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高速PCB設計

高速PCB設計では、高速エッジの信号が使用されます。この信号では、デバイスの状態が非常に速く切り替わり、信号がコンポーネント間を移動し終わる前に移行が完了します。高速PCB設計における相互接続には、正確なインピーダンス整合が必要であり、相互接続に伴って起こりうる損失、歪み、EMI、クロストークを考慮した配線が必要です。伝送線路の設計、レイアウト、ルーティングを適切に行うことで、これらの問題を最小限に抑えることができます。プリント基板における高速基板レイアウトや伝送線路設計を成功させるためのリソースを、ライブラリでご覧ください。

高速設計とは何か 高速設計入門（ウェビナー） 高速PCB設計の主なポイント Advanced PCB Design Techniques 高速回路基板レイアウト 伝送線路と終端 高速PCB設計 Altium Designerを使用したPCBレイアウトと高速設計
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PCIeエッジカードのためのPCBデザインとピン配置 PCIeエッジカードのためのPCBデザインとピン配置 4 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 標準的なデスクトップコンピュータや組み込みコンピュータで最も一般的なアドインカードはPCIeカードです。PCIeアドインカードは複数のフォームファクターがあり、エッジスロットコネクタを使用して、マザーボードに対して垂直または直角に取り付けられます。また、M.2コネクタに接続するSSDやモジュールなど、異なるタイプのPCIeデバイスもあります。 この記事では、デスクトップコンピューターやサーバーに一般的に見られる標準的な垂直エッジコネクタを使用するPCIeアドインカードの機械的および電気的要件について説明します。PCIeアドインカードには、エッジコネクタ内にしっかりと収まるために従う必要があるカードの形状とサイズに関する特定の機械的仕様があります。 残念ながら、これらのエッジコネクタの機械的仕様はPCIe標準の中に埋もれています。設計者はしばしば、既存のカードのアウトラインを逆設計してPCIeカードのPCBで使用する必要があります。このブログでは、プロジェクトに使用できるPCIeカードのテンプレートを作成しました。このテンプレートは、カードの機械的キーイングとピン要件を示しているため、良い出発点ですが、必要な正確なPCB寸法に合わせてアウトラインを調整できます。 PCIeカードの機械的および電気的要件 PCIeアドインカードは、機械的な制約を課し、信号の整合性を決定するPCIeスロットコネクタを使用します。これらのカードで使用されるPCIeスロットコネクタに関するいくつかの重要な考慮事項を以下に示します： レーンの標準化：スロットコネクタは、特定の数のレーン（1x、4x、8x、16x、およびあまり一般的ではない32x）に対して標準化されています。 世代の互換性：スロットコネクタは、特定のPCIe世代に対して評価され、下位互換性があります。 コンポーネントタイプ：スロットコネクタは、スルーホールコンポーネントまたはSMDコンポーネントであることができますが、新しい世代のコネクタはSMDである傾向があります。 拡張コネクタ：大きなスロットコネクタは、設計に必要に応じて、小さなアドインカードを収容できます。 キーと方向：スロットコネクタは、PCIeカードの取り付け時の方向を決定するためにキーが付けられています。このキーはアドインカードに含まれている必要があります。 PCIeアドインカードは通常、カードに取り付けられるフランジを持っており、これによりコンピュータのシャーシに対して固定されます。このフランジは、標準のPCIeアドインカードの寸法を制限します。 PCIeスロットコネクタの例 以下に示すのは、スロットコネクタの例です。デスクトップコンピューターやサーバーを開けたことがある人なら、これらのエッジコネクターを認識しているでしょう。示されているコネクターはSamtecから入手可能ですが、Amphenolのような他のベンダーも自身のエッジコネクターを提供しています。 8レーン（上）と16レーン（下）のPCIeエッジコネクター（Amphenol） エッジコネクターとカードフランジのサイズと配置を考慮すると、通常、エンクロージャ内の形状とフィットを検証するためには機械モデリングが必要です。新世代のPCIeについては、チャネル帯域幅と総損失を検証するためにSIシミュレーションも必要です。これらの考慮事項を超えて、設計者は必要なレーン数を収容するためにカードピンアウトを構築する必要があります。 PCIeカードピンアウトのレーン数 PCIeコネクターのカードピンアウトは、レーン数に応じて変わり、 JTAGなどの追加インターフェースも含まれます。また、カードエッジには電源ポートと多数のグラウンドピンが分布しています。ピンのピッチは1.0 mmで、PCIe RXおよびTXレーンはグラウンドピンと交互に配置されています。 記事を読む
