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管理が面倒な回路図設計を体系的に整理する方法 管理が面倒な回路図設計を体系的に整理する方法 1 min Thought Leadership 私の息子は6歳ですが、自分のおもちゃや私物の整理が非常に得意です。同じ年頃、私自身は自分の持ち物は全て大きな収納ボックスにまとめて放り込んでいました。一方息子は、異常なまでの整理整頓の才能があります。息子の細部に至るまでの細心の注意は、場合によっては少々ストレスですが、私は常に遊び場の整理整頓を息子に任せられる、ということを意味します。 プリント基板設計においては、自分のプロジェクトを引き継ぐハードウェア設計者が必ず容易に作業を進められるよう、回路図ドキュメントを同一レベルで整理して表示する必要があります。誰も回路図を理解できないという理由で常に電話やメールに悩まされるのは、最も避けたい状況です。 回路図設計の基本 電子回路設計の多くの記事は、 電磁干渉（EMI）の低減や高速設計など、基板レイアウトのベストプラクティスについて論じています。ですが、基板に最初のネットの配線を開始する前であっても、正しい回路図を用意する必要があります。実際は、回路図設計は基板設計で最も見落とされがちなところです。 ハードウェア設計を開始している場合、おそらく、完成した回路がどのようになるか、大まかなアイディアはあります。回路図設計の一般的な方法は、 マイクロコントローラーのような主要コンポーネント、メモリーチップ、特殊機能の集積回路（IC）などの配置から開始します。それに続き、コンポーネントを接続する前にパッシブコンポーネントを配置します。 次に回路図を基板レイアウトにエクスポートします。基板レイアウトには、対応するフットプリントが、相互接続したネットとともに表示されます。基板で適切な接続を生成する回路図設計は重要に思われます。しかし実際には、回路図設計は適切に整理して容易な理解と再利用を確実にする必要があります。 回路図設計を整理する方法 回路図の整理は、習慣と、使用しているプリント基板設計ソフトウェアの機能の組み合せです。以下は、私が通常回路図を整理している方法です。 1. 回路図シートを機能ごとに分ける コンポーネントが比較的少ない、シンプルな設計では、1枚の回路図シートで回路全体を作成することは理にかなっています。ただし、何百ものコンポーネントを使用する複雑なハードウェア設計に取り組んでいる場合、1枚の回路図シートに全てが詰め込まれたら、むしろどうしようもありません。 その代わりに、上図のように異なる機能に対して異なる回路図シートを作成することをお勧めします。これにより、個々のシートの回路図がより管理しやすくなるだけでなく、新しい設計で簡単に再利用できるようにもなります。 整列して表示された回路図ドキュメント 2. デジグネータのシステムを作成する デジグネータは、場合によっては、回路図内でコンポーネントをすばやく相互参照させる便利な方法になります。数百ものコンポーネントの中で、1つのコンデンサーを見つけたり削除したりする場合、デジグネータシステムの使用はとても助かります。 私の回路図では、デジグネータは、コンポーネントのタイプ、それが属しているシートの番号、シート自体のコンポーネントインデックスを表すよう作成されています。例えば、D0512は、5番目の回路図シートのダイオードを表し、12番目の類似コンポーネントです。コンポーネント数の一般的な概算として、回路図シート下部に各コンポーネントの数の範囲を一覧表示することもできます。 3 記事を読む
SpaceXハイパーループコンテストに挑戦するミュンヘンの学生チーム SpaceXハイパーループコンテストに挑戦するミュンヘンの学生チーム 1 min Newsletters 2017年のハイパーループポッドコンテストII優勝後のWARR HyperloopチームとElon Musk氏。 Judy Warner: WARR Hyperloopのチーム経歴とミュンヘン工科大学について簡単に教えてく さい。 Martin Riedel: WARR Hyperloopは、2015年秋に6人の学生グループとして結成され、その後学生は40人近くまで増えて、毎年SpaceXハイパーループコンテストに 参加するようになりました。WARR Hyperloopは、ミュンヘン工科大学（TUM）のWARR（ロケット工学および宇宙飛行に関する 科学ワークグループ）という、より大きい学生組織に属しています。WARRは、1960年代以降活動を続けている学生グループで、ハイブリッドロケットエンジン、キューブサット、宇宙エレベーターなどの開発、テスト、打ち上げを行うチームがあります。 Warner: 電気チームには何人の学生がいますか? また、主に何年生ですか? Riedel: 電気チームには8人の学生がいます。学士課程の2年生から 記事を読む
