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PCBでリンギングが発生する理由とその解決方法 PCBでリンギングが発生する理由とその解決方法 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 最初の電気工学ラボで、スイッチの出力をデバウンスするための回路を作りました。オシロスコープの画面で、最初のガタガタした信号とその後のデバウンスされた出力を見たのを覚えています。生活の中でこんなに害のないものが、そんなに 面倒になるなんて、心の底から不安に感じました。それが、信号ノイズやアーチファクトに対する苦しみの始まりにすぎないことを、1年生の私が知らなかったのは、幸運でした。リンギングは、製品性能について特にイライラさせられる効果の1つです。 リンギングとは何か? PCBや他の電子システムでは、リンギングとは、オシロスコープで見ると池の上のさざ波のように振動する電圧出力または電流出力のことです。その振動は、電源オンやスイッチ切り替えなど、入力信号の突然の変化に対する反応です。 多くの場合、振動によって出力信号は、上限と下限の両方で許容範囲を外れ、徐々に滑らかになります。振動が許容範囲内に収まるのにかかる時間を、整定時間と呼びます。 出力信号の独特の形のため、リンギングを時々「リップル」と呼びます。ただし、普通、リップルは、ACスイッチト電源を使用し、電源が、適切にまたは十分にAC波形を抑制しない場合の出力を特に指します。 リンギングの原因は? リンギングの源は、電源の他に、トレースが「長い」か短いかによって異なります。 一般的な目安では、デジタル回路で、（負荷までと戻りの）ラウンドトリップ伝搬時間が、信号立ち上がり時間と同等の場合、トレースは「長い」と考えられます。ストリップラインまたはマイクロストリップの作業をしている場合、少し複雑になるので、経路長および、リンギングなどの伝送路効果を最小化する出発点として Glen Dash のページを推奨します。 長いトレースと短いトレースに戻ります。トレースが短い場合、リンギングの原因は、寄生インダクタンスや寄生容量です。パルスまたは入力の突然の変動によって、寄生コンポーネントが、その固有振動数で共振し、出力にリンギング効果が現れます。長いトレースでは、リンギングの原因は、インピーダンスのミスマッチによる信号反射である可能性がより高くなります。 信号ノイズで、大学生の私は過度に不安を感じましたが 業界に入れば、信号ノイズが破滅的結末をもたらす場合もあります。 リンギングがシステムにどう影響するのか? ノイズの多いオシロスコープのために実存の危機に苦しむ、ということがなければ、素晴らしいことです。セラピーの費用がずっと少なくてすみます。それでも、リンギングは、あなたの人生や製品設計にネガティブな影響を及ぼす可能性があります。 EMIの増加: リンギングは、ノイズや干渉を生成する可能性があり、また、しばしば生成します。そのEMIは、基板に拡散または伝導し、さまざまな性能問題の原因となります。 電流フローの増加 記事を読む
スイッチングとリニアの電圧レギュレーター: どちらが電力管理回路に最適か スイッチングとリニアの電圧レギュレーター: どちらが電力管理回路に最適か 1 min Blog 目の前でコンデンサーが爆発したのを見たことがありますか? 私が電子機器の設計を始めたとき、まさにこれを体験しました。また私は、最初は「単純な」プロジェクトと設定されていたもので、パワーバジェットの計算に失敗しました。その結果、試作のPCBで電圧レギュレーターが、目玉焼きができるほど、またはもっと酷く真っ赤に焼けてしまいました。 それ以後に私は、設計の優雅さや洗練さはそれほど重要でないことに気付きました。電力管理回路の構成で間違いを犯せば、その設計は事実上無価値になってしまいます。パワーバジェットの計算、周囲の温度、そして私の事例では電圧レギュレーターなど中核の電力管理コンポーネントの選択が、PCBプロジェクトの成功を左右することがあります。 組み込みシステムにおける電力管理回路の機能 私は組み込みシステムの設計を10年以上行い、マイクロコントローラーの驚異的な進化を目にしてきました。マイクロコントローラーは、歴史的なZilogから今日のCortex M4プロセッサーまで進化してきました。Bluetooth LEやZiBeeなどのテクノロジーにより、組み込みシステム業界はさらに変革しました。