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未配線のネットをどこにもつながらないトレースにしないでください 未配線のネットをどこにもつながらないトレースにしないでください 1 min Thought Leadership 映画で、列車が線路を走っていて、橋を渡り始めるものの、先に進むと線路が途切れて橋がどこにも繋がっていないことに気づくシーンを見たことがありますか？それは怖い状況で、以前は列車技師と呼ばれていた機敏な列車の運転手だけが大惨事を防げます。同じくらいの大惨事ではありませんが、基板上に未配線のネットがあると、PCBの動作に大きな混乱を引き起こす可能性があります。 未配線のネットは、接続が必要な場所に開いた回路のことです。コンポーネントのパッドやパッドとビアの間に完成した経路がないと、回路が不規則に動作したり、差動ペア間でインピーダンスの不一致が生じたり、熱を保持してコンポーネントや基板が損傷する可能性がある部分で熱を保持してしまうことがあります。PCB製造業者が未配線のネットを認識できない場合があるため、これらの不完全または欠落している接続を設計中に特定して解決することが、使用できない基板の製造を防ぎ、不必要な追加コストを避けるために不可欠です。Altium Designerを使用すると、回路図上の電気的接続をチェックし、PCBレイアウト上のネット接続を確認し、必要な変更を簡単に行うことができる包括的な統合設計パッケージを手に入れることができます。設計に存在する可能性のある未配線のネットを特定して解決するためのこれらのツールを探ってみましょう。 未配線のネットを特定する方法 あなたの回路図が完全に接続されていることを確認する責任はあなたにあります。もし、あなたの設計に集積回路（IC）が含まれている場合、外部に接続されていないピンや使用されていないピンがある可能性が高いです。このため、回路図の接続を行う際には、コンポーネントのドキュメントに依存すべきです。役立つかもしれないヒントとして、コンポーネントの接続を示す図面やブロック図を作成し、回路図のガイドとして使用することが挙げられます。単純な回路の場合、この図面は回路図の未配線ネットを視覚的にチェックするためにも使用できます。しかし、ほとんどの回路の複雑さを考慮すると、回路図に対して電気的または電子的なルールチェック（ERC）を実行する必要があります。 回路図上の未配線ネットの特定 回路図の設計が完了し、PCBに変換する前に、ERCを実行する必要があります。一般的に、ERCは電気的接続を評価します。これには、パス、ラベリング、パラメータが含まれ、違反のリストを提供します。これらの違反は、ERCの設定時に選択したルールと報告レベルオプションに基づいています。ただし、一部のPCB設計ソフトウェアパッケージでは、ネットリストの作成やERCの実行が追加の設計ステップとして別になっていますが、Altium DesignerではERCはPCBレイアウトを生成する変換またはコンパイルの一部です。可能なチェックと違反の数は広範であり、ネットを特に扱うチェックがいくつか含まれています。成功したコンパイルを妨げる可能性のある 可能なネット違反の中で、未配線ネットを特定するのに最も役立つものを以下に挙げます。 接続されていないワイヤー ネット内の接続されていないオブジェクト フローティング入力ピンを含むネット ピンが1つだけのネット ドライバーのない信号 負荷のない信号 差動ペアの正のネットが欠けている 差動ペアの負のネットが欠けている 上記のリストには、誤ってラベル付けされたネット、不正確または欠落しているパラメータを持つネット、およびERCで検出可能なその他のネット違反が含まれておらず、PCBレイアウトを生成する前にこれらも修正する必要があります。 PCBレイアウト上の未配線ネットの特定 回路図がERCを違反なしで正常に通過することを、設計がPCBレイアウトに進むための要件とすべきです。Altium 記事を読む
