筆者について

Zachariah Peterson

Zachariah Petersonは、学界と産業界に広範な技術的経歴を持っています。PCB業界で働く前は、ポートランド州立大学で教鞭をとっていました。化学吸着ガスセンサーの研究で物理学修士号、ランダムレーザー理論と安定性に関する研究で応用物理学博士号を取得しました。科学研究の経歴は、ナノ粒子レーザー、電子および光電子半導体デバイス、環境システム、財務分析など多岐に渡っています。彼の研究成果は、いくつかの論文審査のある専門誌や会議議事録に掲載されています。また、さまざまな企業を対象に、PCB設計に関する技術系ブログ記事を何百も書いています。Zachariahは、PCB業界の他の企業と協力し、設計、および研究サービスを提供しています。IEEE Photonics Society、およびアメリカ物理学会の会員でもあります。

最新の記事

基板の反り

歪んだPCBを修正できますか？ 1 min Blog この記事に深入りする前に、簡単な答えをお伝えしましょう。既に製造されたPCBの反りを修正することは、おそらくできません。適切な材料が選択され、基板が正しくリフローに入れられる限り、組み立て中に反りが生じないように防ぐことはできます。この記事では、そのようなポイントのいくつかについて説明し、反りが生じた基板を回復させるためのポイントをいくつか検討します。未組み立ての回路基板の反りを修正することは高度な作業であり、基板をガラス転移温度以上に加熱して圧迫する必要があります。個人の設計者であり、メーカーから裸の回路基板や組み立てられた基板のバッチを受け取った場合、それらを修正することはできません。これらを廃棄する方が良いでしょう。この記事の後半でその理由を説明します。 PCBの反りを防ぐ方法 PCBの反り防止を見る前に、反りの原因についていくつか見てみましょう：パネル内の混在した向き：パネル内での向きを混在させてパネルあたりの基板数を最大化することは、誘惑的です。 CTEとTgの層間不一致：これらの値が一致しない場合、特定の層にストレスが蓄積され、変形を引き起こし、歪みが生じます。非対称スタックアップ：CTE/Tgの不一致に加えて、層スタックの非対称性が大きい場合、非対称性は一部の層に平面ストレスを与え、歪みを引き起こします。リフロー/ウェーブ：過度のリフロー、ウェーブ、および再作業サイクルを繰り返すことで、歪みが蓄積されることがあります。また、はんだ付け中に基板をクランプすると、歪みが生じることがあります。これらは、設計者と製造者が対処する必要がある基板の歪みの主な原因のいくつかです。パネルサイズのための設計常にこれを行うことができるわけではありませんが、スループットと収率の目的でこれを考慮することは重要です。混在した向きを必要としないように基板を設計できれば、歪みのリスクを回避できます。パネル内の基板の混在した向きは、一部の基板がガラス繊維のストランドの長軸およびパネルの長辺に沿っていないことを意味します。ほとんどの場合、これは問題になりません。しかし、以下のガイドラインのいずれかに従わない場合、混在する向きが原因でボードの一部が反りやすくなる可能性があります。その結果、同じパネル内の一部のボードが反ってしまい、他のボードは反らない可能性があります。以下のガイドラインのいくつかを無視してボードを設計する必要がある場合は、可能であれば、反りやすいボードをすべて同じ向きに配置できるようにしましょう。つまり、ボードの長い辺をパネルの長い辺に沿って配置します。スタックアップでの材料のマッチングこれは、設計者が製造業者と協力して、ボードが仕様通りに製造できるようにし、生産中にボードが反らないようにする必要がある場面です。自分自身でPCBスタックアップを設計し、異なる材料を混合している場合は、Tg値とCTE値が互いに互換性があることを確認してください。言い換えれば、温度がTgを超えたときのTg値とCTE値はすべて似ている必要があります。これを行う理由は、PCBスタックアップ内のすべての材料のCTE値に一般的な不一致を防ぐためです。一般に、CTEの不一致はスタックアップ全体で不均一な膨張を引き起こし、これは既に運用中の信頼性の問題を生じさせることが知られています。特に高アスペクト比のビアでの亀裂。同じタイプのCTEの不一致もスタックアップの設計で避けるべきです。銅を対称に配置するこれは、私が協力するメーカーと矛盾するように古い設計者が試みる場合の一例です。銅の配置は、ボードが反りを伴わずに製造される唯一の方法としてしばしば引用されます。完全に反りをなくすことはできませんが、ボードの反りが組み立て欠陥を引き起こさないほど低くすることはできます。銅の配置は、設計者が対向する層上の銅をバランスさせるために使用できるツールの一つです。

PCBオートルーター

自動化されたPCBルーティング：Situsトポロジカルオートルータを使用 2 min Blog このページでは、Situs Topological Autorouterについて説明します。PCB Editorのこの部分は、トポロジカルマッピングを使用してPCBルーティングパスを定義し、これを高品質のルートに変換します。

