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エレクトロニクスの専門家であるDuane Benson氏に伺った高速プロトタイピングと製造に関するヒント エレクトロニクスの専門家であるDuane Benson氏に伺った高速プロトタイピングと製造に関するヒント 1 min Newsletters ハードウェア製造業スタートアップ企業 / エレクトロニクスプロトタイパー ハードウェア製造業スタートアップ企業 / エレクトロニクスプロトタイパー ハードウェア製造業スタートアップ企業 / エレクトロニクスプロトタイパー Judy Warner: エレクトロニクス業界でのご自身の経歴を簡単に教えていただけますか？ Duane Benson: 半田ごてで初めて指に火傷をしたのが14歳くらいの頃でした。きちんとした訓練を受けた後にソフトウェア開発でキャリアをスタートさせましたが、一番好きなのは当時からずっと電子工学です。最初の頃に手掛けたハードウェアのプロジェクトには、壁の中でシロアリが木を食べる音を聞くための電子聴診器と、まだ世の中に出回っていなかった発信者IDの装置を扱いました。 Duane Benson氏、技術マーケティング 私の仕事はソフトウェアから製品管理に変わり、最終的には技術のマーケティングと執筆を担当することになりました。その間ずっと使っていたのがチップです。勤務時間以外での趣味としては、マイクロコントローラーボードや小型ロボットの構築やFPGAのテストですが、これはもう20年ほど続いています。最近では、こうしたプロジェクトやこれまでの経験を記事やセミナーのネタにしたり、技術や業界に関連する雑誌やウェブサイト、イベントでのテーマにしたりしています。 Warner: Milwaukee ElectronicsとScreaming CircuitsはともにEMS企業ですが、それぞれの沿革とユニークな点について教えていただけますか？ 米国オレゴン州キャンビーにあるScreaming Circuitsの施設 Benson: Milwaukee Electronicsは、掘削装置の産業制御機器の設計と製造を行う会社として1954年に設立されました。1985年にMichael Stoehrに買収された後は、フルサービスの委託製造業者として顧客基盤を拡大させました。電子工学のバックグラウンドを持つMichael Stoehrは、顧客にさらに焦点を合わせたアプローチを製造に導入し、これによって今日まで組織が続いています。 記事を読む
組み込みシステムでユニークID EEPROMを使用して、設計の模倣を防止します 組み込みシステムでユニークID EEPROMを使用して、設計の模倣を防止します 1 min Thought Leadership 賢い人が必ずしも最初にゴールするわけではないという言葉があります。大学時代、私の課題をコピーしていた同級生がいましたが、結局私よりも高い得点を取ることがありました。賢さが必ずしも大学でのトップの成績を保証するわけではなく、自分のアイデアを基に他人が成功を収めるのを見るのは心が折れることでした。 ビジネスの世界も似ています。競合他社が成功しているコンセプトをコピーして市場を支配することは珍しくありません。倫理的に疑問があるものの、偽造デザインは実際にかなり一般的です。設計エンジニアとして、私のデザインの偽造をできるだけ困難にすることが私の仕事です。 PCB全体をエポキシでコーティングすることを除いて、可能な限りのすべての手段を試みました。これには、ハードウェアの正確なコピーを作成して動作させることが不可能になるように、ユニークID EEPROM（電気的に消去可能なプログラム可能読み取り専用メモリ）を使用することが含まれます。組み込みシステムにユニークID EEPROMを含めることで、あなたも最悪のシナリオに備え、デザインの偽造を防ぐことができます。 ユニークID EEPROMとは何ですか？ EEPROMは、小さなデータサイズを保存するのに役立つ不揮発性メモリの一種です。 インター・インテグレーテッド・サーキット（I2C）またはシリアル・ペリフェラル・インターフェース（SPI）を介してマイクロコントローラに接続されることが一般的です。EEPROMは数十年にわたり電子分野で使用されており、設定値のようなパラメータを保存するために使用されます。 ユニークID EEPROMは、消去不可能なIDを持つEEPROMです。ユニークIDの長さは、製造元によって32ビットから128ビットまで変わります。理論的には、2つのEEPROMが同じIDを共有する現実的な可能性はありません。これは、インターネット対応デバイスのユニークな メディアアクセスコントロール（MAC）アドレスの概念に似ています。 偽造防止のためのユニークID EEPROMの使用 完全に保護されていない組み込みシステムでは、PCBをリバースエンジニアリングしてマイクロコントローラからファームウェアを抽出することにより、偽造モデルを簡単に作成することができます。もちろん、コード保護機能を有効にしても、ファームウェアの複製が可能である可能性はありますが、より困難になります。 設計にユニークID EEPROMを含め、ファームウェアに検証手順を実装することで、大量の偽造を防ぐことができます。これが私が組み込みシステムで実装する方法です： 1. ユニークIDリーダーファームウェアの作成 EEPROMからユニークIDを読み取り、SDカード内のファイルに保存するシンプルなファームウェアを作成します。このファームウェアはユニークIDの取得のみを目的としており、後に実際のアプリケーションファームウェアによって上書きされます。 記事を読む
