Mobile menu
ホーム Altiumのエキスパート

筆者について

最新の記事

Altium Designerの回路図チュートリアル: The Journey of a Thousand PCBs PCB回路図の作成方法 | Altium Designer 1 min Blog PCBレイアウトの作成には重要なステップがあります。それは回路図の作成です。いろいろな選択肢があるので圧倒されるかもしれませんが、心配しないでください。ポケットに何十年もの経験がある場合でも、設計やエンジニアリングのキャリアを始めたばかりでも、PCB設計は回路設計から始まります。以下は、Altium Designerの回路設計チュートリアルで、コンポーネントへのアクセスから回路へのコンポーネントの配線まですべてをカバーしています。 Altium Designerによる基本的なオーディオアンプ用のPCB回路図チュートリアル まだ学習中の方は、比較的簡単な回路で作業するのがよいでしょう。今回の回路設計は、LM386 ICを使った非常にシンプルなアンプをベースにしました。このコンポーネントは、低出力デバイスでのオーディオ再生用に設計されており、回路図エディターでの作業は非常に簡単です。最終的にどのようになるのかを理解していただくために、以下に完成した回路図の画像を示します。 Altium Designerで設計したシンプルなオーディオアンプの最終的な回路図 この完成した回路図を念頭に、このAltiumチュートリアルでアイデアから完全なPCB回路図を作成する方法を見ていきましょう。 ステップ 1: 新しい回路図を開く 最初のステップでは、 新しいPCBプロジェクトを作成します（まだ作成していない場合）。新しいプロジェクトを作成するには、[ファイル] > [新規] > [プロジェクト] > [PCBプロジェクト] 記事を読む
レイヤーを剥がしてみる：電子PCBスタックアップ TRANSLATE:

レイヤーを剥がしてみる：電子PCBスタックアップ 1 min Thought Leadership グランドキャニオンを訪れたときに最初に気づくことの一つは、その信じられないほどの景色です。異なる色の岩や鉱物の層を通して、誰もが見ることができる歴史が刻まれたキャニオンの壁は本当に感動的です。何年もかけても、その層状の岩面に住んでいる、または住んでいたすべてのつながり、材料、生き物を発見することはほとんど不可能でしょう。 私が情熱を持っていることに物事を結びつけるのをやめるのが難しいので、グランドキャニオンは、外層にあるガラス繊維、はんだマスク、その他の仕上げコーティングを持つプリント基板を思い出させました。電子PCBは複雑であり、必要な複雑さを満たすために十分な層を使用する必要があります。そのサイズにもかかわらず、PCBはグランドキャニオンの岩の層と同じくらいの深さと相互接続性を持っているように見えます。 プリント基板の層の決定 PCBでは、ルーティング、トレース、ビアの間に内部層がありますが、銅面と銅面の間には、ファイバーグラスや類似の材料などの保護層もあり、これらはコアとプレプレグと呼ばれる層を形成します。コアは最も厳密な制御の下で製造され、電気信号の誘電率を指定してデカップリングし、設計からノイズを排除するために使用されます。プレプレグは制御が少なく、代わりに必要に応じてPCBの厚さを変えるために使用されます。 プリント基板の層は、設計を実現するために必要な銅の量に基づいて進化します。エンジニアは、コンポーネントとトレースの密度と量を研究して、必要な層の数を決定します。 次のステップでは、重要な信号を特定し、その性能を最適化するために配置する必要がある場所を決定します。これにより、コアの厚さ、トレースの配置と厚さ、およびの理想的な位置が確立されます。製造のための材料は、設計プロセスのこの段階で念頭に置かれる必要があり、設計が製造可能であり、コストを最小限に抑えることを確認する必要があります。 層を使用してスタックを構築し、全体的な構造を定義する レイヤーを使用して スタックを構築し、その後にトレースを配置できます。各レイヤーは、銅、プレプレグ、またははんだマスクとして視覚化および定義できます。プレプレグ材料は、その電気的および製造特性の両方に基づいて選択されるほか、設計のための信頼性および安全性部門の要件を満たすためにも選択されます。 この時点でビアの位置と配置が行われ、ビアの電流容量要件に応じためっきが施されます。設計にブラインドビアが必要な場合、これらはPCB内の適切な位置に含まれます。 レイヤーを計画し、積み重ねる方法を知ることで、より良いPCBが得られます。 スタック内でのPCBの構築を続ける 回路図からレイアウトへのコンポーネントを取り出し、設計を最適化する位置に仮想プリント基板上にコンポーネントを配置できます。これに続いて、設計内のコンポーネント間やコネクタ、テストポイントへのトレースを追加します。 部品が多ければ多いほど、トレースも増えます。トレースが増えるということは、銅と層が増えるということです。