高速PCB設計

高速設計の課題に対処するための簡単なソリューション

ソリューションを探す

高速PCB設計

ストリップライン対マイクロストリップ: その違いとPCB配線のガイドライン

ストリップライン対マイクロストリップ: その違いとPCB配線のガイドライン筆者は、初めて高速設計技術についての説明を聞いたとき、全く頭に入ってきませんでした。これは、筆者が設計者としてのキャリアを開始したばかりだったので、困惑の原因が経験不足であったことは確かです。ストリップラインおよびマイクロライン配線の概念そのものが全く理解できませんでした。講師が、自分になじみのない全く異なるタイプのPCBについて話していると思いました。幸い、それらがストリップラインやマイクロストリップというPCBではないことを知って、この困惑はすぐに解決しました。そうではなく、ストリップラインおよびマイクロストリップは、PCBに高速の伝送線路を配線する、2つの異なる方法でした。ストリップラインとマイクロストリップは、場合によっては理解しにくいものです。ですから、設計初心者やこのトピックについての再トレーニングを探している設計者に、この基本レビューは最適です。ストリップラインおよびマイクロストリップについてストリップラインおよびマイクロストリップとはストリップラインおよびマイクロストリップは、PCBに高速伝送線路を配線する方法です。ストリップラインは、PCBの内層の2つのGNDプレーンに挟まれた、絶縁材で覆われた伝送線路配線です。マイクロストリップ配線は、基板の外層に配線された伝送線路です。このため、絶縁材によって単一GNDプレーンから分離されます。マイクロストリップは、基板の表面層に伝送線路を配線するため、ストリップラインよりも優れた信号特性を持ちます。1つのプレーンと1つの信号層から成るレイヤ構成で製造プロセスがより単純なため、マイクロストリップは基板の製造コストも節約できます。ストリップラインは、2つのGNDプレーンの間に組み込まれた配線をサポートする複数のレイヤが必要なため、製造がより複雑です。ただし、ストリップラインでコントロールされるインピーダンストレースの幅は、同じ値のマイクロストリップのインピーダンストレースより狭くなります。これは、2つ目のGNDプレーンによります。このようにトレース幅が狭くなると、回路を高密度にできるため、よりコンパクトなデザインが可能になります。ストリップラインの内層配線はEMIも抑え、より確実な危険防止策を提供します。ストリップラインとマイクロストリップには異なる長所があります。どちらの方法がよいかの判断は、設計ニーズに基づいて行う必要があります。高密度の高速設計では、多くの場合、多層基板で2つの方法を併用して設計目標を達成します。さらに、高速設計で伝送線路を配線する際、設計全体でコントロールされたインピーダンスを保持することは非常に重要です。伝送線路が配線されたPCBのレイヤー、伝送線路トレースの物理特性、絶縁体の特性は全て、回路に最適なインピーダンス値を設定するため、一緒に計算する必要があります。インピーダンスの計算に使用するストリップラインおよびマイクロストリップのモデルが異なる、さまざまなインピーダンスカリキュレーターがあります。 PCBの設計において重要なストリップラインおよびマイクロストリップ配線ストリップライン配線およびマイクロストリップ配線の例以下に、ストリップラインおよびマイクロストリップの配線技術の例と、それらの特性がインピーダンス計算に及ぼす影響を説明します。マイクロストリップ。外層に配線された伝送線路がマイクロストリップとみなされます。これらのモデルは、トレースの厚みと幅、および基層の高さと絶縁体の種類に基づきます。エッジ結合マイクロストリップ。この技術は、差動ペアの配線に使用されます。標準的なマイクロストリップ配線と同じ構造ですが、モデルは、差動ペア用の配線スペースが加わり、より複雑です。エンベデッドマイクロストリップ。この構造は通常のマイクロストリップと似ていますが、伝送線路の上に別の絶縁体層がある点が異なります。ソルダ―マスクは絶縁体層とみなすことができ、インピーダンス計算で考慮する必要があります。シンメトリックストリップライン。（2つのGNDプレーンの間の）内層に配線されるストリップラインは、シンメトリックストリップライン、あるいは単に「ストリップライン」配線とみなされます。マイクロストリップと同様に、このモデルは、2つのプレーンの間に組み込まれているトレースに応じて調整された計算により、トレースの厚みと幅、および基層の高さと絶縁体の種類に基づきます。アシンメトリックストリップライン。シンメトリックストリップラインモデルと似ていますが、このモデルは2つのプレーンの間で厳密には層間の中心にない伝送線路を考慮しています。エッジ結合ストリップライン。この技術は、内層の差動ペアの配線に使用されます。標準的なストリップラインと同じ構造ですが、モデルは、差動ペア用の配線スペースが加わり、より複雑です。