接地を保つ：PCBレイアウトにおけるデジタル、アナログ、およびアースグラウンド エレクトロニクス設計におけるグラウンドリファレンスとシャーシグラウンドについて 1 min Thought Leadership アース接続技術、接地、PCBのグラウンド接続、PCBシャーシグラウンドの概念は、国際基準が概念と用語を分離しようと試みても、電子工学においては非常に複雑です。グラウンディングは、電子設計、電気作業、もちろんPCB設計のすべての側面で重要です。すべての回路には、私たちがグラウンドと呼ぶ参照接続が必要ですが、正確な参照はさまざまなシステムで異なる方法で定義されます。 さまざまなタイプの電子機器でPCBグラウンドがどのように機能し、グラウンド接続をどのように使用するか不確かな場合、すべてのシステムに適用される単純な答えはありません。異なるタイプの電子機器は、それぞれのポテンシャル参照を異なる方法で定義し、すべてのグラウンドが同じポテンシャルにあるわけではないことが、入門電子工学のクラスで学んだこととは対照的です。この記事では、デジタルグラウンド、アナロググラウンド、シャーシグラウンド、そして最終的にアースグラウンド接続を定義し統合するためのシステムレベルのアプローチを取ります。グラウンドが最終的にPCBにどのように接続され、最終的にシステム内のすべてのコンポーネントに接続されるかを学ぶために読み続けてください。 回路におけるグラウンド参照とは何か、そしてそれは何をするのか？ 地面を定義する方法はいくつかありますが、誰に尋ねるかによって異なります。物理学者は特定の方法（主に理論的に）で定義する一方で、電気技師や電気工学者は文字通りあなたの足元の地面（アースグラウンド）を指しているかもしれません。電子工学では、地面をさまざまな機能を交換可能に実行するものとして参照することがあります。ここでは、電子工学における地面の主な機能をいくつか紹介します： 地面は電圧を測定するために使用される基準点を提供します。すべての電圧は、2点間の電場（および位置エネルギー）の観点から定義されます。これらの点の1つを「0V」と定義することができ、この0Vの基準を「地面」と呼ぶことがあります。これが、PCB内のグラウンドプレーンを「基準平面」と言う理由の1つです。 地面は電源への帰還電流の経路を提供するために使用でき、これにより回路が完成します。 概念的には、地面は大きな電荷の貯蔵庫として機能し、電流の流れの方向も定義します。地面を0Vの基準として取るため、この値（正または負）より上または下の電圧は、地面の位置に対して異なる方向に電流の流れを駆動します。 グラウンドは電場が終了する点を提供します。これは本当に最初のポイントの変形です。もし電磁気学のクラスで画像法の問題を解決しなければならなかったことがあれば、グラウンドは特に0Vで保持される等電位面として定義されることを覚えているはずです。この定義は、特定の電圧で保持される任意の導体（例えば、 PCBの電源プレーン）にも適用されることに注意してください。 完全なグラウンド導体を通る電圧降下は0Vです。言い換えると、グラウンド参照内の任意の2点間の電圧を測定すると、常に0Vを測定するはずです。これは上記のポイント2の再述です。 PCB設計では、電源がコンポーネントに供給される方法と、設計内でデジタル/アナログ信号がどのように測定されるかを定義するため、ポイント1と3についてよく話します。EMI/EMCの専門家は時々、ポイント4の観点からグラウンドについて話します。これは基本的にシールド材料の機能を説明します。誰もがポイント5を福音として受け入れますが、ポイント5は現実には起こりません。 これらのポイントをカバーした今、電子機器におけるグラウンディングとさまざまなタイプのグラウンドについて認識すべきいくつかのことがあります。 全てのグラウンドは不完全です 全てのグラウンド領域は上記の特性を持つことが意図されていますが、導体の実際の性質により、グラウンド基準として使用された場合には異なる機能を果たします。さらに、グラウンド領域の幾何学的形状は、電場および磁場との相互作用の仕方を決定し、それがグラウンド領域へのおよびグラウンド領域内の電流の動き方に影響を与えます。これが、 異なる信号がその周波数内容に依存した特定のリターンパスを持つ理由です。さらに、全てのグラウンドは非ゼロの抵抗を持っており、これが実際のグラウンドに関する次のポイントにつながります。 全てのグラウンドが0Vであるわけではない 浮遊している導体や、異なる電源を参照するシステム内の導体は、同じ0Vの電位を持っているとは限りません。言い換えると、異なる機器の2つのグラウンド参照が同じ参照に接続されている場合でも、それらの間の電位を測定すると、非ゼロの電圧を測定することになります。 これは、2つのデバイスが同じ導体をグラウンド接続として参照している場合にも発生することがあります。長い導体（例えば、マルチメーターで）を測定すると、電位差がゼロでない可能性があり、これは導体に沿って一定の電流が流れていることを意味します。大きなグラウンドや2つのグラウンド接続間のこの電位差は「グラウンドオフセット」と呼ばれます。大規模なマルチボードシステムや、産業用およびネットワーク機器のような分野では、グラウンドオフセットは差動信号を使用する理由の1つです（例： CANバス、 イーサネットなど）。差動プロトコルは2本のワイヤー間の電圧差を使用するため、それぞれのグラウンド参照は関係なく、信号は依然として解釈できます。 記事を読む
