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自動配線が可能なPCB設計ソフトウェアで時間を節約できる主な理由 自動配線が可能なPCB設計ソフトウェアで時間を節約できる主な理由 1 min Thought Leadership 私は長年にわたってPCBの設計に携わっていますが、自宅よりも職場で過ごす時間のほうが長くなっていました。残念ながら、家族はそんな私の日常にすっかり慣れっこです。締め切りが迫っている設計があると、私が夜遅くまで仕事をすることになるのを家族全員がわかっています。ストレスを解消したり、家族といる時間を増やしたりするためには、設計時間を短縮する方法を見つけなければいけないのはわかっていました。 つい数週間前のハロウィンも、設計の締め切りと重なってしまいました。ところが、作業は前倒しで完了し、早い時間に帰宅することができました。家族はみんな大喜びです。私たちはトリック・オア・トリートやゲームをして遊び、大笑いしながら楽しい時間を過ごしました。私は家族のヒーローになれただけでなく、その夜は久しぶりにぐっすりと眠れました。予定より早く仕事を終えられたことで家族全員が救われましたが、そこで私が感謝したのはそれまで避けてきたあるもの - そう、オートルーターです。 私は何年もオートルーターを使っているため、この機能に対する反論についてもよくわかります。ただし、最近では考えが変わりました。オートルーターは進化し、以前よりもはるかに便利になっているのです。洗練された現在のオートルーターでは、これまでのように紛らわしくて使えない配線だらけの基板が作成されることはなく、特定のニーズに対応します。こうしたルーターの活用方法を一度覚えると、それがどれほど便利か驚かされることでしょう。自動配線によってPCB設計ソフトウェアの世界は変わりました。ぜひ、新しい視点からこの機能を見直してみてください。 かつては謎のブラックボックスだったPCB の自動配線 オートルーター: ブラックボックスからPCB設計ソフトウェアへ 多くの設計者は自動配線のことを、自分たちではコントロールできないある種の謎めいたブラックボックステクノロジーだと考えてきました。得体の知れないルーターに設計データを送っても、出てくる結果にがっかりするだけだったのです。ルーターで行われる不適切な配線のせいで、何時間もかけて手動できれいに修正するはめになるのはよくある話でした。こうした問題のせいで、私も含めて多くの設計者がオートルーターを信用できなくなりました。 ところが今は話が違います。以前よりも格段に改良されているのです。多くのオートルーターは、サードパーティー製のブラックボックスアプリケーションではなく、PCB設計ソフトウェアに組み込まれています。つまり、すでに設定してあるデザインルールを使えるため、別のアプリケーションと整合させる必要はありません。また、現在のオートルーターはさまざまなモードで機能するため、作業する領域を絞って配線することもできます。その一部をご紹介しましょう。 Point-to-point の自動配線: ネットを単純にPoint-to-pointで接続できます。配線対象のネットを選択すると、デザインルールに従ってトレースが自動的に配線されます。 一括自動配線: 私たちが覚えている以前の「ブラックボックス」のオートルーターと似ているものの、最新の一括ルーターでははるかに多くの設定ができます。通常はPCB設計ソフトウェアに組み込まれているため、すでに設定してあるデザインルールを使用すれば、格段に管理しやすくなります。 設計に役立つ自動配線機能を備えるPCB 設計ソフトウェア 自動配線機能を備えるPCB設計ソフトウェアはどう設計に役立つのか 同僚から自動配線を見直してみるようにすすめられたとき、私はまずそれを拒みました。ところが、助けが欲しかった私は最終的に必要に迫られ、自動配線にもう一度目を向けてみることにしたのです。そこで見つけたものに私は驚きました。きっと、皆さんも驚かれるはずです。下記は、その中でも本当に役立っている配線機能です。 記事を読む
