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高齢者向けのお洒落で機能的なウェアラブル テクノロジー Thought Leadership 高齢者向けのお洒落で機能的なウェアラブル テクノロジー 最近、スマートウォッチで年を確認したことがありますか? 2017年現在、私は若い人たちがウェアラブルを身に付けて歩き回っているのはよく見かけますが、年配の人が付けているのはあまり見かけません。これは、 アメリカ人が高齢化 し、さらに多くの人々が今後数年間に統計上の高齢者に加わることによる 新たな機会を示して います。年配の人たちは、若い人たちとは異なる理由でウェアラブルを必要としています。年配の人たちは、自分たちの安全を保ち、健康状態を監視してくれるデバイスを探し求めています。ただし、他の人たちと同じこともいくつか気にしています。具体的には外観と利便性です。現在市場に存在するデバイスのいくつかは、高齢者向けのウェアラブル テクノロジーがどのような外観であるべきかを的確に示しています。 高齢者を対象にする PCBおよび製品の設計者の大多数は高齢者ではないと考えていいでしょう。我々はまだそれほど年をとっていないため、高齢者の必要や要求を予測するのは多少困難です。ほとんどの人たちと同様に、高齢者も見た目と利便性については気にしています。また、ウェアラブルを使用して自分たちの健康状態を確認し、健康を保つことにも関心を持っています。 私の祖母は、見た目に気を使っています。アルツハイマー病にかかった後でさえ、祖母はほぼ毎日、きれいなシャツと宝石類を身につけています。高齢者は同様に、ウェアラブルの 外観が良いことも 望んでいます。シャツから大きなペンダントがはみ出しているようなものはお洒落ではなく、便利でもありません。若い人たちにとって使いやすさは長所ですが、必須ではありません。若い人たちはメニュー操作やリストのスクロールを簡単に扱えます。しかし、重度の関節炎を患った人にとっては、小さなタッチスクリーンの小さなボタンをクリックすることは 簡単ではありません 。高齢者向けのデバイスを設計するときは、高齢者の物理的な機能障害を考慮し、使いやすさを最優先にする必要があります。また、この巨大な市場に参入するには、外観の良さも求められます。 ウェアラブルがこのくらい見た目が良ければ申し分ないでしょう。 機能に関する限り、高齢者は歩数を数えることは考えていません。これらの人たちは、自分たちの健康上の問題点をトラッキングするために役立つデバイスを求めています。高齢者の90%以上は最低1つ、 77%は2つ以上 の慢性疾患を抱えています。ウェアラブルは、睡眠習慣、脈拍、ストレスレベルなどを記録し、これらの疾患の管理に役立つことが可能です。病気と関連して、転倒も高齢者にとっては大きな心配点です。高齢者にとっては腰の怪我が 死を意味する 場合もあるため、転倒を記録し、可能なら予防することが重要です。自社のデバイスが機能の点で他社のものを凌駕することを期待するなら、創造的になる必要があります。創造性からどのような製品が生み出されるか、いくつかの例を紹介しましょう。
PCBでリンギングが発生する理由とその解決方法 Thought Leadership PCBでリンギングが発生する理由とその解決方法 最初の電気工学ラボで、スイッチの出力をデバウンスするための回路を作りました。オシロスコープの画面で、最初のガタガタした信号とその後のデバウンスされた出力を見たのを覚えています。生活の中でこんなに害のないものが、そんなに 面倒になるなんて、心の底から不安に感じました。それが、信号ノイズやアーチファクトに対する苦しみの始まりにすぎないことを、1年生の私が知らなかったのは、幸運でした。リンギングは、製品性能について特にイライラさせられる効果の1つです。 リンギングとは何か? PCBや他の電子システムでは、リンギングとは、オシロスコープで見ると池の上のさざ波のように振動する電圧出力または電流出力のことです。その振動は、電源オンやスイッチ切り替えなど、入力信号の突然の変化に対する反応です。 多くの場合、振動によって出力信号は、上限と下限の両方で許容範囲を外れ、徐々に滑らかになります。振動が許容範囲内に収まるのにかかる時間を、整定時間と呼びます。 出力信号の独特の形のため、リンギングを時々「リップル」と呼びます。