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基板をESDから保護するための正しいPCB配線とPCBレイアウト 1 min Thought Leadership 私がランニングを始めた頃、既に何回かウルトラマラソンを完走した友人と一緒に走っていました。彼女は家から何マイルも遠くまで走り、私と一緒に短いループを走ってから、私と離れてさらに走り続けました。私が速くなると、彼女は早く家に帰る代わりに、ループを長くしました。彼女はこれに関して巧妙でもありました。彼女は常に、私が早く引き返すと退屈なルート、または私が知らない新しいルートで、近道をできないように計画していました。彼女は都市計画家として、ランニングのルートも意図的に好きなルートを選択していました。私は技術者として、まったく異なるもの、通常は走りやすい場所を望んでいましたが、彼女の意図も理解していました。結局のところ、私がPCBを設計するときも同じことが成り立ちます。私はコストや性能に関して特定の目標を達成するような配線を希望します。配線は ESD保護においては特に重要で、ESDで引き起こされるEMIからコンポーネントを安全に保護するため役立ちます。回路のループの最小化私たちのランニングのルートは多くの場合に回り道のループでしたが、PCBにおいてはその逆を行うべきです。回路のループを最小限にすれば、ESDがPCB上で伝搬されることによる損傷を大幅に低減できます。これは、変動する磁束を囲むループには誘導電流が発生するためです。この磁束がESDによるものであれば、誘導される電流が予期せずコンポーネントへ流れ込むことにより、極めて破壊的な損傷が発生する恐れがあります。場合によっては他の選択肢がなく、レイアウトにどうしてもループが必要な場合もあります。このような場合、ループの面積を最小限にします。誘導電流の大きさは、ループのサイズに比例します。 GNDプレーンの使用多層基板を設計するときは、必ず GNDプレーンを使用すべきです。PCB上に形成される最も一般的なループは、電源からGNDへの配線です。これらのループは非常に遍在的なため、見逃されがちです。 GNDプレーンを実装できない設計者は、ビアのグリッドパターン（格子状パターン）を使用して電源とGNDとを接続します。これは基本的に配線のあるGNDプレーンをエミュレートするものです。これは格子と考えることができ、1つの線に沿ったいくつかのポイントで電源の接続が発生し、GNDの配線が直交した線に沿って接続されます。 Semtech は非常に適切な例を用意しており、同社は6cmごとに接続を行うことを推奨しています。同社は、電源とGNDとの配線を近くに保持することも推奨しています。ただし、これによって基板に、特にAC電源との間にエッチングが発生する可能性もあります。グリッドパターンを使用して、電源とGNDとを接続すると、GNDプレーンを使用できないときに回路ループを最小化するために役立ちます。配線経路の最適化ループを最小化する以外に、互いに並列している配線を除去するよう心がけてください。これは、相互接続されているデバイス間の並列配線について特に重要です。並列した配線は互いに簡単に結合します。

PCBの超高真空システムでのガス放出に対応する方法 1 min Blog 「楽しみに水を差す」という言葉があります。私が高校生だった頃、マーチングバンドでサクソフォンを吹いていました。ある晩、競技会があり、4マイルの行進のうち2マイルまで行ったところで雨に降られました。私たちは雨宿りのために走らなくてはなりませんでした。多くの苦労も、ほんの少しの雨によって台無しになるという教訓です。地上では、結露があればそれを避ければいいのですが、気圧が低い場合にはそれだけで実験が失敗に終わる可能性があります。宇宙の真空中では結露は発生しないと思うかも知れませんが、多くの宇宙事業では、「ガス放出」と呼ばれるプロセスで少量の蒸気が放出され、複雑な状況が発生します。これは高真空環境で発生する現象で、近くの機器の機能を妨げたり、損なったりすることがあります。超高真空（UHV）用のPCBを設計するときは、基板からのガス放出を低減する方法を見つける必要があります。理想的な世界ならば、ガス放出を排除できるでしょうが、完全なものは存在しないので、ガス放出が発生したときに対処するための低減戦略を取り入れることが重要です。ガス放出とは何か、なぜ問題になるのか私は大学で、サクソフォンからバスーンに転向しました。バスーンとは何か知らない人は少なくないでしょう。それと同様に、PCBのガス放出（アウトガス）についてもあまり聞いたことがないかもしれません。ガス放出は、材料の中に閉じ込められている気体が超高真空の中に吸い出されるとき発生します。基板は多くの場合、各種の多孔質複合体で作られているため、この現象が大きな問題となることがあります。これらの浸透性材料は多くの場合、製造プロセスの間に空気や他の蒸気を中に閉じ込めます。その後で回路が宇宙の真空にさらされると、その蒸気が吸い出され、近くの表面に凝縮することがあります。