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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 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 1 min Thought Leadership 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。 記事を読む
小型電子回路設計には大量の注意が必要です 小型電子回路設計には大量の注意が必要です 1 min Thought Leadership 生活費の上昇に伴い新たな税金が定期的に導入される中、消費者が連鎖効果に苦しむのは時間の問題です。お気に入りの地元のレストランが価格を上げたり、提供量を減らすようになると、私はイライラします。もちろん、物事が変わらないことを望みますが、少し余分に支払うことで、少なくとも私の空腹を満たすことができます。 電子機器では、PCBの設計も私のお気に入りのパスタの皿のように小さくなっています。電子機器会社がますます小さなPCBに数百の機能を詰め込もうとする中、ハードウェア設計者は限界まで試されています。電気技術者は、PCBデバイスが機能上の問題がないことを確認しながら、より小さいPCBを使用して設計することが期待されています。PCB設計に関わる課題の数が増えているため、早い段階でコンパクトなコンポーネント設計のためのプリント基板を最適化する方法を学ぶことが重要です。 コンパクトなPCB設計のための役立つヒント あなたのPCBが不可能に小さいデバイスエンクロージャに収まる必要があると言われたとき、以下の重要なヒントに従うことができます： 1. 小さいサイズのコンポーネントを使用する 大きなパッケージ、例えば0805サイズの抵抗器は手作業でのプロトタイピングを容易にしますが、コンパクトな電子回路設計には適していません。組み立て業者が扱える最小の表面実装部品を見つけ、それらをプリント回路設計に使用してください。 クアッドフラットパッケージ（QFP）のようなマイクロコントローラーを使用すると、数百のピンがPCB上の貴重なスペースを占めることがあります。大きなコンポーネントをボールグリッドアレイ（BGA）パッケージに交換してください。 BGAコンポーネントでさらにスペースを節約します。 2. 小さなトラックと穴のサイズでルーティングする ほとんどのPCBメーカーは、4ミルまでの細いトラックを扱うことができます。その能力を活かして、可能な限りトラックを小さくしてください。もちろん、例外もあります。電力トラックや マイクロストリップアンテナは、計算された値に従って設計する必要があります。ビアやパッドのドリルサイズにも同じことが当てはまります。これらを最適化することで、大量のスペースを節約できます。 3. 識別子を体系的に配置する トラックやコンポーネントのためにデザインネータを削除するのは魅力的かもしれませんが、それは賢明な選択ではありません。代わりに、デザインネータを小さくして、小さなグループに整理してください。この配置が体系的な順序でコンポーネントを反映するようにしてください。これにより、密集したPCB内で部品を追跡するのも容易になります。 4. 多層PCBデザイン 設計が与えられたサイズに収まらないほどトラックの数が多い場合は、PCBの層数を増やしてください。多層PCBは一般的に標準の2層レイアウトよりも高価です。まず、電源層とグラウンド層を内層に移動して、4層のPCBを作成することから始めることができます。それでも不十分な場合は、層数を増やしながら、信号層をグラウンドプレーンで隔てて干渉を最小限に抑えることができます。 5 記事を読む
Altium Designerでの基板設計のテストポイントの使い方 Altium Designerでの基板設計のテストポイントの使い方 1 min Thought Leadership たぶん、小学校のときの抜き打ちテストの古い記憶のせいだと思いますが、「テスト」というものが心底好きな人はいないようです。「A Christmas Story」の小学生が 課題の作文に否定的な反応を示すように、世界中の人々は大抵テストを受けるということにやはり否定的な反応を示すものです。 それでもPCB設計者になろうとするなら、基板のテストポイントの使い方を学ぶことが必要になります。幸いなことにテストポイントの使い方は難しくはなく、どちらかといえば楽しみでさえあります。基板のテストポイントの使い方を以下に説明します。 ステップ1: テストポイントの再確認 回路基板上のテストポイントを必要とするテストには2種類があります。技術者によるベンチテストと製造中の自動テストです。ここでは後者について説明します。テストポイントを使う自動テストには2つのタイプがあります。