内部対外部サージ保護：PCBの完全な保護に最適なのはどちらか 内部対外部サージプロテクター：PCB全体の保護に最適なものは何か 1 min Thought Leadership 内部サージ保護であれ外部サージ保護であれ、電子デバイスは寿命を通じて健全を保つために何らかの保護が必要です。 記事を読む
小型電子回路設計には大量の注意が必要です 小型電子回路設計には大量の注意が必要です 1 min Thought Leadership 生活費の上昇に伴い新たな税金が定期的に導入される中、消費者が連鎖効果に苦しむのは時間の問題です。お気に入りの地元のレストランが価格を上げたり、提供量を減らすようになると、私はイライラします。もちろん、物事が変わらないことを望みますが、少し余分に支払うことで、少なくとも私の空腹を満たすことができます。 電子機器では、PCBの設計も私のお気に入りのパスタの皿のように小さくなっています。電子機器会社がますます小さなPCBに数百の機能を詰め込もうとする中、ハードウェア設計者は限界まで試されています。電気技術者は、PCBデバイスが機能上の問題がないことを確認しながら、より小さいPCBを使用して設計することが期待されています。PCB設計に関わる課題の数が増えているため、早い段階でコンパクトなコンポーネント設計のためのプリント基板を最適化する方法を学ぶことが重要です。 コンパクトなPCB設計のための役立つヒント あなたのPCBが不可能に小さいデバイスエンクロージャに収まる必要があると言われたとき、以下の重要なヒントに従うことができます： 1. 小さいサイズのコンポーネントを使用する 大きなパッケージ、例えば0805サイズの抵抗器は手作業でのプロトタイピングを容易にしますが、コンパクトな電子回路設計には適していません。組み立て業者が扱える最小の表面実装部品を見つけ、それらをプリント回路設計に使用してください。 クアッドフラットパッケージ（QFP）のようなマイクロコントローラーを使用すると、数百のピンがPCB上の貴重なスペースを占めることがあります。大きなコンポーネントをボールグリッドアレイ（BGA）パッケージに交換してください。 BGAコンポーネントでさらにスペースを節約します。 2. 小さなトラックと穴のサイズでルーティングする ほとんどのPCBメーカーは、4ミルまでの細いトラックを扱うことができます。その能力を活かして、可能な限りトラックを小さくしてください。もちろん、例外もあります。電力トラックや マイクロストリップアンテナは、計算された値に従って設計する必要があります。ビアやパッドのドリルサイズにも同じことが当てはまります。これらを最適化することで、大量のスペースを節約できます。 3. 識別子を体系的に配置する トラックやコンポーネントのためにデザインネータを削除するのは魅力的かもしれませんが、それは賢明な選択ではありません。代わりに、デザインネータを小さくして、小さなグループに整理してください。この配置が体系的な順序でコンポーネントを反映するようにしてください。これにより、密集したPCB内で部品を追跡するのも容易になります。 4. 多層PCBデザイン 設計が与えられたサイズに収まらないほどトラックの数が多い場合は、PCBの層数を増やしてください。多層PCBは一般的に標準の2層レイアウトよりも高価です。まず、電源層とグラウンド層を内層に移動して、4層のPCBを作成することから始めることができます。それでも不十分な場合は、層数を増やしながら、信号層をグラウンドプレーンで隔てて干渉を最小限に抑えることができます。 5 記事を読む
Altium Designerでの基板設計のテストポイントの使い方 Altium Designerでの基板設計のテストポイントの使い方 1 min Thought Leadership たぶん、小学校のときの抜き打ちテストの古い記憶のせいだと思いますが、「テスト」というものが心底好きな人はいないようです。「A Christmas Story」の小学生が 課題の作文に否定的な反応を示すように、世界中の人々は大抵テストを受けるということにやはり否定的な反応を示すものです。 それでもPCB設計者になろうとするなら、基板のテストポイントの使い方を学ぶことが必要になります。幸いなことにテストポイントの使い方は難しくはなく、どちらかといえば楽しみでさえあります。基板のテストポイントの使い方を以下に説明します。 ステップ1: テストポイントの再確認 回路基板上のテストポイントを必要とするテストには2種類があります。技術者によるベンチテストと製造中の自動テストです。ここでは後者について説明します。テストポイントを使う自動テストには2つのタイプがあります。基板の製造のためのベアボードテストと実装のためのインサーキットテスト（ICT）です。 実装の前に行われるベアボードテストは、全てのノード間の電気的接続が正しいことを確認するためのものです。ICTは、コンポーネントが正常に動作していることを確認するための、実装後のより機能的なテストです。どちらの場合も、テストを行うために試験装置のプローブを回路基板上のテストポイントと接触させます。 テストポイントのサイズ、間隔、クリアランス要件など、テストポイントのデザインルールを決定する方法についてはここでは触れません。