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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より効率的なフローのために、干渉チェックをECADへ移行する 1 min Blog 電気技術者

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技術マネージャー完成した電子設計は、電子設計における干渉チェックのために機械設計者へ引き渡されます。この反復的なアプローチは遅延を招き、納期に間に合わなくなる原因にさえなります。

接地を保つ：PCBレイアウトにおけるデジタル、アナログ、およびアースグラウンド

エレクトロニクス設計におけるグラウンドリファレンスとシャーシグラウンドについて 1 min Thought Leadership アース接続技術、接地、PCBのグラウンド接続、PCBシャーシグラウンドの概念は、国際基準が概念と用語を分離しようと試みても、電子工学においては非常に複雑です。グラウンディングは、電子設計、電気作業、もちろんPCB設計のすべての側面で重要です。すべての回路には、私たちがグラウンドと呼ぶ参照接続が必要ですが、正確な参照はさまざまなシステムで異なる方法で定義されます。さまざまなタイプの電子機器でPCBグラウンドがどのように機能し、グラウンド接続をどのように使用するか不確かな場合、すべてのシステムに適用される単純な答えはありません。異なるタイプの電子機器は、それぞれのポテンシャル参照を異なる方法で定義し、すべてのグラウンドが同じポテンシャルにあるわけではないことが、入門電子工学のクラスで学んだこととは対照的です。この記事では、デジタルグラウンド、アナロググラウンド、シャーシグラウンド、そして最終的にアースグラウンド接続を定義し統合するためのシステムレベルのアプローチを取ります。グラウンドが最終的にPCBにどのように接続され、最終的にシステム内のすべてのコンポーネントに接続されるかを学ぶために読み続けてください。回路におけるグラウンド参照とは何か、そしてそれは何をするのか？地面を定義する方法はいくつかありますが、誰に尋ねるかによって異なります。物理学者は特定の方法（主に理論的に）で定義する一方で、電気技師や電気工学者は文字通りあなたの足元の地面（アースグラウンド）を指しているかもしれません。電子工学では、地面をさまざまな機能を交換可能に実行するものとして参照することがあります。ここでは、電子工学における地面の主な機能をいくつか紹介します：地面は電圧を測定するために使用される基準点を提供します。すべての電圧は、2点間の電場（および位置エネルギー）の観点から定義されます。これらの点の1つを「0V」と定義することができ、この0Vの基準を「地面」と呼ぶことがあります。これが、PCB内のグラウンドプレーンを「基準平面」と言う理由の1つです。地面は電源への帰還電流の経路を提供するために使用でき、これにより回路が完成します。概念的には、地面は大きな電荷の貯蔵庫として機能し、電流の流れの方向も定義します。地面を0Vの基準として取るため、この値（正または負）より上または下の電圧は、地面の位置に対して異なる方向に電流の流れを駆動します。グラウンドは電場が終了する点を提供します。これは本当に最初のポイントの変形です。もし電磁気学のクラスで画像法の問題を解決しなければならなかったことがあれば、グラウンドは特に0Vで保持される等電位面として定義されることを覚えているはずです。この定義は、特定の電圧で保持される任意の導体（例えば、 PCBの電源プレーン）にも適用されることに注意してください。完全なグラウンド導体を通る電圧降下は0Vです。言い換えると、グラウンド参照内の任意の2点間の電圧を測定すると、常に0Vを測定するはずです。これは上記のポイント2の再述です。 PCB設計では、電源がコンポーネントに供給される方法と、設計内でデジタル/アナログ信号がどのように測定されるかを定義するため、ポイント1と3についてよく話します。EMI/EMCの専門家は時々、ポイント4の観点からグラウンドについて話します。これは基本的にシールド材料の機能を説明します。誰もがポイント5を福音として受け入れますが、ポイント5は現実には起こりません。これらのポイントをカバーした今、電子機器におけるグラウンディングとさまざまなタイプのグラウンドについて認識すべきいくつかのことがあります。全てのグラウンドは不完全です全てのグラウンド領域は上記の特性を持つことが意図されていますが、導体の実際の性質により、グラウンド基準として使用された場合には異なる機能を果たします。さらに、グラウンド領域の幾何学的形状は、電場および磁場との相互作用の仕方を決定し、それがグラウンド領域へのおよびグラウンド領域内の電流の動き方に影響を与えます。これが、異なる信号がその周波数内容に依存した特定のリターンパスを持つ理由です。さらに、全てのグラウンドは非ゼロの抵抗を持っており、これが実際のグラウンドに関する次のポイントにつながります。全てのグラウンドが0Vであるわけではない浮遊している導体や、異なる電源を参照するシステム内の導体は、同じ0Vの電位を持っているとは限りません。言い換えると、異なる機器の2つのグラウンド参照が同じ参照に接続されている場合でも、それらの間の電位を測定すると、非ゼロの電圧を測定することになります。これは、2つのデバイスが同じ導体をグラウンド接続として参照している場合にも発生することがあります。長い導体（例えば、マルチメーターで）を測定すると、電位差がゼロでない可能性があり、これは導体に沿って一定の電流が流れていることを意味します。大きなグラウンドや2つのグラウンド接続間のこの電位差は「グラウンドオフセット」と呼ばれます。大規模なマルチボードシステムや、産業用およびネットワーク機器のような分野では、グラウンドオフセットは差動信号を使用する理由の1つです（例： CANバス、イーサネットなど）。差動プロトコルは2本のワイヤー間の電圧差を使用するため、それぞれのグラウンド参照は関係なく、信号は依然として解釈できます。