ツール中心から設計中心のカリキュラムの推進 ツール中心から設計中心のカリキュラムの推進 1 min OnTrack Judy Warner: PCBの設計に携わってどれくらいになりますか？またこの仕事をすることになったきっかけも教えてください。 Bill Brooks: 基板の設計は1970年から行っています。電子工学を学び始めたきっかけは父でした。父は、Hughes Aircraft CompanyのR&D、UCSD、その後はAerospace Incorporatedで航空宇宙の専門家として働いていました。父は、カリフォルニア州ビスタの家のガレージでプリント回路の店を開くことを決めました。1969年、父は私や私の兄弟に、プリント回路の製造に関する全てのプロセスについて教えてくれました。父は、Texas Instrumentsのノートから私が選び出した、トランジスタベースの10ワットのソリッドステートオーディオアンプの回路図を使って、プリント回路のレイアウトについて説明してくれました。私は、色鉛筆を使って上質皮紙にその回路を書き写し、Bishop GraphicsのダイカットテープとIC用の7milのマイラーのパターンを使ってライトテーブルでアートワークを作成しました。そして、作業用のマスター写真を作成するために、写真製版用カメラで正投影フィルムを使ってアートワークを2:1スケールに縮小しました。銅張積層板をクリーニングして、フォトレジストでコーティングした後、位置合わせをしてピンの穴がパンチされたフィルムを使って、UVライトを当てました。そして、真空密着したフレーム内の画像を現像してエッチングできるようにしました。エッチングの後、穴を開けて半田でコーティングし、基板をトリミングしてサイズを調整しました。それから、部品をかき集めて基板を組み立て、完成品をチェックして電源を入れてテストしてみると、見事に動作しました！ サマースクールでは電子工学の講座を受講し、スーパーヘテロダイン方式の真空管ラジオと400ワットのDC電源装置の作り方を学びました。また、その講座では、父の店で行っている処理よりも旧式な方法でしたが、プリント回路を作るためのエッチング液として塩化第二鉄を使いました。私は、その年の科学展示会向けに電子メトロノームを作りました。 最終的には、父は店を閉め、私は他の会社で製図の仕事を始めました。しばらくの間、回路図、製造図、プリント回路のアートワークが私の収入源となりました。そこから私は技術者になり、最終的にはレイアウトを行うようになりました。また、派遣社員としていくつかの会社で機械設計や電子回路のパッケージングもしました。その間、Teledyne、SAIC、Hughes Aircraftなど、誰もが知っている会社も含め、多くの会社で仕事をしました。 2000年頃からは、IPC Designers Councilにも関わっています。カリフォルニア州サンマルコスのPalomar大学で、10年ほどPCB設計の授業を担当したこともありますし、PCB Design Magazineの記事を書いたこともあります。 Warner 記事を読む
リジッドフレックスのコマンド設定とレイヤースタック設計 リジッドフレックスのコマンド設定とレイヤースタック設計 1 min Thought Leadership PCB設計に首を突っ込むと、自宅の電子機器が実際にどのように機能しているかに気づき始めます。DVDドライブからノートパソコンのモニターまで、折りたたむことができるほぼすべてのものが、リジッドフレックスPCBによって可能になっています。 リジッドフレックスPCB設計は、それを作成するために使用しているソフトウェアによっては難しいものになることがありますが、設計の終わりには、あなたのプリント基板は体操選手のように曲がったり柔軟になったりします。 最初に、リジッドフレックスPCBは他のPCBと同じように見えるかもしれません：回路、銅、ビア；しかし、回路の厚みに入ると、ボードのフレックスPCB部分とリジッドPCB部分の両方を通して作業できる信頼できるソフトウェアを持っていることが望ましいです。 