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Altium Designerの回路図チュートリアル: The Journey of a Thousand PCBs PCB回路図の作成方法 | Altium Designer 1 min Blog PCBレイアウトの作成には重要なステップがあります。それは回路図の作成です。いろいろな選択肢があるので圧倒されるかもしれませんが、心配しないでください。ポケットに何十年もの経験がある場合でも、設計やエンジニアリングのキャリアを始めたばかりでも、PCB設計は回路設計から始まります。以下は、Altium Designerの回路設計チュートリアルで、コンポーネントへのアクセスから回路へのコンポーネントの配線まですべてをカバーしています。 Altium Designerによる基本的なオーディオアンプ用のPCB回路図チュートリアル まだ学習中の方は、比較的簡単な回路で作業するのがよいでしょう。今回の回路設計は、LM386 ICを使った非常にシンプルなアンプをベースにしました。このコンポーネントは、低出力デバイスでのオーディオ再生用に設計されており、回路図エディターでの作業は非常に簡単です。最終的にどのようになるのかを理解していただくために、以下に完成した回路図の画像を示します。 Altium Designerで設計したシンプルなオーディオアンプの最終的な回路図 この完成した回路図を念頭に、このAltiumチュートリアルでアイデアから完全なPCB回路図を作成する方法を見ていきましょう。 ステップ 1: 新しい回路図を開く 最初のステップでは、 新しいPCBプロジェクトを作成します（まだ作成していない場合）。新しいプロジェクトを作成するには、[ファイル] > [新規] > [プロジェクト] > [PCBプロジェクト] 記事を読む
レイヤーを剥がしてみる：電子PCBスタックアップ TRANSLATE:

レイヤーを剥がしてみる：電子PCBスタックアップ 1 min Thought Leadership グランドキャニオンを訪れたときに最初に気づくことの一つは、その信じられないほどの景色です。異なる色の岩や鉱物の層を通して、誰もが見ることができる歴史が刻まれたキャニオンの壁は本当に感動的です。何年もかけても、その層状の岩面に住んでいる、または住んでいたすべてのつながり、材料、生き物を発見することはほとんど不可能でしょう。 私が情熱を持っていることに物事を結びつけるのをやめるのが難しいので、グランドキャニオンは、外層にあるガラス繊維、はんだマスク、その他の仕上げコーティングを持つプリント基板を思い出させました。電子PCBは複雑であり、必要な複雑さを満たすために十分な層を使用する必要があります。そのサイズにもかかわらず、PCBはグランドキャニオンの岩の層と同じくらいの深さと相互接続性を持っているように見えます。 プリント基板の層の決定 PCBでは、ルーティング、トレース、ビアの間に内部層がありますが、銅面と銅面の間には、ファイバーグラスや類似の材料などの保護層もあり、これらはコアとプレプレグと呼ばれる層を形成します。コアは最も厳密な制御の下で製造され、電気信号の誘電率を指定してデカップリングし、設計からノイズを排除するために使用されます。プレプレグは制御が少なく、代わりに必要に応じてPCBの厚さを変えるために使用されます。 プリント基板の層は、設計を実現するために必要な銅の量に基づいて進化します。エンジニアは、コンポーネントとトレースの密度と量を研究して、必要な層の数を決定します。 次のステップでは、重要な信号を特定し、その性能を最適化するために配置する必要がある場所を決定します。これにより、コアの厚さ、トレースの配置と厚さ、およびの理想的な位置が確立されます。製造のための材料は、設計プロセスのこの段階で念頭に置かれる必要があり、設計が製造可能であり、コストを最小限に抑えることを確認する必要があります。 層を使用してスタックを構築し、全体的な構造を定義する レイヤーを使用して スタックを構築し、その後にトレースを配置できます。各レイヤーは、銅、プレプレグ、またははんだマスクとして視覚化および定義できます。プレプレグ材料は、その電気的および製造特性の両方に基づいて選択されるほか、設計のための信頼性および安全性部門の要件を満たすためにも選択されます。 この時点でビアの位置と配置が行われ、ビアの電流容量要件に応じためっきが施されます。