することを常に確認してください。電源の不安定さによるデータの破損は、絶対に避けたい最後の事態です。 デカップリングキャパシタは、グラウンドバウンスの問題を防ぐのにも役立ちます。 記事を読む
統合ツールがマルチボードPCBシステム設計を容易にする方法 統合ツールがマルチボードPCBシステム設計を容易にする方法 1 min Blog PCB設計者 電気技術者 システムエンジニア/アーキテクト PCB設計者 PCB設計者 電気技術者 電気技術者 システムエンジニア/アーキテクト システムエンジニア/アーキテクト コンピューターを分解したことがあるなら、システム全体が単一のPCBに収まるわけではないことを知っているでしょう。さまざまなアプリケーションで使用される最も複雑なデバイスはマルチボードシステムであり、これらのシステムを設計するには想像力、計画、そして適切な設計ソフトウェアが必要です。 リジッドフレックスPCBは、マルチ回路ボードシステムの別のタイプに過ぎず、ボードの各部分を設計する際の同じ設計コンセプトが、それらを接続するフレックスリボンにも適用されます。すべてのマルチボードシステムがリジッドフレックスシステムである必要はありませんが、設計ソフトウェア内でボード間の接続を設計する必要があります。統合設計環境で最高の設計ツールを使用すれば、どのタイプのマルチボードシステムも簡単に設計できます。 マルチボード設計における機能ブロック マルチボードPCB設計を最初に作成するときは、スキーマティックを構築する前に、システムの30,000フィートビューから始めるのが最善です。マルチボードシステムは、単一のシステムにさまざまな機能を組み込みます。システムのブロック図を作成すると、システム内の異なる機能がどのように機能ブロックに分けられるかがより簡単に見えます。 ブロック図で機能ブロックが分離されているように、マルチ回路基板システムでは異なる機能ブロックを異なる基板に分けることができます。コンピュータの動作を考えると、表示、メモリ、ネットワーク接続、その他必要に応じた機能用の異なるカードがあります。 機能ブロックに基づいて異なる基板に機能を分離することは、各基板の適切なレイヤー数を決定するのにも役立ちます。すべてを一つの基板に組み込む場合、システム全体で最大レイヤー数をデフォルトにする必要があります。代わりに、基板が分離されている場合、異なるブロックでレイヤー数を少なくすることができ、全体の製造コストを下げることができます。システム内の一部の基板では、高レイヤー数の多層基板に HDIデザインが必要になる場合がありますが、他の基板は単純な4層基板で十分に機能します。 パッケージ仕様は、マルチボードシステム設計における各基板のサイズと形状を制限します。パッケージが何らかの方法で曲がる必要がある場合は、複数の基板を接続するためにフレックスリボンを使用する必要があります。それ以外の場合は、銅線を使用した標準的なコネクタとケーブルでシステム内の基板を接続できます。 3D設計ツールは、優れたマルチボードシステムを構築するのに役立ちます 痛みの原因を知る PCB設計ソフトウェアがIC設計など他の領域ではなく、マルチボードPCB設計に実際に焦点を当てている場合、マルチ回路基板および リジッドフレックスシステムを設計するための専門ツールが含まれます。これには、単一のプロジェクト内でシステム内の各ボードの構造をカスタマイズできるスタックアップマネージャーが必要です。ほとんどの設計プログラムでは、複数の設計プロジェクト間で前後に切り替える必要があり、これにより重要なシミュレーション、分析、および検証機能が実質的に無用になります。 マルチボードシステムの設計をリジッドフレックスボードとして作成することにした場合、レイヤースタックアップマネージャーは、フレックスリボンをPCBの別のセクションとして、固体銅層またはクロスハッチ銅として、電力、グラウンド、および信号を簡単にリンクできるようにする必要があります。これはすべて、単一のプロジェクトおよび単一のプログラム内で行われる必要があります。これにより、設計機能が視覚化、分析、およびルールチェックツールと直接統合されることを保証します。 デザインの検証は、要求に応じて設計ルールに対するチェック以上のものです。複数の回路基板やリジッドフレックスシステムを扱う場合、潜在的な信号問題を診断するための統合シミュレーションと、フォームファクターを検証するための3Dビジュアライゼーション機能が必要です。他のPCB設計プラットフォームでは、これらの機能をアドオンとして購入する必要があり、これらのアドオンは単一のプログラムに直接統合されません。依然として設計モジュール間を移動する必要があり、これは生産性を低下させ、データエラーの大きなリスクを生み出します。 