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。

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77 GHz レーダー用オートモーティブレーダーPCB：ルーティングとシグナルインテグリティ 1 min Thought Leadership 最近の技術は急速に進化しており、自動車用レーダーは導入後間もなく、主に24 GHz近辺で動作していたものが、77 GHz波長へと移行しました。最近の規制変更により、77 GHzへの移行が可能となり、これには多くの利点があります。短い波長はより広い帯域幅を可能にし、より良い解像度、より小さいデバイスの形状、そしてより長い範囲を提供します。この帯域は偶然にも二原子酸素の2つの吸収帯の間に位置しており、24 GHz帯は水の吸収帯と重なっています。高い周波数の使用は、77 GHz波長レーダーモジュールの設計、シミュレーション、およびテストに一連の課題を生み出します。レーダーモジュール自体の設計に加えて、デバイスレイアウト、より小さい形状への統合、および車両内のより大きなエコシステムへの統合は、完全自動運転車への長い道のりでの設計上の課題です。長距離対短距離 77 GHz波長レーダー前回の投稿で説明したように、チャープされたGHzパルスは、レーダーシステムの視野内の複数のターゲットを識別するために使用されます。チャープパルスの使用により、参照オシレータからの信号に対するドップラーシフトとビート周波数を測定することで、複数のターゲットの速度と距離の検出が可能になります。位相配列アンテナ（3 Txおよび4 Rx SFPAs）の使用により、方向性の放射が可能となり、前述の2つの量とともに進入角を決定できます。自動車用途の77 GHz波長レーダーで使用されるアンテナアレイのジオメトリチャープ長（周波数範囲として測定）は、特定の自動車レーダーシステムの適用可能性の主要な決定要因です。長距離レーダー（LRR）は1 GHzの線形チャープパルス（76〜77 GHz）を使用し、高解像度短距離レーダー（SRR）は最大4

ダンピングと反射伝達における直列終端抵抗

ダンピングと反射の転送における直列終端抵抗 1 min Blog 伝送線路を含む基板では、トレース、ソース、および負荷インピーダンスのマッチングが重要です。これらの条件を達成するために、単終端伝送線路に直列終端抵抗を使用する設計がいくつか見られるかもしれません。これを行う理由は、信号を遅らせるため、またはドライバーの出力インピーダンスを設定するためであり、誰に尋ねるかによって異なります。驚くかもしれませんが、終端用の直列抵抗の配置は時々誤解されます。生じる疑問のいくつかは：直列抵抗を手動で配置する必要があるのはいつですか？目標インピーダンスに伝送線路を設計するだけでよい場合はいつですか？短い伝送線路と長い伝送線路では何をすべきですか？直列抵抗を使用した場合の信号整合性において、負荷容量とグラウンドバウンスはどのような役割を果たしますか？単終端線路と差動線路の間に違いはありますか？シグナリング標準にインピーダンス要件がない場合（例：SPIやI2C）にはどうすればよいでしょうかこの記事では、高速GPIOやシリアルバスの観点から、上記のいくつかの質問を見ていきます。私たちはしばしば SPIのような標準を見て、インピーダンス要件が指定されておらず、バスが遅く動作するため、終端が不要であると簡単に仮定します。しかし、これはすべての場合に当てはまるわけではなく、任意の終端抵抗の配置は、注入される信号の立ち上がり時間、トレースの入力インピーダンス、およびライン上のオーバーシュートの減少に影響を与えます。単端線上のシリーズ終端抵抗の2つの機能シリーズ終端を使用する典型的な理由は以下の通りです：バスにはインピーダンス仕様がありません出力インピーダンスと信号レベルは、特殊ロジックの目標値に調整されていますプッシュプルドライバーは非常に迅速に切り替わります（数ns以下であることもあります）受信機で見られる信号の立ち上がり時間は、負荷容量に依存しますドライバーからの出力インピーダンスは通常低いですライン上にリンギングがあります最後の点は、長い伝送線上の反射、または短い線上での過渡応答の励起の2つの要因によって引き起こされる可能性があります。前者はインピーダンスの不一致に関連していますが、後者は代わりにグラウンドバウンスの原因となる同じ要因に関連しています。長い線上の反射：ドライバーの出力インピーダンスは常に伝送線の単終端インピーダンスよりも小さいため、ソースでの直列終端が時々使用されます。理想的な場合、出力インピーダンスは0オームですが、一般的には小さな非ゼロ値になります。終端抵抗の値をサイズする最も簡単な方法は、伝送線インピーダンスから出力インピーダンスを引くことです：