しかし、電力回路を適切に設計する必要性は依然として変わっていません。適切な電力回路なしでは、このような優れたテクノロジーもただの「部品」にすぎず、しかも過熱し、溶けて燃えはじめ、悪臭を放つことになります。 コンデンサーを別として、適切に設計された電源回路の中心には必ず 電圧レギュレーター があります。その名前が示すように、電圧レギュレーターは安定した電圧を供給し、組み込みシステムが安定して動作できるようにします。電圧レギュレーターは高電圧の入力を受け付け、電子デバイスの動作に必要な電圧に降圧し、同時に安定化を行います。 3.3Vのコンポーネントが一般的になる前は、マイクロコントローラー（MCU）と集積回路（IC）はすべて5Vで動作していました。LM7805は単純な5Vのリニア電圧レギュレーターで、当時良く知られていた部品番号です。実際に、この製品は単純で極めて洗練されているため、今日でも一般的に選択されています。3.3Vが主流の動作電圧となったとき、LM1117-33が効率的なリニア電圧レギュレーターとして使われるようになりました。 リニア電圧レギュレーターの制限 集積回路が3.3V対応に移行した期間があり、この期間にマイクロコントローラーは急速に進化しました。設計者は従来、マイクロコントローラーの入力と出力の数を重視していました。その後で、UARTS、イーサネット、USBなどの統合された機能の数と、急速に増大していく処理能力に注意を向けるようになりました。やがて、リニア電圧レギュレーターは限界に直面することになりました。 これらの手軽なヒートシンクによって、リニアレギュレーターを冷却できます。 多くの人々は、リニア電圧レギュレーターを扱うとき、電流定格を絶対視するという初歩的な過ちを犯します。これが大きな問題となったのは、LM7805電圧レギュレーターの定格は5V、1.5Aだったためです。しかし、実際にこの電圧で扱うと、良くて一部のコンポーネントが溶け、悪ければプロセス内で燃焼が発生する恐れがあります。リニア電圧レギュレーターを選択するときは、最低でもあと3つのパラメーターを考慮する必要があります。 消費電力のレベルは、入力と出力の電圧差を考慮し、その値と負荷電流とを乗算することで計算できます。12Vを5Vにレギュレートし、組み込みシステムが100mAを消費するなら、消費電力は0.7Wです。これを念頭に、LM7805は最大125℃の温度で動作できることに注意します。この温度を超えると、溶解や燃焼など望ましくない現象が発生します。 しかし、TO-220パッケージの一般的なLM7805の熱抵抗は65℃/Wです。すなわち、周囲の環境温度に加えて、1Wごとに65℃だけ温度が上昇します。一部の地域では平均気温が約35℃なので、動作時のLM7805は100℃に達します。定格最大電流である1.5Aの10%未満しか使用していないにもかかわらず、許容される最大温度に近づくことになります。 スイッチング電圧レギュレーターが、文字通り冷静な選択である理由 リニア電圧レギュレーターは、その特性から 電力要件の大きい 記事を読む
マイクロビアPCB設計技術について知っておくべきこと マイクロビアPCB設計技術について知っておくべきこと 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 大衆文化に少し遅れていると感じたことがありますか? 私は、Lady Gagaについて知ったばかりですが、数年前から大スターだったようです。遅ればせながら知ることができて、少しうれしいです。今、彼女の音楽を楽しんでいますが、肉でできたドレスを着て歌うのを見ないで済みました。セレブの奇妙な最新ファッションには興味がないかもしれませんが、注目すべきトレンドがいくつかあります。PCB設計界における希望の星の1つが、マイクロビアです。ここでは、マイクロビアとは何か、マイクロビアはどのような素晴らしいことができるのか、について説明します。マイクロビアは歌やダンスはできませんが、基板で多くのスペースを節約し、EMIを大幅に減らすことができます。 編集クレジット: Everett Collection / Shutterstock.com 大衆文化に少し遅れていると感じたことがありますか? 私は、Lady Gagaについて知ったばかりですが、数年前から大スターだったようです。遅ればせながら知ることができて、少しうれしいです。今、彼女の音楽を楽しんでいますが、肉でできたドレスを着て歌うのを見ないで済みました。セレブの奇妙な最新ファッションには興味がないかもしれませんが、注目すべきトレンドがいくつかあります。