高速・高周波PCBにおける終端方法

高速・高周波PCBにおける終端方法 1 min Blog PCB設計者

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PCB設計者高速デジタルシステムを扱う際には、終端の話題が必ず出てきます。ほとんどのデジタルシステムには、少なくとも1つの標準化された高速インターフェースがあり、または高速なエッジレート信号を生成する高速GPIOが存在する可能性があります。高度なシステムには、通常、半導体ダイ上に適用される終端を持つ多くの標準化されたインターフェースがあります。実際に終端が必要かどうかを判断した場合、どの方法を使用すべきでしょうか？実際には、多くのデジタルシステムではデジタル通信のための標準化されたバスを多くのコンポーネントが実装しているため、離散終端器の適用は非常に一般的ではありません。しかし、高速I/Oを持つ高度なコンポーネントを扱っている場合、離散コンポーネントで手動で終端を適用する必要があるかもしれません。このような状況が発生するもう一つの例は、特定のプロセッサーや FPGAで時々使用される特殊なロジックです。最後に、RF終端の問題がありますが、これはデジタルシステムの終端とは非常に異なります。終端の適用時期と方法上述のように、離散コンポーネントで手動で終端を適用する必要があるケースは限られています。あなたのインターフェースにはインピーダンス仕様がありませんデータシートには、手動での終端が必要であると記載されていますインターフェース仕様では、特定の終端（例： DDR、イーサネットのボブ・スミス終端）が要求されます RFとデジタルのインピーダンスマッチングはやや異なります。全体的な目標は同じです：伝送線に送信された信号は、伝播中に最小限の損失を経験し、受信コンポーネントによって正しい電圧/電力レベルで登録されるべきです。以下の表は、デジタルとRFで使用される終端方法を比較しています：デジタルチャネル RFチャネル終端帯域幅広帯域終端回路が必要狭帯域終端回路が必要電力損失特定の場合にはある程度の電力損失が許容される通過帯域での電力損失はないことが望ましい適用範囲