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高密度インターコネクト - 設計と製造のガイドブック 4 min Guide Books Happy Holdenが提供する高密度インターコネクト設計、ルーティング、レイアウト、およびHDI PCBの製造に関する専門的なアドバイスのコンパイルです。

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PCB設計におけるシリコンフォトニクス統合の課題 1 min Blog シリコンフォトニクスは、シリコンICで使用されている製造プロセスをそのまま使用します最近のIEEEカンファレンスでリチャード・ソレフと会い、電子・フォトニック統合回路（EPICs）の現状について話し合う機会を得ました。彼はしばしば「シリコンフォトニクスの父」と呼ばれており、その理由は明らかです。彼に優しく頼めば、シリコン上に直接フォトニック回路としての基本的な論理ゲートをどのように構築するかを教えてくれるでしょう。今はシリコンフォトニクスにとって画期的な時期です。この技術は数十年前から存在していますが、現在、大量商業化の寸前にあり、大衆に提供されようとしています。標準的な電子部品で動作するシステムにシリコンフォトニクスを統合する前に、克服すべきいくつかのエンジニアリングの課題がまだあります。 ICおよびPCB設計における100 Gbps+の課題ここまで読んでまだ混乱している人のために、いくつかの背景を説明します：フォトニック回路とは、光のみを使用して動作する回路要素です。これらの回路は、光学および電子工学のコミュニティで主要な話題です。12年前、設計者は銅を介して100 Gbpsでデータを転送できる単一リンクの作成について話していました。銅は短距離で100 Gbpsのデータ転送を可能にすることがわかり、一方で光ファイバーは長距離で最適に機能します。遅い機器でも並列化を使用して、データレートを100 Gbpsや400 Gbpsに増加させることができます。100 Gbpsネットワークで動作するために必要な光学機器は、非常に特定の設計要件を持ち、すべての電子部品と普遍的に互換性があるわけではありません。データレートが増加するにつれて、PCBやIC内の電気信号の整合性の問題がより顕著かつ目立つようになり、その結果、信号の立ち上がり時間が短くなります。ICレベルでは、データレートの増加に伴い、相互接続遅延時間、伝播遅延時間、およびクロストークの強度がすべて増加します。PCBレベルでは、クロストーク、放射されたおよび伝導されたEMI、および熱管理が、高速設計の重要な考慮事項となります。光学部品は、電子部品で見られる同じ信号整合性の問題に悩まされない、より高帯域幅の解決策を提供します。電子IC設計におけるより大きな並列性は、光学部品によって提供されるより高帯域幅の解決策を必要とします。フォトニック集積回路（PIC）と電子・フォトニック集積回路（EPIC）に注目してください。前者の回路は、多数のフォトニック要素を単一のパッケージに統合して、完全に光で動作するように設計されています。後者の回路は、光を使用して動作するように設計されていますが、これらの回路には電子要素が現れることがあります。したがって、これらの回路は、電子部品の帯域幅に応じて、標準的な電子部品ともインターフェースできます。なぜフォトニクスで、なぜシリコン上なのか疑問に思うかもしれません。シリコン製造所とチップ製造能力の成熟度は、これらの伝統的な製造プロセスをフォトニック回路に即座に適応させることができることを意味します。もし私たちが近いうちにPICやEPICを見ることになるなら、それらは最も確実にシリコンフォトニクス技術に基づいて構築されるでしょう。将来的には、これらのICをPICやEPICとインターフェースすることになるでしょう PCBでのシリコンフォトニクスの使用における課題シリコンの素晴らしい点は、1550 nmの波長で透明であるため、1550