ただし、普通、リップルは、ACスイッチト電源を使用し、電源が、適切にまたは十分にAC波形を抑制しない場合の出力を特に指します。 リンギングの原因は? リンギングの源は、電源の他に、トレースが「長い」か短いかによって異なります。 一般的な目安では、デジタル回路で、（負荷までと戻りの）ラウンドトリップ伝搬時間が、信号立ち上がり時間と同等の場合、トレースは「長い」と考えられます。ストリップラインまたはマイクロストリップの作業をしている場合、少し複雑になるので、経路長および、リンギングなどの伝送路効果を最小化する出発点として Glen Dash のページを推奨します。 長いトレースと短いトレースに戻ります。トレースが短い場合、リンギングの原因は、寄生インダクタンスや寄生容量です。パルスまたは入力の突然の変動によって、寄生コンポーネントが、その固有振動数で共振し、出力にリンギング効果が現れます。長いトレースでは、リンギングの原因は、インピーダンスのミスマッチによる信号反射である可能性がより高くなります。 信号ノイズで、大学生の私は過度に不安を感じましたが 業界に入れば、信号ノイズが破滅的結末をもたらす場合もあります。 リンギングがシステムにどう影響するのか? ノイズの多いオシロスコープのために実存の危機に苦しむ、ということがなければ、素晴らしいことです。セラピーの費用がずっと少なくてすみます。それでも、リンギングは、あなたの人生や製品設計にネガティブな影響を及ぼす可能性があります。 EMIの増加: リンギングは、ノイズや干渉を生成する可能性があり、また、しばしば生成します。そのEMIは、基板に拡散または伝導し、さまざまな性能問題の原因となります。 電流フローの増加
スイッチングとリニアの電圧レギュレーター: どちらが電力管理回路に最適か スイッチングとリニアの電圧レギュレーター: どちらが電力管理回路に最適か 目の前でコンデンサーが爆発したのを見たことがありますか? 私が電子機器の設計を始めたとき、まさにこれを体験しました。また私は、最初は「単純な」プロジェクトと設定されていたもので、パワーバジェットの計算に失敗しました。その結果、試作のPCBで電圧レギュレーターが、目玉焼きができるほど、またはもっと酷く真っ赤に焼けてしまいました。 それ以後に私は、設計の優雅さや洗練さはそれほど重要でないことに気付きました。電力管理回路の構成で間違いを犯せば、その設計は事実上無価値になってしまいます。パワーバジェットの計算、周囲の温度、そして私の事例では電圧レギュレーターなど中核の電力管理コンポーネントの選択が、PCBプロジェクトの成功を左右することがあります。 組み込みシステムにおける電力管理回路の機能 私は組み込みシステムの設計を10年以上行い、マイクロコントローラーの驚異的な進化を目にしてきました。マイクロコントローラーは、歴史的なZilogから今日のCortex M4プロセッサーまで進化してきました。Bluetooth LEやZiBeeなどのテクノロジーにより、組み込みシステム業界はさらに変革しました。しかし、電力回路を適切に設計する必要性は依然として変わっていません。適切な電力回路なしでは、このような優れたテクノロジーもただの「部品」にすぎず、しかも過熱し、溶けて燃えはじめ、悪臭を放つことになります。 コンデンサーを別として、適切に設計された電源回路の中心には必ず 電圧レギュレーター があります。その名前が示すように、電圧レギュレーターは安定した電圧を供給し、組み込みシステムが安定して動作できるようにします。電圧レギュレーターは高電圧の入力を受け付け、電子デバイスの動作に必要な電圧に降圧し、同時に安定化を行います。 3.3Vのコンポーネントが一般的になる前は、マイクロコントローラー（MCU）と集積回路（IC）はすべて5Vで動作していました。LM7805は単純な5Vのリニア電圧レギュレーターで、当時良く知られていた部品番号です。実際に、この製品は単純で極めて洗練されているため、今日でも一般的に選択されています。3.3Vが主流の動作電圧となったとき、LM1117-33が効率的なリニア電圧レギュレーターとして使われるようになりました。 リニア電圧レギュレーターの制限 集積回路が3.3V対応に移行した期間があり、この期間にマイクロコントローラーは急速に進化しました。