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高速PCB設計：どれほど速いのか？ 高速PCB設計：一体どれほど速いのか？ 1 min Blog 電気技術者 電気技術者 電気技術者 以前のブログで何度か指摘されているように、現在、「高速PCB」は私たちの業界でほぼ至る所に存在しています。そして、引用されているように、エンド製品や実装に関係なく、IC技術が組み込まれているという事実により、すべてのPCBは高速であると常に言われています。数年前、重要なのはコンポーネントのエッジレート、より具体的には、コンポーネントのエッジとボード間の相互接続であると言い始めました。実際、それが私たちのビジネス名であるSpeeding Edgeに至った経緯です。これは、「bleeding edge」と「高速エッジレート」という用語の混成語であり、PCB上のコンポーネント相互接続によって示されます。 「高速」という用語の進化とそれが年々どのように変化してきたかを再考する価値があります。この記事では、高速PCBの歴史、PCBデバイスを高速と言うときに何を本当に意味するのか、そして高速PCB設計プロセスに不適切に適用されるいくつかの経験則について議論します。高速設計原則に関する情報の貴重なリソースも議論されます。 高速PCBの誕生と進化 高速PCBは実はかなり昔から存在しており、IBMやCrayといった企業が設計・製造したメインフレームコンピュータに遡ります。しかし、それはPCB業界の他の部分と比べるとかなり孤立したニッチでした。世界の残りの部分にとって、高速が問題となったのは80年代初頭にTTLが十分に速くなり、パスが長くなった時です。そして、それが信号整合性に関して高速を定義する方法です。信号パスが立ち上がり時間に対して相対的に長い場合、PCBは高速であるとされ、信号が開放端で反射して問題を引き起こす可能性がある場合、パスは長くなります。 正確な数学の観点から言えば、立ち上がり時間がナノ秒である場合、3インチ（約7.5 cm）以上のすべてのパスが反射のために失敗する可能性があります。注：3インチ=7.5 cm、6インチ=15 cmです。立ち上がり時間を長さに変換するには、パスの速度を見つけ出します。PCBでは、これは大体ナノ秒あたり6インチに相当します。これが出発点です。そして、それがどれだけ頻繁に発生するか、またはクロックレートが何であるかは、判断に影響しません。 スピーディングエッジの社長兼創設者であるリー・リッチーは、「電源を入れたときにリセットラインで設計が失敗することを見たことがあります。これは電源を入れたときに起こります。人々はそれが頻繁に起こらなかったので、これを非重要と判断するかもしれません。世界はクロック周波数に基づいて速く判断する習慣があり、そこで問題にぶつかります。」 例として、数年前に失敗したパルスオキシメーターのトラブルシューティングを行いました。その製品を設計した会社は、1MHzのクロックを持っていたため製品が「遅い」と判断しました。しかし、設計のメモリ部分が350ピコ秒の立ち上がり時間を持っていたため、動作しませんでした。 では、現在はどうでしょうか？最後に見たMicron Technologyのメモリコンポーネントのデータによると、遅いエッジは100ピコ秒、標準エッジは50ピコ秒でした。速いエッジは指定されていませんでした。ナノ秒から始めると、遅いエッジはそれの1/10であり、これは遅いエッジの場合、3/10インチの長さのパスが反射による失敗を示すことができることを意味します。このシナリオでは、クロック周波数に関係なく、速くない製品はありません。 製品設計者は今日でも、最終製品の実装が「高速」ではないからといって、デフォルトで製品が高速でないと仮定すると問題に直面します。そして、人々が間違いを犯しがちな5つの領域があります。これらには次のようなものが含まれます： 信号整合性のルールに従わない。これには、インピーダンスを制御しない、適切な終端を使用しない、アプリケーションノートを設計ガイドとして利用することが含まれます。設計が失敗した言い訳の多くは、「アプリケーションノートに従ったが、製品が動作しない」と始まります。（多くのアプリケーションノートには有効な信号整合性のアドバイスが含まれていません。） 技術的なルールを理解していない人々から来る多くの技術製品のアイデア。過去30年間で、信号整合性の訓練を受けていないコンピュータサイエンスのエンジニアから始まる多くの製品アイデアがありました。 経験則を一握り掴んで、物事の実際の動作を理解せずに設計プロセスに適用する。 そして、以前のいくつかの記事で指摘されたように、高速設計において、今日最大かつ最も重要な課題は、適切に機能するPDSを設計することです。 悪いルール 記事を読む