PCB設計：PCBレイアウトのためのオプトアイソレータチュートリアル PCB設計：PCBレイアウトのためのオプトカプラチュートリアル 1 min Blog 二度も三度もスヌーズボタンを押してしまい、渋々ながら目を覚ますことに罪悪感を感じたことはありませんか？私の妻は、目を開けずにスヌーズボタンを押す私が世界記録を持っているのではないかと主張しています。しかし、三度目のスヌーズアラームが不思議と鳴らない時があり、時間通りに一日をスタートさせるのは負け戦になります。 電子機器では、組み込みシステムが外部センサーやスイッチからの入力信号を受け取るためにオプトカプラ回路に頼ることがよくあります。ある意味で、それらはマイクロコントローラーのアラーム時計のようなものです。理想的には、すべての信号がマイクロコントローラーに正確に伝達されます。しかし、オプトカプラのシンボルが適切に実装されていない場合、マイクロコントローラーは入力信号を見逃したり、入力がトリガーされていない時に誤って信号を検出したりすることがあります。このPCB設計オプトアイソレータチュートリアルでは、成功するオプトカプラPCBレイアウトの設定方法について話し合います。しかし、まずはこのオプトカプラチュートリアルでオプトカプラ設計ガイドがどのように機能するかを思い出しましょう。 オプトアイソレータチュートリアル：オプトカプラPCBの基本原則 オプトカプラーまたはオプトアイソレーターは、光学インターフェースを介して入力信号を隔離する電子部品です。最も基本的な形態のオプトカプラーは、単一の集積回路内に赤外線LEDとフォトトランジスタを含んでいます。電流が流れると赤外線LEDが点灯し、その強度は電流の振幅に依存します。LEDの光によってフォトトランジスタが活性化され、そのコレクターとエミッター間に短絡が生じます。 赤外線LEDとフォトトランジスタは、ガラスまたは空気によってしばしば分離されています。これにより、オプトカプラーのPCBレイアウトを通じて10kVの電気的絶縁が実現されます。その結果、オプトカプラー回路は、入力信号の環境から発生する電気的干渉から埋め込みシステムを隔離するのに理想的な選択肢となります。 電気的ノイズから埋め込みシステムを保護するだけでなく、オプトカプラーは低電圧と高電圧システムを分離するためにも使用されます。例えば、フォトトライアックは、オプトカプラーの変形であり、高AC電圧デバイスを制御するために使用できます。例えば、ACモーターです。これにより、マイクロコントローラーとその付随するコンポーネントに損傷を与える可能性のある回路の故障のリスクが排除されます。 PCBオプトアイソレーターチュートリアル：オプトカプラーでの間違い オプトカプラーは、ほとんどの設計者が遭遇する単純な受動部品です。オプトカプラーPCBを動作させることはロケット科学ではありませんが、使用する目的を損なうか、不安定な入力信号を引き起こす設計ミスがいくつかあります。 1. オプトカプラーPCBのグラウンド接続を分離しない。 基本的なオプトカプラーPCBレイアウトでは、集積回路（IC）には2つのグラウンドピンがあります。一方は赤外線LEDに、もう一方はフォトトランジスタに接続されています。PCBをルーティングする際に 両方のグラウンドを一緒に接続することは間違いです。私のエンジニアリング経験では、機械で使用される電子コントローラーでもこれを見かけました。 オプトカプラーを使用する主な理由は、二つの回路を安全に分離することです。外部グラウンドがPCBに接続されると、回路のグラウンドノイズが直接敏感なオンボード回路に結合する可能性があります。代わりに、外部グラウンドピン用の別の信号接続を作成し、入力グラウンドワイヤー用に専用のコネクタを割り当ててください。 2. 電流制限抵抗の値を間違える 適切な出力電圧を適用するだけでなく、オプトカプラーの赤外線LEDには適切な電流が必要です。最小前方電流出力の値は、該当するオプトカプラーの 電流伝達比チャートから参照できます。電流制限抵抗がオプトカプラーの最小値で動作する場合、フォトトランジスタは不規則に動作する可能性があります。例えば、スイッチからの10の有効な入力のうち、一部しか検出されない場合があります。 一方、制限抵抗の値を低すぎに設定してはいけません。これは、赤外線LEDが故障するのを防ぐためです。 通常のLEDと同様に、赤外線LEDには超えてはならない最大前方電流があります。これにより、適切な電流制限抵抗を選択することが、信頼性の高いオプトカプラーPCBの動作を保証するための重要なステップとなります。 3 記事を読む