設計者は従来、マイクロコントローラーの入力と出力の数を重視していました。その後で、UARTS、イーサネット、USBなどの統合された機能の数と、急速に増大していく処理能力に注意を向けるようになりました。やがて、リニア電圧レギュレーターは限界に直面することになりました。 これらの手軽なヒートシンクによって、リニアレギュレーターを冷却できます。 多くの人々は、リニア電圧レギュレーターを扱うとき、電流定格を絶対視するという初歩的な過ちを犯します。これが大きな問題となったのは、LM7805電圧レギュレーターの定格は5V、1.5Aだったためです。しかし、実際にこの電圧で扱うと、良くて一部のコンポーネントが溶け、悪ければプロセス内で燃焼が発生する恐れがあります。リニア電圧レギュレーターを選択するときは、最低でもあと3つのパラメーターを考慮する必要があります。 消費電力のレベルは、入力と出力の電圧差を考慮し、その値と負荷電流とを乗算することで計算できます。12Vを5Vにレギュレートし、組み込みシステムが100mAを消費するなら、消費電力は0.7Wです。これを念頭に、LM7805は最大125℃の温度で動作できることに注意します。この温度を超えると、溶解や燃焼など望ましくない現象が発生します。 しかし、TO-220パッケージの一般的なLM7805の熱抵抗は65℃/Wです。すなわち、周囲の環境温度に加えて、1Wごとに65℃だけ温度が上昇します。一部の地域では平均気温が約35℃なので、動作時のLM7805は100℃に達します。定格最大電流である1.5Aの10%未満しか使用していないにもかかわらず、許容される最大温度に近づくことになります。 スイッチング電圧レギュレーターが、文字通り冷静な選択である理由 リニア電圧レギュレーターは、その特性から 電力要件の大きい
PCB配線ワークフローの時間節約技術 PCB配線ワークフローの時間節約技術 電気設計に慣れていなくても、30年以上の経験があっても、エンジニアは、PCB設計プロセスにおいてインタラクティブな配線が最も困難で面倒な作業であることに同意します。経験豊富な設計者は、多くの戦いや極限の戦争に勝てるほどの創造的なパズル解決の才能を使って、困難な作業を楽しんでいます。配線の経験がない設計者や設計の他の部分に集中したい設計者は、作業遂行に苦労することになります。しかしながら、どのような設計者も最終的には面倒な作業にうんざりしてしまいます。 最も一般的な配線の問題には、配線位置の管理、ピン/ビアアレイからの引き出し順序、配線の効率化、高速化、製造上の懸案事項などがあります。基板の配線を数時間ではなく数分でできるとしたら、どれほど多くの基板を設計できるか、想像してみてください。貴重な時間とリソースを節約しながら、より効率的に基板全体を配線できるとしたらどうでしょうか? 高性能のガイド付きPCB配線技術 Altium Designer®のActiveRouteは、短時間で高品質の配線をしながら、ユーザー制御による高度な自動化を適用できる、インタラクティブな配線方法です。ActiveRouteの目的は、配線に関する課題を軽減して面倒な作業をなくし、生産性を大幅に向上させることです。 ガイド付きのチャネル配線の画像​​​​​​​ インタラクティブな配線ツールというコンテキストにおいて、ActiveRoute独自の特徴は、複数レイヤーを同時配線ができるということです。この機能は、設計者のプランに従い、高速な処理性能を達成するための配線の効率化に重要です。 デフォルトでは、ActiveRouteのパネルでレイヤーが選択されていない場合、アクティブなレイヤーでのみ配線が行われます。パネルで複数レイヤーが選択されていると、ActiveRouteは、それらのレイヤーに対して均等に配線します。 複数レイヤーの同時配線レイヤー 1（緑）に48の配線およびレイヤー4（青）に44の配線 ActiveRouteは複数レイヤーに配線できるので、1つのレイヤーで特定の接続の配線に問題がある場合、ActiveRouteはただちに他のレイヤーの配線に移ることができます。この結果、その配線はより直線的になります。さらに、同じレイヤーで何度も配線しようとして時間を無駄にしたあげく、ミアンダが過剰にできてしまった、もしくは配線できなかったという状況を避けられます。 これからのPCB配線 従来、配線プロセスは、経験豊富な設計者でもかなりの時間と労力を要するものです。ActiveRouteは、複数レイヤーをすばやく配線して微調整のための時間を多く残しておくことでユーザーがワークフローを大幅に加速できるようにし、インタラクティブな配線のパラダイムを変えます。 ActiveRouteについてさらに詳しい情報をご希望の方は、今すぐ Altium DesignerのActiveRouteに関する無料のホワイトペーパーをダウンロードしてください。