レングスチューニング

相対長チューニングとxSignals 1 min Guide Books 高速インターフェースは、一般的に差動ペアとしてルーティングされたシリアルバスや、高いクロックレートで動作する並列バスとして構築されます。これらのバスでは、信号群が要求されるクロッキングウィンドウ内で受信コンポーネントに到着できるように、バス内のトレースがマッチした長さである必要があります。この長さのマッチングは、クロッキング信号の長さと、バス上を移動する信号の立ち上がり時間によって制約されます。例えば、DDR3/4メモリインターフェースでは：8ビットのデータのそれぞれには、関連するデータストローブと差動クロックがあります。データはストローブからキャプチャされるため、ストローブに関連するデータビットは、そのストローブビットに近い長さでマッチングされなければなりません。CSI-2のような他のプロトコルでは、カメラインターフェースに接続する複数の差動ペアが並列にルーティングされています。これらの差動ペアは、各ペア内でトレースがマッチしている必要があり、ペア同士も互いにマッチしている必要があります。 PCB設計ソフトウェアの長さ調整ツールを使用すると、これらの構造を非常に簡単に配置および調整できます。長さ調整ツール Altium Designerには、PCBレイアウトに長さ調整セクションを適用するための2つのツールがあります： - インタラクティブ長さ調整 – 単一トラック用； - インタラクティブ差動ペア長さ調整 – 差動ペア用。長さ調整には3つのパターンが利用可能です：アコーディオン、トロンボーン、およびノコギリ波。 xSignalsを使用した長さ調整長さ調整を開始する前に、特別なネットクラスを作成する必要があります。その後、これらを長さ調整ルールで使用できます。ネットクラスとxSignalsクラスの両方を長さ調整に使用できます。しかし、

アイダイアグラム

アイダイアグラムとは？ 1 min Blog PCB設計者

PCB設計者

シミュレーションエンジニア

電気技術者

PCB設計者

シミュレーションエンジニア

シミュレーションエンジニア

電気技術者

電気技術者アイダイアグラムは、高速チャンネル内の信号の動作と、反復励起に対するチャンネルの応答について知る必要があるすべての情報を提供します。

非機能パッドPCB

非機能パッドがPCB設計に与える影響 1 min Blog 非機能パッドに関する議論は、しばしば全てか無かの議論として枠組みされ、信頼性や信号完全性への影響についての議論が豊富にあります。ビアにそれらを残すべきか、あるいは全てのビアからそれらを取り除くべきか？どのような設計決定にもトレードオフがあり、通常、設計のある側面が他のすべてを優先します。非機能パッドの使用に関して一般化されたルールはないため、設計者は特定のアプリケーションを考慮して、レイアウトに非機能パッドを含めるべきかどうかを決定する必要があります。この記事では、信号完全性、信頼性、およびルーティング密度の3つの観点から非機能パッドの問題を検討します。一部の設計では、これらの問題は互いに排他的であるため、以下に挙げる設計上の課題のうち、製品にとって最も重要なものを決定する必要があります。非機能パッドを用いた設計の信頼性テレグラフィングとECM故障スルーホールビアに非機能パッドが存在すると、「テレグラフィング」と呼ばれる状態を引き起こす可能性があります。ビアに銅が多すぎると、パッド間の材料が樹脂不足になります。その結果、銅スタックのイメージが、誘電体の表面層にピークとバレーとして現れます。言い換えると、銅スタックのイメージが基板表面に「テレグラフされる」のです。最近のポッドキャストのゲストが説明したように、高い箇所はエポキシが「押し出される」地域を作り出し、これによりパッドとビアバレルが直角を形成する隣接するパッド間に空隙が残り、熱的な故障を引き起こす可能性があります。空隙の形成は、もう一つの信頼性の問題、すなわち電気化学的移動（ECM）故障を引き起こします。ビアジョイントでの空隙形成は接着問題を引き起こし、ECMパスを許容します。これにより、パッド間のわずかな電圧差により、パッド間に樹状または繊維状の構造物が成長する原因となります。これらの構造物の成長は時間とともに蓄積し、最終的には診断が困難なPCBの故障につながります。樹枝状構造が隣接する導体間の隙間を埋めることができれば、短絡が発生します。樹枝状構造の断面積が小さい場合、電流密度が高くなり、構造が焼損して、事実上故障が除去される可能性があります。これにより、診断が困難な間欠的な故障動作が引き起こされます。これらの材料におけるECMに関する良いレビューはこちらで見つかります： Yi, Pan, et al. "薄い電解質層の下での銅張り積層板と無電解ニッケル/浸金印刷回路基板の電気化学的移動挙動。" Materials 10, no. 2 (2017)