回路構築ソフトウェアのさまざまなタイプのサポート 回路構築ソフトウェアのさまざまなタイプのサポート 1 min Thought Leadership 数週間前に、10歳になる息子が、私の助けが必要な問題を抱えて私のところにやって来ました。彼の自転車のギアが高速から切り替えられず、自転車に乗れないとのことでした。問題が明らかになったので、私がすべきことは、曲がった変速機をまっすぐに戻し、潤滑油をさすことでした。数分後、息子は、ほかの友だちに合流するため、うれしそうにペダルをこいで通りを走っていきました。 このできごとで、私は、息子が私に求めた支援と、私たちがCADの技術サポートサービスにたびたび求める支援は似ていると考えました。何かが壊れたとか適切に動作しないといった場合、私たちは元の状態に戻れるよう、助けが必要になります。息子は、自分の問題を私が解決できることを知っていたので、私のところに来ました。同様に、私たちは、必要なときにサポート技術者が自分たちの問題を解決できることを期待します。 新しいソフトウェアを評価する場合、検討すべき事項の1つに、 どのような 技術サポートが利用できるか 、ということがあります。これは、市場にはさまざまなタイプのサポートがあるからです。契約書に署名する前に、そのソフトウェアではどのようなサポートが提供されるのか、また、追加できるサポートは何かを正確に知っておく必要があります。回路構築ソフトウェア会社が通常提供するさまざまなタイプのサポートおよびサービスについて見てみましょう。 コールセンターのオペレーター 助けが必要なときにどのようなサポートを利用できるか 新しい回路構築ソフトウェアを使用する過程で、いずれサポートが必要になるということを認識してください。そのソフトウェアで提供されるサポートのタイプ、サポートへのアクセス方法、サポート費用について、あらかじめ把握しておく必要があります。ソフトウェアを購入しようとする場合、次のような質問をしてみましょう。 どのようなタイプのサポートサービスが提供されていますか? 多くの場合、サポートは、電話、電子メール、「チャット」サービスなどで提供されます。ご自分のワークフローに適したタイプのサポートが受けられることを確認してください。 どのようなサポートプランをどれくらいの費用で利用できますか? さまざまな企業が、さまざまなプランを通じて、さまざまなレベルのサポートを提供しています。ある会社は、年間保守料で一般的なサポートを提供しています。別の会社は有料サポートを提供し、ユーザーはどれくらいサポートを利用したかに応じて料金を支払います。また、段階的に異なるレベルのサービスを異なる料金で提供している会社もあります。契約前に、提供されるサポートプランとその費用を必ず把握しておきましょう。 FAQ、ブログ、ユーザーグループ、あるいはその他利用可能な情報がありますか? これらのタイプのリソースは、とても役に立つ可能性があります。通常は費用もかかりません。 トレーニングが提供されていますか? 従来の教室での授業からWebベースのトレーニングまで、提供可能なさまざまなスタイルがあります。最初に、オプションの内容と費用を確認しましょう。そうすることで、新しいソフトウェアの基本について理解するために予定外の費用を支払わずに済みます。 どのようなタイプの専門的サービスが受けられるか 電話サポートやFAQなどの標準的なサポートサービスでは、必要な全てのサポートを提供できない可能性があります。これらのサービスは、機能に関する特定の質問に回答してくれますが、全社的なインストールやデータベース変換などの、より大きな問題には対応していないかもしれません。回路構築ソフトウェアを提供する企業は、通常、それらの問題に対応するための専門的なサービスを追加で提供しています。ソフトウェアを購入する前に、何が必要なのか、そしてサポートを提供してくれる専門的なサービスがあるかどうかを見極める必要があります。次のような質問を検討しましょう。 アプリケーションエンジニア（AE）に何を期待しますか 記事を読む
マイクロコントローラーの故障モード: 発生理由と回避方法 マイクロコントローラーの故障モード: 発生理由と回避方法 1 min Thought Leadership 設計の成功の大部分は大学にかかっています。実験室の実験でコンデンサーを誤って爆発させる原因を学んだからではなく、思いもよらないときにマーフィーの法則が当てはまることがあると学んだからです。Warcraftゲームに参加して終わりのない任務の遂行に明け暮れていた私は、常にコンピューターに依存して活動していました。 その当時、コンピューターの性能はかなり低く、悪名高いWindowsの「死のブルースクリーン」ポップアップが時々表示されるのは珍しいことではありませんでした。Warcraftゲームが中断されることはイライラの種であり、遂行した任務がシステムに保存されず数時間が無駄になる一方で、私はコンピュータークラッシュにより重度のパニック発作を引き起こしたものです。設計者であれば、現場でマイクロコントローラーに障害が発生した場合に、同様のパニックを経験したことがあるかもしれません。 