静的および動的フレックスPCB設計の比較：機械的考慮事項 静的および動的フレックス設計の比較：リジッドフレックスPCBの曲げ半径およびその他の機械的考慮事項 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 静的および動的なフレックスPCBの設計は、電気的な側面だけでなく、機械的な側面も同じくらい重要です。ここでは、両タイプのPCBに対する設計のヒントをいくつか紹介します。 記事を読む
エレクトロニクス製品の設計と健康の禅 エレクトロニクス製品の設計と健康の禅 1 min Newsletters ハードウェアのスタートアップを検討した場合、おそらく瞑想トレーニングデバイスを最初に思いつくことはないでしょう。ですが、非常に騒がしくストレスの多い世界で、瞑想は、ストレスを軽減して心の健康を向上させる、一般的で効果的な方法になっています。このブログでは、Core Wellness社の共同創設者であるSarah DcDevitt氏がどのようにして、Microsoft社を辞め、Core Wellness社を立ち上げ、個人用瞑想トレーニングマシン「Core」を開発したのかについてをご紹介します。 Core Wellness社の共同創設者であるSarah McDevitt氏 Judy Warner: ご自身のキャリアとCore Wellness社を創設したきっかけについて簡単に教えていただけますか? Sara McDevitt: 私は人生の岐路で、スタンフォード大学で大学院の学位を取るため、Microsoft社を退職しました。大学では、高校生と密接に協力して働きました。そこで、高校生たちが学校での目標を達成するにあたってストレスと不安が妨げになっているのを目にしました。そして同様の問題が自分自身を含む大人たちにも重くのしかかっていることに気づきました。これがきっかけとなって、マインドフルネスの背景にある科学と、人々が各人の一番いい状態になるための方法としてのストレス軽減について研究することになりました。その後間もなく、共同創設者のBrian氏と出会い、瞑想をより実際的で親しみやすく今風にする方法に取り組み始めました。 Warner: このデバイスの働きと健康効果について説明していただけますか? McDevitt: 瞑想のメリットは、注意力や記憶力の向上から、よりよい睡眠、痛みの軽減など、さまざまです。瞑想アプリはますます普及しましたが、多くの人は、進捗を追跡できず、継続に苦労しています。Coreは、手持ちサイズの瞑想トレーニングマシンで、スムーズな脈拍をガイドします。その一方で、ECG（心電図）によって心拍を計測し、そのデータを用いてセッション中のストレスレベルの変化を分析することができ、それと同時に、徐々に利用者に合った瞑想を作り出せるようになります。 家庭向け個人用瞑想トレーニングマシンCore Warner 記事を読む
複雑なコンポーネントライブラリおよびデータ管理のナビゲーション 複雑なコンポーネントライブラリおよびデータ管理のナビゲーション 1 min Newsletters 体系化されたコンポーネントライブラリおよびデータを、正確で、チーム使用に最適化された状態に保つことは、全ての技術者およびPCB設計者にとって非常に重要です。残念ながらそれは非常に退屈な作業で、プリント基板や製品の実際の設計にかかる時間と労力を奪います。それは、アーティストが作業時間の75%を画材の準備に費やし、残りの25%で実際に絵を描くようなものです！ アルティウムは、設計者の作業の合理化に役立つことを願って、以下にさまざまなコンテンツソースを取り揃えました。本当に打ち込みたい作業により多くの時間を費やせるよう、これらの情報を活用してください。最新の製品リリースであるAltium Concord Proの詳細をまだご覧になっていない方は、以下にご紹介するリソースを活用するとともに、ぜひ Webサイトにアクセスしてください。 記事: 管理が面倒な回路図設計を体系的に整理する方法 (英語) コンポーネントの選択を容易にするためのライブラリ検索機能(英語) ライブラリの部品作成と3Dモデルの関連付けによる、より無駄のない設計の実現 (英語) 一貫性のあるPCBデータライブラリを構築する方法 オンデマンドWebセミナー: 部品およびライブラリコンポーネント検索の新たな体験 (英語) ライブラリ管理 (英語) AltiumLiveプレゼンテーション: LeGrand社の設計リーダーJohn Watson氏によるコンポーネント不足への対処とActiveBOMの使用の解説 記事を読む
