PCB設計ドキュメントで自信を持ってすべての設計の詳細を捉える

設計文書は、システムの設計に関するすべての側面を捉えなければなりません。これには、仕様、設計意図、設計プロセス、そして仕様へのトレーサビリティが含まれます。それによってのみ、設計者は関連する設計情報が一箇所に集約されていると確信することができます。この論文は、製造および組立図面を超えた設計の詳細をどのように捉えるかを考慮するためのガイドラインとして意図されています。

はじめに

設計を文書化する上で最も重要ながらもしばしば避けられがちな側面の一つが、正式な設計文書です。私たちはしばしば、設計を完了させ、製造、組立、検証の文書を生成し、それで仕事が終わったと考えがちです。システム仕様、設計意図、設計プロセス、そして仕様へのトレーサビリティを適切に捉えることは、時間がかかり困難ながらも非常に必要な作業です。

pcbエディタのドキュメントにおける設計の詳細の捉え方は、あらゆる設計の計画段階で始まり、仕様から始まります。設計文書が対象とする設計がより大きなシステムのサブシステムである場合、全体のシステム仕様が提示され、その後、システム仕様のうちサブシステムに流れ込む部分が対処されなければなりません。設計プロセスを通じて、設計文書は生きた文書となり、各サブサーキットが設計され実装されるにつれて、設計プロセスとともに成長します。

設計文書の意図は、回路図、製造および組立図面の範囲を超えた関連する設計情報を捉えることです。

仕様

仕様策定段階は、時間と予算の制約のためにしばしば見落とされたり避けられたりする領域です。したがって、適切な仕様の開発に対処するためには、前もって時間とリソースを割り当てる必要があります。時間と資金が貴重なスタートアップ環境で働いているとき、私は何度か、あいまいまたは存在しない仕様で製品を設計するという任務に直面しました。このアプローチは危険が伴います。存在しないまたは変動する仕様に基づいて設計することは、終わりのない開発の物語につながります。仕様は、何を達成すべきか、そして設計が完了したときにそれを検証するために存在します。「もっと良くできる」という考え方がしばしば持続し、プロジェクトは予算を超え、スケジュールが遅れることになります。これが、最初に仕様に取り組まなかった主な理由です。

設計文書で取り扱われるデバイスの仕様は、しばしばはるかに大きなシステムのサブシステムになります。全体的なシステム仕様が提示され、その後、手元のデバイスに適用されるシステム仕様の一部が論理的かつ順序立てて提示されます。

仕様には以下が含まれるべきです（ただし、これに限定されません）：

- 機能（サブシステムが何をすることを意図しているか）

- 運用環境（温度、湿度など）

- 他のサブシステムへのインターフェース

- 電力予算

- 利用可能な供給電圧

- 機械的制約 サイズ/重量/形状

- 衝撃と振動の要件

- 熱（利用可能な冷却、放射熱放出の制約など）

- 電磁干渉 放射、伝導、および感受性

- 信頼性。

さらに、リストは続きます…

システム概要

システム概要は、できるだけ少ない技術用語を使用して、システムを物語形式で説明します。これは高レベルのシステムアーキテクチャの説明であり、さまざまなサブシステムとそれらの相互接続インターフェースを示すアーキテクチャ図を含むべきです。外部の他のサブシステムへのインターフェースも、物語と図の両方で取り扱うべきです。

設計上の考慮事項

設計上の考慮事項は、システム設計の制約を説明します。このセクションは、行われたトレードスタディや、システム設計の開発において設計チームが行った仮定を参照するべきです。このセクションは追跡可能性のために仕様を参照するべきです。

サブ回路設計

サブ回路設計セクションは、オシレータ、アンプ、MCU、その他の細かなシステム機能ブロックなど、各サブ回路を分割します。各サブ回路は、以下を含む（ただし、これに限定されません）セクションを持つべきです：

タイトル

タイトルは、回路の動作を説明するものであるべきです。

動作原理

動作原理は、低レベルの技術詳細で回路の機能性を説明するべきです。該当する場合、サブ回路によって満たされる仕様項目を追跡可能性のために参照するべきです。

回路図

回路図、図1は、その機能がサポートされている場合、スキーマティックキャプチャツールから直接コピーすることができます。そうでない場合は、グラフィカル編集ツールを使用する必要があります。

図1: 回路図はスキーマティックキャプチャツールからコピーできます。

設計計算

適用される場合、全てのコンポーネントの消費電力、フィルタの時定数、その他の計算された回路性能パラメータなど、コンポーネント値の計算を提示する必要があります。

シミュレーション結果

サブ回路に対してシミュレーションが実施された場合、その結果を提示する必要があります。シミュレーション結果の詳細な技術的特性も提供されるべきです。適用される場合、サブ回路によって満たされる仕様項目への参照が、トレーサビリティのために参照されるべきです。

図2: シミュレーション結果を含める必要があります。

インターフェースアーキテクチャ

設計文書で詳述されているサブシステムのインターフェースアーキテクチャは、低レベルの技術的詳細で説明されるべきです。サブシステム間で交渉されたハードウェア構成について、詳細に議論され、仕様への参照で戻されるべきです。

機械的特徴

機械的特徴セクションには、設計の物理的特性が含まれます。このセクションで伝えられる情報には、ボードの形状、寸法、重量、質量中心（該当する場合）、および主要な特徴などが含まれるべきですが、これに限定されません。適切な場合、満たされるべき仕様項目への参照が引用されるべきです。このセクションには、図3の例で示されるように、完成したシステムの図が含まれ、寸法、インジケーター、ケーブル接続、大きなコンポーネント、および設計のその他の重要な特徴などの主要な特徴が注記されるべきです。

図3: 機械的寸法と主要な特徴は機械図面で詳述されます。

システム分析

仕様が要求する場合、システムの最終分析を行う必要があります。最終設計はモデル化され分析され、最終設計が仕様を満たしていることを確認します。この最終セクションで提示されるデータのタイプは、熱、衝撃と振動、信頼性、EMI、形状適合性に関するシステム要件にさかのぼります。最終設計文書を完成させるためには、3Dモデルもしばしば必要とされます。

結論

設計文書は生きた文書であり、すべての設計にとって非常に必要な部分です。それは仕様に対するトレーサビリティを提供し、設計フェーズが完了した時点を決定する上で不可欠です。設計文書は従来のハードウェア製造および組み立て文書の代わりではありませんが、設計プロセス全体を捉えるものと見なされるべきです。