基板の製造のためのベアボードテストと実装のためのインサーキットテスト（ICT）です。 実装の前に行われるベアボードテストは、全てのノード間の電気的接続が正しいことを確認するためのものです。ICTは、コンポーネントが正常に動作していることを確認するための、実装後のより機能的なテストです。どちらの場合も、テストを行うために試験装置のプローブを回路基板上のテストポイントと接触させます。 テストポイントのサイズ、間隔、クリアランス要件など、テストポイントのデザインルールを決定する方法についてはここでは触れません。これらのルールは、御社と基板製造業者のニーズによって異なるためです。代わりに、Altium Designer 18を使った回路基板へのテストポイントの割り当て方法と、使用しているテストポイントの設計ルールの設定方法について説明します。 ステップ2: テストポイントの手動での割り当て 回路基板のテストポイントの一般的なルールは、テストのためのプローブ可能な点を各ネットが持っている必要があるということです。これらの「テストポイント」は、製造業者が完成した基板をテストする際に使用するレポートを生成できるように、基板設計システム内で認識および分類されている必要があります。これを行うため、プローブ可能な点としてパッド、またはビアを追加することで基板上にテストポイントを作成します。Altium Designerは、これを手動と自動の両方で実行する機能を備えています。 テストポイントとしてパッド、またはビアを手動で追加するには、該当するパッド、またはビアを選択しそのプロパティを編集するだけで済みます。Altium Designerを使うと、そのテストポイントを製造（ベアボード）テストポイント、実装（ICT）テストポイント、またはその両方として設定できます。 Altium Designerを使うと、後で説明するようにテストポイントのデザインルールを設定することもできます。しかし、テストポイントを手動で設定すると、現在のルールはすべて上書きされます。下図に、スルーホールパッドのプロパティ設定を示します。このプロパティ設定では、下までスクロールして、基板の表面と裏面の製造テストポイントと実装テストポイントを両方とも有効にしました。 記事を読む
知識が力を生む：Altium Designerでアセンブリ図面を作成するための形状作成 知識が力を生む：Altium Designerでアセンブリ図面を作成するための形状作り 1 min Blog CADツールで重要な作業をたくさん行うことになります。回路図のネットを結ぶことから、PCBのレイアウト、そして最終的に組み立て図面を作成するまで、すべてです。PCB設計システムを最初に探求する際に、これらの「ハウツー」ビデオやデモンストレーションのすべてで非常に基本的な機能を見落としやすいほど、考慮すべきことがたくさんあります。どうやってこれらのツールで単純な長方形や線を作成するのでしょうか？ これは、PCB設計者のように定期的にCADツールを使用しない人にとっては奇妙に聞こえるかもしれません。ボードを設計できる人なら誰でも円を描く方法を明らかに知っていると思うかもしれませんが、それが常に簡単であるとは限りません。各ツールには独自の操作方法があり、最も基本的な形状を作成する方法を学ぶことは習得しなければならないスキルです。 私は、いくつかのウィンドウで形状メニューを提供していないソフトウェアを使用していて、単純な線を描く方法がわからない状況に遭遇したことがあります。そこでは決して使用されないと考えられていましたが、それは間違いで、仕事を完了させるために別の方法を見つけなければなりませんでした。幸いなことに、Altium Designer®には、アクセスしやすく使いやすい強力な描画ユーティリティがあります。 形状の設定 Altium Designerには、さまざまなツールで使用するための基本形状がいくつかあります。これらは、設計で最終的に行うすべての基本的な基盤です。アーク、塗りつぶし、トラックなどのプリミティブオブジェクトは、PCBコンポーネントモデルのようなより高度な設計オブジェクトを作成するための構成要素として使用されます。 回路図とレイアウトのライブラリだけでなく、回路図とレイアウトツールでもプリミティブ形状を作成できます。これらのツールすべてで、メニューやコマンドはほとんど同じで、いくつかの違いがあります。 以下の画像では、Altium Designer 18の左側にある回路図と右側にあるレイアウトツールの形状メニューの例を見ることができます。以下に示されているメニューは、セッションウィンドウの上部にあるアクティブバーからアクセスされますが、これらの形状は「配置」メニューからも見つけることができます。 多くの形状を作成し始める前に、デフォルト値を設定しておくことをお勧めします。