ガス放出の問題は、凝縮の発生により光学測定器との干渉が発生したり、汚染により測定が損なわれたりすることです。これは、彗星の大気を測定するよう設計された宇宙探査機で、ガス放出が彗星の特徴的な成分よりも大きくなる可能性がある場合、特に深刻な問題となります。水蒸気など比較的ありふれた蒸気でも、任務の支障となる可能性があります。このような種類のリスクは、実験や宇宙ミッションに大きな妨げとなります。この理由から、NASAは作業場におけるガス放出の低減のヒントを公表しており、材料のガス放出をテストするためのガイドラインまで作成しました。これらのガイドラインを守っても、PCBには多少のガス放出が発生します。このため、ガス放出の制限だけではなく、軽減についても注意する必要があります。レンズや他の光学機器はガス放出によって汚染される可能性がある

Mike Brown: 貪欲であれ | 成長を続けよ | 関係を築け 1 min OnTrack Warner: Mikeさん、昔を振り返って、いつかPCB設計者になる可能性を示すような兆候が子どもの頃からありましたか? Brown: エレクターセットが大好きでした。それに、バネ付きのカーテンレールから自動車のドアの取っ手まで、何でも修理するのも大好きでした。何でもどんなふうに動くのか知りたかったですね。4年生のときのタイトル付きの自分の写真があります。「大きくなったらなりたいもの」というタイトルで、後ろに製図台が写っています。それが、私のやりたかったこと、設計「スタッフ」になりたかったんです。 Warner: 私はよく、なろうと思ってPCB設計者になる人はいないと言っています。大抵の人は、「思いがけず」この仕事に就く傾向があります。Mikeさんの場合は、どのようにして設計者になったのですか? Brown: 高校生のとき、設計者になりたいと思いました。私は高校の技術科に通っていて、製図が得意でした。高校3年生のとき、体験学習のCO-OP（産学協同教育プログラム）に参加する機会がありました。CADが主流になる前で、製図台で鉛筆を使って機械の図面を引くのが最初の仕事でした。コンピューター周辺機器や板金筐体の技術図面を作成しました。ここで、のちにCommtexという小さな通信会社で上司になるMary Kerbeと出会いました。 Maryが最初の指導係でした。彼女は、P-CADというツールを使って単純な回路設計を学ぶ機会をくれました。私はまるでスポンジのようにさまざまなことを吸収しました。特殊な技術を習うことが楽しかったですし、学校の単位を取得しながらお金をもらえることもうれしかったです。初めて回路基板を設計した（実際は模写でしたが）とき、私は17歳で、高校を終えたばかりでした。 Maryと私は今でも連絡を取り合っており、私のキャリアを通じてすっと一緒に働いてきました。最終的には、言ってみれば生徒は先生になりました。Commtexが廃業した後、私は弟子のようにMaryの後を追って、Entek、GE、Lockheed-Martin、CTA Space Systemsなどの会社を転々としました。私は、その数年で飛躍的に成長しました。それから、NASAやNaval Research Labs（海軍研究所）のようなお客様をサポートして、航空電子工学を応用した宇宙飛行のための製品開発に携わりました。よい影響力のある製品の開発にかかわることができて、驚くほどの達成感を味わいました。その後、ニューヨーク州のロチェスターに移り、Kodakの衛星用基板の設計を請け負いました。Kodakが衛星にかかわっているなんて意外ですよね? ここで、2人目の指導者、EMA Design AutomationのManny

高速PCB設計の原則：トレースは短く直接的に 1 min Thought Leadership 信号は光の速さで移動し、そのEMIも同様です。ご存知の通り、高速PCB設計ではしばしばEMIの問題が発生します。このEMIのリスクは、送信または受信アンテナとして機能する長いトレースから生じることがあります。長いトレースはより多くの距離をカバーするため、途中で敏感な回路が影響を受ける可能性が高まります。短いトレースを使用し、直接的な経路を取ることで、アンテナとトレースの近接性からのEMIリスクを減らすことができます。「少ないほうが良い」という考えには、実際に自分で経験するまで本当に信じていませんでした。ある日、友人たちとのバーベキューで、私は「グリルマイスター」として、ステーキの調味と焼きを担当しました。シンプルに塩と胡椒で味付けすることにし、塩好きの私は塩加減に制限はないと思っていました。しかし、結果的にステーキはほとんどの友人にとって塩辛すぎて食べられないものになりました。塩辛いステーキは口に悪い味を残しますし、長いトレースが多い高速PCBも同様です。PCB上の長く曲がりくねったトレースはEMIを増加させ、不動産コストをかさませます。「少ないほうが良い」を実践し、トレースを短く直接的に保つことで、誰もがあなたの設計を不味いと感じることがないようにしましょう。