伝送線路インピーダンスの損失を補償する方法 伝送線路インピーダンスの損失を補償する方法 1 min Blog 電気技術者 電気技術者 電気技術者 銅の粗さは、伝送線インピーダンスにおいて最も大きな不確実性を生じさせる要因かもしれません。確かに、異なるソルバーは異なる総合モデルと計算方法を実装してインピーダンス値を決定しますが、粗さの影響を計算しようとする試みは新たな不確実性をもたらします。これは、粗さに基づくインピーダンスが使用される特定のモデルと、粗さが主要な影響を及ぼす周波数範囲に依存するためです。 誘電体の損失も、伝送線の実際のインピーダンスを、典型的な伝送線計算機で計算する無損失インピーダンス値と大きく異なるものにします。 この記事では、30 GHz範囲まで適用可能な、広い周波数範囲で粗さを考慮する簡単な方法を紹介します。これは、ほとんどのデジタルアプリケーションとデータレートをカバーし、無損失伝送線インピーダンス計算で粗さを補償するための迅速な方法を提供します。 インピーダンス計算には損失を含める必要があります 銅の粗さ計算を取り入れる課題は、モデルの使用ではなく、現代のEDAソフトウェアで多くのモデルが利用可能であることです。覚えておくべき最初のポイントは： 無損失インピーダンスのみが、すべての周波数で一定の値になります！ もし 銅の粗さや誘電体の損失が大きく影響する周波数範囲（約3GHz以上）で作業している場合、トレースのインピーダンスが周波数の関数として変化することを理解する必要があります。その結果、設計者はしばしば以下のように伝送線インピーダンス計算問題に取り組みます： 設計者は Altium DesignerのLayer Stack Manager、Polar Instruments、またはオンライン計算機を使用して、正確な 50オームのインピーダンス の幅を決定します。設計が完了し、Sパラメータをシミュレートまたは測定すると、設計者は実際のトレースインピーダンスが損失のないインピーダンスとかなり異なることを発見します。 上記は単終端トレースと差動トレースの両方に適用されます。損失によるインピーダンスの偏差を推定する方法が必要であることは明らかです。この方法により、損失のないインピーダンス計算が実際に役立ちます。以下で見るように、損失による偏差は誘電体の損失正接の関数です。 高損失正接を持つマイクロストリップ例（Df = 記事を読む
マルチボードPCBのシグナルインテグリティ マルチボードPCBシグナルインテグリティ：完全ガイド 1 min Blog PCB設計者 電気技術者 システムエンジニア/アーキテクト PCB設計者 PCB設計者 電気技術者 電気技術者 システムエンジニア/アーキテクト システムエンジニア/アーキテクト マルチボードPCBアセンブリは、信号整合性のルールを守り、低EMIを確保しなければなりません。これら二つの側面は密接に関連しており、この包括的なガイドで説明されています。 記事を読む
TotM - 2024年6月 Altium Designer: PCB設計革新をリードする 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 電子設計の急速に進化する世界において、Altium Designerは革新のリーダーとして輝き、PCB（プリント回路基板）設計における可能性の限界を常に押し広げています。包括的で使いやすいツールで知られるAltium Designerは、世界中のエンジニアやデザイナーの成長するニーズに応える最先端の機能を一貫して導入してきました。その多くの進歩の中でも、特に革新的な3つの機能が際立っています：3D-MID設計、高速設計の改善、およびインタラクティブルーティングの強化です。これらの機能は設計プロセスを合理化し、電子製品の性能と信頼性を大幅に向上させます。 