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PCB設計

基板をESDから保護するための正しいPCB配線とPCBレイアウト

Thought Leadership 基板をESDから保護するための正しいPCB配線とPCBレイアウト私がランニングを始めた頃、既に何回かウルトラマラソンを完走した友人と一緒に走っていました。彼女は家から何マイルも遠くまで走り、私と一緒に短いループを走ってから、私と離れてさらに走り続けました。私が速くなると、彼女は早く家に帰る代わりに、ループを長くしました。彼女はこれに関して巧妙でもありました。彼女は常に、私が早く引き返すと退屈なルート、または私が知らない新しいルートで、近道をできないように計画していました。彼女は都市計画家として、ランニングのルートも意図的に好きなルートを選択していました。私は技術者として、まったく異なるもの、通常は走りやすい場所を望んでいましたが、彼女の意図も理解していました。結局のところ、私がPCBを設計するときも同じことが成り立ちます。私はコストや性能に関して特定の目標を達成するような配線を希望します。配線は ESD保護においては特に重要で、ESDで引き起こされるEMIからコンポーネントを安全に保護するため役立ちます。回路のループの最小化私たちのランニングのルートは多くの場合に回り道のループでしたが、PCBにおいてはその逆を行うべきです。回路のループを最小限にすれば、ESDがPCB上で伝搬されることによる損傷を大幅に低減できます。これは、変動する磁束を囲むループには誘導電流が発生するためです。この磁束がESDによるものであれば、誘導される電流が予期せずコンポーネントへ流れ込むことにより、極めて破壊的な損傷が発生する恐れがあります。場合によっては他の選択肢がなく、レイアウトにどうしてもループが必要な場合もあります。このような場合、ループの面積を最小限にします。誘導電流の大きさは、ループのサイズに比例します。 GNDプレーンの使用多層基板を設計するときは、必ず GNDプレーンを使用すべきです。PCB上に形成される最も一般的なループは、電源からGNDへの配線です。これらのループは非常に遍在的なため、見逃されがちです。 GNDプレーンを実装できない設計者は、ビアのグリッドパターン（格子状パターン）を使用して電源とGNDとを接続します。これは基本的に配線のあるGNDプレーンをエミュレートするものです。これは格子と考えることができ、1つの線に沿ったいくつかのポイントで電源の接続が発生し、GNDの配線が直交した線に沿って接続されます。 Semtech は非常に適切な例を用意しており、同社は6cmごとに接続を行うことを推奨しています。同社は、電源とGNDとの配線を近くに保持することも推奨しています。ただし、これによって基板に、特にAC電源との間にエッチングが発生する可能性もあります。グリッドパターンを使用して、電源とGNDとを接続すると、GNDプレーンを使用できないときに回路ループを最小化するために役立ちます。配線経路の最適化ループを最小化する以外に、互いに並列している配線を除去するよう心がけてください。これは、相互接続されているデバイス間の並列配線について特に重要です。並列した配線は互いに簡単に結合します。

New Jersey Institute of Technologyのバハレーシングチームのメンバーたち

OnTrack Newsletters New Jersey Institute of Technologyのバハレーシングチームのメンバーたち BurghartさんはNJITで機械工学を学んでいる2回生で、バハレーシングチームの電子設計を担当するサブチームのリーダーです。レーシングカーにはメインのダッシュシステム、データ収集ボード、ディスプレイ盤、20のセンサーに接続されている前方と後方のドングルが搭載されています。 Burghartさんは子どもの頃からエンジニアの好奇心が芽吹いており、いろいろなものを分解して遊んでいたと言います。中学と高校では、ロボット工学にも触れました。ラッキーなことに、彼が通っていた高校には3Dプリンタがあったため、彼はそれを使って完全に機能するクアッドコプターを設計して完成させました。NJITに入学後は、現在40名が在籍し、Daniel Brateris教授が顧問を務めるSAEバハレーシングチームに参加しています。電気工学科で教鞭をとっているBrateris教授は、経験に基づく学習の指導者も務めています。Altiumは、NJITで構築中のMaker Spaceへの資金援助を行うスポンサーの1社となる予定です。今年、NJITのハイランダーレーシングチームはカリフォルニア、イリノイ、カンザスで開催される3つのレースに出場します。現時点での成績は、カリフォルニアで総合13位、シーズン初の4時間耐久レースでは1位となっています。（動画を見る） https://youtu.be/3EsAoJC1MM0 「百聞は一見にしかず」という諺があります。レースでの成功を実現させたNJITのハイランダーバハレーシングチームから、感謝の言葉とともに送られてきた写真をぜひご覧ください。とはいえ、次世代のイノベーターを生み出すこうした素晴らしいプロジェクトに参加できるのを心から感謝しているのはAltiumのチームのほうです。皆さん、本当におめでとうございます！