長いトレースはEMIリスクを増加させるご存知の通り、高速PCB設計ではEMIに関する問題がしばしば発生します。このEMIリスクは、送信または受信アンテナとして機能する長いトレースから生じることがあります。長いトレースはより多くの距離をカバーするため、途中で敏感な回路が影響を受ける可能性が高まります。短いトレースを使用し、直接的な経路を取ることで、アンテナとトレースの近接性からのEMIリスクを減らすことができます。誰も意図的にステーキに塩を過剰に振りかけることはないように、EMIのアンテナとなるようなトレースを意図的に配置することはありません。もしかすると、高周波がキャパシタのインピーダンスを変更したか、またはリターン電流がグラウンドプレーンで予期せぬループを作ったのかもしれません。理由は何であれ、アンテナ放射を軽減する最善の方法はトレースを短くすることです。アンテナは送信または受信が可能なので、「ノイズが多い」回路と「静かな」回路の両方のトレースを短くするべきです。小さなアンテナは常に大きなアンテナよりも放射または受信を少なくします。トレース自体だけが高速PCB設計でEMIを放射する唯一の要素ではありません。グラウンドプレーンの隙間も、トレースが横切るときにアンテナとして機能します。トレースを短く直接的に保つことが重要ですが、グラウンドプレーンの隙間を横切るコストでそれを行うべきではありません。大陸横断のトレースは間違いなく長すぎます。長いトレースはコストがかかるトレースが長ければ長いほど、より多くのスペースを占めます。トレースが少なければ少ないほどお金がかかります。プリント基板の設計者は常により小さなものを作るように押されていますので、トレースを短くすることで問題に追加しましょう。トレース自体がスペースを取るだけでなく、トレースの周りにはクリアランスのためのスペースもより多く必要になります。あなたの会社の会計士は、若者が言うように、「塩辛い」かもしれません。過度に大きなPCBのために支払いをさせることで、彼らをさらに塩辛くしないでください。直接トレースし、ルーティングする前に考えてください。トレースを短くする方法高速トレースの長さを短くする最良の方法は、PCBを慎重にレイアウトすることです。高速システムを互いに近くに配置し、受信機をそれぞれの入力の近くに保ちます。良いPCBレイアウトは、問題が発生する前にそれを解決するのに役立ちます。高速システムが互いに近いようにレイアウトを設定することで、短いトレース長で設計を開始できます。特に、信号入力から受信機へのパスをできるだけ短く保つことが重要です。このラインはシステムに最も「ノイズ」を注入する可能性があります。さらに、高速コンポーネントを近接させておくと、放射されたEMIの他の回路への影響が少なくなります。最初のトレースを引く前にギャップを閉じましょう。これらの回路設計原則はほとんど常識かもしれませんが、それらを実装することは面倒な作業になることがあります。幸いなことに、あなたの PCB設計ソフトウェアが助けになります。高速システムを色分けして、コンポーネントとトレースを追跡しやすくすることを試みてください。良いトレースルーティング機能を備えたソフトウェアは、トレースを最短の可能なパスにルーティング、または再ルーティングすることを容易にします。

適切なPCBレイアウトでは、どのようにして設計へのヒートシンクの追加を回避できるか 1 min Thought Leadership 不具合のあるコンピューターモニターなどの製品リコールは、避けることのできる経済的負担です私は、何年にもわたって、コンピューター技術が提供する必要のある高解像度や色深度を表示できる新しいモニターを買い続けてきました。モニターをつないで機能をテストするさまざまなアプリケーションを試すときはワクワクしました。どのアプリケーションも全く問題なく動作していたので、私は新しいモニターを自慢するため、オフィスを離れました。戻ってくると、モニターの表示がちらついているではありませんか。動揺した私は、電源を切ったり入れたりしてちらつきが解消するか確認しました。新しいモニターは明らかに壊れていました。数日後、問題があるかどうか確認するため、モニターの筐体を開けて中をのぞいてみました。すると、ビデオ回路の1つが電源に直接取り付けられていることが判明しました。このため、仕様通りに機能しない温度にまでビデオ回路が熱くなって、モニターは壊れてしまったのでした。遮熱材を取り付けてビデオ回路から熱エネルギーを移すことで、簡単に修理できました。とはいえ、本当の問題は製品の設計にありました。ビデオ回路は、これほど電源に近い場所に配置されるべきではありませんでした。 PCBの最悪の敵である熱コンポーネントは余分な熱で壊れたり仕様外の動作をしたりすることは誰もが知っていますが、いつ熱が問題になるかわかりません。場合によっては、熱管理のトラブルシューティングは特に難しく、稀な状況でのみ問題になることがあります。例えば、高温が発生する場合があります。さらに、放熱の問題は、度重なる熱サイクルで熱膨張や熱収縮が起きたために割れたはんだ接合のように、経時的に発生する可能性があります。