PCBリファレンスデザイン使用のベストプラクティス

リファレンスデザインを好む設計者もいれば、リファレンスデザインを嫌う設計者もいます。リファレンスデザインについてどう考えているかに関係なく、優良部品メーカーは、自社の新製品と従来の製品のリファレンスデザインを公表して、設計者に部品の使用例をを示してくれます。一部のリファレンス設計は非常に優れており、製造グレードのシステムに簡単に適用できます。それ以外のリファレンスデザインはBOMとブロック図にのみ適しており、部品に関わるエンジニアリング作業の大部分はユーザーが行う必要があります。半導体ベンダーがリファレンスデザインを公開する最大の理由は、それがマーケティングの一形態であり、ユーザーを製品の特定の部品に固定化できるかもしれないからです。

OEM、設計会社、または小規模な新興企業の場合、これらは考慮すべき重要な点です。リファレンスデザインは、数百万ドルを生み出す製品への簡単な道のりのように思えるかもしれませんが、リファレンスデザインの主要部品にはかなりのエンジニアリング作業が必要だという厳しい真実があります。スタートアップ企業は特に、リファレンスデザインをむやみに信頼してしまうきらいがあります。リファレンスデザインのあるサンプル製品を見たという理由だけで、特定の部品や対応チップセットにロックインされてよいのかどうか必ず慎重に検討してください。新人デザイナーまたは新興企業で、リファレンスデザインが次のプロジェクトに適しているかどうか疑問の場合は、リファレンスデザインで間違いを犯さないように、次のベストプラクティスに従ってください。

リファレンスデザインの使用方法

PCBプロジェクトのリファレンスデザインを見つけて使用する方法はさまざまです。リファレンスデザインは、特定の部品または一連の部品が特定の用途でどのように使用されるかを示すために作成されます。これらのデザインには通常、次のものが含まれます。

• ブロック図、BOM、および回路図: これはリファレンスデザインの最も重要な部分です。主要部品がどのように接続されているのか、特定の用途に必要な他の部品がどれなのかを示しているためです。
• PCBレイアウトファイル: どのリファレンスデザインにもPCBレイアウトが含まれているわけではありませんが、含まれている場合は、ある時点でデモ製品として製造、テストされている可能性があります。
• デザインライブラリ: リファレンスデザインには、デザイン内の部品のシンボルとフットプリントを載せたライブラリが含まれます。
• 製造ファイル: 一連のリファレンスデザインファイルにGarberや他の製造ファイルが含まれていることがあります。
• ファームウェアまたはアプリケーションのサポート: ファームウェア、組み込みアプリケーション、デスクトップ/モバイルアプリケーション、または一部の開発ライブラリが製品に必要な場合、これらすべてがリファレンスデザインで見つかることがあります。
• 物理評価製品: 評価製品をリファレンスデザインとして使用する企業もあります。半導体ベンダーにとっては赤字製品ですが、リファレンスデザインを中心にアプリケーションを開発したり、主要部品の機能をテストしたりするためには優れたツールです。

すべてのリファレンスデザインに上記のリストの全部が含まれるわけではありません。回路図のみだったり、リファレンスデザインの実装をサポートする部品ライブラリすらない場合もあります。半導体ベンダーによっては、サポートがゼロのところもあります。リファレンスデザインを使用する場合、どの程度のサポートを受けられるかはベンダーによって異なるため、調べておく必要があります。

当社では、新興企業と協力して第1世代の製品を開発することが多く、量産に備えて製品を最適化できるよう取り組んでいます。チームで新しいタイプのアプリケーションを構築する必要があるとき、またはこれまで使用したことのない部品を扱うときは、いつも社外でその部品やシステムのリファレンスデザインがあるかどうかを確認します。少なくとも、調査対象の主要部品をサポートするために必要な部品表を得ることができます。最高のケースでは、回路/システムレベルの設計が正しいことがわかっており、半導体企業がそのことを保証できるため、新製品の設計のリスクが大幅に軽減されます。

目的は、リファレンスデザインを新しいシステムにただ複製することではありません。私にとっての目的は、システム内の主要部品を見つけるために必要な調査時間を短縮することです。システムに搭載されている主要部品をすぐに確認でき、それらの部品がおおまかにどのように組み合わされているのか良いヒントを得られます。回路図に設計する必要がある追加要件は常に発生しますが、リファレンスデザインがあれば、これらの追加機能をどのように設計に適合させればよいのかがよくわかります。

リファレンスデザインのPCBデザインレビュープロセス

リファレンスデザインが十分に優れていて、いくつかの主要部品を素早く設計する方法がうまく説明されていれば、私がそれらの部品を設計に使用する確率は高くなり、部品メーカーは当社からビジネスを獲得したことになります。設計ファイルを取得したら、リファレンスデザインの各部をカスタム設計に組み込む前に、いくつかのタスクを実行する必要があります。