2:15 Videos How To Install SolidWorks Collaboration Extension - How-To:EXSCvid

寄生インダクタンスがESD保護にどのように影響するか

Thought Leadership 寄生インダクタンスがESD保護にどのように影響するか私は、子供の頃、必ず生物学者になると考えていました。あらゆる種類のトカゲやオタマジャクシ、昆虫を収集し、さまざまな生き物が住むための水槽に小遣いのほとんどを使っていました。しかし、1つのことが私を思いとどまらせました。寄生虫が大嫌いなのです。カマキリやヘビは、体のどこを這っていても平気なのに、サナダムシは、見ただけで吐き気がしてきます。結局、私は、週末の餌やりが必要ない工学を選びました。寄生回路パラメーターは厄介者ですが、そのために仕事中に吐くようなことはありません。特に、寄生インダクタンス（L）は、静電放電（ESD）保護がどれほど効果的になるか、ということに大きく影響します。インターフェイスを管理すること、また、入力で過渡電圧サプレッサー（TVS）を使用することが、重要な第一歩です。ただし、寄生インダクタンスを最小化しないと、有効な対策が全て無駄になります。TVSを使用している場合、特にそうです。TVSダイオードが、大きな寄生インダクタンスの影響を受けると、ESDパルスが発生した場合、電圧が劇的にオーバーシュートし、コンポーネントをまったく保護しない可能性があります。私は、アノールトカゲなどの小さな生き物を多く飼っていましたが、寄生虫がひどく嫌いだったので、生物学のキャリアを諦めました。寄生インダクタンスは保護回路に何をするか? TVS保護回路のインダクタンスを調べ、回路の入門クラスを思い出すと、その答えが分ります。 ESDパルスの電圧（V ESD ）は以下のように考えることができます: V ESD = V BREAKDOWN(TVS) + R DYNAMIC(TVS)

PCB設計者のRick Hartley氏: シグナルインテグリティーと高速設計の第一人者

OnTrack Newsletters PCB設計者のRick Hartley氏: シグナルインテグリティーと高速設計の第一人者駆け出しの頃、マイラーテープを使った手作業でPCB設計進めるHartley氏 Judy Warner: まずは、ご自身の職歴とこれまでに手掛けられた製品について教えていただけますか？ Rick Hartley: 私は1965年、20歳のときにエレクトロニクスの世界に入りました。最初の数年間は研究開発部門の技術者として働きながら、夜間学校に通って電気工学を学びました。それからしばらくしてフィールドサービスに異動になり、その数年後に「設計者」としてエンジニアリング部門に配属されました。当時の「設計者」は、回路そのもの以外の、回路基板、パッケージング、ワイヤーハーネス、ケーブルなど、製品に使用されるものは何でも設計していました。数年間で設計に関する十分な知識を身に付けた後は、EEとして数年間、電気回路の設計を行いました。ある日、上司がやって来てこう言いました「君にPCB設計の経験があるのはわかっているが、実は回路基板の仕事が山積みなんだ。これからの6か月間は、回路設計と回路基板の設計を半々で進めてもらえないかい？」私は「わかりました」と答えました。そして、その6か月が過ぎて気付きました。私は回路設計よりも回路基板の設計のほうが好きだったのです。そこで私は回路設計から回路基板の設計に戻ることに決めました。これを聞いたたくさんの設計者は、私の頭が少しおかしくなったのだと考えたようです。 Rick Hartley Warner: 間違いないでしょうね！そんなふうに考える設計者はなかなかいません。 Hartley: そうですよね。彼らには「君はかなりのマゾヒストだ」と言われました。ところが、私にとっては本当に回路設計よりも回路基板の設計のほうが楽しかったのです。ですから、自分で異動を決めたのです。幸運なことに、同じ領域での異動だったため、給料は下がりませんでした。その後、別の会社に転職しましたが、ラッキーなことに引き続きEEレベルの給料をもらっていました。私にとってはよい結果になったわけです。 Warner: では、これまでにどのような製品を手掛けられましたか？ Hartley: これまでに手掛けた製品ですか…駆け出しの頃は、大半が工場の床用の産業制御装置でした。製品に使われるものを制御するために閉ループフィードバックシステムを使用する装置ですが、たとえば製造中のプラスチックを測定したりしていました。樹脂と空気を混ぜる分量を制御して正しく分配されるようにし、すべての材料の厚みと混合が適切になるようにするのです。基本的には、製造されるプラスチックを測定して、その流れを制御するのが仕事でしたが、こうした作業は紙などのあらゆるものを使って進めていました。おそらく、仕事を始めてから17年間くらいはこの分野に従事していましたが、1980年代に入ってからはコンピューターの設計に移りました。 Warner: 当時のことはよく覚えています。—パソコンや周辺機器向けの電子機器が急増しましたね。