RF PCBで位相同期ループICをレイアウトする方法

RF PCBで位相同期ループICをレイアウトする方法 1 min Thought Leadership 通信システム、無線システム、および周波数合成が必要なその他のRFデバイスの一部として、位相同期ループはPCB設計において重要な役割を果たします。高周波トランシーバーや高速デジタルデバイスには、安定した内部制御可能なクロック信号を提供する統合VCOレイアウトとともに、統合された位相同期ループが含まれています。しかし、一部のPLL ICは、パッケージ内に統合VCOレイアウトを含む、個別のICとして利用可能です。合計すると、PLLはRF PCB設計において、復調、位相ノイズの除去、周波数合成におけるクリーンな波形の提供など、いくつかの重要なタスクを可能にします。 PCB内の位相同期ループは、他のRF PCBと同様に、寄生効果の影響を受ける可能性があり、設計者は個別の位相同期ループを使用している場合、賢明なレイアウト選択を行うべきです。位相同期ループの使用目的は何ですか？位相同期ループには、アナログ（RF）システムや、ボード全体で正確なクロックおよび信号同期が必要なシステムにおいて、いくつかの重要な機能があります。ここでは、位相同期ループの基本的な機能と、それらがRF PCBにおいて重要である理由をいくつか紹介します。フェーズノイズの除去：フェーズロックループは、電圧制御発振器（VCO）によって提供される基準と同期することで、基準信号からフェーズノイズを除去するためにも使用できます。過去には、これらのタスクにいくつかの別々のコンポーネントを使用していましたが、現在のフェーズロックループはVCOのレイアウトをICに統合しています。周波数合成：アナログまたはデジタルのフェーズロックループは、ある基準よりも高いまたは低い周波数での周波数合成にも使用できます。デジタル合成の観点からは、フェーズロックループを使用してデジタルパルスの繰り返し率を減少または増加させることができます。どちらの場合も、商用および実験用のフェーズロックループでGHzの10倍の振動/繰り返し率に達することができ、多くのRFアプリケーションをサポートできます。 FM信号の復調：フェーズロックループにFM信号が供給されると、VCOはその瞬時周波数を追跡します。ループフィルターステージ（下記参照）からの誤差電圧出力、つまりVCOを制御するものは、復調されたFM出力と等しくなります。低速/低周波数では、特定のドライバーの位相ノイズは通常、それを補償するために位相同期ループを利用する必要がないほど低いです。主な原因は、PCBレイアウトレベルで修正できる他の問題によるものです。位相同期ループの各コンポーネントの役割位相同期ループは、アナログアプリケーションではVCOからの負のフィードバックを使用し、デジタルアプリケーションでは数値制御オシレータ（NCO）を使用します。アナログアプリケーションでは、VCOまたはNCOからの出力周波数は、それぞれ入力電圧またはデジタル入力に依存します。いずれの場合も、PLLからの出力は、参照入力信号との位相差に比例します。位相差（そして出力）が時間とともに変化しない場合、その二つの信号は同じ周波数でロックされます。 RFシステムでは、アナログVCOからの出力は入力電圧に依存するため、参照クロック信号を変調するのに役立ちます。位相同期ループ内では、VCOはループフィルターを使用して特定の参照に効果的にロックします。アナログ位相同期ループでは、ループフィルターが所望の参照信号にロックするまでに時間がかかります（約100 nsに達します）。ループフィルターからの出力は、位相同期ループ内でも特別な位置を占めます。VCOを使用して所望のキャリア信号にロックする場合、周波数または位相変調信号は通常、位相同期ループのロック時間よりもはるかに速い速度で変調されます。この場合、ループフィルターは、参照とVCO信号の瞬時位相差に比例するエラー信号を出力します。変調された参照信号がキャリアとして位相同期ループに入力されると、このエラー信号は実際に復調された信号です。位相同期ループのブロック図位相同期ループのためのPCBレイアウト