製造が中止された部品/製造中止予定の部品のチェック

過去のリファレンスデザインをダウンロードした場合、そのデザインには製造中止予定の部品や製造が中止された部品が含まれている可能性があります。必ずリファレンスデザインを調べてそのような部品がないか確認し、新しい部品でリファレンスデザインをアップデートしてください。PCB設計ソフトウェアのサプライチェーンツールは、製造中止予定の部品、製造が中止された部品、または調達不可能であるかを示す必要があります。

すべての部品のシンボルとフットプリントを確認する

古い部品を交換した後、残りの部品に異常がないか確認する必要があります。リファレンスデザインが大手部品メーカーによって製造されたからといって、誤りのあるライブラリデータがライブラリに含まれていないとは言い切れません。大手部品メーカーのリファレンスデザインにも、多くの間違ったシンボルやフットプリントが含まれているのを見てきました。すべてのシンボルとフットプリントをチェックして、フットプリントがデザイン内の部品番号と一致していることを確認する必要があります。

回路図を整理しておく

リファレンスデザインにさらに機能を追加する場合は、回路図を維持するようにしてください。つまり、リファレンスデザインから回路ブロックを別のシートに分離したり、階層回路図を構築したりする作業があります。私は、リファレンス部分と新しい回路部分をそれぞれ専用のシートで維持するのが好みです。前工程で少し作業をしておけば、設計内のバグを特定し、それをリファレンスデザインファイルとカスタムデザインファイルにさかのぼって追跡できます。

可能な場合はシミュレーションで設計を評価する

可能であれば、シミュレーションを使用して設計の機能を評価します。いずれにせよ、まったく異なるレイアウトを使用することになるでしょうから、評価は回路図で行うだけで十分です。ブロックで評価を行う方法には、SPICEシミュレーションを使用して設計内の特定のブロックを調べ、それらのブロックによって予期した通りの電気的挙動が行われることを確認する方法もあります。

リファレンスデザインでレイアウトを使用しない方がよいときとは

リファレンスデザインは回路図とBOMに使うのがいいのですが、それくらいです。PCBレイアウトを採用して独自の設計に適合させることはお勧めしません。確かにレイアウトを見て部品をどのように配置したらいいのかヒントを得られますし、リファレンスPCBと新しいPCBの間でいくつかの回路ブロックをコピーできるかもしれませんが、それ以上の期待はできません。

リファレンスデザインでPCBレイアウトを使用することをお勧めしない理由は次のとおりです。

• フォームファクター: PCBレイアウトはフォームファクタ要件を満たすように配置されていない可能性があり、元のリファレンスデザインの一部にない他の重要な部品の配置に対応できない可能性があります。
• SI/PI: PCBレイアウトには、シグナルインテグリティー、パワーインテグリティー、EMIの問題が潜んでいる可能性があります。EMI/EMCの一部の著名人はまさにこの理由から、アプリケーションノートやリファレンスデザインを避けています。部品メーカーは基板設計者ではないため、システムに問題を引き起こすような推奨を行う可能性があります。
• 試験: 設計が試験を受けたことがあるかどうか、どのレベルの試験が実施されたのかを知ることは不可能かもしれません。これが、リファレンスデザインのレイアウトを精査すべき主な理由です。
• FCC、UL、またはその他の認証: 何らかのテストと認証が必要なものを開発している場合、リファレンスデザインのPCBレイアウトが認可される保証はまったくありません。

場合によっては、リファレンスデザインのPCBレイアウトが乱雑になることがあります。PCBレイアウトは機能レベルでは問題なく動作しても、普通はサンプルとして作られているに過ぎないため、本番環境のシステムに対応できるようにするには大幅な変更が必要になります。

リファレンスデザインを見つける必要がある場合は、お気に入りの検索エンジンに移動して、アプリケーションの検索を開始してください。さまざまな部品会社から複数の選択肢が見つかるでしょう。デザインは任意の形にできますが、Altium Designer®の変換ツールを使用すると、任意のリファレンスデザインを使用して新しいプロジェクトを開始できます。コンポーネントツールを使用すると、検証済みのシンボルとフットプリントを使って設計内で新しい部品を検索し、配置できます。

設計が完了し、ファイルを製造業者に送るする場合、 Altium 365™プラットフォームを使用すると、プロジェクトのコラボレーションおよび共有が簡単です。ここでご紹介したAltium 365でAltium Designerの機能はほんの一部です。より詳細な機能の説明については、製品ページまたはオンデマンドのWebセミナーをご覧ください。