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ブラジルのヒューマノイドロボット サッカーチーム「ITAndroids」のAzevedo氏 ブラジルのヒューマノイドロボット サッカーチーム「ITAndroids」のAzevedo氏 1 min Newsletters Judy Warner: ITAndroidsチームはいつ、どのように結成されたのですか？ Arthur Azevedo: ITAndroidsチームは2005年にJackson Matsuraによって結成されました。当時、彼は修士課程の学生でした。現在は、電子工学科の教授です。大学生2人と、もう1人の修士課程の学生がチームに参加しました。彼らはその年のLatin America RoboCup（LARC）2Dサッカーシミュレーションで勝利しました。彼らはすぐにラテンアメリカの上位チームのひとつになり、2006年から2008年のRoboCupで優勝しました。その後チームは2つに分かれました。 ITAndroidsチームは2011に再結成し、2012年のRobocupの2Dサッカーシミュレーションリーグに参戦することができました。チームの順位は10位でした。同じ年、2012 LARCでチームは3つのトロフィーを獲得、つまり2Dサッカーシミュレーションで優勝、3Dサッカーシミュレーションで優勝、ヒューマノイドロボットレース（HRR）で3位を獲得しました。またこの年、チームは新しいメンバーの募集とトレーニングを開始し、その後急成長を遂げました。ITAndroidsはLARCの2Dサッカーシミュレーションで4回優勝しました。 2012年、チームは超小型リーグ専用ハードウェアの設計に着手し、2017年に、2017 Robocupのキッズサイズヒューマノイドリーグへの参加資格を得ました。この年、私たちは、商用ロボット（Darwin-OP2）と、チーム内で設計および製作したChapeというロボットでLARC HRRに参加し、ここでも1位および2位の成績を収めました。私たちは、小型リーグに参加するためのロボットの設計も開始しており、2018 LARCにはチームメンバー全員が参加できる予定です。 Warner: 大成功を収めた長い旅だったようですね!チームには何人の学生が参加しているのですか? また電気関連のサブチームメンバーと、回路基板設計担当者は、何人いるのですか? Azevedo: チームにはおよそ60名の学生が所属しており、さまざまなロボットプロジェクトに分かれています。3種類の物理的なロボット（超小型、小型、ヒューマノイド）があるので、各タイプのロボットに固有の設計を専門に担当する電気技術者のグループが3つあります。ヒューマノイド担当の電気設計グループは、1年、2年、4年の学部生で構成されており、経験豊富な技術者が指導者としてサポートしています。このグループには、仕様要件、設計、基板のテストと製造、ロボットの組み立てと統合などのコンセプトで構成されたプロジェクトがあります。 記事を読む
Staaker社のPCB設計者 Tor-Anders Lunder氏と自己追尾型ドローン Staaker社のPCB設計者 Tor-Anders Lunder氏と自己追尾型ドローン 1 min OnTrack Judy Warner: Tor-Andersさん、PCB設計者になり、​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​Staakerの一員になられるまでのいきさつを少しお話いただけますか。 Tor-Anders Lunder: はい。トロンハイムにあるノルウェー科学技術大学（NTNU）で修士号を取った後、既にPCB設計に関するいくつかのプロジェクトに参加していたのですが、そのうち設計から実装までの工程全体に興味を抱き、この分野をもっと掘り下げて学びたいと思うようになりました。私は2000年から、RFICのスタートアップ企業であったChipconでアプリケーションエンジニアとしてのキャリアをスタートしました。Chipconは2006年にTexas Instrumentsに買収されています。Chipconで、私はリファレンスデザインを担当したのですが、ここでPCBプロセスや設計段階で避けなければならない落とし穴について多くのことを学びました。2007年にRadiocraftsに移り、無線モジュールの設計とそのリファレンスデザインを任されました。