PCB ルーティングのヒント: BGA ファンアウトオプションをナビゲートします PCB ルーティングのヒント: BGA ファンアウトオプションをナビゲートします 1 min Thought Leadership トムは会社で順調に昇進し、新しい副社長になりました。彼は一生懸命働き、関係を築き、会社についての知識を着実に構築してきました。残念ながら、トムはアクロニム病という深刻な病気にかかり、それが会社の重要部門に疫病のように広がりました。トムはどんなに努力しても、アクロニムを使わずにはいられませんでした。時には、彼の妻が彼が眠っている間にアクロニムで話しているのを聞くことがありました。 残念ながら、アクロニム病の唯一知られている治療法は、1800年代半ばに旅行する詐欺師が販売していた、あいまいなエリクサーです。そのエリクサーは、見た目、一貫性、そして味が小川の水と同じでしたが、「CMRがTPSによって提供されるDERについて、FERC、NERC、RTOs、ISOsによって研究されている」と説明するあらゆる男性、女性、または子供を治すことができました。 アクロニムは死なない — ただゆっくりと消えていくだけ PCBアセンブリの世界には、確かに略語の不足はありません。ボールグリッドアレイ（BGA）は、PCBデザイナーが集積回路への高密度接続を容易にルーティングできるようにします。表面実装技術（SMT）チップパッケージの下側が接続性を確立し、アレイの上側がフィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）、アプリケーション特定集積回路（ASIC）、マイクロコントローラ、100ピン以上を持つマイクロプロセッサなどの集積回路（IC）にとって使いやすいパッケージを提供します。パッケージの底部にグリッドパターンで配置された各ピンは、はんだのボールを持つパッドを持ち、これがプリント回路基板内の対応する銅パッドに電気的接続を作り出します。ボールグリッドアレイは、デバイス内のリード長が短いため、低リードインダクタンスを持っています。 BGAは、クアッドフラットパックスタイルのパッケージの下だけでなく、BGAパッケージの周りにも接続を可能にすることでスペースを節約します。SMT技術が改善されるにつれて、メーカーはより良い熱的および電気的特性を持つさまざまなタイプのボールグリッドアレイを生産しています： BGAタイプ BGA略語 BGAコンポーネント特性 成形アレイプロセスボールグリッドアレイ MAPBGA 低コスト 低～中性能デバイス 低インダクタンス 簡単な表面実装 小さなフットプリント プラスチック・ボール・グリッド・アレイ PBGA 低コスト 記事を読む
ライブラリの部品作成と3Dモデルの関連付けによる無駄のない設計の実現 ライブラリの部品作成と3Dモデルの関連付けによる無駄のない設計の実現 1 min Thought Leadership カスタムコンポーネントと標準コンポーネントをつなぐコンポーネントライブラリは、SPICEモデルから基本的な2Dフットプリントまでのあらゆる要素を追跡して、レイアウト中に使用するために役立ちます。プリント基板設計の2Dから3Dへの移行を受けて、最新のコンポーネントライブラリは3Dモデルを備えています。 独自コンポーネントのメカニカルクリアランスをチェックするつもりなら、3Dモデルを構築しておくのは良い考えです。しかし、ほとんどの基板設計ソフトウェアプラットフォームはこの機能を提供していないので、機構設計と電気設計のソフトウェア間を行ったり来たりすることになります。そこで求められるのが、MCAD、ECAD、高度な基板設計ツールを1つのプラットフォームに統合したソフトウェアです。 基板設計におけるCADツール カスタマイズしたコンポーネントや独自コンポーネントを基板で使用すると、ほかにはない機能を、大抵の場合はより小さいフットプリントで提供できます。