3D-MID設計：Altium DesignerによるPCB革新の新たな次元 Altium Designerは、設計プロセスにおける3D成形インターコネクトデバイス（3D-MID）技術の採用をリードすることで、PCB設計を再定義しています。この革新的なアプローチにより、電気回路を三次元のプラスチック部品に直接成形することが可能となり、機械的、電子的、および視覚的要素を統合した一体構造を実現します。Altiumの3D-MID技術に関する専門知識は、消費者電子機器、自動車、ヘルスケア、航空宇宙、ウェアラブル技術を含む主要産業を変革しており、空間と重量の大幅な削減と機能統合の強化を可能にしています。これらの進歩は、効率と性能に関して新たなベンチマークを設定しています。 変革的な3D-MID機能 Altium Designerが3D-MID技術を採用したことは、その提供内容において重要なブレークスルーを示しています。この技術により、機械的および電子的機能を一つの統合されたコンポーネントに融合させる複雑な三次元回路構造の作成が可能になります。3D-MID技術を採用することの利点は広範にわたり、軽量化されたコンポーネント、強化された機能性、設計の多様性の増加に至るまで様々です。このソフトウェアは、デザイナーがほぼあらゆる想定される形状を持つ複雑な多層設計を構築できるようにすることで、力を与えます。このような柔軟性は、空間と重量を最小限に抑えることが最優先事項である分野では非常に貴重です。例えば、自動車および航空宇宙産業では、軽量の電子部品が燃料効率と全体的な性能を大幅に向上させることができます。同様に、ウェアラブル技術では、コンパクトで軽量な設計への重点が、ユーザーの快適さと実用的な機能性を確保するために重要です。 高度な設計ツール Altium Designerは、デザイナーに3Dオブジェクトを視覚化し、操作するための洗練されたツールを提供し、PCBの電子部品と機械要素をシームレスに統合します。この統合は、設計の性能と製造可能性を向上させるために重要です。ソフトウェアは、従来の2D PCBレイアウトから高度な3D設計へのスムーズな移行を提供し、包括的な視覚化および分析ツールを装備しています。これらのツールにより、デザイナーは設計のあらゆる側面を徹底的にシミュレートし、厳格な性能基準に準拠していることを確認できます。 設計環境内で3Dオブジェクトを視覚化し、調整する能力は、複雑な幾何学を作成するプロセスをより直感的で効率的にすることを可能にします。この効率性は、プロトタイピングを加速し、市場投入までの時間を短縮し、革新的な製品を作成する際にデザイナーに重要な利点を提供します。 業界の応用と利点 3D-MID技術は、さまざまな業界で利用されており、顕著な利点をもたらしています。消費者向け電子機器では、複数の機能を単一のコンパクトなユニットに統合することを可能にし、機能性とユーザーエクスペリエンスの両方を向上させます。例えば、スマートフォンやウェアラブルは、より小さく軽量になりながら、より多くの機能を提供できます。 自動車セクターでは、3D-MID技術により、センサーや制御ユニットを直接車両の構造に統合することができます。この改善により、信頼性が向上し、組み立てプロセスが簡素化され、製造がより効率的になり、生産コストが低下します。 ヘルスケアデバイスも3D-MID技術で大きな改善を見せています。より小さく、軽量で機能性の高い医療機器の設計を可能にし、より進んだ診断および治療ツールの開発につながり、患者の成果を改善することができます。 高速設計の改善：Altium 記事を読む
BGAピンピッチのシグナルインテグリティ 224G-PAM4および448Gにおける信号整合性へのBGAピンピッチの影響 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 PCB業界は、製造と信号整合性の両方の面で、常に半導体パッケージングに遅れをとっているようです。業界がデモから生産へと移行する224Gインターフェースを楽しみにしている中、Ethernet AllianceやSNIA/SSFのような組織は、超高データレートの次世代に焦点を当てています。28GHzから56GHzの帯域幅に達すると、信号整合性に影響を与える主要な要因が再び変化し、パッケージからPCBへのインターフェースでの損失と信号歪みが増加します。 これは、誘電体から銅の粗さへの損失プロファイルの変化が原因ではありません。理由は、PCBへの垂直遷移の構造、特にBGAパッケージの下側にあるものによるものです。BGAファンアウトルーティングのためのビア設計は、224G-PAM4および次世代448Gデータレートでの信号整合性に大きく影響を与える主要な要因です。