フォームファクターが小さいため、ここではPCB設計の新たな課題に取り組むことになりました。2016年に入って、私は自分の「パズル」に欠けている最後のピースを認識するようになりました。それがECADとMCADの統合です。私は最終製品の開発により深く携われる機会を求め、Staakerはまさに理想的な場所だったのです。 Warner: 先頃ドイツ、ミュンヘンで開催された​​​​​​​​「AltiumLive​ ​2017: 年次​​PCB​​設計​​サミット」​でプレゼンターを務められましたが、​​​​​その概要とプレゼンターを引き受けた動機についてお聞かせいただけますか。​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​ Lunder: このプレゼンテーションでは、マルチボードシステムのPCB設計を実現するためにAltium Designerの3D機能を使用するメリットを中心にご紹介しました。あるStaakerのドローン設計を例として取り上げ、複雑な製品開発を3Dモデルが「最初から正確に」進めることを可能にする理由とその仕組みを解説しました。以前から私は、Altiumについて詳しく学ぶ非公式の場、それに加えてPCBの製造や実装に関わる業界とのつながりも求めていました。「AltiumLive 2017」の資料ではその全てが強調されていましたので、ぜひ参加したいと思ったのです。また、Altiumの使いやすい点をご紹介することで、全てのプレゼンターがこの素晴らしいイベントに招待を受けることは、スタートアップ企業の一員として互いにメリットがあると思えました。 Warner: Altiumのプログラムがプレゼンターにとっても有益であったとうかがい、とてもうれしく思います。お引き受けくださり、ありがとうございました。ドローン用の電子部品を設計するにあたって、何か固有の課題に直面することはありますか。きわめてスポーツ性の高い活動に親しむ人々を特に意識して設計されていると思うのですが。​ ​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​ Lunder: 最大の課題はドローン内部のサブシステム間のノイズをどのように低減するか、またあらゆる状況下でセンサーをどのように最適に動作させるかということです。それに加えて、FCC/CE準拠のためのEMCに関する検討事項の解消があり、これはやっかいで時間もかかります（Staakerのドローンの動画を見る）。 記事を読む
多層PCB設計の『パーフェクト・ワールド』を見つける 多層PCB設計の『パーフェクト・ワールド』を見つける 1 min Thought Leadership 私はずっとクリント・イーストウッドの大ファンです。20世紀の都会にいた私としては、 ダーティーハリーが銃を少々使いすぎだという印象がありましたが、名無しの男のほうは手に負えない無骨さが時代にぴったりとマッチしていました。言うまでもなく、私は彼がごろつきを打倒したり、やくざ者よりも先に銃を抜いたり、女性を射止めたりするのをいつだって応援していましたが、最も興味をそそられたのは、彼が何でもあっという間に決断を下すことでした。もちろん、結果はそのときどきで違います。 良いときもあれば悪いときもあります。それどころか、かなり悲惨なときもあります。 PCBの設計でも、多層PCBを選択するかどうかによって結果が変わります。多層PCBを無用に使用する設計者は大勢いますが、それによって設計が複雑になったり、製造コストが上がったり、現場での修正や修復が実質的に不可能になったりします。 名無しの男が登場する大半の映画の筋書は、善人に対する悪人のむごい仕打ちや卑劣な行為から始まり、ヒーローが悪を正してエンディングを迎えます。この筋書きに沿って、PCBの設計と開発を失敗させ得る要因と、多層PCBを使用するかどうかの決断に組み入れるべき要素について見ていきましょう。 多層PCBのハートブレイク・リッジ／勝利の戦場 PCB設計の観点から見ると、多層PCBはつい使いたくなってしまうものです。結局ところ、「小さければ小さいほうがよい」という考え方は現在の電子設計全体に広がっているようです。ただし、小さいことが設計の主な検討事項でない限り、その罠を避けるべき大きな理由があります。その例をご紹介しましょう。 設計の複雑性: 多層PCBを設計する際は、すべてのスルーホールやビアを正しく整列させることが不可欠です。ここにミスがあると電流に影響が及び、取り付けに関する問題が発生することがあります。