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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。

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

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

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。

PCB設計におけるGPSアンテナ：もう迷わない

PCB設計におけるGPSアンテナ：もう迷うことはありません 1 min Thought Leadership 子供の頃、祖父と一緒に狩猟旅行に行くとき、私たちは森の中で迷わないようにかなり大きなGPSナビゲーターを持って行きました。それは上部に巨大なアンテナが突き出ており、そのバッテリーは数時間以上持つことはありませんでした。20年を経て、PCB設計にGPS機能を含めることがこれまで以上に簡単になりました。多くの新しい消費者向けデバイスには、GPS PCBアンテナモジュールが設計に含まれています。GPSやRF設計の経験がない場合でも、製品にGPS機能を成功裏に統合するためのいくつかの設計ルールがあります。プロセスの最初のステップはGPSモジュールを選択することですが、モジュールを選択して設計フェーズを開始する前に考慮すべきいくつかの要因があります。GPSパッチアンテナがあなたに適していますか？GNSSアンテナやセラミックパッチアンテナはどうでしょうか？アクティブ対パッシブGPSアンテナ GPS PCBアンテナには、アクティブとパッシブの2種類があります。アクティブアンテナには、モジュールに低ノイズアンプ（LNA）が組み込まれていますが、パッシブアンテナにはアンプが含まれていません。アクティブアンテナは独自のボードに乗り、同軸ケーブルでプリント基板に接続します。一部の受信機には、どちらかのタイプのアンテナがあらかじめ同梱されています。また、出力を50オームのインピーダンス放射パターンに合わせる受動マッチングネットワークを含むこともあります。アクティブアンテナは、LNAが出力信号のノイズレベルを維持することで、より高い感度を実現するというパフォーマンスの利点があります。統合GPS受信機 PCB上の受動アンテナもLNAを使用すべきですが、受信機からLNAへの信号が移動する際に劣化することがあります。LNAは出力信号のノイズを減らすように設計されていますが、追加のノイズは全体の感度を低下させます。外部LNAが必要な受信機を使用する場合、LNAへの信号トレースは、可能な限り外部EMIやクロストークから遮蔽または隔離されるべきです。 PCB設計におけるGPSアンテナ PCBにGPSアンテナを使用すると、混合信号の領域に入ります。EMIやクロストークによってアンテナ入力で導入されたノイズは、信号品質を劣化させ、アンテナ信号を完全にブロックする可能性さえあります。アンテナ信号は、他のコンポーネントから適切に隔離されていない場合、グラウンドプレーンノイズの影響も受けやすいです。他のコンポーネントが適切に隔離またはシールドされていない場合、GPSアンテナとレシーバーはこれら他のコンポーネントの信号を劣化させる可能性があります。場合によっては、最悪のノイズの原因はレシーバー自体、特にレシーバーが内蔵アンテナを持っている場合です。レシーバーと他のコンポーネント間のクロストークは、適切なシールドを含める必要性を強調します。 LNAからGPS信号を抽出するためにはフィルタリングが必要です。これは現在、LNAとレシーバー入力の間に表面弾性波（SAW）フィルターを配置することによって行われています。SAWフィルターは、GPSアプリケーションで見られるような1GHz以上の高周波数をフィルタリングすることを可能にします。SAWフィルターを使用せずに、他のノイズからGPS周波数を抽出することは不可能です。シールド、グラウンディング、およびルーティング GPSアンテナ/レシーバーから出力される信号は、既にノイズフロアよりも最大20dB低くなっています。他のアプリケーションでは許容されるかもしれない微細なノイズ信号が、あなたのGPSレシーバーからの信号を簡単にブロックする可能性があり、あなたのGPS対応デバイスが適切に機能するためには、適切なルーティング、シールド、およびグラウンディングが必要です。通常、メインのPCBを機能ブロックに分割する場合、各ブロックに独自のグラウンドプレーンを設けるべきです。それから、グラウンドループを防ぐために、グラウンドプレーンをスタートポロジーでメインのグラウンドリードに戻すようにルーティングします。GPSレシーバーを囲むグラウンドプレーンの大きなサイズ要件は、特にモバイルデバイス上でこれを難しくすることがあります。