これらの設定は、「ツール」＞「環境設定」に移動して、環境設定メニューから見つけることができます。「回路図」または「PCBエディタ」をクリックし、「デフォルト」をクリックすると、設定するためのプリミティブのリストが表示されます。以下の画像では、回路図エディタでのアークのデフォルト設定を見ることができます。 Altium Designerで組み立て図面やその他のドキュメントのための形状を作成する方法 形状の設定が完了したので、それらを使用する時が来ました。回路図、部品、レイアウト、あるいは組み立て図面においても、これらの異なる形状を必要に応じて使用できます。まず、回路図で利用可能な異なる形状を見てみましょう。これらの形状のパラメータは、あなたが設定したプリファレンスのデフォルト設定を使用します。 線: Altiumは線を描画し、マウスをクリックするたびに頂点を追加します。線を描画する際に便利なことの一つは、バックスペースを使用すると最後に入れた頂点を元に戻すことができることです。 弧: 最初のクリックで、Altiumは弧の形を配置します。マウスを動かして再度クリックすると、弧のサイズが設定されます。次の2回のクリックで、弧の開始位置と停止位置を決定します。 完全な円 記事を読む
PCBでノイズとEMIを抑制するための正しいアナログフィルタ設計 PCBでノイズとEMIを抑制するための正しいアナログフィルタ設計 1 min Thought Leadership 電子業界は、より小さなPCBにより多くの機能を詰め込み、デバイスは低電力で高周波で動作しています。動作周波数が上昇し、信号レベルが下がるにつれて、ノイズ抑制はさらに重要になります。これは、PCB設計におけるEMIフィルターを使用してノイズを管理しやすくなります。PCB設計にフィルターを追加することで、大きな漂遊磁場が存在するEMIが発生しやすい環境や、低電力RFアプリケーションにおいて信号の整合性を向上させることができます。 業界標準では、デバイスにノイズ抑制、EMIフィルター、およびEMCフィルターの機能を含めることが求められています。導電放射基準を満たすためには、150 kHzから30 MHzの周波数でEMIノイズを抑制する必要があります。一部の製品にはより厳しい基準があり、下限は9 kHzから始まります。IoTアプリケーションでは、1 MHzでリップルフィルタリングが必要とされ、データと信号の整合性を維持します。 アクティブフィルター対パッシブフィルター 私の最初のPCB設計では、外部の低周波信号を測定するデバイスを構築する必要がありました。最初の試みでは、一貫性のある測定を期待していたのに、データポイントが乱雑な混乱になりました。すぐに原因を見つけました：私の低品質の電源が、かなりのノイズを伴う電圧を出力していました。大規模な電源のアップグレードに頼るのではなく、プリント基板上に直接EMIノイズフィルターを設計することで、この問題を解決することができました。 ベストな設計技術を用いてノイズ抑制と EMI低減を行ったとしても、設計がノイズの影響を受けやすい可能性があります。信号の整合性をさらに向上させるために、アクティブおよびパッシブのフィルタリング方法を使用して、EMIフィルターとEMCの両方を減少させることができます。プリント基板にどの フィルターを使用するかを選択する前に、常にフィルター設計をテストし、フィルターがPCBの適用可能なノイズ低減および電磁干渉基準を満たしていることを確認してください。 パッシブフィルターは、特定の周波数で回路内のノイズを防ぐために、標準的な電子部品のインピーダンスを使用します。アクティブフィルターは、パッシブフィルタリングコンポーネントをアンプやトランジスタのような動力部品と組み合わせます。アクティブフィルターは、小さなフットプリントを持つ表面実装デバイスとしてもパッケージ化されることがあります。 EMI PCBフィルターデザインやノイズ抑制を作成する前に、信号からフィルタリングしようとしている周波数帯について何かを知る必要があります。 マイクロ波アプリケーション用に設計されたPCB アクティブフィルターの簡単な例として、一次のローパスアクティブフィルターがあります。ローパスRCフィルターは、非反転 オペアンプに接続することができます。このトポロジーは、バンドパスフィルターやハイパスフィルターにも適用可能です。二次のアクティブフィルターは、より複雑な設計を持っています。三次以上のフィルターは、複数の一次および二次フィルターを直列にデイジーチェーン接続することで容易に構築でき、これらのフィルターはフィルタリングバンドの端でより急なカットオフを提供します。 アクティブフィルターを使用する主な利点は、提供できる利得です。反転入力にフィードバックとプルダウン抵抗を含めることにより、増幅を適用することができます。 オペアンプICの小さなフットプリントにより、PCBレイアウトに強力なフィルターを配置でき、他のコンポーネント用に十分な余剰スペースが残ります。アクティブフィルターの欠点は、オペアンプが高周波数で高い減衰を持つことと、アクティブフィルターが低周波数アプリケーションでのみ使用できることです。 パッシブマイクロストリップフィルター 記事を読む