現在では、多層カウントが4から30に達し、フォームファクターがより専門的で要求が厳しくなるにつれて、リジッドフレックスボードは電子機器により頻繁に現れます。設計を満たすために必要な回路は、非常に難しいものになるかもしれません。頭をかかえたり、レイヤーを手作業で設定したりしないでください。統合設計環境で作業するとき、レイヤースタックを定義することは簡単で正確です。 レイヤースタックアップ、リボンデザイン、およびルーティング リジッドフレックス回路は、フリップフォンに限定されるものではありません。多くのデバイスでは、リジッドフレックスリボンを使用して、単一のデバイス内の複数のボード間で接続を行います。奇妙な形状の電子パッケージや、ラップトップのような折りたたみコンポーネントを持つデバイスは、通常、リジッドフレックスボードを使用して、一つのコネクタを通じて高密度の接続をルーティングします。これは、乱雑な銅線の束を使用するよりも優れています。 リジッドフレックス回路を設計する際には、常に製造業者に相談し、その製造能力を評価するべきです。設計が製造ラインから実際に出てきて、要件に従って動作することを確認したいと思います。リボンフレックスが静的か動的かを決定し、リボンが多層ルーティングを必要とするか、およびプリント基板間でリボンをどのように接続したいかを決定する必要があります。 一部のメーカーは、その能力に応じて構築された事前設定されたスタックアップファイルを送信します。PCB設計ソフトウェアは、これらのスタックアップファイルをインポートして再利用できるようにするべきです。これにより、リジッドフレックス設計がメーカーの要件を満たし、製造に移行する前に再設計を防ぐのに役立ちます。これはまた、大きな時間の節約になり、回路とPCBの推測作業をなくすのに役立ちます。 リジッドフレックス設計を行うには、直感的なスタックマネージャーと強力なルーティングツールを備えたPCB設計ソフトウェアパッケージが必要です。スタックマネージャーは、PCBの各リジッド部分とフレックス部分での材料配置を定義します。レイヤーを定義し、フレックスPCBが配置されたら、ルーティングツールはリジッドボード上での作業と同じくらい簡単にフレックスリボンを越えてルーティングできるようにする必要があります。 Altiumでのリジッドフレックス設計のためのレイヤースタックアップ 問題の原因を知る フレックススタックアップを定義するためにスタックアップマネージャーで作業するとき、スタックマネージャーは必要なコントロールをすべて単一のウィンドウに含む直感的なインターフェースを使用するべきです。スタックアップを複数のウィンドウに分けると生産性が低下し、スタックアップを定義するための必要なコマンドを見つけるのが難しくなります。スタックアップを構築するとき、それは実際にあなたが構築しているデバイスに似ているべきであり、トップとボトムのカバーレイの奇妙な配置ルールを課すべきではありません。 同じ問題がグラウンドとパワーレイヤーにも適用されます。ほとんどのリジッドフレックスボードは、PCBの別のセクションであったかのように、フレックスリボンを越えてパワーとグラウンドが広がっています。これは、再び、スタックマネージャーがその真価を示す場所です。スタックアップを構築するとき、残りのスタックアップと同じウィンドウでパワーとグラウンドレイヤーを定義できるべきです。 フレックスゾーンが外部コネクターなしでPCBのリジッド部分に接続する場合、トランジションゾーンを定義する必要があります。奇妙なことに、いくつかのソフトウェアプログラムでは、このゾーンを定義するための特別なプロセスが作成されています。実際には、トランジションゾーンはフレックス領域とは少し異なるスタックアップに過ぎず、この領域を定義するために独自のコマンドセットが必要になるべきではありません。 リジッドフレックス設計の正しい方法 リジッドフレックス設計は、各ボードとフレックス領域のレイヤースタックを定義することから始まり、直感的なレイヤースタックマネージャーが必要です。ボードとリボンの各レイヤー、オーバーレイとポリイミド層を定義し、これらの層が互いにどのようにインターフェースするかを定義する必要があります。リジッド領域とフレックス領域を定義するのに5つの異なるウィンドウと数十回のクリックを要するべきではありません。これらすべては、必要なコマンドとオプションを含む1つの簡単にアクセスできるウィンドウで行うべきです。 