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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 1 min Blog 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 記事を読む
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 1 min Blog 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。 記事を読む
マイクロビアPCB設計技術について知っておくべきこと マイクロビアPCB設計技術について知っておくべきこと 1 min Thought Leadership 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。 記事を読む
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) 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) 1 min Thought Leadership 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。 記事を読む
ハイパーループの栄光に向けてのBadgerloopの活動、イーロン・マスクの関心を惹く ハイパーループの栄光に向けてのBadgerloopの活動、イーロン・マスクの関心を惹く 1 min OnTrack 6月のポッド2号機公開時のBadgerloopチーム イーロン・マスクがハイパーループ方式の輸送システムの構想を ホワイトペーパー 紹介したのは2013年のことです。彼は完全なオープンソース方式による開発を提案し、ポッド コンテストに参加する大学を募集しました。コンテスト用のポッドを試運転で走らせる1マイル近い縮小版の真空チューブの建設資金は、スペースXが負担しました。スペースXが定めた一連の要件に適合しスペースXが強く望んでいるチューブ走行を第1回のコンテストで実現するチャンスを獲得できたポッドは、3つだけでした。 すべてのチームにとって最初の関門は構想と設計でした。 選出されたいくつかの設計案が、2016年1月の デザイン週間の週末 にテキサスA&M大学で採用され審査されることになっていました。1,000件の設計案のうち120のチームのものだけが選出され、 デザイン週間の週末 に参加できることになりました。目標を達成できたのはBadgerloopチームだけではありませんでしたが、Badgerloopチームは、「 設計製作全般 」のカテゴリーで印象的な世界レベルの競争相手たちの中で第3位を獲得しました。これにより彼らは、ポッドを製作し2017年1月の第1回コンテストで競争するチャンスを確立できました。 通常の学年期間や夏季期間でBadgerloopチームの陣容は変化しましたが、メンバー数は30 ～ 80名でした。キャッスルは12人ほどのリーダーの1人で、電気担当チームの重要人物です。電気システムチームは、Altium Designerを使用して、STMのNucleoを採用した1枚のマイクロコントローラー基板とシールドを設計しました。この基板は次回新たなポッドを開発する際にも再利用できるようになっています。また、彼らはバッテリー安定化基板と電磁弁制御基板も設計しました。ワークフローを簡素化するため、彼らは、チームメンバーが2つの大陸と3つのタイムゾーンに分散してしまう夏季期間中でも密に連携しながらプリント基板設計を行えるよう、サブバージョンネットワークを開発しました。 2017年6月17日に公開されたポッド2号機 Badgerloopチームは2016年12月にポッド1号機を公開し、1月下旬の第1回ハイパーループポッド コンテストに向けて国内を輸送しました。彼らの目標は高く、ポッドのチューブ内走行を目指して週40 記事を読む
パーキンソン病との闘いにスマート技術がどのように使用されているか パーキンソン病との闘いにスマート技術がどのように使用されているか 1 min Thought Leadership 先週、私は、両親に会うためトロントに帰省しました。私の87歳の祖父は最近、認知症と診断され、運転免許証を取り上げられました。祖父が運転できなくなって家族は安心した一方、好きなように動けなくなった祖父はショックを受けていました。しかし、それは、ある日変わりました。祖父を迎えに行った日のことです。到着すると家に誰もいませんが、祖父の車はあります。祖父がUberを注文したのでした。アプリの中には、初期の退行性神経疾患の患者に機会を与えるソリューションになるものもありますが、これらの病気の治療を目的に作成された、さまざまな分野のスマートデバイスがあります。ここでは、ハイテク食卓用金物やウェアラブル電子機器が、パーキンソン病患者の病気の影響を軽減するのに、どのように役立つかを探求します。 現在、約 6万人の米国人 が毎年、パーキンソン病（PD）と診断されており、その数字には、まだ発見されていない場合は含まれません。しばしば退行性神経疾患は高齢者の疾患であると考えられますが、PDと診断された患者の4%は50歳以下です。IoTが急成長する時代、技術とヘルスケアが、PD患者の生活の質に大きな影響を与えるようになっています。 IBMやPfizerのような企業が、これに気づき 、患者データを追跡、測定する新しい方法を探しています。理想的には症状の治療に役立ち、病気全体に新しい洞察をもたらす、リアルタイムのデータを研究者や医師に提供したいと考えています。一方、パーキンソン病患者の支援を目的とし、他の病気にも適用できる、有望なデバイスが3つあります。 電気スプーンは、何の味なのかを脳に伝えることができる 電気スプーン 私たちのほとんどが、味覚を当たり前だと考えています。パーキンソン病の影響と比較して小さいと思えるかもしれませんが、味覚を失うことは、その人の生活の質に大きな影響を及ぼす可能性があります。2013年、シンガポール国立大学の Nimesha Ranasinghe のグループは、舌の味覚受容体をだまし、銀の電極を使用して塩味や甘味、酸味、苦味といった感覚を生成できることを示しました。電極は、舌の先に触れ、さまざまな交流電流や小さな温度変化を使って、受容体を刺激します。今日、Ranasingheや、 ロンドン大学 のグループなど、他の研究グループは、 スプーンの形式で この技術を応用し、パーキンソン病や認知症の患者の味覚を取り戻すのに役立てています。スマート台所用品には、 あまり実用的でない ものもありますが、この研究は印象が良好です。 Liftware 発売を楽しみにしているスプーンには、 記事を読む
NASAにより計画されている3Dプリント回路基板テクノロジーの使用方法 NASAにより計画されている3Dプリント回路基板テクノロジーの使用方法 1 min Thought Leadership 編集クレジット: Tony Craddock / Shutterstock.com 3Dプリントがどのように社会現象となったのか、注目していましたか? 今では、人々は可能なら何でも3Dプリントにしようとしているようです。もしかしたら、3D印刷の熱狂はモノのインターネットと重なり、そのうちにプリントされた スマートフォーク などというものが出現するのかもしれません。他の人は3Dプリントで作って使い捨てにできる 50の最高の製品 について記事を書いているようですが、私はNASAがどのように3Dプリントを活用しようとしているかについて紹介したいと思います。ここだけの話、NASAは宇宙船と回路を印刷しようとしています。NASAは、プリント回路をどのように、そしてなぜ使用するかを詳細に示す科学的ミッションを計画しています。また、NASAはその将来を現実化できる現行のテクノロジーのレビューも行っています。 NASAのミッションにおけるプリント回路の使用法 最後の開拓地である宇宙は極めて過酷な環境で、宇宙のかなたを探検するには尋常でない革新が必要となります。NASAは過去にも多くの 途方もないミッション を達成してきましたが、 宇宙旅行をさらに推進するには 、ミッションを完遂するため、さらに進歩した道具が必要となります。フレキシブル基板は、NASAが遠大な目標を達成するため検討しているテクノロジーの1つです。NASAの理論的な StANLE ミッションは、プリント回路がなぜ利点があるのか、どのようなものになるのかを示すため計画されたものです。 StANLEは、プリントされた宇宙船の可能性を示すために考えられたものです。私は「 記事を読む