優れたプリント基板設計CADであれば、3Dモデルを含む独自仕様のカスタマイズコンポーネントを構築して、メカニカルクリアランスのチェックに使用できます。 基板でカスタムコンポーネントや独自コンポーネントを使用する場合、3Dモデルをコンポーネントに関連付けて、後から使用できるようにライブラリに保存する可能性が高いでしょう。使用する設計ソフトウェアが包括的なコンポーネント情報管理システムを備えていれば、カスタムコンポーネントに3Dモデルを関連付けて、全てのデバイス間でこのコンポーネントの一貫性を維持することができます。例えば、ある設計でコンポーネントモデルを更新すると、その更新が全ての設計に同期されます。 しかし、ほとんどの設計ソフトウェアでは、依然として、機構設計と電気設計の環境がそれぞれ孤立しています。MCADはECADから切り離されているので、設計者はMCADソフトウェアとECADソフトウェアの間でプロジェクトを移動する必要があります。MCAD、ECAD、高度な基板設計ツールの間で、コンポーネントライブラリ内の3Dモデルを同期してくれる基板設計プラットフォームがあれば、設計中の基板を1つの設計インターフェースで最も正確に表示できます。 Altium Designerによる3Dの面付け 問題の発生元の把握 3Dコンポーネントモデルを構築して別の基板設計プログラムで使用できるようにするには、依然として、独立したMCADモジュールの使用が必要です。CADプログラムで求められるワークフローはMCAD設計モジュールとは異なることが多いので、大抵はコンポーネントモデルを設計中の基板にインポートするためだけに、STEPモデルの作業が必要になります。さらに、この基板を3Dで表示するには、もう一度MCADプログラムにインポートし直す必要があります。このプログラム間での行ったり来たりは生産性を妨げるだけでなく、不適切なクリアランスの原因にもなりえます。 カスタムコンポーネントの3Dモデルを作成する場合、この3Dモデルと互換性のある包括的なコンポーネントライブラリ管理ツールが、基板設計プログラム側に必要になります。コンポーネントモデルを管理するための統合コンポーネント情報システムがない場合、その場限りの方法を使用して、設計ツール間でカスタムコンポーネントモデルを管理するしかありません。このような管理手法では、コンポーネントモデルを1つ変更する場合、設計間での手動による更新が必要であり、エラーが発生する可能性が非常に高くなります。 基板レイアウトを構築および表示するためのCADプログラムがすべて、簡単にその他の設計ツールと同期できるわけではありません。たとえば、回路図ツールとレイアウトツールの動作が一致しないことは珍しくありません。また、回路図向けのCADツールとレイアウト向けのCADツールでは、同じタスクを実行するのに必要なコマンドセットが異なる場合もあります。このため、初めてのプログラムを使用する際の習得期間が長くなり、インターフェースの切り替え時にはコマンドを覚え直す必要があります。 3Dコンポーネントモデリングと標準設計ツールの統合 コンポーネントライブラリと連動してECAD機能とMCAD機能を統合する設計ソフトウェアがあれば、デバイスの電気的ビューと機械的ビューを3Dで同時に表示できます。ECAD設計とMCAD設計の統合によって、3Dでの設計ツールの使用が実現し、電気設計チームと機構設計チームが本当の意味で連携できるようになります。コンポーネントライブラリでは、カスタムコンポーネントとその他のコンポーネントを同じように扱うことができ、コンポーネントの3D STEPモデルをライブラリに直接読み込むことができます。 その他のPCB設計ソフトウェアパッケージも、MCADおよびECAD設計でSTEPモジュールを使用しています。統合設計パッケージに切り替えるとき、 カスタムコンポーネント向けの独自STEPモデルを構築し、必要に応じて既存のSTEPモデルをインポートできます。しかし、旧式の設計プロセスでは、基板を表示してカスタムコンポーネントの3Dモデルを作成するだけのために、ECADプログラムとMCADプログラムを行ったり来たりしなくてはなりません。 設計が完成したら、基板設計ソフトウェアで、シミュレーションおよび解析ツールに加えて、製造業者成果物を生成するためのツールと直接通信することができます。これらのツールがすべて1つのインターフェースに表示され、ワークフローにも一貫性があるので、複数のモジュールを切り替える必要がなく、高い生産性を維持できます。 Altium Designerによるマルチボードのアセンブリ 記事を読む