リジッド部分とフレックス部分のレイヤースタックを定義したら、PCBレイアウト内で直接フレックス領域を定義できるようになるはずです。ボードの全体的なアウトラインを定義したら、ボードの各部分にレイヤースタックを迅速に割り当てることができるはずです。リボンを横切る接続のルーティングは、単一のボード内や任意の回路内のルーティングと変わらないはずです。 スタックアップを定義し、コンポーネントを配置し、ボードと回路間の接続を定義したら、徹底的な設計ルールチェック機能を使用して設計を監査できるはずです。ボードにとって不可欠なルールをカスタマイズできるはずであり、設計ルールチェック機能はエラーや競合を読みやすいウィンドウで表示するはずです。 設計の検証は、設計ルールに対するチェック以上のものを必要とし、シミュレーションを通じて問題を診断し、3Dビューアーでフォームファクターを検証することが求められます。統合環境で作業することで、外部プログラムに移動することなく、設計のためのシミュレーションを直ちに構築して実行できます。リジッドフレックスボードのフォームファクターとクリアランスは、デバイスの3Dビューを使用して検証でき、異なるプログラムにエクスポートすることなくすべて行うことができます。 統合設計環境における3Dビューアーの可能性 記事を読む
Altium Designer でのメニュー変更と単位の切り替え Altium Designer でのメニュー変更と単位の切り替え 1 min Thought Leadership 子供の頃、私がいつも安全で安心を感じた場所は家でした。外で何が起ころうと、私の幼少期の家は私の避難所であり、両親とずっとそこに住み続けたいと思っていました。もちろん、年を取るにつれて、新しいことをしたい、新しい人に会いたい、新しい経験をしたいという気持ちが強くなりましたが、それを実現するには住む場所を変える必要がありました。人として成長するために変化を受け入れなければならなかったのと同じように、スキルや使用するツールを改善するためには、時に変化を遂げる必要があります。これは、より効率的に作成された先進的な製品を求める要求が高まる中、PCB設計ソフトウェアの生産者がソフトウェアパッケージを継続的にアップグレードする必要があるPCBデザイナーにとって特に当てはまります。 もちろん、私たちは変化に対して生まれつきの抵抗感を持っているようで、パッケージにようやく慣れた後にプログラムの変更が発生すると、確かにイライラすることがあります。このような時、PCB設計ソフトウェアの開発者が機能性や能力の向上だけでなく、使いやすさや変更への適応のしやすさにも同じくらい配慮していると非常に助かります。 Altium Designerでは、業界で最も先進的で直感的なPCB設計ソフトウェアを提供しつつ、シンプルさと使いやすさを損なわない製品開発にユーザー中心のDNAアプローチを採用しています。このアプローチがどのように実装されているかを、メニューの変更と単位の切り替えを見てみましょう。 Altium Designerのメニュー変更 Altium Designerは、以前のバージョンのPCBソフトウェア設計パッケージを改善しています。エンジニアやデザイナーが最大限の利益を実現するために、プログラムの能力と機能の進歩を実装するにあたり、いくつかの新しいメニュー変更があります。すべてのメニュー変更を定義するよりも、新しい Altium Designerユーザーインターフェース（UI）を包括的に見る方がおそらくより有用です。 Altium Designerメインメニュー Altium DesignerスタートアップUI Altium DesignerのスタートアップUIは、上に示されているように、2つのレベルのメニューと周囲に配置された「簡単アクセス」タブのセットで構成されています。このレイアウトスタイルは、プログラム全体に存在するさまざまなアクセスオプションの繰り返しのテーマを強化します。トップレベルのメニューバーには、ほとんどのプログラムで一般的であるため、認識可能であるべきアイコンが含まれています：右上隅 - 保存、ファイルを開く、やり直し、元に戻す；そして左上隅 - 検索、最小化、サイズ変更、閉じる。2番目のレベルは、プログラム固有のメニューで構成されています： 記事を読む