デュアルバンドPCBアンテナ設計：EMIを適切に管理する

デュアルバンドPCBアンテナ設計：EMIを適切に管理する 1 min Thought Leadership 1980年代以前に生まれた方なら、あの古いレンガのような携帯電話とその巨大なアンテナを覚えているかもしれません。現在に早送りすると、ほとんどの人は自分のスマートフォンにアンテナがあることさえ気づいていません。提案されたアンテナデザインは80年代から大きく進化し、新しいアンテナは複数の周波数帯で送受信できます。モバイルおよびIoT業界が進化を続けるにつれて、電子デバイスはデータを送受信するために無線通信プロトコルを使用し続けます。これらのデバイスは、その仕事を行うために複数の周波数帯で通信する必要があり、新しいアンテナデザインはPCBに引き続き登場します。デュアルバンドアンテナは、単一のモジュールに2つのアンテナを詰め込み、PCBレイアウトで貴重なスペースを節約するのに役立ちます。 PCB内のデュアルバンドアンテナデュアルバンドアンテナは、2つの異なる周波数帯で送受信できるアンテナです。これらのアンテナは、個々のアンテナの能力に応じて、これらの異なる周波数で個別にまたは同時に動作することができます。標準の全方向性アンテナデザイン、例えばモノポール、ダイポール、またはスロットアンテナは、デュアルバンド放射を示すように変更することができます。ダイポールアンテナモジュールを搭載したPCB PCB上で利用可能なデュアルバンドアンテナは、2.4 GHzと5.8 GHzで動作できます。このタイプのアンテナは、デバイスが異なるIEEE標準に従って動作させ、WiFiを超えた通信能力の範囲を拡大することを可能にします。一部の携帯電話は、WiFiとは別のデュアルバンド通信を使用しています。既製のアンテナモジュールを選択するのではなく、デュアルバンドアンテナをデバイスに簡単に統合できます。統合アンテナはPCB上に直接印刷でき、外部アンテナモジュールと比較して製造および組み立てコストが低くなります。外部デュアルバンドアンテナモジュールはそれ自体のPCB上に印刷されているため、独自の統合アンテナを設計して印刷することで、より小さなフォームファクターを維持できます。印刷アンテナの設計が得意でない場合、小さなフォームファクターを維持するもう一つのオプションは、レイアウトにセラミックチップデュアルバンドアンテナを使用することです。これらのチップは低コストで、多くの周波数オプションが利用可能です。また、50オームでインピーダンスマッチされており、業界標準を満たし、高い線形利得を持っています。印刷デュアルバンドアンテナ PCB上に直接デュアルバンドアンテナを印刷することは挑戦的であり、考慮すべき設計の側面がいくつかあります。高速設計ガイドラインに従う必要がある高データ転送率を持つデバイスがあります。もしデバイスが広い温度範囲で動作する場合、体積の膨張/収縮がアンテナの共振周波数を変える原因となります。これは意図したキャリア周波数での送受信される電力を変えます。小さい熱膨張係数を持つ金属を使用すれば、体積変化を最小限に抑えることができます。金属とトレースの熱膨張係数をボード材料のそれと一致させることが重要です。大きな不一致は極端な温度での剥離や破断につながる可能性があります。ジオメトリを決定し、設計を計画したら、インピーダンスを合わせる必要があります。市販のアンテナのほとんどは既に2.4 GHzで50オームのインピーダンスにマッチしていますが、カスタムアンテナでも同じことをする必要があります。アンテナとそのドライバー/レシーバー間のインピーダンスの不一致は、2つのインダクタと2つのキャパシタを使用して補償することができます。アンテナのインピーダンスマッチングには、スミスチャートの基本的な理解が必要です。簡単に言うと、スミスチャートはアンテナと負荷の間の正確なインピーダンスの不一致を視覚化するのに役立ちます。インダクタとキャパシタの配置は、アンテナと負荷インピーダンスの正確な不一致に依存します。