PCB設計界における希望の星の1つが、マイクロビアです。ここでは、マイクロビアとは何か、マイクロビアはどのような素晴らしいことができるのか、について説明します。マイクロビアは歌やダンスはできませんが、基板で多くのスペースを節約し、EMIを大幅に減らすことができます。 マイクロビアとは? Lil Yatchyの最新の曲をオフィスで聞いたことはないかもしれませんが、きっとマイクロビアについては少しは聞いたことがあるでしょう。あなたの知識を更に強化させてください。 マイクロビアは、確かに小さなビアですが、正確には、どれほど小さいのでしょうか? ほとんどの人は、マイクロビアを直径が 150μm未満のビアだと考えています。これらの小さな穴はレーザーで開けますが、そのプロセスは 絶えず改善されています。レーザー穴開け技術の新しい進歩によって、マイクロビアは 15μmまで小さくできます。レーザーは、一度に1つのレイヤーにのみ穴開けできます。一方、製造業者は、 複数のレイヤーに別々に穴を開け、積み重ねることによって、マイクロビアを作成できます。 記事を読む
マイクロビアPCB設計技術について知っておくべきこと マイクロビアPCB設計技術について知っておくべきこと 1 min Thought Leadership 大衆文化に少し遅れていると感じたことがありますか? 私は、Lady Gagaについて知ったばかりですが、数年前から大スターだったようです。遅ればせながら知ることができて、少しうれしいです。今、彼女の音楽を楽しんでいますが、肉でできたドレスを着て歌うのを見ないで済みました。セレブの奇妙な最新ファッションには興味がないかもしれませんが、注目すべきトレンドがいくつかあります。PCB設計界における希望の星の1つが、マイクロビアです。ここでは、マイクロビアとは何か、マイクロビアはどのような素晴らしいことができるのか、について説明します。マイクロビアは歌やダンスはできませんが、基板で多くのスペースを節約し、EMIを大幅に減らすことができます。 マイクロビアとは? Lil Yatchyの最新の曲をオフィスで聞いたことはないかもしれませんが、きっとマイクロビアについては少しは聞いたことがあるでしょう。あなたの知識を更に強化させてください。 マイクロビアは、確かに小さなビアですが、正確には、どれほど小さいのでしょうか? ほとんどの人は、マイクロビアを直径が 150μm未満のビアだと考えています。これらの小さな穴はレーザーで開けますが、そのプロセスは 絶えず改善されています。レーザー穴開け技術の新しい進歩によって、マイクロビアは 15μmまで小さくできます。レーザーは、一度に1つのレイヤーにのみ穴開けできます。一方、製造業者は、 複数のレイヤーに別々に穴を開け、積み重ねることによって、マイクロビアを作成できます。 製造上の欠陥が発生する可能性は、マイクロビアの方が、通常のビアより低くなっています。レーザー穴開けでは、開けられた穴に材料が残らないためです。ただし、メッキやはんだリフローについては、マイクロビアも通常のビアもリスクは同じです。したがって、マイクロビアのtenting、またはfillingについて 製造業者と話し合うことが重要です。 マイクロビアとは何か分かりましたが、何の役に立つのでしょうか? マイクロビアは、マイクロビアを開けるレーザーと同じくらい未来的 スペースの利点 ハリウッドで高価な家を買うことはないでしょうが、高価な不動産については心配する必要があります。基板のスペースはコストであり、マイクロビアは、コスト削減に役立ちます。マイクロビアはサイズが小さいので、当然、通常のビアよりスペースを節約できます。また、via-in-pad（VIP）をより活用するのに役立ち、より簡単に埋め込むことができ、高密度相互接続（HDI）設計が簡単にできます。 通常、VIPは、ショーのスターであることを望みますが、PCBでは、VIPはほぼ隠されています。表面実装技術（SMT）によりパッド内部で接続を行うことによって、VIPはスペースを節約します。マイクロビアは、フォームファクターが小さいので、特にVIPに適しています。時に、通常のビアは、ピッチが細かいボールグリッドアレイ（BGA）など、SMTでパッド内部に収めるには大きすぎます。マイクロビアは、製造上の問題を引き起こすことなく、 パッド内部に収まります。 記事を読む