業界がこれらの高速データレートに目を向けるにつれて、56GHzでのパッケージングとPCB構造における信号整合性を決定する要因は、448Gで必要とされるより高いチャネル帯域幅でも適用されます。 以下で見るように、56G-NRZや112G-PAMで機能したBGAおよびコネクタのピンピッチとサイズは、224G-PAM4では機能しない可能性があり、448Gでは確実に機能しません。これらの構造が信号整合性にどのように影響するか、およびPCB内およびパッケージング内でのMIAおよびボールアウト遷移を評価するために使用されるべき重要な指標を見ていきます。 224G PAM4で信号整合性にBGAピッチが重要な理由は? 224G PAM4インターフェースはナイキスト周波数が56 GHzであり、これは チャネル帯域幅がDCから少なくともこの値まで広がることを要求します。56 GHz近くでは、PCB内のBGAパッケージに接続する典型的なボールおよびビア構造は、電磁場共鳴とほぼ一致するサイズおよび長さのスケールを持っています。これらの共鳴に達すると、私たちは重大な帯域幅制限効果を見始めます。そして、これらの共鳴がピンピッチの関数であるため、これらの周波数で作業する際にはパッケージ設計の一部としてこれを考慮する必要があります。 56 GHzまで正確な入力インピーダンスマッチングを持つビアを設計することは、関連する課題です。以下の理由により関連しています： 56 GHz帯域幅で動作する差動インターフェースは、帯域幅仕様全体でマッチした入力インピーダンスを必要とします ビアは、56 GHz以下で電磁場の局在が不足するために放射を開始する可能性があります その後、信号ビアの周りの電磁場の局在を復元するためにステッチングビアが必要になります 差動ビアのアンチパッドと層の厚さは、異なる周波数範囲でビアの入力インピーダンスに影響を与えます 56 記事を読む
ギガビットイーサネットスイッチプロジェクト ギガビットイーサネットスイッチプロジェクト 1 min Altium Designer Projects 電気技術者 電気技術者 電気技術者 ギガビットイーサネットは、現在、オフィスや商業ネットワークのための事実上のエントリーレベルの標準です。シンプルなイーサネットスイッチを構築するために使用できる多くのコンポーネントがありますが、この記事では、高ポート数のイーサネットスイッチの例設計を紹介します。この記事で示される設計には、SFPコネクタを使用したファイバーオプティックケーブルの拡張も含まれています。このプロジェクトには、高速設計のいくつかの一般的な側面の成功した実装が必要です。これには、 BGAファンアウト 差動ペア設計 ACカップリングキャパシタの配置 大型BGAでの電源プレーンを使用した設計 単端および差動高速インターフェース が含まれます。いつものように、プロジェクトファイルは私のウェブサイトからダウンロードできます。下に埋め込まれたAltium 365ビューアーのダウンロードリンクもチェックしてみてください。このリンクをクリックしてプロジェクトソースファイルのZIPアーカイブをダウンロードするか、埋め込みのダウンロードリンクを使用できます。 ダウンロード（ZIP） ギガビットイーサネットスイッチの主要コンポーネント このイーサネットスイッチプロジェクトは、MicrochipのVSC742xシリーズのイーサネットスイッチプロセッサに基づいています。これらのプロセッサは、SGMIIインターフェースを介してスイッチプロセッサに接続する関連拡張PHYとペアリングすることができます。メモリや外部通信用の追加コンポーネント、およびいくつかの電源レギュレータもあります。回路内の主要コンポーネントのリストには、 メイン VSC7426イーサネットスイッチプロセッサおよび VSC8574拡張PHY DDR2 RAM SPIフラッシュメモリ RS-232シリアルトランシーバ ファイバートランシーバ用の有効トグル回路 12V入力用コネクタ 記事を読む
フレックスPCBにおけるハッチグラウンドプレーンインピーダンスシミュレーション フレックスPCBにおけるハッチドグラウンドプレーンインピーダンスシミュレーション 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 フレックスPCBも高速PCBになることができますが、ハッチングされたグラウンドプレーンが必要です。ハッチングされたグラウンドプレーン上でのインピーダンスを決定するためのいくつかのヒントをここに示します。 記事を読む