PCB設計 | PCB設計ソリューション

Thought Leadership PCB設計のレシピに従う: PCBの製造図数年前、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

Thought Leadership 高速PCB設計入門：シグナルパス直行便がなくても、航空旅行の計画を立てたことはありますか？私はありますが、おそらくすでにご存知の通り、それは問題ではありません。私は航空会社のウェブサイト上の旅行プランナーを使用し、旅行のすべての詳細を計算してもらいます。私がすることは、出発地と目的地を入力するだけで、プランナーが私の行程を決定してくれます—乗り継ぎに十分な時間を確保して。もし、すべての旅行計画を自分自身で行わなければならなかったら、どれだけの時間がかかるか想像できますか？異なる航空会社、フライト、出発と到着の時間を調査し、そのすべての情報をまとめて最適なルートを計算しなければなりません。複数の乗り継ぎ便が必要な航空旅行は、プリント基板上の信号経路と非常に似ています。信号経路には始点と終点があり、その間にはいくつかの接続があります、まさに航空旅行のように。そして、行程をタイミングする必要があるように、PCB上で信号経路をルーティングしようとすると、すべての個々のネットの長さとパラメータを決定する必要があります—少なくとも時間がかかる提案です。幸いなことに、PCBレイアウトソフトウェアツールを使用して、航空会社のウェブサイトが旅行計画ツールを使用して旅行を設定するのと同じ方法で信号経路を管理できます。信号経路と、今日のPCBレイアウトソフトウェアツールがそれらを扱うのにどのように役立つかを見てみましょう。私はあなたを何かのエキゾチックな砂漠の島へのトラブルフリーの旅を約束することはできませんが、次の高速PCB設計で信号経路をどのように扱うことができるかについてのより良い理解を約束できます。信号経路とは何か？信号経路とは、信号がその起源から複数のコンポーネントとネットを通って目的地までたどる経路のことです。例えば、インライン終端抵抗器を持つ二つの部品間の単純な伝送線を考えてみましょう。最初のネットはドライバーピンを抵抗器の一方の端に接続し、二番目のネットは抵抗器の他方の端をレシーバーピンに接続します。CADシステムではこれは二つの異なるネットですが、高速設計の目的では、これら二つのネットは一つの信号経路を形成します。高速PCBを設計する際には、トレースの幅やボードレイヤースタックアップの指定方法を通じてインピーダンスを制御することができます。また、トレースルーティングの長さを制御し、そのトレースの長さを他のトレースと一致させることもできます。高速PCB設計スキルを発展させる次のステップは、信号経路のルーティングです。制御されたインピーダンスと一致したトレースの長さをルーティングする必要があるだけでなく、個々のネットではなく、全体の信号経路に対してそれを行う必要があります。幸いなことに、今日使用されているCADツールは、信号経路のルーティングに多くの助けを提供してくれます。ルーティングのための信号経路の設定信号の整合性を維持する信号経路を構成するには、CADツールで信号経路クラスを作成し、適切なネットをそのクラスに割り当てます。ネットを信号経路クラスに割り当てる際、手動で割り当てることもできますし、ソフトウェアにこのオプションがある場合は、CADツールが指定したドライバーとレシーバーに基づいてネットを自動的に割り当てることもできます。ネットを手動または自動で割り当てる場合でも、正しい順序になっていることを確認する必要があります。これは、信号経路ネットのルーティングトポロジーが正しい順序であることが重要です。多くの設計者は、信号クラスのネットを自動的に割り当て、必要に応じて手動で順序を再調整します。ネットが信号経路クラスに割り当てられると、信号経路クラスの他のパラメータを指定することができます。これらのパラメータには、許可されるルーティングの最大および最小長さ、使用できるビアの最大および最小量が含まれます。高速PCB設計における信号経路のメリット定義された信号経路を使用することで、高速PCB設計に大きな利益をもたらします。最適な接続順序のための信号経路トポロジを指定し、個々のネットではなく、信号経路全体に対してトレース長の制約を使用してルーティングし、その信号経路の長さを他の信号経路の長さとも一致させることができます。過去には、PCB設計者はルーティング中にネットの長さを個別に追跡しなければなりませんでした。その後、望ましい信号経路の長さをどれだけ長くまたは短くするかを知るために、それらの長さを手動でまとめなければなりませんでした。今日のCADツールで信号経路が定義されているため、ルーティング中にリアルタイムで長さの報告とチェックが可能になりました。ネットは接続目的で個々のネットとして扱われますが、信号経路内のすべてのネットは長さと他の高速パラメーターで一緒に計算されます。航空会社があなたの旅程を整理するのを許可するように、レイアウトツールで信号経路を使用することは、高速ルーティングを整理することでボード全体のスムーズな移動を保証するのに役立ちます。 PCB設計ソフトウェア、例えば Altium Designerには、信号経路を定義し、ルーティングするための高度な機能が組み込まれています。 xSignals機能を使用すると、信号経路を構成する個々のネットを定義し、管理することができます。xSignalsとAltium