パーキンソン病との闘いにスマート技術がどのように使用されているか パーキンソン病との闘いにスマート技術がどのように使用されているか 1 min Thought Leadership 先週、私は、両親に会うためトロントに帰省しました。私の87歳の祖父は最近、認知症と診断され、運転免許証を取り上げられました。祖父が運転できなくなって家族は安心した一方、好きなように動けなくなった祖父はショックを受けていました。しかし、それは、ある日変わりました。祖父を迎えに行った日のことです。到着すると家に誰もいませんが、祖父の車はあります。祖父がUberを注文したのでした。アプリの中には、初期の退行性神経疾患の患者に機会を与えるソリューションになるものもありますが、これらの病気の治療を目的に作成された、さまざまな分野のスマートデバイスがあります。ここでは、ハイテク食卓用金物やウェアラブル電子機器が、パーキンソン病患者の病気の影響を軽減するのに、どのように役立つかを探求します。 現在、約 6万人の米国人 が毎年、パーキンソン病（PD）と診断されており、その数字には、まだ発見されていない場合は含まれません。しばしば退行性神経疾患は高齢者の疾患であると考えられますが、PDと診断された患者の4%は50歳以下です。IoTが急成長する時代、技術とヘルスケアが、PD患者の生活の質に大きな影響を与えるようになっています。 IBMやPfizerのような企業が、これに気づき 、患者データを追跡、測定する新しい方法を探しています。理想的には症状の治療に役立ち、病気全体に新しい洞察をもたらす、リアルタイムのデータを研究者や医師に提供したいと考えています。一方、パーキンソン病患者の支援を目的とし、他の病気にも適用できる、有望なデバイスが3つあります。 電気スプーンは、何の味なのかを脳に伝えることができる 電気スプーン 私たちのほとんどが、味覚を当たり前だと考えています。パーキンソン病の影響と比較して小さいと思えるかもしれませんが、味覚を失うことは、その人の生活の質に大きな影響を及ぼす可能性があります。2013年、シンガポール国立大学の Nimesha Ranasinghe のグループは、舌の味覚受容体をだまし、銀の電極を使用して塩味や甘味、酸味、苦味といった感覚を生成できることを示しました。電極は、舌の先に触れ、さまざまな交流電流や小さな温度変化を使って、受容体を刺激します。今日、Ranasingheや、 ロンドン大学 のグループなど、他の研究グループは、 スプーンの形式で この技術を応用し、パーキンソン病や認知症の患者の味覚を取り戻すのに役立てています。スマート台所用品には、 あまり実用的でない ものもありますが、この研究は印象が良好です。 Liftware 発売を楽しみにしているスプーンには、 記事を読む
NASAにより計画されている3Dプリント回路基板テクノロジーの使用方法 NASAにより計画されている3Dプリント回路基板テクノロジーの使用方法 1 min Thought Leadership 編集クレジット: Tony Craddock / Shutterstock.com 3Dプリントがどのように社会現象となったのか、注目していましたか? 今では、人々は可能なら何でも3Dプリントにしようとしているようです。もしかしたら、3D印刷の熱狂はモノのインターネットと重なり、そのうちにプリントされた スマートフォーク などというものが出現するのかもしれません。他の人は3Dプリントで作って使い捨てにできる 50の最高の製品 について記事を書いているようですが、私はNASAがどのように3Dプリントを活用しようとしているかについて紹介したいと思います。ここだけの話、NASAは宇宙船と回路を印刷しようとしています。NASAは、プリント回路をどのように、そしてなぜ使用するかを詳細に示す科学的ミッションを計画しています。また、NASAはその将来を現実化できる現行のテクノロジーのレビューも行っています。 NASAのミッションにおけるプリント回路の使用法 最後の開拓地である宇宙は極めて過酷な環境で、宇宙のかなたを探検するには尋常でない革新が必要となります。NASAは過去にも多くの 途方もないミッション を達成してきましたが、 宇宙旅行をさらに推進するには 、ミッションを完遂するため、さらに進歩した道具が必要となります。フレキシブル基板は、NASAが遠大な目標を達成するため検討しているテクノロジーの1つです。NASAの理論的な StANLE ミッションは、プリント回路がなぜ利点があるのか、どのようなものになるのかを示すため計画されたものです。 StANLEは、プリントされた宇宙船の可能性を示すために考えられたものです。私は「 記事を読む