PCB設計ソフトウェアを比較するときに考慮すべき重要な機能

Thought Leadership PCB設計ソフトウェアを比較するときに考慮すべき重要な機能私の知人はみんな、私が買い物が嫌いだということを知っています。これは研究室の機材やソフトウェアだけでなく、衣服や車についても同じです。かつて人生最悪の経験として、わたしはショッピングモールで正気を失い、友人たちを残してタクシーで帰る羽目になりました。あのときの体験を繰り返さないよう、今は買い物をするときにできる限り完璧に近い物を買い求めるようにしています。さて、ECADソフトウェアを探し求めるとき、自分が求める理想に最も近い製品を選ぶには、どのような機能とサポートに注目すればいいのでしょうか? 統合ツールチェーン PCBの設計工程では、在庫、BOM、リビジョン、デザインを管理する必要があり、これらが変更されるごとに、ドキュメントや計画全体に波及します。買い物のようないらだたしい体験をしたければ、それぞれを別のプログラムとして行い、情報をExcel、電子メール、紙のドキュメントに分割して記録し、それでも足りない分は壁にメモを貼り付けておくこともできます。変更を行うたびに、これらのドキュメントをすべて調べ、更新が必要かどうかを見極める必要があります。これは、どう考えても快適な作業ではありません。 BOMやサプライチェーン管理などのツールをPCB設計ソフトウェアに統合すれば、ばらばらの場所に配置された紙と電子的なドキュメントを探し回る苦行から解放されます。長い間、私は統合ツールチェーンがプログラミングに使用された例しか聞いたことがありませんでした。しかし統合ツールチェーンは、調達や設計データ管理の改良のため多くの部分で役立てることが可能です。ECADツールは明らかに、適切に設計されたツールチェーンによりワークフローを劇的に改良できる部分の1つです。この統合が最も必要になるのは、部品表を管理するときです。多くのECADプログラムは BOM を生成してくれますが、CSVファイルが作成されて終わりです。別のフォーマットでエクスポートするには、拡張機能を買い求める必要があります。場合によっては出力ファイルの変換が可能ですが、このプロセスでは常にエラーに注意する必要があり、その結果として部品の製造と調達に関する問題が発生する恐れもあります。皆さんもこのような問題には経験があるでしょう。サプライチェーンの統合ベンダーや製造パートナーとの互換性は可能な限り高めたいものですが、自社で必要な部品をどうやって相手に伝えたらいいのでしょうか? 自社で保有している部品と、注文する必要がある部品とを把握していますか? 認定済みサプライヤーや製造業者の部品、価格、在庫状況のデータベースを維持するのは、膨大な作業です。私の思うところでは、データベース管理は、買い物と並ぶ不快な作業です。理想的なのは、このような作業がECADソフトウェアで自動的に行われるか、少なくともそれを行える他のプログラムとシームレスに統合されることです。ソフトウェアに本当の価値があるかどうか検討するとき、ライセンスとアドオンの総コストを常に考慮してください。コストとサポート一部の電子CADソフトウェアにはアドオンや強力な機能がありますが、使用するプラグインや新機能ごとに追加料金を支払う必要があります。必要なすべての機能を揃えると、予想を超えるコストが必要になる可能性があります。最終的な料金が予算を超過しないよう、ライセンス、アドオン、追加パッケージの総コストをあらかじめ検討してください。また、一部のプログラムではサポートや、ユーザーコミュニティへのアクセスも別料金です。フリーミアムプログラムを使用する場合、Youtubeのチュートリアルのコメントを参照してソフトウェアを学習するしかないこともあります。訓練を受けたサポート要員に直接問い合わせる方が、面白くはないかもしれませんが、はるかに役に立ちます。