これらのルールは、御社と基板製造業者のニーズによって異なるためです。代わりに、Altium Designer 18を使った回路基板へのテストポイントの割り当て方法と、使用しているテストポイントの設計ルールの設定方法について説明します。 ステップ2: テストポイントの手動での割り当て 回路基板のテストポイントの一般的なルールは、テストのためのプローブ可能な点を各ネットが持っている必要があるということです。これらの「テストポイント」は、製造業者が完成した基板をテストする際に使用するレポートを生成できるように、基板設計システム内で認識および分類されている必要があります。これを行うため、プローブ可能な点としてパッド、またはビアを追加することで基板上にテストポイントを作成します。Altium Designerは、これを手動と自動の両方で実行する機能を備えています。 テストポイントとしてパッド、またはビアを手動で追加するには、該当するパッド、またはビアを選択しそのプロパティを編集するだけで済みます。Altium Designerを使うと、そのテストポイントを製造（ベアボード）テストポイント、実装（ICT）テストポイント、またはその両方として設定できます。 Altium Designerを使うと、後で説明するようにテストポイントのデザインルールを設定することもできます。しかし、テストポイントを手動で設定すると、現在のルールはすべて上書きされます。下図に、スルーホールパッドのプロパティ設定を示します。このプロパティ設定では、下までスクロールして、基板の表面と裏面の製造テストポイントと実装テストポイントを両方とも有効にしました。 記事を読む
組み込みシステムの実装とテストの実施 組み込みシステムの実装とテストの実施 1 min Blog これらのシステム内の組み込みシステムとPCBは、展開前に徹底的にテストされる必要があります。 記事を読む
フリーランスのPCBデザイナーが成功するために知っておくべきこと フリーランスのPCBデザイナーになる方法と成功するために知っておくべきこと 1 min Blog ハードウェアエンジニアとしてのキャリアが停滞している場合、キャリアを変えたりフリーランスになることを考えるかもしれません。結局のところ、フルタイムで働くこととフリーランスで働くことの主な違いは、9時から17時のルーティンがなく、ビーチでピニャコラーダを飲みながらプロジェクトに取り組むことができる点です。ハードウェアデザイナーとしての一流の設計スキルと知識を備えていれば、何が悪くなるでしょうか？ PCBデザイナーとしてのフリーランスは、特に大学教育の範囲外での経験がない若手プロフェッショナルが業界に入ろうとする場合、難しい見込みです。数年前に私は転職しましたが、物理学者からエンジニアになった私は、自分の価値を伝えることが非常に困難でした。最終的に、以下に概説されているスキルを学びました。これには技術的および非技術的なスキルセットの両方が含まれます。 重要な技術スキル フリーランスとしてPCB設計のどの分野に入るにしても、フロントエンドエンジニアとしての 回路図のキャプチャやレイアウトエンジニアとして、学ぶべき重要な技術スキルがたくさんあります。フリーランスを始めるとすぐにこれらすべてを知る必要はありませんが、これらのスキルは時間をかけて開発することが重要です： 回路設計と解析は、少なくとも現代のデジタルコンポーネントで使用される基本的なインターフェースに関しては PCB製造の基礎、および DFMの基礎 シンプルな回路のシミュレーション；ほとんどの設計者はHSpiceやLTSpiceでこれを学ぶでしょう PCB設計におけるワークフロー コンポーネント用の回路図記号と PCBフットプリントの作成方法 少なくとも1つの人気言語でのプログラミングの基礎、理想的にはC/C++またはPython。プロのソフトウェアエンジニアである必要はありませんが、それらの人々と同じレベルで話ができる必要があります。 これらの技術スキルは、フリーランサーとしても、企業に正式に雇用されている人としても重要です。フリーランサーの場合、自分がビジネスを運営していることを忘れずに、成功に到達するために学ばなければならない他の重要なスキルがあります。 素晴らしいPCB設計スキルだけでは、成功するフリーランサーには十分ではありません 定期的に給料が支払われる快適な仕事を辞めてフリーランスになるとき、生き残るためには技術スキル以上のものが必要です。あっという間に、あなたは独立したビジネスを運営しており、プロジェクトに取り組む前に、仕事を探して契約を確保する必要があります。継続的な仕事を得ることは、以前のハードウェアエンジニアとしての仕事では決して準備されていなかった不快なプロセスかもしれません。 フリーランスとしてパートタイムでもフルタイムでも、移行を容易にするために開発できるスキルがいくつかあります。自分のPCB設計会社を始める前に、私は2年間フリーランスのPCBデザイナーとして過ごしました。私の経験に基づいて、高価な間違いを犯さないためのいくつかのヒントをここに紹介します： 1. 営業とマーケティングのスキルを身につける ほとんどのハードウェアエンジニアは、営業やマーケティングのスキルを開発することに反感を持っているようです。彼らは営業やマーケティングを、無邪気な老婦人に調理用の鍋を買わせようとする滑らかなセールスマンのように、否定的な光で見ています。しかし、実際のマーケティングは全く異なります。 記事を読む