また、奇数のレイヤーや厚さの異なる内層を使用すると、基板の湾曲やねじれが生じることがあります。この場合は基板が取り付け不可能になったり、テスト用に格下げされたりします。 これはまずい事態です。さまざまな種類の信号が多層PCBで配線される通信アプリケーションでは、一致しないインピーダンスやクロストークが原因で性能の問題が発生する場合があります。 これもまずい事態です。 製造コストの増加: 多層PCBの製造には、他の基板よりもはるかに高額なコストがかかります。必要になる材料も時間も増えるうえ、技術者は高度な技能を持っていなければなりません。レイヤー数を2つから4つに増やしただけで、製造コストが100%増加することもあります。 これはまずい事態です。 ベンチの修復が困難または不可能: 製造プロセスでも見られるように、小さなエラーは発生するものです。レイヤー数が奇数であったり、レイヤーのサイズが異なっていたりする基板の場合は、これが特にあてはまります。通常、シングルレイヤー（またはダブルレイヤー）のPCBでは、こうしたエラーを容易に修復して基板を使用できる可能性があります。ところが、内層に問題がある場合は修復が実質的に不可能で、基板は使い物になりません。 これはまずい事態です。 見落とされてしまうことがあるもう1つの問題は、レイヤーの増加による熱の上昇です。これは、製品を現場でしばらく稼働させないと表面化しません。製品が機能停止にいたるほど問題が深刻な場合は、Recall（リコール）、Redesign（再設計）、Remanufacture（再製造）の「3R」になってしまいます。 これは悲惨な事態です。 おわかりのように正しい選択をしない限り、多層PCBは重大な問題を引き起こす原因になります。ただし、長所もあります。選択と設計のプロセスについて慎重に検討すれば、クリント・イーストウッドのようにさっそうと夕陽の中へ去って行けるでしょう。 記事を読む
靴を脱ぐ: Obsolescence管理のためのモジュール設計に関するヒント 靴を脱ぐ: Obsolescence管理のためのモジュール設計に関するヒント 1 min Thought Leadership 私は世の中に2つのタイプの人間がいると考えています。1つは、古びていない靴がぎっしりと詰め込まれた下駄箱から毎日履く靴を選ぶ人、そしてもう1つは、悲鳴を上げている履き古されたわずか数足の靴を、つま先に開いた穴がどうしようもなくなるまで履き続ける人です。私は後者のタイプの人間であり、残念なことに一番新しいスニーカーでさえそろそろ買い替えなくてはなりません。とはいえ、古い靴を新調する時期については、いつも鉄則があります。それは 単純に、まだ履き慣れていない窮屈な新しい靴よりも、今履いている靴のほうが履きにくくなったときです。 残念ながら、電子機器の交換時期を追跡して管理することは、靴の交換時期がわかることほど直感的なものではありません。製造終了となったコンポーネントの陳腐化管理は、今もなお電子機器の設計の一般的な課題となっています。コンポーネントが寿命に到達する前に陳腐化すると、移行というはっきりとした問題が発生します。たとえば、製造終了サイクルが5年未満と短いマイクロコントローラーは、新しいバージョンへ頻繁に交換されます。寿命が限られているため、産業データロガーや駐車場の料金精算機のような長期間必要な製品には、それらのマイクロコントローラーより長もちするものが、そして定期的な交換が必要になるという問題を絶えず抱えています。 これを踏まえていないと、新しいマイクロコントローラーへの移行はハードウェアとファームウェアの開発者間での密接な調整（そして、潜在的な誤解）が伴う厄介なプロセスになる恐れがあります。そこで、マイクロコントローラーの移行プロセスをよりスムーズに進めるためのモジュール設計に関する3つの重要なヒントをご紹介します。 1. 回路図設計をモジュール化して変更を最小限にする MCUの移行でハードウェアの再設計が必要な場合は、回路図をモジュール化することで時間を大幅に節約できます。すべての回路図を1つの設計ファイルで維持できる利便性には、それ以上の価値があります。陳腐化したマイクロコントローラーを新しいものに交換する際は、それぞれのピンに互換性がなければ問題になります。互換性がない場合は、他のコンポーネントを手動で移動させてひとつひとつの接続をつなぎ直さない限り、マイクロコントローラーを交換することはできません。 