設計にブラインドビアが必要な場合、これらはPCB内の適切な位置に含まれます。 レイヤーを計画し、積み重ねる方法を知ることで、より良いPCBが得られます。 スタック内でのPCBの構築を続ける 回路図からレイアウトへのコンポーネントを取り出し、設計を最適化する位置に仮想プリント基板上にコンポーネントを配置できます。これに続いて、設計内のコンポーネント間やコネクタ、テストポイントへのトレースを追加します。 部品が多ければ多いほど、トレースも増えます。トレースが増えるということは、銅と層が増えるということです。同じ方向に進むトレースは、衝突を避けるために異なる層に配置されることがあります。私は、互いに知り合っていても、通信しているか、隔離されているかにかかわらず、近くにあるが別々の岩の層内の異なるアリのコロニーを想像するのが好きです。 コロニーは、互いに訪問するために平面間にトンネルを掘って合流することがあります。プリント基板では、 ビアを使って同じプロセスが行われます。銅のトレースが他のトレースからの干渉なしにプリント基板を横切る必要がある場合、トレースが基板の別の平面を横切って続行できるように、ビアが基板に設計されます。 設計ソフトウェアの賢いツールを使用すると、設計プロセスが容易になります。 設計のすべてのステップをガイドする ボードレイアウト機能を探している場合は、ツール内の要件を定義するための設計ルールシステムを備えた ビジュアルレイヤースタックマネージャーを試してみてください。各層は、銅、プレプレグ、またははんだマスクとして視覚化および定義されることがあります。プレプレグは、その電気的および製造特性のためだけでなく、設計の信頼性と安全性部門の要件を満たすためにも選択されることがあります。 記事を読む
PCBレイアウトにおけるクリスタル発振器は周波数を安定させます PCBレイアウトにおけるクリスタル発振器は周波数を安定させます 1 min Thought Leadership 人類の歴史の大部分において、私たちは生活を計画するために天文学的な時間計測に頼ってきました。現在では、日常生活を管理するのに役立つ洗練された時計を持っています。現代の生活がますます慌ただしくなるにつれて、私たちは秒の一部を追跡する必要があります。電子pcbレイアウト用のクリスタル発振器ガイドラインは、これを可能にする秘密の要素です。 シュミットトリガ発振器や555タイマーからの出力クロック信号は、RCタイムコンスタントを使用して制御されます。これらの回路を使用する際の問題点は、抵抗器とデカップリングキャパシタの値が時間とともに一定ではないことです。抵抗と容量は、回路基板の温度によって変化することがあります。コンポーネントは経年劣化もします。これらの要因により、時計の周波数は時間とともにドリフトします。 周波数の安定性と精度が重要な場合、クリスタル発振器がより良い選択です。特定の形状に切断された石英クリスタルは、特定の共振周波数で振動することができ、この周波数は温度変化に対して非常に安定しています。クリスタル発振器は、適切に配置して接続されている場合、kHzからMHzまでの安定した周波数を出力することができます。 デジタルシステムがクロックを使用する場合、設計上の課題が生じます。これは、寄生容量や信号反射のような問題が信号の整合性を低下させる可能性があるPCBでは特に真実です。これらの設計上の問題は、高周波数でより顕著になります。幸いなことに、設計における信号の整合性を維持するためのいくつかの設計戦略があります。 伝播遅延とクロックスキューの最小化 特にTTLやCMOSロジックデバイスのようなロジック回路の切り替えは、クロック出力から下流に伝播遅延が蓄積される原因となります。これはナノ秒のオーダーであることが多いですが、高周波回路ではクロックパルスの幅と比較して顕著になります。 クロックスキューは使用されるクロックに関係なく発生する可能性があります。トレースの長さの変動が原因で、さまざまな電気部品にクロック信号がルーティングされる際に時間遅延が蓄積します。クロックスキューが伝播遅延と組み合わさると、並列トレース内のクロックパルス間の不一致が顕著になることがあります。 クロックスキューと伝播遅延は、 信号トレースの長さを調整することで補償できます。連続するコンポーネント間の差動トレースの長さは、クロックスキューを最小限に抑えるために等しくするべきです。