同じ方向に進むトレースは、衝突を避けるために異なる層に配置されることがあります。私は、互いに知り合っていても、通信しているか、隔離されているかにかかわらず、近くにあるが別々の岩の層内の異なるアリのコロニーを想像するのが好きです。 コロニーは、互いに訪問するために平面間にトンネルを掘って合流することがあります。プリント基板では、 ビアを使って同じプロセスが行われます。銅のトレースが他のトレースからの干渉なしにプリント基板を横切る必要がある場合、トレースが基板の別の平面を横切って続行できるように、ビアが基板に設計されます。 設計ソフトウェアの賢いツールを使用すると、設計プロセスが容易になります。 設計のすべてのステップをガイドする ボードレイアウト機能を探している場合は、ツール内の要件を定義するための設計ルールシステムを備えた ビジュアルレイヤースタックマネージャーを試してみてください。各層は、銅、プレプレグ、またははんだマスクとして視覚化および定義されることがあります。プレプレグは、その電気的および製造特性のためだけでなく、設計の信頼性と安全性部門の要件を満たすためにも選択されることがあります。 記事を読む
PCBレイアウトにおけるクリスタル発振器は周波数を安定させます PCBレイアウトにおけるクリスタル発振器は周波数を安定させます 1 min Thought Leadership 人類の歴史の大部分において、私たちは生活を計画するために天文学的な時間計測に頼ってきました。現在では、日常生活を管理するのに役立つ洗練された時計を持っています。現代の生活がますます慌ただしくなるにつれて、私たちは秒の一部を追跡する必要があります。電子pcbレイアウト用のクリスタル発振器ガイドラインは、これを可能にする秘密の要素です。 シュミットトリガ発振器や555タイマーからの出力クロック信号は、RCタイムコンスタントを使用して制御されます。これらの回路を使用する際の問題点は、抵抗器とデカップリングキャパシタの値が時間とともに一定ではないことです。抵抗と容量は、回路基板の温度によって変化することがあります。コンポーネントは経年劣化もします。これらの要因により、時計の周波数は時間とともにドリフトします。 周波数の安定性と精度が重要な場合、クリスタル発振器がより良い選択です。特定の形状に切断された石英クリスタルは、特定の共振周波数で振動することができ、この周波数は温度変化に対して非常に安定しています。クリスタル発振器は、適切に配置して接続されている場合、kHzからMHzまでの安定した周波数を出力することができます。 デジタルシステムがクロックを使用する場合、設計上の課題が生じます。これは、寄生容量や信号反射のような問題が信号の整合性を低下させる可能性があるPCBでは特に真実です。これらの設計上の問題は、高周波数でより顕著になります。幸いなことに、設計における信号の整合性を維持するためのいくつかの設計戦略があります。 伝播遅延とクロックスキューの最小化 特にTTLやCMOSロジックデバイスのようなロジック回路の切り替えは、クロック出力から下流に伝播遅延が蓄積される原因となります。これはナノ秒のオーダーであることが多いですが、高周波回路ではクロックパルスの幅と比較して顕著になります。 クロックスキューは使用されるクロックに関係なく発生する可能性があります。トレースの長さの変動が原因で、さまざまな電気部品にクロック信号がルーティングされる際に時間遅延が蓄積します。クロックスキューが伝播遅延と組み合わさると、並列トレース内のクロックパルス間の不一致が顕著になることがあります。 クロックスキューと伝播遅延は、 信号トレースの長さを調整することで補償できます。連続するコンポーネント間の差動トレースの長さは、クロックスキューを最小限に抑えるために等しくするべきです。特定の並列トレースには異なる数のコンポーネントが含まれている場合があり、各コンポーネントの伝播遅延は、プリント回路基板上にトレースを配置する際に考慮されるべきです。 クロックスキューを避けるために並列トレースを一致させる グラウンドプレーンの配置 一部のPCB設計者は、電源と信号トレースをグラウンドプレーンの直上に走らせがちです。これは推奨されません。グラウンドプレーンの配置が不適切な場合、クロック回路がアンテナとして機能する原因となります。回路は 外部EMIに対して脆弱になるだけでなく、他の近くの回路にEMIを引き起こす可能性があるRF放射を生成します。 特定のクロック周波数において、グラウンドプレーンの厚さは波長の半分に過ぎません。クリスタル発振器は本質的に広帯域の電流源であるため、クロック信号とそのリターン電流は、高周波成分の帯域を含んでいます。これらの電流をグラウンドプレーン上で流すことを許すと、中央給電パッチアンテナを作成したことになります。 クロック信号帯域がグラウンドプレーンの共振周波数のいずれかと重なる場合、グラウンドプレーン内で強い電流が生成される可能性があります。