ハイブリッドビームフォーミング

ハイブリッド・ビームフォーミングとは何ですか？ 1 min Blog ビームフォーミングは、特定の方向に電磁エネルギーを送信するために無線システムでアンテナアレイを使用する重要な放送方法です。より多くの無線システムが、ビームフォーミングとMIMOを使用して複数のユーザー（またはターゲット）を処理する能力を拡大しています。これは既にレーダー、WiFi、および新しい高帯域幅通信システム（5G）で使用されています。システム設計者にとって、これらのシステムのアンテナアレイのレイアウト要件を理解することが重要です。これらは、RFシステムで使用されるビームフォーミング方法に関連しています。ビームフォーミングに関しては、MIMOとの区別について混乱が生じることがあり、二つは互いに関連していないと述べられることがあります。これは特別な場合にのみ真実ですが、一般的には多ユーザーMIMO（ MU-MIMO）は、複数のターゲットに変調信号を指向するためにビームフォーミングを必要とします。この記事では、アナログとデジタルの技術を組み合わせた進んだ方法であるハイブリッドビームフォーミングの実装について見ていきます。この方法は、デジタル技術とアナログ技術の両方を組み合わせて複数のビームを作成し、さまざまな強度で複数のユーザーに到達することができます。RFイメージングシステムやレーダーシステムの場合、MIMO技術でのハイブリッドビームフォーミングは、調整可能な解像度で複数のターゲットを追跡することも可能にします。ハイブリッドビームフォーミング概要ハイブリッドビームフォーミングのシステム設計方法論を見る前に、アナログおよびデジタルビームフォーミング方法の簡単な概要が重要だと思います。ビームフォーミングは、アンテナからの放射分布を工学的に制御し、電磁エネルギーを特定の経路や角度に沿って指向させる技術です。ビームフォーミングを実行するために必要な主要な構造は、二次元において規則的に配置されたアンテナ群、つまりアンテナアレイです。位相アレイに送信される信号の相対的な位相と振幅を制御することで、放射されるビームの方向を制御できます。さらに、偏波を利用するか、アレイ内の各エミッターから一方向にのみ電磁放射を放出することで、放出可能なビームの数を倍増させることができます。アナログビームフォーミングアナログビームフォーミングは、アンテナアレイ内の複数のアンテナに信号を送信することで動作します。各アンテナに送信される信号は、特定の時間窓によって遅延され、アレイ内の各アンテナから放出される放射に位相差を適用します。これらのアンテナアレイは、位相アレイとしてよりよく知られており、この位相差の適用は、RFシステムにおけるビームフォーミングのための歴史的に支配的な方法でした。この方法では、単一の信号（場合によっては変調された）をアンテナアレイに入力します。この信号は、各アンテナに到達する前にトランシーバーによって位相がシフトされます。アンテナ間の間隔は、ビームの方向とサイドローブの強度を決定します。理想的なゲインの増加はlog(N)となります。ここで、Nはアレイ内のアンテナの数です。最後に、一次元に沿った強度分布（下記に示す）は、複数の発信器からの回折のケースです。これらのアレイは、位相を調整することでスキャンすることができます。2Dアレイの場合、最大スキャン角度を垂直方向に設計できます。これは以下の要因に依存します：放射波長（自由空間内）放射要素のサイズ（上記の例では垂直サイズ）放射要素間の距離（上記の例では垂直距離）同じ考え方が水平方向にも適用されます。これで、2つの直交するスキャン方向があり、これらは放射アンテナ要素のサイズ、数、密度に応じて異なる解像度を持つことができます。RF設計のいくつかの重要な領域で重要なトピックであるため、このトピックについては次の記事でより深く見ていきます。デジタルビームフォーミングデジタルビームフォーミングは異なるアプローチを取り、直感的ではありません。デジタルビームフォーミングでは、複数の変調信号がアンテナアレイに送信され、アレイに送信された信号の位相と振幅が組み合わされて、望ましいビームパターンを生成します。最も基本的なケースでは、単一の入力データストリーム（例えばQAM星座点）が複数のアンテナに送信され、振幅が組み合わされて望ましい放射パターンを生成します。デジタルビームフォーミングは、実際にはプリコーディングと呼ばれるより高度なタイプの放送の特別なケースです。ビームパターンは、キャリア波と空間分布関数（Y）の積の和として定義できます。各要素から放出される信号（y）と各要素への入力信号（x）との関係は、以下に示すようにプリコーディング行列で定義されます：ここでの鍵は、上記で定義されたプリコーディング行列を決定することです。これには、望ましい放射パターン（y関数のセット）から逆算して、N放射要素の方程式のシステムを解くことが含まれます。これはソフトウェアまたはシステムコントローラー（