モジュール回路図設計は、マイクロコントローラーを1つの回路図シートで構成し、他のモジュールに接続するネットやポートを使用できる柔軟性があるため、はるかに優れた選択肢と言えます。この方法で必要なのは、マイクロコントローラーの回路図モジュールの変更のみのため、モジュール化されていない回路図よりもはるかに合理的かつ効率的です。 また、新しいマイクロコントローラーにピンを正しくマッピングするために、スプレッドシート内に表を作成する場合にも役立ちます。これによって、ミスの発生を低減させながら、新しいPCBを設計できます。ただし、コンポーネントの製造終了が製品のいずれかに影響を及ぼしている場合は、設計を追跡して同期できる Altium Vaultのアイテム ライフサイクル管理機能の検討をおすすめします。 回路図をモジュールごとに分離して、新しいMCUの移行で変更を最小限にする 2. 移植性のあるコードを開発し、容易な移行を実現する 良好なコードを作成することは、単にプログラミングの手順をページからページへと進めてハードウェアを動作させることではありません。優れたファームウェアのプログラミングでは、 回路図を階層化してコーディングモジュールに関する計画を立て、新しいマイクロコントローラーに移行する際にソースコードの変更が最小限にされます。コードは移植性が高く、構造化されているほどよいでしょう。 システムのソースコードは、Input、 UART（Universal Asynchronous 記事を読む
PCBの実装図を作成して設計の意図を明確に伝える PCBの実装図を作成して設計の意図を明確に伝える 1 min Thought Leadership 「一部、組み立てが必要です」この文言は、買ったばかりのものに心を躍らせていた人を恐怖に陥れます。実は、私にもそんな経験があります。それは、子どもたちへのクリスマスプレゼントとして購入したサッカーのテーブルゲームでした。サイズが大きかったために、私はゲームを箱に入れ、クリスマスイブの夜遅くまでガレージに隠しておきました。「それほど難しくはないはずだ」そう高を括った私は、子どもたちがベッドに入ってから、テーブルゲームを組み立て始めました。何杯ものカフェインを摂取し、指の節に痣を作り、部品を失くし、私を「行儀の悪い人リスト」に載せてしまうようないくつかの罵りを口にしながら、夜が明ける直前になってようやくベッドに入りました。クリスマスの朝の家族写真には、テーブルゲームで楽しそうに遊ぶ子どもたちと、もう1杯のカフェインにしがみつくゾンビのような父親が写っていました。 組み立てが必要になるものはたくさんありますが、PCBの世界では実装が必ず必要になります。設計者は部品の配置やトレースの配線中に、実装について常に考えているわけではありません。ただし単純な事実は、設計者が設計したものを誰かが実装しなければならないということです。そこで必要になるのが、製造業者に基板の実装方法を伝えるための実装図です。 これまでに実装図を作成したことがない場合は、この投稿を入門として活用できます。ご安心ください。これは分厚いマニュアルではありませんし、幼稚園に通う私の子どものお絵描きのような設計の見取り図も含まれていません。ここで必要になるのは、実装図のさまざまな要素のほか、PCBのレイアウトツールが実装図の作成にどう役立つのかについて理解することだけです。一番よいところは、ここに含まれる情報が読んでいただくものであり、実際の実装は必要ないという点です。 PCBの実装図には、部品の外形やデジグネータなどの要素が記載される PCB実装図の項目 連携する製造業者にとって使いやすく正確なものにするために、実装図は複数の形態で作成できます。設計中はPCBが実際にどのようになるのかについて、必ず実装図で製造業者に伝えるようにします。自分が連携している製造業者に留意することは重要ですが、大半の実装図に共通する下記の基本的な要素を理解しておく必要があります。 実装図の形式: CADシステムには、図面の形式が自動的に生成されるものと、個別のライブラリーの形状として図面を手動で作成する必要があるものがあります。いずれを使用する場合も、形式と設計データベースを組み合わせて実装図を作成することになります。 基板外形: 製造図と同様に、基板外形を表示します。基板のサイズに応じ、画像を縮尺して実装図の形式に合わせたり、画像を拡大して詳細を表示したりすることができます。 部品の形状: 基板外形内には、基板に半田付けされるすべての部品の形状とそれらのデジグネータを含めます。 機械部品: 取り付け工具を使って基板に配置する機械部品も表示します。こうした部品は標準的なPCBフットプリントではないかもしれませんが、形状を個別に追加または描画しなければならないことがあります。機械部品の例としてはejector handleが挙げられます。これは電気部品ではないため、回路図に表示されない場合もありますが、実装図と 部品表には含める必要があります。 実装の注記: 基本的な実装の詳細、業界の標準や仕様に関する参照、特別な要素の位置が記載される指示の一覧です。 識別ラベルの位置: バーコードや実装タグなどの識別ラベルは、実装の注記に含まれる特定のラベルへの参照や描画ポインターを使って含めます。 記事を読む