特定の並列トレースには異なる数のコンポーネントが含まれている場合があり、各コンポーネントの伝播遅延は、プリント回路基板上にトレースを配置する際に考慮されるべきです。 クロックスキューを避けるために並列トレースを一致させる グラウンドプレーンの配置 一部のPCB設計者は、電源と信号トレースをグラウンドプレーンの直上に走らせがちです。これは推奨されません。グラウンドプレーンの配置が不適切な場合、クロック回路がアンテナとして機能する原因となります。回路は 外部EMIに対して脆弱になるだけでなく、他の近くの回路にEMIを引き起こす可能性があるRF放射を生成します。 特定のクロック周波数において、グラウンドプレーンの厚さは波長の半分に過ぎません。クリスタル発振器は本質的に広帯域の電流源であるため、クロック信号とそのリターン電流は、高周波成分の帯域を含んでいます。これらの電流をグラウンドプレーン上で流すことを許すと、中央給電パッチアンテナを作成したことになります。 クロック信号帯域がグラウンドプレーンの共振周波数のいずれかと重なる場合、グラウンドプレーン内で強い電流が生成される可能性があります。しかし、電源とグラウンドプレーンを分離すると、高周波電流ループによる放射が減少します。これにより、外部EMIへの感受性も低減されます。 EMIを減らすためにグラウンドプレーンと電源プレーンを分離する 適切なキャパシタを使用する クリスタルオシレータからの信号整合性は、2つのキャパシタを使用することで維持できます。1つは高電圧ピンとグラウンドプレーンの間に、もう1つはグラウンドピンとグラウンドプレーンの間に接続する必要があります。選択した特定のクリスタルに合わせてキャパシタを選択する必要があります。必要な容量は、同じメーカー内でも異なるオシレータモデルによって異なります。 クリスタルオシレータには負荷容量仕様（通常は20から50 pF）が含まれており、これを使用してクリスタルに使用するキャパシタを決定できます。各キャパシタは、負荷容量値の2倍から、任意の漂遊容量を引いた値である必要があります。漂遊容量値は数pFになることが多いです。 記事を読む
産業用エアドライヤーの設計には安全への鋭い目が求められる 産業用エアドライヤーの設計には安全への鋭い目が求められる 1 min Thought Leadership 学生時代の初期、私は怠け者で忘れっぽかったです。すべてのことを先延ばしにして、学校の靴を洗うことさえもです。時間に追われて、よく古い冷蔵庫のラジエーターコイルの下で靴を乾かしていました。もちろん、それで母からの叱責を免れることはありませんでした。 私が最初に手がけた産業用電子機器の設計では、靴を乾かす以上のことをしました。地元の乳製品加工工場のために、インテリジェントなエアドライヤーのコントローラーを設計しました。製造業、特に産業用エアドライヤー業界に新しく、ハードウェア設計において安全性が最優先事項であることを学びました。 適切なソフトウェアを使用し、ハードウェアを設計する際に直面する課題や制約を常に自分自身に思い出させることで、エアドライヤーや電子機器の環境に必要な任意のハードウェアも構築できます。 産業用エアドライヤーとは何か？ 私たちが呼吸する一般的な空気には、製造プロセスを腐食させたり影響を与えたりする可能性のある水蒸気の割合が含まれています。食品加工が関係している場合、汚染の原因ともなります。 産業用エアドライヤーは、製造エリアに入る前に空気が蒸気を含まないようにします。 再生型吸湿乾燥機は、吸湿ビーズを使用して空気中の水分を吸着する工業用乾燥機の一種です。これは、空気が一方のタワーにある間に、もう一方のタワーで吸湿剤が再生されることによって行われます。これは一定期間行われた後、空気が二番目のタワーに切り替えられます。 工業用エアドライヤーコントローラーの設計 複雑なアルゴリズムを含む商用電子機器の設計に慣れているハードウェア設計者にとって、工業用エアドライヤーコントローラーは単純に見えるかもしれません。結局のところ、それはマイクロコントローラーに接続された一連のリレー出力とアナログ入力に過ぎません。しかし、エアドライヤー設計における隠された懸念を過小評価すると、安全リスクにつながる可能性があります。 安全性は工業用エアドライヤーコントローラー設計の優先事項です バルブの制御 ハードウェアで制御する必要があるバルブは少なくとも4つあります。設計者の観点から、これらは単純なリレー出力です。