高速・高周波PCBにおける終端方法 高速・高周波PCBにおける終端方法 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 高速デジタルシステムを扱う際には、終端の話題が必ず出てきます。ほとんどのデジタルシステムには、少なくとも1つの標準化された高速インターフェースがあり、または高速なエッジレート信号を生成する高速GPIOが存在する可能性があります。高度なシステムには、通常、半導体ダイ上に適用される終端を持つ多くの標準化されたインターフェースがあります。実際に終端が必要かどうかを判断した場合、どの方法を使用すべきでしょうか？ 実際には、多くのデジタルシステムではデジタル通信のための標準化されたバスを多くのコンポーネントが実装しているため、離散終端器の適用は非常に一般的ではありません。しかし、高速I/Oを持つ高度なコンポーネントを扱っている場合、離散コンポーネントで手動で終端を適用する必要があるかもしれません。このような状況が発生するもう一つの例は、特定のプロセッサーや FPGAで時々使用される特殊なロジックです。最後に、RF終端の問題がありますが、これはデジタルシステムの終端とは非常に異なります。 終端の適用時期と方法 上述のように、離散コンポーネントで手動で終端を適用する必要があるケースは限られています。 あなたのインターフェースにはインピーダンス仕様がありません データシートには、手動での終端が必要であると記載されています インターフェース仕様では、特定の終端（例： DDR、 イーサネットのボブ・スミス終端）が要求されます RFとデジタルのインピーダンスマッチングはやや異なります。全体的な目標は同じです：伝送線に送信された信号は、伝播中に最小限の損失を経験し、受信コンポーネントによって正しい電圧/電力レベルで登録されるべきです。以下の表は、デジタルとRFで使用される終端方法を比較しています： デジタルチャネル RFチャネル 終端帯域幅 広帯域終端回路が必要 狭帯域終端回路が必要 電力損失 特定の場合にはある程度の電力損失が許容される 通過帯域での電力損失はないことが望ましい 適用範囲 記事を読む
エンジニアとPCB技術者は家庭で育つ? エンジニアとPCB技術者は家庭で育つ? 1 min OnTrack Judy Warner: Mihirさん、あなたの生い立ちとこれまでのキャリアについてお話しいただけますか? Mihir Shah: 私は電気エンジニアですが、経験はかなり多岐にわたります。Teslaでの電気自動車のパワートレインからTaserでの高電圧パワーエレクトロニクスまで、またその間の様々な領域を含めてあらゆる分野に取り組みました。Taserでは事務主幹として働いていた時期もあり、長年の間に主要な実践的スキルを数多く身につけました。これらのスキルが、Royal Circuitsでの特別プロジェクト担当ディレクターという現在の役割を果たすために役立っています。 Warner: エレクトロニクス産業でキャリアを重ねていることに、お父様からの影響はありましたか? Shah: 父は、私たち兄弟が子供の頃から、ビジネスに加わるための教育をしてくれていました。何を勉強するかはいつも自由に選ばせてくれましたが、仕事に対する父の情熱や熱中の影響で、私たち家族は常に、人生における役割と成功を中心に考えていました。常にチャレンジすることを勧められていた私たちは、何でも実際にやってみる子供でした。私たち兄弟は結局、二人とも電気工学とエレクトロニクス全般に夢中になりました。この業界で数年働いたのち、設計/顧客側としての経験を積んだ後でビジネスに参加することは明白な選択肢でした。 Warner: お父様がRoyal Circuitsを買収したのは、あなたがおいくつのときでしたか? 工場に遊びに行ったりしましたか? Shah: 父がRoyal Circuitsを買収したとき、私は13歳でした。この夢を実現させるために、家族全員がイリノイからカリフォルニアに引っ越したのです。それからは素晴らしい体験の連続でした。私が生まれてからずっと、Royalの前も含めて父は半導体業界に従事してきました。夏休みや休日に私たち兄弟は工場を訪れ、ドリルマシンの清掃から基板の出荷手伝いまで、あらゆる作業に没頭したものです。高校の夏休みには、パートナーのアセンブリ工場で手はんだ付け技術者として働いたことすらあります。ただ、この骨の折れ仕事のあとすぐに大学に出願したことは言うまでもありませんが。 Warner: 確かに、手はんだ付けは見かけよりずっと難しくて面倒な作業ですね。エンジニアリングから製造に移って、最も驚いたことを教えていただけますか 記事を読む