半導体ファイバーは光ファイバーケーブル伝送ラインに置き換わるのか

Thought Leadership 半導体ファイバーは光ファイバーケーブル伝送ラインに置き換わるのかインターネットは、奇妙で魅力にあふれた場所です。私が子供の頃はダイヤルアップインターネットの末期で、チャットルームが全盛の頃でした。今では、私はたまにインターネットでいくつかのオンラインゲームを楽しんでいますが、このようなものは当時は不可能でした。私の電話ルーターや銅線によるネットワークでは、画像をロードするための帯域幅を確保するのがやっとでした。今日のネットワークは、非常に高速な光ファイバーにアップグレードされました。これらの通信システムは確かに昔の銅線によるものより優れていますが、依然としていくつかの欠点もあります。このため研究者たちは、シリカの代わりに半導体を使用する新しい種類の光ファイバーを探求してきました。この新しい種類のケーブルは、広域ネットワークとPCBの両方において、信号伝送に役立つ可能性があります。光ファイバー多くの人々は、インターネットのことを、雲の中かどこかに設置されていて接続可能な「何か」と考えていますが、実際にはインターネットとはコンピューターの集まりにすぎません。数百万台ものコンピューターが互いに接続されています。これらのコンピューターを互いに接続する情報ハイウェイの多くは、光ファイバーケーブルで構成されています。光ファイバーはガラスで作られており、その高速性と信号の優れた品質から、ネットワークに広く活用されてきました。しかし、光ファイバーにはいくつかの欠点があります。問題となっている主な欠点は、光回路と電気回路とを接続するため必要な機器のコストと複雑性です。ほとんどの光ファイバーケーブルはシリカ、つまりガラスを使用して光を伝達します。光は情報を搬送するため優れており、電子的な配線よりもはるかに大きな帯域幅があります。企業は現在 40Gbpsのイーサネットを検討していますが、光ファイバーは既に最高43Tbps の速度に達しています。また、光はビットエラー率が低く、電磁気的干渉に耐性があります。これらの特性から、長距離のネットワークや、速度が最重要なゲームのネットワークの伝送方式として使用されています。自宅にファイバー接続を導入したいと思うかも知れませんが、まずは価格を調べましょう。ファイバーについての主な不満点の1つは、光信号を電気信号へ変換するため使用される回路のコストです。この理由から、収益を考えた場合に、接続ポイントが問題点になります。この高価な機器はさらに複雑で電子回路との接続が困難でもあります。この理由から、一部の研究者たちは半導体から作られた光ファイバーを開発してきました。光ファイバーは、World Wide Webへ従来より高速に接続するため役立ってきました。半導体の光ファイバー