しかし、電源とグラウンドプレーンを分離すると、高周波電流ループによる放射が減少します。これにより、外部EMIへの感受性も低減されます。 EMIを減らすためにグラウンドプレーンと電源プレーンを分離する 適切なキャパシタを使用する クリスタルオシレータからの信号整合性は、2つのキャパシタを使用することで維持できます。1つは高電圧ピンとグラウンドプレーンの間に、もう1つはグラウンドピンとグラウンドプレーンの間に接続する必要があります。選択した特定のクリスタルに合わせてキャパシタを選択する必要があります。必要な容量は、同じメーカー内でも異なるオシレータモデルによって異なります。 クリスタルオシレータには負荷容量仕様（通常は20から50 pF）が含まれており、これを使用してクリスタルに使用するキャパシタを決定できます。各キャパシタは、負荷容量値の2倍から、任意の漂遊容量を引いた値である必要があります。漂遊容量値は数pFになることが多いです。 記事を読む
Altium Designerの部品配置ショートカット Altium Designerの部品配置ショートカット 1 min Thought Leadership 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 記事を読む
組み込みRF設計: セラミックチップアンテナと基板トレースアンテナ 組み込みRF設計: セラミックチップアンテナと基板トレースアンテナ 1 min Blog 過去数年間にわたってカフェの文化は大幅に進化しており、新しいカフェの多くでは、店に何か独創的な工夫を加える新たな方法を探し求めています。カフェと本屋を組み合わせたり、特定地域のコーヒー豆の技術を持つバリスタを抱えるグルメ向けコーヒー、さらには猫カフェなどの変わり種も出現しました。 しかし、結局のところ、カフェの客が求めているのは飲み物や軽食を口にする、友達と会って話をする、またはオフィスや家庭の外で何かの仕事を片付けることです。表面的な飾り付けで店を際立たせることもできるかもしれませんが、主要な概念は比較的変化しないものです。これは、プリント基板部品の選択肢の決定とよく似ています。 長年にわたるロボティクス、AI、IoT開発とともに、小型、高性能、低コストの組み込みRFトランシーバー ソリューションに対する需要は増え続けています。設計者がセラミックチップと基板トレースのどちらのアンテナタイプを選択するかを左右する主要な要因がコスト、基板レイアウト、専門技術であることは依然として変わりません。 基板アンテナ: 使用周波数範囲の確認 従来は、設計技術者はより信頼性の高いトレースアンテナについて 目的の周波数範囲と出力のトレードオフを検討していました。今日の組み込みアンテナのハードウェアは、400MHz～5.5GHzの間の特定の帯域で動作するように割り当てられています。セラミックアンテナの実装がより信頼性が高く、安価で、使いやすくなるにつれ、この競争は過熱しつつあります。 実際には、製造前に設計者が基板設計CADでプリント基板上に配置する単純なワイヤトレースの費用はわずかなものです。トレースアンテナは低コストであるにもかかわらず、依然としてセラミックチップアンテナが好まれることはよくあります。セラミックチップアンテナによって得られる小型化、実装の容易さ、環境からの干渉に対する耐性の高さがコストを相殺する場合があるためです。 基板トレースアンテナ 基板トレースアンテナは、特に小型で高信頼度の実装において、設計、実装、調整が難しいとされています。ワイヤアンテナと同様、トレースアンテナのサイズは目的の帯域幅の周波数で決まります。例えば低い周波数では、信号を共振させるにはトレースアンテナの長さをより長くする必要があります。 セラミックチップアンテナと比較して、基板トレースアンテナには次のような利点があります。 トレースアンテナは製造プロセスでプリント基板に組み込まれる 最適に調整した場合、トレースアンテナはネットワークの信頼性と信号強度を高めると同時に広い帯域幅で動作できる トレースアンテナは薄型である 基板トレースアンテナの欠点を以下に示します。 特に低い周波数で、設計が困難である。基板レイアウトの変更の影響を非常に受けやすく、変更するごとに調整が必要となり、場合によっては製造のやり直しが必要 セラミックチップアンテナよりもはるかに多くの面積を必要とする。特に低い周波数の設計ではこの問題が顕著である。多くの基板面積が占有されるため、設計のコストが増大する トレースアンテナは、環境からの干渉の影響を非常に受けやすい 基板トレースアンテナは、製造後に設計者が物理的な変更を加えることができません。変更が必要な場合、ユーザーは設計を変更してから基板を再度製造する必要があります。基板アンテナはサイズが大きくなる可能性があり、設計/調整プロセスに時間を要する（通常、シミュレーションソフトウェアや大規模なテストが必要です）という性質が、基板の設計者が基板アンテナの代わりにセラミックチップアンテナを使う動機となる場合があります。 記事を読む