これらの放熱の問題は試験で見逃される可能性があります。したがって、このようなシナリオを避けるため、適切に基板をレイアウトすることが重要です。 PCBにコンポーネントを配置する前に外部熱源の位置を考慮する PCB設計者はどうすべきか PCB設計では、 SMTヒートシンク、ファン、サーマルビア、その他の技術を使って、熱を緩和するのが一般的です。これらの方法はとても効果的ですが、設計のコストと複雑さが増します。最も安価で最も信頼性の高い対策は、好ましくない外部熱源からの熱伝導が問題にならないようにPCBを設計することです。問題を回避する設計をしましょう。問題箇所にコンポーネントを配置しないことです。設計を考えるとき、PCBはより大きいシステムの一部であることを忘れないでください。PCB上で、相互に関連する発熱部品どうしの配置や、製品全体の他の部分と関連する発熱部品の配置を考慮する必要があります。PCBは、それが設計されるデバイスによって異なるので、外部熱源は基板の周りに3次元的に配置される可能性があります。このことを念頭に置いて、以下の点を考慮する必要があります。熱源の隔離: 電源など、発熱するサブシステムをレイアウト内で隔離し、他のコンポーネントに影響を与えないようにします。他のPCB: 近くのPCBに、発熱するコンポーネントまたは熱に弱いコンポーネントが含まれている可能性が十分にあります。物理的な部品: 機械部品、配線、および取付けフレームが、PCBから熱を吸収したり製品の他の部品に熱を伝達したりすることがあります。これには、ユーザーが接触する可能性のある部品が含まれます。筐体: 設計者として、製品をより小さくコンパクトにするプレッシャーが常にあります。つまり、PCBの周りの筐体がますます窮屈になっています。このことが、PCBからの熱伝導にどのように影響するかを注意深く検討する必要があります。空間が狭くなるほど、対流による冷却機会は減り、熱に敏感な他の場所への熱伝導の機会が増加します。 PCBの筐体のサイズを考慮しましょう。基板をどのようにレイアウトするかに影響する可能性があります。

PCB設計プロセスを容易にするモジュールの使い方 1 min Thought Leadership 画像出典: Adobe Stockユーザー alexbrylovhk ヨセミテへの初めての旅で、私はとんでもなく大変なことをしようとしていました。大きな山と無謀な計画。私はクラックにすっぽりと入り込んで身動きが取れなくなってしまいました。一晩の緊急野営の後、私のプロジェクトは終わりを告げられ、谷底に戻った私は征服できなかった山を見上げる羽目になりました。PCB設計でも、概念的な仕様を実際の設計に移す際に適切に計画を立てないと、空しく終わったこの登山のような結末になる可能性があります。同時に考慮すべき要素が多数あります。例えば、空間とパフォーマンスを最適化するため、主要コンポーネントをどの場所に配置するか、どのコンポーネントを最初に配置するかなどがあります。また、サブシステムをどこに収納するか、どの配置が結果的に最もきれいにトレースできるかなども検討する必要があります。このような最初の決定事項は、面倒な作業だったり、先送りされたり、ヨセミテ登山のように完全に最初からやり直しをする必要があったりする可能性があります。設計者の障害物を打ち破るため、仮想コンポーネントにモジュール化することで設計の概念を容易にします。画像出典: Flickrユーザー Uwe Hermann （CC BY 2.0）山を分割する登山者が山にアプローチする方法と同じように、PCB設計を管理可能な「ピッチ」に分割し、頂上に到達するまで各ピッチに個別に取り組みます。設計を開始するには、設計内に自己完結している部分やよく知っているインターフェイスがある部分を探します。それらの部分は、最終的には詳細に設計する必要がありますが、最初の段階では基板上に存在することを明らかにしておくだけで十分です。それらの部分が特定できたら、プレースホルダーを使って一時的に作業対象から外し、「ブラックボックス」として扱います。これにより、登山ルートを計画するように、全体像に焦点を絞り、後で各部分に戻って作業を進めることができます。設計にプレースホルダーを使用してレイアウトのセクションに優先順位をつけることを、一般に「設計のモジュール化」と呼びます。モジュール化を検討する場合、設計で使用する実際のコンポーネントは、2つの理由でブラックボックスになります。それらのコンポーネントは、ピン配列および仕様で明確に定義されたインターフェイスを提供します。パフォーマンスは事前定義され、インターフェイスに固有であることがわかっています。この結果、それらがインターフェイスでどのように機能するかを定義する必要はなくなります。アンペア、CPU、レギュレーターなどの内部のしくみを示す必要があるとしたら、プロジェクトがどれほど複雑になるか想像してみてください。極めて複雑になるはずです。

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