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PCB基板に厚いFR4か薄いFR4を使用すべきか？ 1 min Blog 子供と一緒にパイを作ったことがあるなら、皮の厚さが重要であることを知っているでしょう。薄すぎると、中身が散らかってしまいます。厚すぎると、まるでパンを噛んでいるようです。ちょうど良い厚さがパイを美味しくする秘訣です。 PCBの基板材料は非導体であり電流を運びませんが、FR4 PCB基板の厚さは基板の構造強度を決定するだけでなく、電力と信号の整合性にも影響します。設計者としてのあなたの仕事は、望ましい厚さを持つ基板を持つために、適切なセットの積層材を組み合わせることです。そして、PCBでどんな厚さでも達成できるわけではありません。基板の厚さについてどのような厚さを使用すべきか、どれだけ厚くまたは薄くできるか不確かな場合は、FR4の厚さに関するこれらのガイドラインを読んでください。 FR4厚さの設計上の考慮事項 PCBの標準厚さは1.57mmです。一部のメーカーは、0.78mmや2.36mmといった特定の厚さにも対応します。"厚い"または"薄い"FR4と言う場合、通常は1.57mmの標準厚さと比較しています。製造業者のプロセスが対応できる限り、コアとプリプレグ積層材の厚さを組み合わせることで、好きな厚さのPCBを選ぶことができます。積層材を選択し、レイヤースタックアップを設計する前に、ボード厚さに関連する以下の設計の側面について考えてください：フォームファクター PCBに厳格なフォームファクター要件はありますか、または非常に薄い筐体に収める必要がありますか？一部の設計では、重いコンポーネントを支えたり、機械的に厳しい環境に耐えたり、機械的サポートに収まるために（軍事および航空宇宙組み込みシステムの高速バックプレーンが一例です）、厚いボードが必要です。これらの制約により、ボードの厚さが特定の値に限定されることがあります。コンポーネントとエッジ接続このデバイスには、特定のPCB厚さを必要とするコンポーネントがありますか？エッジコネクターや大型のスルーホールコンポーネント（高電流トランスフォーマーなど）のようなコンポーネントは、PCBスタックアップが正しい厚さであることを要求します。いくつかのコンポーネントのデータシートやアプリケーションノートでは、さまざまな理由から特定のコンポーネントに対して最小のPCB厚さを指定している場合があり、これらはPCBスタックアップを設計する際に考慮すべきです。この点が重要な例のコンポーネントとして、SMAエッジコネクターがあります。下に示されているこのコネクターでは、コネクターボディの上部と下部のスポークが、約60-70ミル厚のPCBに対応するように設計されています。この特定のタイプのコネクターを使用したい場合、この値を超えることはできません。その場合、穴取り付けスタイルのSMAを使用する必要があります。この値より下を行くことは可能ですが、その場合、このスタイルのエッジコネクターに関連する機械的強度の一部を失うことになり、これはその主な利点の一つです。 SMAは最もよく知られているエッジコネクタのスタイルの一つですが、表面実装デバイスとしてエッジに取り付ける他のスタイルや、プレスフィット取り付けを可能にするルーティングされた切り欠きを使用するスタイルもあります。おそらく世界で最も一般的なコネクタの一つであるUSBコネクタは、特定のPCBの厚さに依存する後者のタイプのコネクタの主要な例です。下の画像は、取り付け用に示されたルーティングされた穴とともにUSBコネクタのPCBフットプリントを示しています。これらの穴は標準化されており、PCBのエッジに取り付けられたUSBコネクタの機械図面に示されます。これらの穴を通るタブは、PCBのエッジに沿ってコンポーネントを保持するのに役立ちます。 PCBで使用できる最終的なエッジマウント接続のタイプは、PCBのエッジに沿った金の指であります。これらのボードは、ボードエッジに沿った金の指と接触するスロットコネクタに取り付けられ、これらのコネクタは特定の範囲内で全体のボード厚さが必要です。ほとんどの設計者は、RAMモジュール、PCIeカード、ドーターカード、固体ドライブ、キースロットコネクタに沿った金の指に慣れているでしょう。トレースインピーダンストレースとその最も近い基準平面（隣接する層上）との距離は、トレースのインピーダンスだけでなく、多層ボードの誘電体損失のレベルを決定します。薄い層厚を選択する場合、トレースも細くする必要があります。特定のコネクターやICパッケージに対応する特定のトレース幅を設計したい場合は、望ましい幅をサポートするために必要な層厚を考慮するべきです。必要な層厚がボードの厚さを変えない場合もありますが、これは利用可能なコアとプリプレグのラミネート厚さに依存します。設計で特定の厚さを設定し、その厚さが製造可能であると期待するよりも、製造業者にどのようなラミネートが利用可能かを確認し、それらのラミネート厚さを基に設計することが最善です。この注意点は、積層材料メーカーから製品リストにアクセスできる場合に限ります。一部の積層材料製造業者は、厚さの値を含む利用可能なコアとプリプレグの長いリストを提供することがあります。製造業者とクリアする限り、これらのリストから選んで自分のスタックアップを提案することができます。ただし、製造業者が材料を在庫しており、このアプローチをサポートするために必要な加工能力を持っていることを確認してください。積層材料ベンダーから見つかるかもしれない例示リストは以下の通りです。このリストは

ELIC PCB と HDI ルーティング

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デザイナーに説明するように：ELIC PCBとHDIルーティング 1 min Blog HDI PCBでELICを使用すると、接続とコンポーネントの密度を最大化できます。高密度インターコネクトルーティングにELICを使用する方法についてさらに読む。

内部対外部サージ保護：PCBの完全な保護に最適なのはどちらか

内部対外部サージプロテクター：PCB全体の保護に最適なものは何か 1 min Thought Leadership 内部サージ保護であれ外部サージ保護であれ、電子デバイスは寿命を通じて健全を保つために何らかの保護が必要です。