PCBコスト見積もり 目標BOM価格とPCBコスト見積もりに合わせて設計する 1 min Thought Leadership 設計、部品、生産、組み立て、送料、さらにはファームウェアに至るまで、正確なPCBコスト見積もりを作成することは、新しいデザイナーにとって難しい課題です。確立された組織でさえも、設計中に発生する可能性のあるすべての問題を予測するのが難しいため、正確な見積もりを出すのに苦労することがあります。製造業者は、プロジェクトの生産と組み立て部分を処理するのに役立ちますが、新しい設計を生産に移すたびに、ボード用の部品を調達し、予算内に収まる必要があります。 過去には、部品の価格と在庫を得るために製造業者に電話をかけ回り、これらのデータを使用してPCBコスト見積もりを作成していました。PCB内の部品に関するBOM価格のような、より詳細な情報を事前に持っていることは、設計チームの時間を大幅に節約し、生産前の再設計のリスクを減らすことができます。過去に使用したベンダーからの古いBOM価格データに頼る代わりに、PCB設計ソフトウェアに組み込まれた材料表とコスト見積もり管理ツールの形で助けがあります。ここでは、これらの機能とクラウド接続設計アプリケーションを使用して、正確なBOM価格を確保し、予算内に収まる方法について説明します。 部品ベンダーから必要なデータ PCB設計チームは、PCBのコスト見積もりと正確なBOM価格を目指すために、完全なデータセットが必要です。これは設計と生産計画プロセスの一部に過ぎませんが、予算に大きな違いをもたらす可能性があり、フルターンキーサービスの必要性をなくすことができます。ここでは、部品ベンダーやメーカーから必要なデータの一部を紹介します： 価格：使用する部品の価格が予想通りであることを確認するために、最新の情報を入手してください。 在庫状況：設計に含まれる部品が在庫ありで注文可能であることを確認してください。 ライフサイクル情報：設計者は、コンポーネントが廃止されたか、EOL（製造終了）か、まだ生産中かを即座に識別できるべきです。 PCBフットプリント：更新されたCADデータとPCBフットプリントを持つコンポーネントは、設計時間を短縮できます。 価格割引：同じまたは類似のコンポーネントに対する量産割引は、プロジェクトを生産予算内に収めるのに役立ちます。 エンジニアリングは、設計が生産に移行する時点でイライラすることがあります。なぜなら、チームは突然、設計に必要な部品を入手できないことが判明し、重要なコンポーネントが入手不可能であることがわかったときに大規模な再設計を行わなければならなくなるからです。これらの頭痛の種を防ぐために、設計者は生産直前にコストと在庫を確認するのではなく、設計プロセスの早い段階で上記のデータをすべて入手する必要があります。 材料表管理ツールによって提供される承認済みベンダーへの クラウド接続を利用することで、再設計をめぐる多くのフラストレーションを解消できます。さらに、プロジェクトが生産予算内に収まるかどうかをすぐに確認でき、完成したボードの目標PCBコスト見積もりを立て、正確なBOM価格をまとめることが容易です。設計者がPCB設計ソフトウェア内で直接調達データにアクセスできる場合、これらの利点を実感できます。 目標BOM価格の設計方法 利益率が厳しいPCBを設計する経験があまりない場合、それは本当に目から鱗の体験になるかもしれません。プロトタイプの作成、限定生産、または特定の用途に特化したボードの設計に慣れているかもしれませんが、その際には部品の価格が主要な懸念事項ではなかったかもしれません。価格を主要な考慮事項として設計を始めると、各コンポーネントで1セント節約することが、重要なコスト削減につながることがわかります。 包括的な PCBコスト見積もりを開発する一環として、正確なBOM価格を取得することがあります。製造、組み立て、およびNREコストは、生産される各ユニットに按分する必要がありますが、これらのコストは製造業者に相談することで見積もることができます。これにより、BOM価格と単位あたりの部品予算の上限が設定されます。 ターゲットBOM価格を設計し、PCBコスト見積もりを作成するために従うことができるいくつかのヒントは次のとおりです： 重要なICやプロセッサーを最初に選択すること、これらはシステムの残りの部分がどのように動作するかを決定します。これらが入手不可能な場合、製造前に再設計が必要になる可能性があります。 トランジスタのような一部のコンポーネントには多くの同等品があるため、これらの部品が 在庫切れ、廃止、またはEOLの場合は代替品を探します。 記事を読む