PCB配線ワークフローの時間節約技術

PCB配線ワークフローの時間節約技術電気設計に慣れていなくても、30年以上の経験があっても、エンジニアは、PCB設計プロセスにおいてインタラクティブな配線が最も困難で面倒な作業であることに同意します。経験豊富な設計者は、多くの戦いや極限の戦争に勝てるほどの創造的なパズル解決の才能を使って、困難な作業を楽しんでいます。配線の経験がない設計者や設計の他の部分に集中したい設計者は、作業遂行に苦労することになります。しかしながら、どのような設計者も最終的には面倒な作業にうんざりしてしまいます。最も一般的な配線の問題には、配線位置の管理、ピン/ビアアレイからの引き出し順序、配線の効率化、高速化、製造上の懸案事項などがあります。基板の配線を数時間ではなく数分でできるとしたら、どれほど多くの基板を設計できるか、想像してみてください。貴重な時間とリソースを節約しながら、より効率的に基板全体を配線できるとしたらどうでしょうか? 高性能のガイド付きPCB配線技術 Altium Designer^®のActiveRouteは、短時間で高品質の配線をしながら、ユーザー制御による高度な自動化を適用できる、インタラクティブな配線方法です。ActiveRouteの目的は、配線に関する課題を軽減して面倒な作業をなくし、生産性を大幅に向上させることです。ガイド付きのチャネル配線の画像インタラクティブな配線ツールというコンテキストにおいて、ActiveRoute独自の特徴は、複数レイヤーを同時配線ができるということです。この機能は、設計者のプランに従い、高速な処理性能を達成するための配線の効率化に重要です。デフォルトでは、ActiveRouteのパネルでレイヤーが選択されていない場合、アクティブなレイヤーでのみ配線が行われます。パネルで複数レイヤーが選択されていると、ActiveRouteは、それらのレイヤーに対して均等に配線します。複数レイヤーの同時配線レイヤー 1（緑）に48の配線およびレイヤー4（青）に44の配線 ActiveRouteは複数レイヤーに配線できるので、1つのレイヤーで特定の接続の配線に問題がある場合、ActiveRouteはただちに他のレイヤーの配線に移ることができます。この結果、その配線はより直線的になります。さらに、同じレイヤーで何度も配線しようとして時間を無駄にしたあげく、ミアンダが過剰にできてしまった、もしくは配線できなかったという状況を避けられます。これからのPCB配線従来、配線プロセスは、経験豊富な設計者でもかなりの時間と労力を要するものです。ActiveRouteは、複数レイヤーをすばやく配線して微調整のための時間を多く残しておくことでユーザーがワークフローを大幅に加速できるようにし、インタラクティブな配線のパラダイムを変えます。 ActiveRouteについてさらに詳しい情報をご希望の方は、今すぐ Altium DesignerのActiveRouteに関する無料のホワイトペーパーをダウンロードしてください。

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

Thought Leadership 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。

自動車レーダーや5G用途の高周波回路向けPCB設計ガイドライン

Thought Leadership 自動車レーダーや5G用途の高周波回路向けPCB設計ガイドライン今朝、通りを歩いていて、非常に奇妙な光景を見ました。長くもつれた磁気VHSテープが、風に運ばれ、道を転がっていたのです。私は、ビデオレンタル店や巻き戻し機といった素朴な時代に連れ戻されました。もし、あの巻き戻し機を速いと思っていたならば、今日の電子回路の大躍進には、目が回るでしょう。基板設計における最新の進化の1つは、5Gネットワークおよび先進運転支援システム（ADAS）対応自動車という、2つの新しいテクノロジーによって促されています。これらのテクノロジーは両方とも、基板設計者によって長い間、恐れられてきた、極高周波（EHF）帯域を使用します。自分の基板が、ベータマックスや大型ラジカセと同じ運命をたどらないよう、高周波の未来に備えるのがよいでしょう。これとお別れできてよかったミリ波を使用する理由 RFやマイクロ波の周波数が十分でないからといって、EHF帯域に移ろうとしているのは、なぜでしょう? 5GとADASレーダーという2つの進歩が、より高い周波数への移行を迫っているからです。 5G - 電気通信企業は、今日の4G/LTEの速度や待ち時間から、より速く明るい未来の5Gへと移行しようとしています。現在の移動体通信ネットワークでは、ダウンロード速度は、数十メガビット/秒、待ち時間は約70ミリ秒>です。5Gでは大きく飛躍し、ダウンロードは最大10Gbps、待ち時間は10ミリ秒未満になります。この全てが可能なのは、5GがEHF帯域で動作するからです。周波数帯域幅が広いほど、待ち時間は短く、周波数が高いほど、データ転送速度は速くなります。業界では、5Gの実装開始を2018年頃と予想しています。その時には、ミリメートル（mm）波長信号を扱う準備ができている必要があります。 ADASレーダー - ADAS対応車向けレーダーは、開発済みの技術です。衝突検出レーダーは、30GHz未満で動作していましたが、最近、規格が 77GHzまで上がりました。メーカーが製造する ADAS機能付き自動車が増える>につれて、通りを走るレーダーシステムが増えると予想できます。何らかの種類の自動車レーダーを扱う基板を設計したい場合、EHF信号を扱う準備をしておくべきです。これらの技術が両方とも成長するにつれて、その動作周波数を扱う方法について、ますます知る必要ができてきます。急速に変わる基板設計環境に対処するため、ここでは、材料と設計のガイドラインを示します。材料のガイドライン実は、高周波基板に使用する