PCB設計のレシピに従う: PCBの製造図 PCB設計のレシピに従う: PCBの製造図 1 min Thought Leadership 数年前、私は妻の誕生日にクレームブリュレを作りました。妻は呆然としていました。なにしろ、その時の私にできた料理といえば、ゆで卵と焦げたトーストくらいだったからです。実際に作ってみる前にはいくらか時間をかけて、わかりやすい作り方が書かれたレシピを手に入れました。そのレシピを手にひとつひとつの工程を進み、その日のヒーローになるために調理しました。 後になって考えてみると、失敗しても失うものはそれほどありませんでした。がっかりはするかもしれませんが、クレームブリュレがなくてもお祝いはできるのですから。PCB製造の世界ではそうはいかず、はるかに多くの危険が潜んでいます。不適切な基板はコストを跳ね上げるどころか、設計者の職まで危険にさらされる恐れがあります。基板が自分の手から離れたら、後は製造業者を信じるしかありません。無条件に信用したくないのなら、製造図に明確な指示を記載して、製造を成功させるようにしなければなりません。 不完全な製造図は、製造プロセスを遅らせるだけでなく、基板の製造を取り消す原因にもなります。基本的な材料がないと料理が始まらないように、製造図もに基本的な材料が必要です。設計している基板に独自の要素を追加するのはその後です。優秀な料理人が調理道具を巧みに使って絶品を作るように、基板の設計でCADツールを使って作業を進める方法をご紹介します。手遅れになることがないよう、オーブンを開けて、料理がどうなっているのか確かめてみましょう。 製造ラインから実装に送られるPCB PCBの実装図：基本的な材料 クレームブリュレの基本的な材料は卵、クリーム、砂糖だけですが、製造図に含める基本的な指示も必要なものだけに減らすことができます。製造図を使って直接伝える必要のある最も重要な指示は下記のとおりです。 基板外形: 製造業者が製造する必要のある、長穴やカットアウトなどの要素を含むPCBの外形です。ただし、これは基板の実装図ではないため、長穴やカットアウトを使用する機械的な要素を含める必要はありません。 ドリル穴の位置: 基板のすべてのドリル穴は、独自のシンボルを使って、基板外形の中に示す必要があります。製造業者は設計者が送ったドリル用ファイルを使って実際の穴の位置を確認するものの、ここではドリルシンボルを参照用に含めます。 ドリル図: 「ドリルスケジュール」とも呼ばれるこの図では、穴の完成サイズと数量にそれぞれのドリルシンボルを追加します。これにより、製造業者は製造図に含まれる穴のサイズを簡単に把握できるようになります。 寸法線: 製造図には寸法線を追加し、基板の全体的な長さと幅を示したほうがよいでしょう。また、すべての長穴、カットアウト、その他の固有の基板外形の位置やサイズについても寸法線を含めます。 レイヤースタックアップの図: これは実際の レイヤースタックアップが表示される基板の側面図です。ここでは、基板のレイヤーの構成や幅のほか、レイヤー間のプリプレグやコアを詳細に示すためにポインターを使用します。 製造の注記: これは、製造図に文章で記載する実際の製造指示です。ここには、基本的な製造指示、業界標準や仕様の参照、特別な要素の位置などを記載します。 製造の識別情報 記事を読む