マイクロコントローラーの故障モードがシステムに与える影響 組み込みシステムでは、マイクロ コントローラー（MCU）の障害は、業務の締め切りに遅れた場合よりも悪い影響が出る可能性があります。多くの場合、MCUは、決済端末、医療機器、セキュリティーシステムなどの用途における心臓部です。これらのシステムは高い安定性を必要とし、たいていはシステム障害に強くありません。 MCUが故障すると、場合によってはシステムの稼働が完全に停止します。この状況は、ユーザーに迷惑をかけたり、重要な使用現場において安全上のリスクを引き起こす可能性があります。クライアントにとって、信頼性の低いシステムは運用能力に影響を与え、収益の損失につながる可能性があります。設計者にとっては、何百もの製品が現場で常に故障していることは、私たちの誇りに大きな打撃を与え、評判に影響することが考えられます。 マイクロコントローラーの故障の理由とその責任 信頼性のある組み込みシステムには、ハードウェア設計者とファームウェア プログラマの協力が必要です。一部の設計エラーは開発段階で検知されず、導入後にやっと問題が顕在化します。この場合、その責任の大部分を誰が負うべきなのでしょうか。 指をさす前に、マイクロコントローラーが故障する一般的な理由を考えてみましょう。 1. メモリスタック オーバーフロー マイクロコントローラーの メモリスタックは、一時的な使用を目的とした内部RAMの指定領域です。メモリスタックのサイズは制限されており、MCUによって異なります。ファームウェア プログラマがスタックサイズより大きい変数を割り当てると、ランタイム中にスタックオーバーフローが発生し、ファームウェアに問題が生じる場合があります。 2. 不正なポインター MCUファームウェア プログラミングでは、変数、またはプログラム関数のアドレスを示すために、通常 記事を読む
OnTrack Newsletter 2017年10月 OnTrack Newsletter 2017年10月 1 min OnTrack On Track Newsletter 2017年10月 第1巻第7号 いつもお世話になっております。Altiumより今月のニュースレターをお送りいたします。今月は、世界中のAltiumユーザーが集まるコミュニティーに参加されているすばらしい技術者や設計者の方をご紹介いたします。最初にご紹介するのは、Square Kilometre Array（SKA）用の基板を設計している、南アフリカのOmer Mahgoub氏です。SKAは、2つの大陸にまたがって建設される世界最大の電波望遠鏡で、この望遠鏡により、かつて見たことのない新たな宇宙の姿を見ることができます。 続いて、カナダのWaterloo大学で熱心に技術を学ぶ学生グループをご紹介します。この学生チームは、2018年の国際大会に参戦すべくソーラーカーの開発に追われています。 今月のOn Trackビデオは、熱管理についてのChris Carlsonによる全3回シリーズビデオの第1回です。 是非、On Trackについてのご意見を judy.warner@altium.comまでお寄せください。 今月号をお楽しみください。 敬具 Judy Warner 記事を読む
最良のPCB設計ソフトウェアの考慮すべき機能とは 最良のPCB設計ソフトウェアの考慮すべき機能とは 1 min Thought Leadership 家の購入を決意する前には、おそらくたくさんの質問をするかと思います。自分にとって大事な施設やサービスが近所にありますか? 近隣の環境に問題がなく、安全ですか? 家の間取りが自分のニーズに合っていますか? これらはいずれも、そこに住むと決める前に解決する必要がある重要な質問です。 同様に、PCB設計ソフトウェアの購入も同じレベルの詳細な検討が必要です。そのソフトウェアが自分に必要な処理を行ってくれるかどうか、どのようなサポートが受けられるかなどを確認する必要があります。また、会社の将来や、それらのツールが設計ニーズの変化にともなって設計者とともに成長できるかどうかなども考慮する必要があります。 新しい家の購入と全く同じように、新しいソフトウェアへの移行は大変な作業になる可能性があります。設計者を手助けするため、Altiumは、PCB設計ソフトウェアについて質問する時に設計者がガイドとして使用できるトピックリストをまとめました。 PCB設計ソフトウェアが必要な処理を行ってくれるか 最初に確認すべきことは、検討しているPCB設計ソフトウェアが、自分に必要な処理を行ってくれるかどうかです。この質問に答えるためには、どのような設計技術のためにそのソフトウェアを使用するかを明らかにする必要があります。設計するのは片面、両面、または 多層基板 ですか? それらの設計の用途は、 電源 、 アナログ 、 デジアナ混在信号 、 高速 、あるいは RF 記事を読む