ブラインド・ビア、バリード・ビア、スルーホール・ビアがPCB設計に与える影響 ブラインド・ビア、バリード・ビア、スルーホール・ビアがPCB設計に与える影響 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 子供の頃、私はスーパーマリオのすべてに夢中でしたが、正直、誰もがそうでしたよね。特に、スーパーニンテンドーの古い学校版にはまっていました。プラットフォームからプラットフォームへと跳ねること、ピクセル化されたカメの甲羅を投げること、プリンセスを救うこと…なんて人生でしょう。ゲームの中で最高で、少し変わった部分は、あちこちにあるように見える小さな緑のチューブを出入りすることでした。それらを作ったのは誰？そもそもなぜそこにあるのか？ 奇妙なことに、ほぼ一生の後、私は回路基板を見つめ、まったく同じ質問を自問していました。どこにも繋がっていないように見える小さな穴が、グラウンドプレーンやはんだマスクの上に文字通り散乱していました。ここで登場するのが、ブラインドビア、バリードビア、スルーホールビアです。 私たちが、世界が私たちの設計をより小さなスペースに押し込めようとしているという事実について話し続けるにつれて（同じ話、違う日）、これらの世界的な要求を満たすことを可能にする新しくてエキサイティングな技術的および製造上の進歩を学び続けます。多層ボード（高層カウント）の積層からフォームファクターの変更まで、ブラインドビアやバリードビア、そしてスルーホールビアを導入することで、さらに一歩踏み出します。 ブラインドビアとバリードビア：一歩進むか、毒キノコか？ それぞれの緑の管がどこに繋がっているのかを発見しようとする過程で、どの秘密の部屋にたどり着くかわからないのが、半分の楽しみだったのではないでしょうか？恐れることはありません。スーパーマリオが緑の管から緑の管へと推測を続けさせることが目的であったとしても、HDI PCBを設計することは（願わくば）まったく逆です。厚い戦略書を見ることなく、PCB全体に穴を開ける場所と理由を正確に知るべきです。 ビアは、PCB層のトレースを通して穿孔され、別の層の別のトレースに接続するためだけの穴です。これらは、各層を何らかの方法で接続する必要がある多層PCBによく存在します。 多層プリント基板に組み込むことができるビアには、3つの異なるバージョン（ブラインドビア、バリードビア、スルーホールビア）があります： ブラインドビア：これらは、プリント基板の外層を内層に接続しますが、それ以上は進みません。したがって、4層のPCBがある場合、最初の2層にはトレースを通して穴が開けられますが、3層目や4層目には開けられません。 埋め込みビア：これらは、2つ以上の内部層を互いに接続します。再び、4層のPCBでは、第2層と第3層がドリルで穿たれて接続されますが、外側の層である第1層と第4層には穴が開いておらず、基板上では単に空白のスポットのように見えます。 スルーホールビア：今お分かりの通り、これらは文字通り「全体のボードを通して」穿たれ、外側の第1層と第4層を接続します（または4層を接続する他の組み合わせ）。 適切なビアの理解が設計の成長を促進します プリンセスを救うという壮大なミッションには重要でないように見えたこれらの緑のチューブは、中に飛び込んだり出たりするのがとても満足できる以外に利点はないようでした。一方、ビアは多層PCBにおいて重要な役割を果たします。 時代が進むにつれて、そして今日このごろの「小さいほうが良い」という考え方の中で、私たちは できるだけ多くのスペースを節約するという課題に直面しています。ビアを使うことで、理論上は、トップレイヤー（そこにはすべてのコンポーネントも配置されています）でスペースを取るトレースルーティングをすべて回避し、必要な配線を第2、第3、あるいは第4レイヤー内で行うことが可能になります。これは、スペースを節約する技術を探している一部の設計者にとっては神の恵みかもしれません。 ブラインドビア、バリードビア、またはスルーホールビアをボードに実装する際に得られるもう一つの利点は、トレース間の寄生容量が低下し、それが設計に深刻な影響を及ぼす可能性があるのを防ぐことです。この寄生容量の低下は、トレースリードを短縮することで実現された改善によるものです。必ずしも主な理由ではありませんが、正しく設計されていれば、ビアを設計に追加することで確実に利益を得ることができます。 ビア適用前のその他の考慮事項 席から飛び上がってどこにサインすればいいか探しているかもしれませんが、ビアを設計に取り入れることのいくつかの欠点があるため（なぜいつも欠点があるのでしょうか？）、ちょっと待ってください。 ビアと 多層基板は密接に関連しており、複数の基板に何かを行う場合、コストの考慮が必要になります。これには、1枚だけでなく、2枚、3枚、さらには4枚の基板を正確に同じ位置で貫通するビアの穴のドリル加工が含まれます。ドリル加工と積層のプロセスにわずかな公差エラーがある場合、基板は事実上使用不可能になります。 記事を読む