高速設計プロセスにおけるシグナルインテグリティ分析の採用方法

Thought Leadership 高速設計プロセスにおけるシグナルインテグリティ分析の採用方法設計が複雑になるにつれて、信号整合性の問題のリスクが高まります。設計プロセスに信号整合性シミュレーションを採用することで、リスクを軽減し、リソースを保護することができます。さらに詳しく読んでみましょう。現実の信号の動作は、大学で教えられる理論的な応用とはしばしば大きく異なり、その結果、理論から実践への移行は予測不可能な結果につながることがよくあります。信号は損失、クロストーク効果、反射、スキン効果など、さまざまな方法で乱される可能性があります。これらの信号の乱れは、しばしば高額な代償を伴う深刻な影響を引き起こす可能性がありますが、そもそもこれらの問題をどのように回避できるのでしょうか？リスクとは何か？信号の歪みに関連するリスクと結果は、原因によっていくつかあります。例えば、反射の問題を見てみましょう。信号は送信機から受信機に送られますが、受信機のピンでエネルギーのオーバーフローが観察されることがあります。これは下の図1で示されています。図1 - 受信機のピンから観測されるエネルギーのオーバーフローこの効果を観察するとき、チップを焼損させる可能性のあるオーバーシュートや、デバイスを二回切り替える可能性のあるアンダーシュートなど、信号のさまざまな歪みが見られます。この状況では、デバイスを再び切り替える可能性のあるリングバックにも注意を払うべきです。どちらの場合もリスクは高く、以下を含みます：プロトタイプと再設計のための追加コスト。製品が市場に出たときに機能しないシステム。顧客から返品された際の修理または交換。では、設計で信号整合性の問題を避けるにはどうすればよいでしょうか？物理的なプロトタイプを必要とせずに、初期開発段階で信号整合性を分析する方法があったらどうでしょうか？ Altium Designer^®での信号整合性分析 Altiumには、ボード上の信号の乱れや歪みを検出するのに役立つ信号整合性分析ツールが含まれています。これは、設計プロセスの早い段階で信号の問題を検出するのに役立ち、レイアウトを行う際により良い判断を下すことができます。ボードが完成し、ルーティングとすべての銅領域が配置された後、ポストレイアウト分析を利用して、信号の実際の乱れを確認することができます。信号整合性分析によるリスクの軽減設計が時間とともに複雑になるにつれて、設計内の信号の乱れの危険性が高まります。Altiumの信号整合性シミュレーションを活用することで、高速アプリケーションの複雑さをうまくナビゲートすることが容易になります。設計フローに信号整合性シミュレーションツールを導入する方法についてもっと学びたいですか？無料のホワイトペーパー高速設計プロセスにおける信号整合性の採用を今すぐダウンロードしてください。

Need Help?