なぜ、そしてどのようにして次の設計でアルミニウムPCB基板を使用するか

なぜ、そしてどのようにして次のスタックアップ設計にアルミニウムPCB基板を使用するか 1 min Thought Leadership アルミニウムは、ただのソーダ缶以上のものに使えます 30代になってからはあまりソーダを飲まなくなりましたが、コーラの缶を作る以外にもアルミニウムには多くの用途があることを知っています。その一つが、PCBのコアとしての熱管理のための材料としての使用です。アルミニウムは高い熱伝導率を持ち、他の受動的または能動的な冷却手段ではコンポーネントの温度を十分に低下させることができない場合に、PCB上のアクティブコンポーネントから熱を運び去るために使用することができます。熱管理のためのアルミニウムPCBの使用アクティブコンポーネントは大量の電力を消散させるため、CPUや大量のスイッチングトランジスタを持つ他のコンポーネントに冷却ファンを使用します。周囲温度が過度に高い場合、能動的な冷却手段は、基板の温度を周囲のレベルに近づけるためにのみ有効です。さらに、能動的な冷却で放散できる熱量には限界があります。これが、アクティブコンポーネントから熱を逃がすために追加の戦略が必要とされる場所です。アルミニウムは、PCBのコアに使用できる代替材料の一つであり、一般に誤って「アルミニウムPCB」と呼ばれることがあります。PCBの金属コアとしてアルミニウムを使用することで、その高い熱伝導率のおかげで、アクティブコンポーネントから熱を容易に逃がすことができます。アルミニウムまたは他の金属をPCBのコアに使用することで、熱がボード全体により均一に分散されます。これをFR4と比較すると、FR4はPCB基板用の代替材料の中でも比較的熱伝導率が低い方です。PCB上のアクティブコンポーネントの近くにホットスポットが形成されることがあり、熱を逃がし、温度を安全なレベルに保つためにアクティブおよびパッシブの冷却手段が使用されます。アクティブコンポーネントから発生する熱は、熱ビアやランドを使用して、コンポーネント層から内部のグラウンドまたは電源プレーンに運ばれることもあります。これを、PCB基板用の他の代替材料と比較して、比較的熱伝導率が低いFR4と対比してください。 PCBのホットスポットはアクティブコンポーネントの近くに形成される可能性があるため、熱を放散して温度を安全なレベルに下げるために、アクティブおよびパッシブ冷却手段を使用します。アクティブコンポーネントによって生成された熱は、熱ビアやランドを使用して、コンポーネント層から内部のグラウンドまたは電源プレーンに移動させることもできます。アルミニウムPCBスタックアップアルミニウムPCBを製造の観点から見ると奇妙な選択に思えるかもしれませんが、アルミニウムPCBで使用できるスタックアップは、FR4基板で使用できるスタックアップに似ています。以下の画像に示すスタックアップの例です：アルミニウムPCBの例示レイヤースタックアルミニウムPCBスタックアップは、以下の考慮事項で設計されるべきです：表面層：これは標準の銅箔層です。一部のメーカーは、FR4で使用されるよりも重い銅（最大10オンス）の使用を推奨します。誘電体層：内部の誘電体層は、プリプレグとして機能する任意の熱伝導性層です。これはポリマーやセラミック層であることができます。特に熱伝導率に対する電気伝導率の比率が高いセラミックを選択することで、熱管理を助けつつ十分な絶縁を提供します。誘電体層の典型的な厚さは0.05から0.2 mmです。アルミニウム膜層：アルミニウム膜層は、望ましくないエッチングからアルミニウムコアを保護する保護的な役割を果たします。これは非常に薄い絶縁層であり、コアを通してドリルされた任意のビア（下記参照）にとって重要な役割を果たします。