EMC認証と製品 EMC認証と製品 1 min Blog 私は、エレクトロニクス分野での自分のキャリアのほとんどを、中小企業やスタートアップ企業と協力することに費やし、彼らがアイデアを物理的な製品の形にするのを支援してきました。ほぼすべてのクライアントが抱えており、私が何度も見てきた誤解は、電磁両立性コンプライアンスに関するものでした。多くの企業は、自社製品にEMCテストが必要であることを知りませんでした。また、認証にかかる期間と費用や、要件が自社の製品にどう適用されるかを把握していない企業もありました。 認証について知っていた人でも、自社製品にWi-Fi、Bluetooth、その他のRFトランスミッターやトランシーバーが搭載されていないため「RFテスト」を受ける必要はないと、その多くが誤って信じていました。また、数十あるいは数百の基板だけを製造する企業であるから、認証を受ける必要はない、または認証を受けなくても問題ないと考える人もいました。中でも驚きだったのは、市販の電子基板（Arduinoやブレークアウト基板など）を使用し、それらをすべて筐体に配線するだけの企業なので、デバイスを認証する必要がないと考える人がいたことです。 ほぼすべての国には、独自のEMC規制と認証要件があります。国境を接している国同士や、ある国の認証/規制当局が規制の策定を主導している場合は、各国の規制が類似する可能性があります。例えば、カナダと米国には非常に似た要件があり、またヨーロッパのほとんどの国では、CE規格への準拠のみが要求されます。製品を販売する地域ごとにデバイスを認証する必要がある場合に比べ、共通の要件を定めることで認証プロセスが簡素化され、コスト効率が高くなります。また国によっては、自国内のラボで規制に照らして製品をテストすることを義務付けている国もあります。その場合、テスト用のデバイスを複数のラボに送る必要があるため、認証取得の費用と時間が大幅に増加する可能性があります。 この記事では、特に非意図的な放射機器、つまり意図的なRF放射のないデバイスに焦点を当てています。何らかの放射を発生させることなく、電子回路を構築するのは不可能です。導体に可変電流が流れる際には常に磁場が発生し、電磁エネルギーが放射されるからです。これらの放射が、指定された制限値を確実に下回るようにすることで、他のデバイスや無線信号に干渉しないようにするために、規制や指令が存在しています。 コンプライアンスが重要な理由 EMC規制がなければ、不適切に設計されたデバイスによって無線通信が不可能になる環境が生じ、接続されている他のデバイスや付近のデバイスの機能を、損傷または破壊する可能性があります。こうした規制がなければ、携帯電話、無線による航空管制、Wi-Fiによるインターネット接続、衛星通信など、 電磁波を利用したあらゆる種類のテクノロジーが利用できなくなる可能性があります。 極端な例を挙げていると思われるかもしれませんが、未認証のデバイスが無料放送のテレビ信号を妨害し、そのデバイスと同じ建物内で一部のチャンネルの信号品質が低下して視聴できなくなったり、付近のCBラジオが機能しなくなったこともあります。極端な例ですが、Makerのイベントでは、テストを一切受けていない高周波・高アンペアのモーターを備えたロボットのせいで、ペースメーカーを装着した年配の男性が困難な状況に陥り、ロボットの電源を切ることになったのを目にしました。 こうしたことが、企業とその製品にどう関係するのでしょうか？産業施設に設置する単一のユニットを作成している場合はどうすればよいでしょうか？Tindieで販売するブレークアウト基板を作成している場合は？ 欧州委員会の電磁両立性指令のウェブサイトを引用すると、「機器（装置および固定設備）は、市場に投入され、および/または使用される際に、EMC要件に準拠する必要がある」とされています。 1台のデバイスを1回限りの使用のために販売する場合でも、100万台のデバイスを製造して流通させる場合でも、機器の認証を受けることが法的に義務付けられています。この要件は、PCBを作成するのではなく、複数の既製の基板を1つの筐体に組み立てる場合にも適用されます。同様の要件は、米国（FCC認証）、カナダ（ISED規制）、およびその他のあらゆる国で適用されています。 EMIおよびEMCに関する業界標準と規制の詳細については、こちらをご覧ください。 規制に関して、何もせずに切り抜けられると考える人はいるかもしれません。