Thought Leadership スマートな設計を可能にするPCB設計ソフトウェアのインテリジェントな配線機能手間を省きながら仕事を終わらせる方法を見つけようとして、考え込んでしまうときがあるものです。私は初めての仕事で、お気に入りのアプリケーションを音声コマンドで自動的に起動するソフトウェアを作りました。その後は特別なプログラムをコード化し、ボタンを1回クリックするだけでレポートをメールで送ったり、アプリケーションを閉じたり、コンピューターをシャットダウンしたりできるように進化させました。私が初めてPCB設計を手掛けた頃、利用できたPCB設計ソフトウェアは初期のものでした。当時のソフトウェアには自動配線機能が搭載されていましたが、私は使い方をよくわかっていませんでした。1日の終わりに使うアプリのように、ボタンをクリックしてお茶でも飲みに行けば、戻ってくる頃には製造にリリースできるPCBが出来上がっているものだと考えていたのです。ところが、どうでしょう。返された結果はとんでもない配線で、何時間もかけて設計をやり直すはめになりました。もちろん、楽しいものではありません。それからの10年間、PCB設計ソフトウェアの修正と改良は何サイクルも繰り返されました。現在のインテリジェントな配線機能は、従来のものよりはるかに高度になっています。もう1つの改良点は、ハードウェア技術者が蓄積してきた知識と経験を活用できるようになったことです。従来のPCBソフトウェアは、技術者の技術や洞察力を活かせるようには設計されていませんでした。一方で、現在のPCB設計ソフトウェアを適切に使用すると、ハードウェア技術者の貴重な時間を節約しながら設計を完成させることができます。現状維持の姿勢に陥ることなくPCB設計ソフトウェアのインテリジェントな配線機能を活用するための4つの主なツールをご紹介しましょう。 1．コンポーネントオートプレーサーコンポーネントオートプレーサーは、すべてのコンポーネントを系統的に配置できる優れたツールです。大半のコンポーネントでこのツールを使うだけで配線できるのは何とも魅力的です。実際のところ、単純な設計では大きな問題が発生することはないでしょう。ただし、複雑な設計ではモジュールに応じてコンポーネントを分離しないと、ノイズのあるコンポーネントとアナログ回路の間でクロスカップリングが発生する可能性があります。この場合、コンポーネント間と配置済みのシステムで汚染が発生し、分離された相互作用が問題のある障害へと姿を変えます。コンポーネントの配置では、熱の生成や感度のほか、信号の方向や方位など、いくつかの要素を考慮しなければなりません。これらの要素を踏まえてオートプレーサーを使用できる場合もありますが、もっと重要なのはオートプレーサーと両立することです。つまり、オートプレーサーはコンポーネントの配置を補完するために使用するべきでしょう。 2．オートルーターインテリジェントに問題を解決しながらスマートに配線する自動配線機能に仕事を任せることに失敗した後、私はインテリジェントな配線ツールを使用することにしました。そのおかげで、「配線不可能」な基板の配線で数え切れないほどの時間を節約できるようになっています。多くの場合、配線不可能な原因は、必要な接続の数に対応できないくらいサイズが小さいことです。この場合は、オートルーターで簡単なテストを実行して時間を節約します。具体的には、最初の2回のテストで配線ができるかどうかを確かめます。その結果、配線ができないようなら、コンポーネントを修正するか、PCBのサイズを大きくします。このテストを手動で実行すると、貴重な時間が無駄になる可能性があります。さらに悪いのは、オートルーターを起動する前に設計を始めてしまうことです。この場合、設計に何時間も費やした後で、そのサイズでは配線できないことが判明する恐れがあります。自動配線のおすすめの使用方法の1つは、手動のインタラクティブ配線と並行してオートルーターを使用することです。ここでは手動で、電源、高速通信、アナログ信号から開始します。その次に差動ペアを配線してから、自動配線ツールを使って残りの信号を完成させます。事前に配線されている重要なトラックが、自動配線された信号によって変更されないようにしてください。 3．複数のペア配線と差動ペア配線複数のペア配線と差動ペア配線は、銅箔の長さを等しくして並行に維持するための優れたツールです。信号を1つずつではなく、一連の信号を同時に配線できるため、貴重な時間を節約できます。このツールはインテリジェントではあるものの、差動ペアや複数のペアの信号が他の高速信号やアナログ信号のそばに配線されないようにするのは設計者の仕事です。複数のペアや差動ペアの配線は、エンジニアリングの洞察に置き換わるものではなく、道具箱に入っている道具だと考えてください。 4．デザインルールチェックおそらく、人的ミスをなくすのに最も役立つツールはデザインルールチェック（DRC）でしょう。このチェックでは配線エラーがハイライト表示され、発生場所が拡大されるため、すぐに修正を行うことができます。優れた機能ではあるものの、PCBの成功事例を踏まえると、チェックを実行しただけで満足するわけにはいきません。もちろん、ネットの接続漏れやクリアランスの制約違反などのミスを除外するのには役立つものの、機能と経験を組み合わせれば、 GNDループやGNDプレーンの配置の誤りといった問題も特定できるようになります。結局のところ、技術者の設定によってDRCの効果は異なってきます。近道を使えるのは、やっていはいけないことを把握している場合だけ