最高のマルチボード設計ツール マルチボードおよびリジッドフレックスシステムを扱うには、ボードが単一のシステムにどのように同期するかのアイデアを得ることができる3D設計およびビジュアライゼーションツールが必要です。機械設計チームと電気設計チームは、各エリアの設計プログラムが統合されていなかったために、互いに孤立していました。 MCADとECADの機能を単一のプログラムで統合するソフトウェアを使用すると、各領域の設計者が協力して、デバイス全体に最適なボードサイズ、配置、および機能性を決定でき、全体的な設計プロセスを合理化できます。 本格的なMCAD/ECADコラボレーションにより、PCBデザイナーは機械設計者やDFMエンジニアと協力して、3Dモデル内で基板を分析することができます。これにより、製造ラインを離れる前に衝突を防ぐことが容易になります。設計チーム間でファイルが受け渡される反復的な設計プロセスを使用する必要はありません。代わりに、製品の3Dモデルを.STEPファイルで組織全体で共有でき、設計プロセスに関わる全員が単一のプログラムで設計作業を行うことができます。 階層的な回路図で設計をサポートするPCB設計ソフトウェアを使用すると、マルチボード設計がはるかに簡単になります。デバイスを異なる機能ブロックに分割する際、各ブロックに独自の回路図を割り当て、ブロック図のように簡単に回路図をリンクさせることができます。それから、設計の各部分を異なるPCB上でキャプチャし、マルチボードシステム設計が実際に形になるのを見ることができます。 フレックスリボンを使用して基板間の接続を構築することにした場合、リジッド領域とフレックス領域を定義し、フレックスリボンがリジッドセクションの内部層にどのようにリンクするかを定義できるレイヤースタックアップマネージャーが必要です。CADツールは、2Dおよび3Dでボードの配置を簡単に視覚化できるようにする必要があり、ルーティングツールはフレックスリボンを介して相互接続を非常に簡単にルーティングできるようにする必要があります。 記事を読む
次の多層PCBでの非対称ストリップライン 次の多層PCBでの非対称ストリップライン 1 min Thought Leadership 芸術、科学、そして一般的に自然における対称性の美しさは、何か不思議なものがあります。絵画や図面の要素間の視覚的なバランスは、芸術作品の成否を左右することがあります。PCB設計は、工学であると同時に芸術でもあり、対称性は技術的な役割と同じくらい美的な役割を果たします。 高周波同軸ケーブルや導波管の代替品としての謙虚な始まり以来、ストリップラインは多層RFおよびHDI PCB設計者の間で主要な存在です。これらの導体は、周囲の誘電体が放射を抑制し、分散補償を提供する多層PCBの内層に密接に配置することができます。ロバート・バレットに感謝します！ 対称対非対称ストリップライン配置 対称ストリップラインは、埋め込まれたマイクロストリップの次に単純な埋め込みトレース配置です。マイクロストリップや埋め込みマイクロストリップトレースとは対照的に、ストリップライントレースはPCBボード層に埋め込まれ、トレースの上下には固体の銅グラウンドプレーンが配置されます。多層PCBの内層には通常、ストリップライントレースが含まれています。 これらのトレースはグラウンドプレーンの間に埋め込まれているため、特に望ましい EMI耐性を持ち、PCB上の他のコンポーネントはストリップラインによって生成されるEMIの影響を受けません。 対称ストリップラインとは対照的に、非対称ストリップラインは基板の中央に埋め込まれていません。非対称ストリップラインは、周囲のグラウンドプレーンの一方に近い位置に配置されます。非対称ストリップラインを使用して信号をルーティングする場合、より近いグラウンドプレーンをストリップラインの参照として使用する必要があります。これにより、グラウンドプレーンにより強いリターン信号が誘導されることが保証されます。 より複雑な配置では、ストリップラインを単一層内の導体のカップルされた並列ペアとして配置することができます。このエッジカップル配置では、同じ層にトレースのペアを同じグラウンドプレーン間の距離で配置します。この配置により、特定の層内で差動ペアのルーティングが可能になります。 より興味深い配置は、ボードカップル配置を使用することです。ここでは、2つの非対称ストリップラインが対称配置で互いの上に積み重ねられます。これには、積み重ねられたストリップラインを収容するためにより厚い基板が必要になるかもしれませんが、横方向の基板スペースを節約し、2つのグラウンドプレーン間のより高い相互接続密度を実現します。この配置は、2つのストリップラインが並列であるため、差動ペアのルーティングにも使用できます。 緑色の多層PCB上のマイクロストリップとビアの相互接続 複数の計算機、複数の値 すべての可能なトレース配置に対するインピーダンス方程式をすべて暗記していなくても恥ずかしいことはありません。