マイクロビアPCB設計技術について知っておくべきこと Thought Leadership マイクロビアPCB設計技術について知っておくべきこと 大衆文化に少し遅れていると感じたことがありますか? 私は、Lady Gagaについて知ったばかりですが、数年前から大スターだったようです。遅ればせながら知ることができて、少しうれしいです。今、彼女の音楽を楽しんでいますが、肉でできたドレスを着て歌うのを見ないで済みました。セレブの奇妙な最新ファッションには興味がないかもしれませんが、注目すべきトレンドがいくつかあります。PCB設計界における希望の星の1つが、マイクロビアです。ここでは、マイクロビアとは何か、マイクロビアはどのような素晴らしいことができるのか、について説明します。マイクロビアは歌やダンスはできませんが、基板で多くのスペースを節約し、EMIを大幅に減らすことができます。 マイクロビアとは? Lil Yatchyの最新の曲をオフィスで聞いたことはないかもしれませんが、きっとマイクロビアについては少しは聞いたことがあるでしょう。あなたの知識を更に強化させてください。 マイクロビアは、確かに小さなビアですが、正確には、どれほど小さいのでしょうか? ほとんどの人は、マイクロビアを直径が 150μm未満のビアだと考えています。これらの小さな穴はレーザーで開けますが、そのプロセスは 絶えず改善されています。レーザー穴開け技術の新しい進歩によって、マイクロビアは 15μmまで小さくできます。レーザーは、一度に1つのレイヤーにのみ穴開けできます。一方、製造業者は、 複数のレイヤーに別々に穴を開け、積み重ねることによって、マイクロビアを作成できます。 製造上の欠陥が発生する可能性は、マイクロビアの方が、通常のビアより低くなっています。レーザー穴開けでは、開けられた穴に材料が残らないためです。ただし、メッキやはんだリフローについては、マイクロビアも通常のビアもリスクは同じです。したがって、マイクロビアのtenting、またはfillingについて 製造業者と話し合うことが重要です。 マイクロビアとは何か分かりましたが、何の役に立つのでしょうか? マイクロビアは、マイクロビアを開けるレーザーと同じくらい未来的 スペースの利点 ハリウッドで高価な家を買うことはないでしょうが、高価な不動産については心配する必要があります。基板のスペースはコストであり、マイクロビアは、コスト削減に役立ちます。マイクロビアはサイズが小さいので、当然、通常のビアよりスペースを節約できます。また、via-in-pad（VIP）をより活用するのに役立ち、より簡単に埋め込むことができ、高密度相互接続（HDI）設計が簡単にできます。 通常、VIPは、ショーのスターであることを望みますが、PCBでは、VIPはほぼ隠されています。表面実装技術（SMT）によりパッド内部で接続を行うことによって、VIPはスペースを節約します。マイクロビアは、フォームファクターが小さいので、特にVIPに適しています。時に、通常のビアは、ピッチが細かいボールグリッドアレイ（BGA）など、SMTでパッド内部に収めるには大きすぎます。マイクロビアは、製造上の問題を引き起こすことなく、 パッド内部に収まります。