長さの許容差マッチングと違反を避けるためのPCBレイアウトの考慮事項 PCBレイアウトの考慮事項：差動ペアの長さマッチング許容誤差と違反の回避 1 min Blog 娘の髪の毛をとかすことは、PCBトレースの絡みを解くことを思い出させます。すべてのものを層に設定し、クロスオーバーは避ける必要があります。9歳の娘の髪の毛をとかすのに、PCBトレースのルーティングほど時間はかかりませんが、正しく行わないと同じくらい痛みを伴います。理想的には、あなたの娘の髪が電子機器のショートサーキットや小さな火花を引き起こすことはありません。 レイアウトでのトレースのルーティングは、おそらく最も重要で時間がかかる設計活動です。高速設計では、トレースの長さは非常に正確であり、特定の許容範囲内に収まる必要があります。特性インピーダンス、信号の整合性、レイヤースタックアップ、トレース幅を追跡することは、手間がかかり、時間がかかり、どのツールでも自動的に達成するのが非常に難しいです。 最高のPCB設計ソフトウェアを使用することで、最も厳しいルーティングのボトルネックを克服し、生産性を最大化することができます。最高の自動ルーティングおよび長さ許容範囲ツールを使用するだけでなく、業界が要求するシミュレーションツールにアクセスする必要があります。このようにして、あなたのデザインがどのようなインピーダンスも乗り越え、可能な限り最高の回路基板デザインを提供できるように信頼できます。 高速ルーティングと長さ許容範囲マッチング 高速信号は他の信号と相互作用する可能性が最も高く、その逆もまた然りです。ほとんどのエンジニアは、規定のルーティングルールに従うことができるように、これらの信号を最初にレイアウトします。最も重要な高速ルーティングルールの中には、長さ許容誤差のマッチング、別名長さチューニングがあります。 単終端および差動ペアルーティングは、異なるコンポーネントを一つの動作するシステムに接続する、その重要なタスクです。 高速デジタルシステムでは、複数のトレースのルーティングは非常に正確でなければなりません。デジタルデータが複数の入力を持つコンポーネント、例えばロジックゲートICを通して送信される場合、すべての入力に信号が同時に到着する必要があります。電子デバイスのデータ転送速度が上がるにつれて、複数のトレース間の許容される不一致の量は次第に小さくなります。トレースの長さは、デバイスでデータエラーを作り出さないように、正確に一致させる必要があります。 差動ペアでの長さ許容誤差のマッチングも、信号が同期されることを保証するために必須です。ネット内のコンポーネント間の接続が一致していない場合、ソフトウェアはレイアウト上に直接インジケーターで通知するべきです。すべてのソフトウェアが長さの不一致を修正することを容易にしているわけではありません。異なるプログラムには、トレースの長さを調整し、トレースの長さを調整することがドラッグアンドドロップコマンドと同じくらい簡単であるべきです。 すべてのネットが同じように作られているわけではありません。PCB設計ソフトウェアは、自動ルーティングとルールチェックのバランスを取りつつ、デバイスアプリケーションの要件に応じて設計をカスタマイズする自由を提供するべきです。複数の差動ペアや単線トレースをネットにグループ化する場合、各ネットに長さマッチング制約を簡単に定義できるPCBルールと制約エディタが必要です。 Altiumでの差動ペアルーティング 問題の原因を理解する レイアウトエディターで直接ルーティングを開始すると、トレースは事前定義された設計ルールを使用して配置されます。ルーティングに関する問題のいくつかは、特に粗悪な設計パッケージでの矛盾するルール設定によって生じます。貧弱な設計ソフトウェアは、実際にはボード全体にわたってトレースを誤って自動ルーティングし、最も極端なケースを除いて、このことが起こったことに気づかないかもしれません。これは特に差動ペアに当てはまります。 不適切な設計ソフトウェアは、トレースや差動ペアを誤ってルーティングするだけでなく、ルーティング機能を追加購入しない限り提供されません。これにより、手動でルーティングし、長さの許容範囲を目視で確認し、 ミアンダを手動で挿入するしかなくなります。合理的な時間内に少数のトレースをルーティングしたい場合は、これらの基本的な機能を購入する必要があります。それに、新たに発症した手根管症候群のための手首サポーターも必要になるでしょう。 ネット内のルーティングの不一致を修正するプロセスに実際に取り組む際には、隣接する単線トレース間および差動ペア内の各トレース間の不一致を示す明確な指標が必要になります。これは、トレースにミアンダをドラッグすると調整される視覚的指標をレイアウトビューに配置するほど簡単であるべきです。