ストリップライン配置のためのインピーダンス計算機をインターネットで探している場合、結果をよく見て、他の計算機の結果と比較する必要があります。 また、さまざまな計算機で使用されている方程式を比較することも重要です。単一の非対称ストリップラインのインピーダンスを計算する方法はいくつかあります。一部の計算機は対数関数の差を使用し、別の計算機は幾何学的パラメータの数に対して約6次の依存性を持つべき乗関数を使用し、インターネット検索を通じて見つけることができる他の公式も間違いなく存在します。 これらの計算機は、ストリップライン配置を定義する構造パラメータによって、大きく異なる結果を生み出すことがあります。異なる2つの計算機は、5から10オームの差を生じさせることがあります。真のインピーダンス値は、これらの値の間のどこかにある可能性が高いです。これは、PCBでのインピーダンスマッチングに大きな問題を引き起こします。 高速または高周波信号を扱う際、5オームのインピーダンス不一致は、特定の周波数で 共振によるリンギングなどの問題を引き起こすのに十分な影響を与えます。高周波信号では、伝送線上の共振は大きな放射を引き起こします。非対称ストリップラインでは、これがHDIボードで問題を生じさせる可能性があります。幸いなことに、周囲の誘電体のため、ルーティング密度が低いボードはこのEMIの影響を受けません。 インピーダンス計算機を使用する際に生じうるこれらの潜在的な問題を考慮すると、インピーダンスを決定するために数値シミュレーションを使用することが最善です。ほとんどの人はこのタイプのソフトウェアにアクセスできませんが、投資する価値はあります。代わりに、別の設計戦略を検討して リンギングを防止または抑制することを考えてください。 パラメータ変調と差動ペア 記事を読む
IPCに準拠したフットプリントモデルの操作 IPCに準拠したフットプリントモデルの操作 1 min Blog エレクトロニクス業界は業界標準の恩恵を受けています。これらの標準により、選択したコンポーネントを設計間で再利用でき、仕様が一貫して、IPCに準拠した製造者が標準プロセスを使用して基板を構築できるという保証を設計者に与えます。これにより生産性が向上し、デバイスが確実に意図したように動作するようになります。 標準のIPC 7350シリーズ（具体的には、IPC 7351B）により、表面実装コンポーネントの領域パターンの一般的な物理設計パラメータが指定されます。この標準に適合させるには、さまざまなタイプのコンポーネントが特定のフットプリントを必要とします。製造業者はこの標準内で対処して、製品が品質の要件と信頼性の要件を満たし、再作業や破棄が確実に減るようにします。 PCBがIPC 7351B標準に準拠するとき、表面実装コンポーネントが標準化された領域の配置に準拠しない場合があります。コンポーネントを使用することはできますが、製造業者が特定のコンポーネントを操作するためにプロセスを適応させる必要があるので、彼らからの追加の設計コストを負担する必要がある可能性もあります。カスタマイズされた、独自のコンポーネントを操作している場合、コンポーネントをIPCに準拠するよう設計することは良いアイデアです。 IPC準拠のフットプリントを使用したコンポーネントの作成 全てのコンポーネントがIPCに準拠したフットプリントを使用しているわけではありません。幸いにも、最良のPCB設計ソフトウェアパッケージにはCADツールがあり、一部のシンプルな設計方法を適用する限り、これらのコンポーネントを操作することができます。例えば、領域のパッド間のピッチは標準トレース幅と違っており、これらの非準拠のコンポーネントを使用する場合は、設計ソフトでこの設定を変更する必要があります。 カスタムコンポーネントを使用するときに配置や配線の問題を避けようとするなら、手間を省いて直ちにIPCに準拠するコンポーネントのフットプリントを作成することができます。AltiumではIPC Compliant Footprint Wizardがアプリケーションの拡張機能として使用可能です。このウィザードではテンプレートを使用してIPCに準拠するコンポーネントのフットプリントを生成し、 手動でコンポーネントを作成するのに比べて、大幅に時間を節約します。 ウィザードにアクセスするには、新しいPCBライブラリファイルを作成する必要があります。これはスタンドアロンファイル、または既存のプロジェクトへの追加として作成することができます。この新規のウィンドウがアクティブな状態で、[Tool] メニューをクリックして [IPC Compliant Footprint Wizard] を選択します。さまざまなコンポーネントフットプリントを作成するオプションが表示されます。この例では、CQFPパッケージを使用します。 記事を読む