OnTrack Newsletters OnTrack Newsletter 2017年11月 On Track Newsletter 2017年11月第1巻第8号 AltiumのOn Trackニュースレターの11月号をお届けします。今月の「ロックスターとスーパーヒーロー」では、サンディエゴで開催されたAltiumLive 2017: 年次PCB設計サミットで講演を行った設計者を紹介します。彼は非常に才気溢れる設計者であると同時に、現地のAltium^®ユーザーグループのリーダーにして主唱者であり、独自の設計の開始方法と構築方法を周囲と共有しています。「メーカーの場所」では、コンピューターの基本動作を習得するために自分独自のコンピュータ用マイクロアーキテクチャであるBEEBAを設計して構築した、感銘的な若い男性を紹介します。今月のOn Trackビデオシリーズでは、Chris Carlsonが熱管理について引き続き、レッスンの第2部を行います。頭脳食ではいつものように、基板設計に関するいくつかの記事を紹介します。 10月に開催されたAlitumLive 2017: 年次PCB設計サミットに、弊社のユーザーコミュニティから数百人が参加してくださったことに、心から感謝いたします。このような新たなイベントを大成功に導いてくださったことについて、弊社は心より御礼申し上げます。弊社は、サンディエゴとミュンヘンにおいて、2018年10月に再度このイベントを開催する予定です。休暇の時期が近づいています。Altium社員は、皆様が幸せで健康な休暇を送られることをお祈りしております。よい休暇を! Judy

OnTrack Newsletters Frank Duggan: マイクロアーキテクチャーとMITでの目標 Frank Dugganと氏の父親からNYCメーカーフェアで、BEEBAについて学んだこと Judy Warner: あなたが、離散ロジックを使用する独自のマイクロアーキテクチャーを開発しようと最初に思った動機は何ですか? Frank Duggan: 私は小さい頃から、具体的な内容は知らなくても、これをやりたいと思っていました。私は自分のスナップ回路電子機器キットに熱中し、色々な機能を果たす回路を作る課題に取り組むのが好きでした。いつの頃からか、コンピューターを作り上げるのが究極の課題であると、私は決意しました。これはおそらく、コンピューターがとてもミステリアスに見えたからでしょう。そして私は、コンピューターがどのように実現されているのか理解できなかったので、設計は非常に難しいに違いないと結論しました。 Warner: 他のデバイス用のアセンブリ言語プログラミングを行ったことはありますか?もしそうなら、変更したいと思った部分はありますか、その理由は? Duggan: 他のアセンブリ言語でプログラムしたことはありません。ただ、ARMのアセンブリについて多少知っています。私がBEEBAアセンブリ言語を作成したとき、既存のアセンブリ言語の設計は考慮に入れませんでした。ただ、ハードウェアの実行する命令セットを見て、それをテキストで表現する方法を立案しました。 Warner: BEEBAのRev 2を開発するとき、最も大きな課題は何でしたか? BEEBA Duggan: 最大の課題は、命令デコーダーの設計でした。分岐とループの動作を可能にする方法を見つける必要がありました。16ビット命令では、命令のジャンプ先や、そこへのジャンプを行うかどうかを決定するための読み出し先アドレスを指定するために十分な幅がありません。しばらく案を考えた結果、システム内でデータをある場所から別の場所へコピーして動作するソリューションを思い付きました。書き込み可能な3つの場所を使用して、命令位置のバッファ処理を行います。書き込み可能な4つめの場所は、バッファされた場所へのジャンプを行うかどうかを決定するために使用されます。その場所に奇数が送信された場合、命令コンピューターはバッファされた場所をプログラムカウンターにコピーします。その場所に偶数が送信された場合、コンピューターは何も行わず、シーケンスの次の命令に進みます。これは電子的に実装が単純で、命令デコーダー基板の限られた面積に収納可能でした。 Warner: 基板のデバッグには、どのような技法を使用しましたか

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