デザインの再利用：設計した基板を再利用するための手法とベストプラクティス デザインの再利用：設計した基板を再利用するための手法とベストプラクティス 1 min Thought Leadership 自分の仕事に関係する情報を再利用するのは一般的なことです。シェフはレシピを、仕立て屋はパターンを、技術者は回路を再利用します。ただし、設計済みの基板や回路の再利用については問題があります。それは、設計ツールが役に立たない場合があることです。 再利用の明白な利点は、時間とコストを節約できることです。また、機能することがわかっている修正済みの回路を使用できることも有益です。私は、自社製品向けに完全なシステム基板を設計する会社に勤めていたことがあります。新しい基板が必要になるたび、電源やファンのコントロールなどの機能に、他の基板で設計された回路を再利用していました。 とはいえ、「回路の容易な再利用」という要求は、利用しているPCB設計ツールで対処できるほど単純なものとは限りません。デザインを適切に再利用しなかったために、粗悪な回路基板が出来上がってしまったのも見たことがあります。また、設計済みの回路を信用せずに、回り道をして回路を一から設計する技術者もいました。「再利用」という言葉にまつわるあるまじき問題は多々あります。身に覚えはないでしょうか? 例を見ていきましょう： すべての要素を把握することは困難 長年にわたり、EDAでの設計の再利用とは、単にデータのコピーを使用することを意味していました。多くの場合、デザインの再利用に特化したツールを提供するソフトウェア ベンダーは、再利用の機能に別途料金を請求していました。CADツールの贅沢な機能に対してコストをかけることを上司に説得するのは、大半の人がなんとか避けたいと願う気の重い仕事でしょう。 そうなると、デザインを再利用するにはツール内でコピー＆ペーストの機能を使うしかありません。この方法では多くの場合、最終的にコピーされた機能をあまりコントロールすることはできません。また、回路の不要な要素が誤って含まれていたり、重要な詳細が完全に欠落していたりすることもあります。これまでは通常、コピー＆ペーストの機能は1つの設計に制限されていました。これは、新しい設計で回路を再作成したいときに極めて苛立たしいことです。また、設計システムによっては、デジグネータやネットの名前が複製されることもあります。そのため、行っている作業の内容を慎重に見直して、エラーがないことを確認する必要があります。 コピー＆ペーストの機能は、「デザインの再利用」と言い換えることができるでしょう。多くのベンダーはそう捉えているものの、実際には深刻な問題が付随します。 デザインを再利用できるツールによって時間とコストを 削減できるのに設計を一からやり直す理由とは 破損した要素の修正はさらに深刻な問題 場合によっては、特定の設計ファイルをコピーして再利用のシステムを構築しようとする設計者もいます。つまり、コピーする回路はそれらのシートにのみ配置する必要があります。回路の一部を見逃す可能性もあるでしょう。また、破損したライブラリ リンクを慎重に修正し、必要なデータ、システム、ライブラリのファイルをすべて確実にコピーする必要もあります。こうした再利用を実現するためには、設計者がシステム管理者にならなければいけないこともあるのです。 複数のツールや設計環境で構成される設計システムを使用する場合には、さらに大きな問題が浮上します。こうしたケースでは設計を同期することが非常に難しく、最終的に多くの設計が破損し、作成し直すのに膨大な手動作業が必要になります。たくさんの設計チームはこうしたプロセスをなんとかやりくりしているものの、それは極めて困難な仕事です。そもそも、設計ツールがこの目的のために構築されていないからです。 デザインの再利用に役立つスニペットツール Altium Designerを使って設計済みの基板を再利用することで問題を解消 朗報は、デザインの再利用を容易にする Altium 記事を読む