コンポーネントの選択を容易にするためのライブラリ検索機能 コンポーネントの選択を容易にするためのライブラリ検索機能 1 min Thought Leadership コンポーネントは、基板を機能させるのに不可欠な要素です。コンポーネントライブラリには、利用可能なコンポーネントに関する全ての情報が1つの場所に含まれているため、コンポーネントライブラリを使うことで、簡単にコンポーネントを基板に追加し、シミュレーションおよびルールチェック機能でコンポーネント情報を使うことができます。他の設計ソフトウェアパッケージの多くでは、これらの機能を別のプログラムに分離しています。または、コンポーネントを検索し調達情報にアクセスするために外部のサードパーティー製ツールを使う必要があります。 複数の独立したプログラムに頼るのでも、サードパーティーのサービスをワークフローに統合するのでもなく、設計およびコンポーネント選択ツールは1つの統合されたインターフェースに表示されるべきです。このようなツールを使えば、次の基板に必要なコンポーネントを簡単に検索および選択できる検索機能を使って広範なコンポーネントライブラリに簡単にアクセスできます。基板に必要な重要コンポーネントを検索するだけのために複数のプログラムを切り換える必要はありません。 Altium Designerのコンポーネントライブラリはコンポーネント検索および選択機能を備えているため、必要なコンポーネントを見つけ、基板に追加し、コンポーネント調達情報を部品表に含めるのは簡単です。設計の全ての側面が1つのプログラムに統合されているため、異なる機能の間で設計データを簡単にやり取りできます。ルール駆動型の設計エンジンと一貫性のあるデータ形式は、他の設計プログラムでは避けられないエラーを防ぎ、設計のあらゆる側面を追跡するのに役立ちます。 回路図へのコンポーネントの追加 基板を作成するには、最初に回路図を作成する必要があります。統合設計プラットフォームで設計する場合、回路図とレイアウト図の同期が維持されるようにその設計ツールは作られています。レイアウト図での変更は回路図に反映されます（逆も同様です）。このように重要な設計ドキュメントが 同期されるため、同じ設計変更を手作業で2度行う必要はありません。Altium Designerはこれらの作業を全て簡単にします。 コンポーネント選択は、回路図に必要なコンポーネントを検索することから始めます。必要なコンポーネントが見つかると、それらのコンポーネントを回路図に追加し、接続作業を開始できます。作業を進めるうちに、使用しているデバイスには別のコンポーネントの方がよりよい選択肢であることに気付く場合があります。その場合、代わりのコンポーネントを見つける必要があります。ここで、代わりのコンポーネントを見つけ、レイアウト図と回路図に簡単に追加するのに、コンポーネント検索および選択機能が役立ちます。 基板を製造に払い出す準備ができたら、基板の 部品表を作成します。手作業でこれを行う必要はありません。コンポーネントのリストを標準化された部品表にコンパイルし、各コンポーネントの調達情報をコンパイルできます。販売業者のWebサイトを検索し手作業でこの情報を追加する必要はありません。代わりに、回路図とレイアウト図に表示されたコンポーネントに基づいて設計ソフトウェアがこの情報を自動的にインポートします。 Altium Designerで開いた空の回路図にライブラリからコンポーネントを追加するのが次のステップです。外部の供給源から多数のコンポーネントライブラリをダウンロードした場合、コンポーネントにアクセスするにはそれらをインストールする必要があります。Altium Designerは画面の右側に[Libraries]タブを表示します。[Libraries…]ボタンをクリックするとインストール済みのライブラリが表示され、コンポーネントライブラリを追加できます。 [Libraries…]ボタンをクリックすると、以下のようなウィンドウが表示されます。複数のライブラリをインストールした後に、別のライブラリをプログラムに追加する必要がある場合、[Install…]ボタンをクリックすると、ハードディスク内を検索しAltium Designerに追加するライブラリを指定できます。1つのウィンドウから複数のライブラリを追加できることに注意します。 Altium Designerで提供しているライブラリビューワー 作業を進め、「Freescale Microcontroller 記事を読む
高速設計 高速 PCB 設計における EMI: 信号の立ち上がり時間を理解する 1 min Thought Leadership 高速設計についてもっと学び、高速PCBレイアウトにおけるスイッチング速度、立ち上がり時間、およびEMIの対処方法について理解しましょう。 記事を読む