ロックスターのようなPCB設計者でありシグナルインテグリティーの専門家であるリック・ハートリー氏(Rick Hartley) Thought Leadership Newsletters OnTrack ロックスターのようなPCB設計者でありシグナルインテグリティーの専門家であるリック・ハートリー氏(Rick Hartley) ワーナー: またお出でいただきましてありがとうございました、リック。では今回もよろしくお願いします。私たちが最初に会ったとき2人とも強く感じていたのは、もっと多くの設計者が基板サプライヤーを訪問して基板の製造過程を理解するべきだということでしたよね。今日は、技術者やPCB設計者に対してどのようなアドバイスをいただけるでしょうか? ハートリー: あなたもそう感じておられたことが興味深いですよね。私が初めてプリント回路設計者になった77年から78年頃のことですが、会社が委託していた製造技術者の1人が、私と、下請け会社のもう1人のプリント回路設計者を座らせて説明してくれました。「会社の技術者たちは、プリント回路設計者になる道を選んだ君たち技術者2人を大切に思っている」と言いました。私たちは微笑みながら「ええ、それは分っています」と頷きました。すると彼は私たちを見て言いました。「君たちは、回路や回路の動作については理解しているが、製造については全然分っていない。君たちがこれほど分っていないということは、驚くべきほとだ。君たちが設計するものは、私たちには実際に作れないものばかりだ」。私のプライドは叩きのめされました。プライドが床に投げつけられたどころではなく、床にめり込むほどのショックでした! このショックから立ち直るのに文字通り1週間も掛かったほどです。でも、よくよく考えてみると彼らの言うことが正しいことが分りました。私は製造については何も知りませんでした。会社は、ノーム・アイナーソン(Norm Einarson)氏を雇うことにしました。ノーム・アイナーソン氏は、当時プリント基板の神様と言われた人物であり、このインタビューをお読みになっている方で年配の方であれば皆さん懐かしく思い出される名前ではないでしょうか。彼は、本当に設計というものを理解している製造技術者でした。彼が会社に来てくれた期間は1週間です。電気工学部門を含む設計部門の全員に対し、この1週間の研修期間の全期間にわたって出席することが義務付けられました。彼は、設計者が製造に与える影響と、製造が設計者に与える影響を教えてくれました。 ワーナー: 皆さんにとっては本当に貴重で素晴らしい機会だったんでしょうね。 ハートリー: ええ。私がこれまでに受けた研修の中では最も充実した1週間でした。それ以降、私は、製造業界での方法の前年からの進化、新技術、予想される新技術などを知りたいと思い、製造関係の雑誌を複数購読しています。製造部門で採用されている工程を知らずして回路基板を正しく設計することはできません。 ワーナー: 私も、率先的にそのような方向で取り組んでくれる設計者が増えてくれることを願っている製造技術者が大勢いることを知っています。本当に大事なことですよね。 ハートリー: ええ、そうなんです。私が言いたいことの一つもそのことで、電気工学やプリント回路の設計者なら、あるいはプリント基板設計での意思決定に何らかの形で関与する担当者なら、製造工程を理解しておく必要があるんです。基板の製造、組み立て、試験について理解するだけでなく、この3つの工程に対して設計者が与える影響も理解する必要があります。 ワーナー: まったくそのとおりです。私もエレクトロニクス業界の製造/組み立て部門出身ですので、その点は同感です。問題や遅延が発生した場合、 事前に ちょっとした打ち合わせができていれば容易に防ぐことができたのにと思える経験は、私にとっても日常茶飯事でした。 ハートリー: もう一つ提案したいのは、PCB設計者と電気工学技術者がもっと密に連携作業したらどうかということです。つまり、お互いの作業内容を理解し合うということです。基板設計を複雑にしている要因は本当は技術者たちのやり方にあることを技術者が知る必要があると思うのですが、私には、彼らが実際にそう考えているようには思えません。技術者がうまく連携して作業できるようにするためには、お互いの分野を良く理解する必要があります。互いの理解が足りないと丸投げ状態になってしまい、「回路図がこうなってるんだからそちら側で解決すべき問題だろう」というようなことになってしまいます。これではうまくいくはずがありません。そのことを私は何年も前に学習しました。私がL-3や通信業界で一緒に仕事をした技術者のほとんど、あるいは70年代後半や80代の技術者は、私とうまく連携作業できましたし、私も彼らとはうまく連携作業できるよう努めました。この記事の発表後に彼らが読んだら、きっと頷きながらこう言うでしょう。「そうだ、俺たちの時代は連携し合ってうまくやったもんだ」と。そうなんです。私たちはお互いに理解し合えるんです。そして、それが重要なことなんです。