PCB取り付け穴 メッキPCB取り付け穴のPCB接地手法 1 min Blog 基板を筐体に配置するときは、何らかの方法でその筐体に取り付ける必要があります。PCBの表面をネジで傷つけずに確実に取り付けるには、通常はメッキスルーホールをただコーナーに配置します。このPCB取り付け穴は通常、ソルダーマスクの下にパッドが露出しているため、必要に応じて取り付けポイントをネットの1つに電気的に接続できます。この場合によく発生する問題の1つは、接地とPCB取り付け穴です。取り付け穴を設計で接地する必要がある場合、どのように接地する必要があるのか？筐体に接続するのか、内部接地のみに接続するのか、それとも別の場所に接続するのか？ これは楽しい質問で、答えは通常、「必ずすべき/絶対にすべきではない」という具合になります。取り付け穴は必ず筐体に接地しているという人もいれば、設計が台無しになるので絶対に接地すべきではないという人もいます。このように定められたほとんどの設計ルールと同様に、実際の答えはより複雑で、入力電力から接地系の構造に至るまで、設計の多くの側面が関わります。PCBへの入力で電源と接地がどのように定義されているかを理解していれば、接地を適切に考慮した取り付け方法を設計することが容易になります。 PCB取り付け穴の設計方法 名前が示すように、PCB取り付け穴は、回路基板を筐体に固定するために使用されます。PCB取り付け穴に関しては、誰もが同意するいくつかのポイントがあります。 金属ネジで取り付けることができるように、取り付け穴は一般的にメッキされている必要がある。 浮遊する金属片はEMIの発生源となるため、取り付け穴は何らかのGNDネット（アース(PE)、信号GND (SGND)、接地済み筐体など）に接続する必要がある。 取り付け穴は、標準サイズの留め具に対応するサイズにする必要がある。 取り付け穴はメッキなしでもかまわないが、設計でプラスチック製のネジやスタンドオフを使用する場合以外は望ましいやり方ではない。 これについては、 位置決め穴に関する以前の記事で少し詳しく説明しました。というのは、一部の有名企業では取り付け穴と位置決め穴を区別していないからです。設計者にとって、このように区別することは重要です。取り付け穴はほぼ確実に基板の接地系の一部になるし、設計におけるEMIと安全性にこの相違がどのように影響するかを正確に考慮する必要があるからです。 メッキした取り付け穴を筐体に接続することはベストプラクティスであり、そのような接続が可能な場合は、筐体の接地をアース接地に接続することができます。ただし、筐体内に金属元素があるバッテリー駆動システムなどでは、必ずしもそうとは限りません。PCBの取り付け穴、筐体、およびアースの接続方法によっては、デバイスでEMIが発生したり、ユーザーが感電したりする可能性があります。後者のケースは、電源の筐体がアースに十分に接地されていないか（プラグを差し込んだとき）、マイナス電源端子が十分に接地されていない場合に（プラグを抜いたとき）、コンピューターの電源で発生するおそれがある問題の1つです。適切なアース接地接続を含め、PCBの接地手法を適切に行えば、フローティング接地をなくすことができます。それが、金属筐体の接地したPCB取り付け穴の主な用途の1つです。 PCBの接地手法と取り付け穴 上の画像は、過度に一般化したものではありません。場合によっては、取り付け穴を基板に接地する必要がまったくなく、代わりに筐体に接地する必要があります。それ以外の場合、選択の余地はありません。接地する場所が他にないため、取り付け穴を内部接続に接地する必要があります。取り付け穴に適用するPCB接地手法では、対処の必要な電流、その電流の周波数、ESDなどの安全性の問題を考慮する必要があります。残念ながら、考えられるあらゆる状況に対応できる単独のアプローチはありませんが、PCBの取り付け時に生じる接地接続をどのように考えたらいいのかは、以下のポイントを参考にしていただければと思います。 ケース1: 低電流DC、ガルバニック絶縁なし 以下の表は、標準的なPCB接地手法の一環として、メッキPCB取り付け穴をどのように扱うのかという状況をいくつか示しています。ここでは、3線式DC（POS、NEG、アースGND接続）、2線式DC（POSとNEGのみ）、3 線式ACをDCに整流した場合を検討します。 入力電力 金属筐体 記事を読む