しかし、設計者が理解する必要があるのは、タワー内の空気の圧力が非常に高く、バルブの切り替えを誤ると、機器が爆発する可能性があるということです。 リレー出力設計には、あなたの全注意を要求する二つの重要な点があります。一つは、エアフローが一つのタワーから別のタワーに切り替えられるときです。第二のタワーのバルブが第一のタワーのバルブが閉じる前に開かれることが重要です。これは、空気が流れる場所がないときに空気圧が急激に上昇するのを防ぐためです。 ハードウェア設計者はファームウェアのアルゴリズムをほとんど制御できませんが、リレー信号が電気的干渉から保護されていることを確認することができます。高周波トラックから信号を遠ざけることに加えて、マイクロコントローラが短期間でも未定義の状態に入ったときにバルブが開くように、リレー信号をプルアップまたはプルダウンすることが最善です。 正確なパラメータ値の取得 産業用エアドライヤーには二つの重要なパラメータがあります。コントローラは、いずれかのタワーで空気が吸着されているときに、圧力と露点を定期的に監視する必要があります。タワー内の空気圧は、再生バルブが閉じているときにその定格最大値を超えてはなりません。機能的なエアドライヤーは、吸着プロセス中に 露点が望ましい値まで下がるべきです。 これらの値は通常、産業用センサーによって監視され、アナログデジタル変換（ADC）を通じてコントローラーによって読み取られます。産業環境でアナログ信号を扱うことは、設計者にとって課題を増加させます。工場の電気環境は、電気干渉を引き起こすことで悪名高いことがよくあります。 PCB内でアナログ設計のベストプラクティスに従うことが重要です。トラックは、高速デジタルまたは電源トラックから分離される必要があり、安定したセンサー読み取りを提供するためにアナログコンポーネントの下に 別のグラウンドプレーンを配置する必要があります。コントローラーが空気圧の異常な増加に気づかないようにしたくありません。 記事を読む
オーストラリアの学生が設計したソーラーカー オーストラリアの学生が設計したソーラーカー 1 min Newsletters Judy Warner: チームがどのようにして活動を開始したのか、これまでに何台の車を製作したのか、教えてください。またVioletについて簡単に説明してください。 Kristian Bojidarov: Sunswiftは、ニューサウスウェールズ大学の学部生で構成されたチームです。世界で最も進んだソーラーカーを設計、製作して、レースに参加しています。私たちのチームは、1995年のSunswift結成以降に習得してきた知識により、先日チームの6台目のソーラーカーであるVioletの製作を完了しました。 初めは、Sunswiftが開発する車は最高レベルの効率と性能を目指して設計されていました。この目標は、90年代後半から2013年まで続きました。この頃の車両は、最大2人乗りの極めて広い座席配列で、World Solar Challengeのチャレンジャークラスに参戦しました。これ以降、Sunswiftは5台目および6台目の車として、eVeとVioletを開発しました。 Violetの設計は、チームのそれ以前の車両と比較してより実用性に重点を置いたことに加え、快適さと美観のレベル向上も目指しました。これは、空気力学的に合理化された設計、フロントとリアのブートスペース、リバースカメラ、駐車センサー、GPSとのインタラクティブな表示画面、エアコン、そしてチームにとっては初めての4人乗りなどの点をより重視することで達成されました。これによって、Violetは、現在の公道仕様の車両と同じ規模で製作され、その結果チームは、一般に向けてソーラーカーのビジネスチャンスを示すことができました。 Warner: 現在重点を置いていること、および今年のWorld Solar Challenge競技会の目標を教えてください。 Bojidarov: 残念ながら、今年はWorld Solar Challengeは開催されません。次回は2019年です。とは言うものの、Sunswiftは、次回の開催までにできる限り準備を進めています。そのときにはVioletは2歳になっており、チームはVioletの技術的な性能と限界を非常によく理解していることでしょう。今後2年間で、Sunswiftチームは継続的なテストに加え、必要に応じてVioletを改良していきます。私たちは、より持続可能な未来を切り開く一方、他の全てのチームと同様に、大会のできるだけ多くの車両検査部門で1位になることを目指しています。 Warner: 現在、Sunswiftのチームメンバーは何人いますか 記事を読む