しかし、私が過去に仕事をした小規模のクライアントは、過去に製品のコンプライアンス文書の欠如を摘発されていました。そのうちの1つは、年間の販売数がわずか数百台という米国の個人事業主で、注文品をヨーロッパの代理店に発送していましたが、仕向国の税関が、CE書類が提示されるまで発送を保留したのです。 別の企業は、意図的な放射機器（RF製品）を販売しており、この取扱量も少量でしたが、未承認の製品を販売したとしてFCCから数十万ドルの罰金を課されました。販売量が少なくても、製品が規制当局の目に留まった場合、逃れることはできません。 製品の認証を受けることは、コンプライアンス違反によって製品が破棄されたり、罰金を科されたりするよりも、はるかに安上がりなのは確かです。 製品の認証を受ける方法 最終的には、認証を希望する規制機関が承認または認可したラボに、自社製品を送付する必要があります。しかし、必要なサービスを提供するラボを予算内で見つけるのは困難な場合があります。スケジュールが許すなら、エレクトロニクスの展示会に足を運んでみるのも一案です。さまざまなラボのエンジニアと話す機会が得られるため、たとえ遠方でも、そのために出張する価値があるはずです。また、電子機器の製造/組み立てのビジネスに焦点を当てた比較的小規模な展示会では、複数のラボから代表者らが参加している可能性があります。 最も安い見積もりを提示した会社が、必ずしもテストに最適とは限りません。特に初めて手続きを行う場合は、認証プロセスにおいて、かなり緊密にラボと連携する必要があります。理想的には、テストを実施するラボに、製品の開発プロセス全体を通じて協力してもらうのが望ましいと言えます。試作品を開発するときは、ハードウェアを持参してラボを訪問するか、ハードウェアをラボに送付して、試作品の事前準拠テストを行います。 試作品を早期にテストすることで、問題が見つかった場合にハードウェアにタイムリーな変更を加えることができるので、最終製品だけをテストに送る場合と比較して、貴重な時間と費用を節約できます。問題が見つかった場合、優れたラボのエンジニアは、単に不適合だと伝えるのではなく、豊富な経験に基づいて問題の解決方法についてのアイデアを提供してくれるでしょう。さらに良いことに、 事前準拠テストに直接赴くことで、こうした提案の一部をその場で実装し、すぐに再テストすることができます。それにより、問題を列挙したリストではなく、変更点を列挙したリストを持ってオフィスに戻ることができるのです。 記事を読む
PCBデータ管理システムおよびプロセスの最大の問題点 PCBデータ管理システムおよびプロセスの最大の問題点 1 min Blog PCBデータ管理は、最終目的地のない旅のようなものです。この旅では、重大な問題が起こるかもしれません。しかも、たいていの場合、突然です。無視した場合、事態は悪化し、最終的にはPCBデータ管理システム、およびプロセスはすっかり台無しになる可能性があります。 このブログでは、こうした問題をいくつか見ていきます。問題は突然現れる可能性があり、油断しているとたちまち困った事態に陥るので、この記事ではそれらの問題を「落とし穴」と呼ぶことにします。ですが、落とし穴をあらかじめわかっていれば、半分は勝ったようなものです。 船頭多くして船山に登る ほぼすべてのPCBデータ管理システムで起こり得る一般的な問題の1つは、管理者が多すぎることです。つまり、誰もがある特定作業を行うことを許可されているということです。企業は、多くの場合、便宜上または有効性の理由でそれを許可しますが、これはひどい間違いです。 PCB設計プロセスにおいて、ライブラリ管理者は最も重要な役割を果たしていると考えられます。すべてのPCB設計の基本はコンポーネントであり、コンポーネントの品質はひとえにライブラリ管理者の双肩にかかっています。 先日、私自身もこれを経験しました。全員がライブラリにコンポーネントを作成できるという「決定が下された」ときです。このときは、40人前後のグループについての話でした。まもなく、誤った部品のせいで、ライブラリ全体のコントロールが失われ始めました。 解決策は、ライブラリにアクセスするメンバーと実行できる操作を管理することです。数名のライブラリ管理者を選出したところ、コンポーネント作成が速やかに管理されるようになり、品質も大幅に向上しました。 管理外のライブラリ 私が会社に念押ししておきたいPCBデータ管理のもう1つの大きな問題は、管理外のライブラリのまん延と使用です。その名前が示すように、管理外のライブラリは、コントロールされたPCBデータ管理システムの外にあります。