許容範囲の指標が3つのダイアログの奥深くに埋もれている理由はありません。 統合設計環境におけるルーティング許容範囲 差動ペアのルーティング、長さのトレース、ネットの定義、層間ルーティングは、通常、PCB設計の最も時間がかかる部分であるため、設計ソフトウェアには、信号ネットの長さ許容値を満たしながら、プロセス全体をスピードアップするインタラクティブ機能が含まれているべきです。これらのツールはソフトウェアパッケージに組み込まれているべきであり、この重要な機能がアドオンとしてのみ利用可能である理由はありません。 ソフトウェアがネット内の長さの不一致を通知することは一つのことですが、この不一致を修正することは別のことです。トレース長の不一致を修正するには、ネット内の短いトレースにミアンダーを配置して、最長のトレースの長さに合わせる必要があります。長さマッチング設定とミアンダーのジオメトリは、レイアウトから直接簡単にアクセスできるべきです。長さ調整のためのマイターを追加することは、不一致のトレースをマウスでドラッグするほど簡単であるべきです。 すべての接続をルーティングし、不一致のトレースをクリーンアップしたら、統合設計環境は、レイアウトを業界標準のシミュレーションおよび分析パッケージに統合します。誰もが、設計パッケージからシミュレーションプログラムにエクスポートする必要はありません。統合環境で作業することで、これらのツールにアクセスし、単一のプログラム内ですべての製造業者向けデリバラブルを生成できます。 Altium 記事を読む
PCB設計開発向けのプロジェクトテンプレートを使用する PCB設計開発向けのプロジェクトテンプレートを使用する 1 min Thought Leadership 生い茂った草木を切り払うために枝打ち斧を使ったことがある方なら、北アメリカの荒野を切り開いた遠い昔の開拓者たちの苦難がどれほどのものだったか想像がつくでしょう。その努力は、人間の精神の素晴らしい側面の表れでした。こうした先人の仲間に加わることはもはや不可能ですが、他のPCB設計者にとっての草分け的存在になる方法はあります。 プリント基板を設計する際に、作業を一からやり直さなくてはいけないことが多々あります。これから手掛けるモジュールや回路を以前に誰かが設計していたとしても、それらの図面を再利用できない場合、コンポーネントの選択、配線図の作成、基板のパラメーターの決定と設定、場合によってはスクリプトの記述とコードのデバッグで、基板レイアウトに時間を費やす必要があります。 これはリソースの浪費であり、回路基板、チーム、組織の生産性とコストの損失と同じです。基板設計CADのAltium Designer®を活用すると、チームをリードしながらこれらの損失を取り戻せます。ここでは、Altium DesignerのPCB設計開発向けのプロジェクトテンプレートを活用して、時間や資金といった貴重なリソースの浪費を最小限にする方法をご紹介します。 PCB設計向けのプロジェクトテンプレートにアクセスする プロジェクトテンプレートを使用可能にするには、プロジェクトテンプレートを作成しアクセス可能にする必要があります。Altium Designerでは、 プロジェクトテンプレートの作成は簡単で直接的です。テンプレートは元のコンポーネント、シート（サブ回路）、設計全体を対象に作成できます。プロジェクトテンプレートは設計ファイルと同様、どこにでも（例: ローカル、ネットワークサーバー）保存でき、直接アクセスできます（図1）。 直接アクセス サーバーからのアクセス 設計ファイルを実質的にどこにでも保存できどこからでもアクセスできるという柔軟性は確かに便利ですが、PCB設計のプロジェクトテンプレートにアクセスする場合、計画されたサーバーを利用することをおすすめします。サーバーは通常、セキュリティプロトコルと管理用の制御機能を備えています。これらは、データと情報へのアクセスを制限するのに必要です。また、サーバーは既知のディレクトリおよびファイル形式構造を提供することで統一性と一貫性を確保できます。サーバーソフトウェアは通常、サーバーが保管しているデータと情報の構造を乱さないでアップグレードできます。図2に示す Altium Concord Proは、PCB設計開発向けのプロジェクトテンプレートのホスティングに理想的なサーバーです。 サーバーのプロジェクトテンプレートは、メインウィンドウの右下の [Panels] タブで [Explorer] 記事を読む