フレキシブル回路のコストドライバーの管理 フレキシブル回路のコストドライバーの管理 1 min OnTrack Judy Warner: Taraさんは、20年以上も基板製造業に携わってきました。フレキシブルおよびリジッドフレキシブル設計の進歩に貢献している要因は何だと思いますか? Tara Dunn 設計をフレキシブルおよびリジッドフレキシブル技術に向かわせた主な要因は、スペースと重さとパッケージだと思います。私が見たところでは、フレキシブルおよびリジッドフレキシブル回路を既に使っている顧客の場合、新しい設計でフレキシブル回路を使用する割合は増えています。また、フレキシブル技術を使ったことがなく、導入の手引きを期待している顧客からリクエストされる頻度も増えています。全般に、電子機器はますます小さく軽くなっています。小型化していない電子機器の場合は、固定されたパッケージサイズ内で電子部品の密度と機能を増やし続けています。 Warner: コストと信頼性を左右する要因の中で、設計者が認識すべき主な要因は何でしょうか? Dunn: 材料、パネルの利用、技術です。これらは主に3つのコストドライバーになります。それに4つ目を加えたいと思います。それは、組み立て業者の能力を把握し、自分の設計が製造のスイートスポットに合致することを確認することです。最も一般的に在庫が確保されている材料を把握して使用すると、コストとリードタイムを抑えられます。最も一般的な材料は、1/2 ozまたは1 ozの銅箔と、1 milまたは2 milのポリイミドの組み合わせです。1/2 oz～2 ozの銅箔と1/2 mil～6 milのポリイミドで作られたラミネートではその他の多くの選択肢があります。特定の組み立て業者が在庫として確保している一般的な材料を把握すれば、通常と異なる材料を最低ロット仕入れる代金のための余計なコストを確実に避けられます。 フレキシブル回路は通常、独自の形状で設計されます。入れ子の部品の向きを逆にして製造パネルを最も有効に使用できるよう調整する場合の設計を思い出してください。フレキシブル回路の基材で最も一般的なパネルサイズは、12" x 記事を読む
低エネルギーブルートゥース設計における重要な考慮事項 Bluetooth 設計ガイドライン：低エネルギーデザインにおける重要な考慮事項 1 min Thought Leadership 20代の頃は、ラップトップを持ち歩いても疲れることがなかった。しかし、今では長時間歩き回るとすぐに疲れてしまい、マッサージが恋しくなる。だから、かさばるラップトップの代わりに軽い作業用タブレットを持ち歩くことを好むようになった。技術は、古典的なBluetooth以来、かなり進歩した。 電子機器において、Bluetooth Low Energy (BLE) はアプリケーションに対して似たようなことを行う。それは、Bluetoothチップが消費する電力のほんの一部を使用しながら、短いデータバーストを送信する。効率（そして快適さ）のために旅行中にラップトップを置いていく私の選択のように、多くのデータをストリーミングしていない時には、低エネルギーの方が効率的である。 Bluetooth Low Energyの基礎 Bluetooth技術がワイヤレスヘッドフォンを現実のものにしたとき、私は夢中になった。それは今までで最もクールな技術の一つだと思った。それにもかかわらず、従来のBluetooth Classicの標準は、短いバッテリー寿命や接続の安定性の欠如といった問題に悩まされている。 Bluetooth Low Energyはこれらの問題に対する完璧な解決策である。 Bluetooth Classicの基準を置き換えるのではなく、Bluetooth LEは非常に低い電力消費が求められるアプリケーションでその前身を補完します。デバイスが接続されていない限り、それらは「スリープ」モードになり、したがって最小限の電力を消費します。接続を確立するのにわずか数ミリ秒かかります。 Bluetooth low energyデバイスは、受信機の感度や構造損失などの他の要因によって異なりますが、最大100メートルまでデータを送信できます。これは、広い範囲にわたって簡単に展開できるBluetooth 記事を読む