最適なフラッシュメモリストレージソリューション：NORとNAND、どちらがあなたのプロジェクトに最適ですか？ 最適なフラッシュメモリストレージソリューション：NORとNANDのどちらがあなたのプロジェクトに最適ですか？ 1 min Thought Leadership ワインに関しては、正直なところかなり無知です：夕食に白ワインを選ぶべきか、それとも赤がより適切でしょうか？そして、異なる白や赤の違いについて試さないでください。様々な食品やフレーバーに合わせるための品種を選ぶためのいくつかのガイドラインがあることは知っていますが、これらの推奨されるペアリングが何であるかは全くわかりません。 赤ワインと白ワインのように、NORフラッシュとNANDフラッシュメモリストレージソリューションデバイスも似ていますが異なります。ワインの専門知識がないことがデートの失敗につながることはないかもしれませんが、NORフラッシュとNANDフラッシュの違いを区別できないと、ハードウェア設計全体を危険にさらす結果となるかもしれません。プロジェクトに最適なフラッシュストレージソリューションを選択する前に—NOR、NAND、または両方—それぞれが何を成し遂げ、どこに短所があるのかを真に理解する必要があります。この投稿では、フラッシュストレージ対メモリ、およびNOR対NANDフラッシュについて議論します。 フラッシュメモリストレージの基礎 まずは、 フラッシュメモリについての簡単なおさらいから始めましょう。この知識でデートが盛り上がることはないかもしれませんが、内蔵フラッシュメモリソリューションは、データを長期間保持できるタイプのストレージソリューションです。フラッシュメモリストレージソリューションデバイスは、少なくとも10年間データを保持できるとされていますが、実際には、全フラッシュメモリストレージの連続使用により、持続期間が減少することがあります。SSD（ソリッドステート）ハードドライブ技術は、情報を保存するために内蔵フラッシュメモリに依存しています。 電子設計において、フラッシュメモリストレージは個別の集積回路（IC）として利用可能であり、フラッシュICの平行 バス上でデータを書き込み、読み出し、消去するために独自のプロトコルが必要です。通信方法に関わらず、内部メモリセルにアクセスするためには、適切なプロトコルを実行する必要があります。 静的ランダムアクセスメモリ（SRAM）とは異なり、内部フラッシュメモリ設計の特定のアドレスに存在するデータ記憶部分は、新しいバイトを書き込む前に消去する必要があります。フラッシュの内部メモリはブロックで構成されています。消去操作は、使用されるフラッシュストレージソリューションのタイプに応じて、8 Kバイトから128 Kバイトの範囲のブロック全体を削除します。一般的に、マイクロコントローラがフラッシュメモリソリューションデバイスにインターフェースする方法は2つあります：シリアルまたはパラレルバス。 NORフラッシュ対NANDフラッシュ：違いを探る 名前から推測できるかもしれませんが、NORフラッシュとNANDフラッシュは、それぞれ内部メモリセルの特性がNORゲートまたはNANDゲートのそれに似ていることを示しています。両タイプのメモリには、設計の選択に影響を与える重要な違いがあります。それには以下のようなものがあります： アクセス時間： NANDフラッシュは、高速な書き込み・消去時間によりUSBドライブに最適でした。NANDフラッシュはNORフラッシュよりもかなり高速な書き込み・消去時間を提供しますが、読み取り時間が遅いという欠点があります。この点を考慮すると、NANDフラッシュはデータが小さい、または短いMP3プレーヤーやUSBメモリースティックのようなアプリケーションに最適です。しかし、マイクロコントローラーによってロードされ実行されるファームウェアコードを保存する場合には、NANDフラッシュは劣っています。 ストレージ密度：内部アーキテクチャの違いにより、NANDフラッシュはNORフラッシュよりも 高いストレージ密度を持っています。しかし、この利点はランダムアクセス読み取りを実行する能力の犠牲の上にあります。NANDフラッシュ内の任意の場所に保存されたデータは、そのデータが存在するページ全体を読み取ることによってのみ取得する必要があります。 耐用年数：多くの消去サイクルの後、フラッシュメモリの設計が摩耗するのは時間の問題になります。NANDフラッシュはNORフラッシュよりも長い寿命を持っています。一般的に、前者のデバイスは最大100万回の消去サイクルに対応していますが、後者は10万回の消去サイクル後に劣化する可能性があります。これがフラッシュメモリストレージデバイスの特定のセクターにのみ発生する可能性があるため、 ウェアレベリングアルゴリズムはデータを他のセクターにマッピングすることで使用期間を延ばすのに役立つかもしれません。 また、3D NANDという新しい形式のフラッシュもあります。このアプローチは、メモリセルを垂直に積層して、プリント基板のインチあたりのメモリを大幅に増やします。3D 記事を読む