通常、レビューされていないコンポーネントが含まれており、完全に不適切なライブラリです。さまざまな理由から、設計者はそのようなライブラリを所有し、使用しています。しかしながら、PCB設計が失敗するリスクも負っています。私はこれまでにいくつもの問題を目にしてきました。製造組み立てにおいてのみですが、いずれも管理外のライブラリの不適切なコンポーネントが原因でした。 私たちは、Altium DesignerのItem Managerを使用して各設計を定期的にチェックし、各コンポーネントのソースを確認します。管理されていないライブラリの使用が判明した場合は、ただちに対応して削除します。 このような特定の問題の解決策は単純です。いかなる条件下でも、管理外のライブラリを許してはなりません。 情報の品質保証 企業にとっては、PCBデータ管理システムの意義は1つです。つまり、お金です。会計台帳のどちら側に記載されるかは大きな問題です。情報は利益にも損失にもなり得ます。すべては、データの品質次第です。PCB設計で使用された管理外ライブラリと管理外コンポーネントでは、どちらがより不適切なのかはわかりませんが、どちらも同じ結果を招きます。それは誤ったPCB設計とお金の無駄です。 レビュー プロセス 必要なのは、コンポーネントおよび部品の全体をレビューするための詳細な計画です。回路図シンボル、フットプリント、3Dモデル、シミュレーションなどのモデルがコンポーネント全体を構成するため、これらのモデルに関連する問題は、複数の部品に影響を与えます。そのため、レビューの際は特にこれらのモデルに注意を払います。 このモデル レビューのプロセスは、リリース前のコンポーネントの全体レビューの一環です。通常、レビューの際はこれらのコンポーネントを隔離するので、誤って紛れ込んで設計を台無しにすることはありません。 記事を読む
PCB設計におけるEMI/EMC基準の達成 PCB EMI/EMC ガイドライン：あなたの設計でEMI/EMC基準を満たす 1 min Blog もし、携帯電話を2台並べたら、突然どちらも正常に動かなくなったらどうでしょう？幸いにも、このようなことは起こりません。なぜなら、設計者や製造業者が、これらのデバイスが導電性および放射性の電磁干渉（EMI）に関するEMC基準に準拠するように、真剣な努力をしているからです。どのデバイスも、市場に出る前にEMC基準を満たしている必要があります。 これは複雑に聞こえるかもしれませんが、次のデバイスがEMCテストに合格するのを助けるための、いくつかのシンプルな設計戦略があります。さまざまなEMC基準団体とその仕様を知ることから始めるのが良いでしょう。 PCB設計のためのEMC/EMI基準 EMC基準は、規制基準と業界基準の2つの広いカテゴリーに分かれます。あなたの設計のための規制基準は、製品を市場に出して販売したい場所（必ずしもそれが設計されたり製造されたりする場所ではない）に依存します。最初のEMC基準のいくつかは、1979年にアメリカ合衆国連邦通信委員会によって確立されました。その後、ヨーロッパ共同体が独自のEMC基準を定義し、これが将来の欧州連合基準の基礎となり、現在はEMC指令として知られています - 正式には欧州議会の電磁両立性（EMC）指令2014/30/EUと命名されています（ こちらからヨーロッパの基準を見ることができます）。 業界標準への適合は、法的な問題だけでなく、特定の環境やアプリケーション領域で展開される電子機器の一貫性と相互運用性を保証するための業界固有の問題でもあります。効果的に、業界のEMC標準は、製造、組立、性能などの他の業界標準と同じ役割を果たします。EMC要件を定義する主要な業界標準機関および規制機関には、 米国連邦通信委員会（FCC） 米国連邦航空局（FAA） アンダーライター・ラボラトリーズ（UL） アメリカ無線技術委員会（RTCA） 国際電気標準会議（IEC）、通じて国際特別無線障害委員会（CISPR） 国際標準化機構（ISO） 自動車技術者協会（SAE） 電気電子技術者協会（IEEE） 米国軍を通じてのMIL-STD標準セット IECおよびCISPRの標準はヨーロッパでより人気がありますが、IEEEの標準は米国でより人気があります。特に、IEEEの標準はアンテナ校正試験の基礎を形成します。MIL-STDのEMC要件は、世界で最も厳格な標準の中の一つであり、電子機器の商業セクターに適応される最初の標準のいくつかでした。 EMC標準に準拠するための広範な要件 企業が非準拠のデバイスや製品をリリースした場合、警告を受けるか、 記事を読む