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各種の高周波伝送ラインの長所と短所 各種の高周波伝送ラインの長所と短所 1 min Thought Leadership デートというのは面倒なものです。私は、相手かまわずデートしたり、とにかく早くデートしようとする試みに失敗した後で、オンラインのデートを試すことにしました。年齢の合う魅力的な女性を見つけ、デートの準備をしましたが、約束の場所に到着したとき、騙されていたことに気付きました。相手は写真とはまったく違う人だったのです。言うまでもなく、デートは失敗しました。それ以来、機会に飛びつく前に、デートとオンラインの出会い系サイトについてもう少し詳しく調査することにしました。オンラインのデートサイトとその所有者の複雑さついて詳しく調査したくなるかもしれませんが、その時間はほどほどにして、私たちにとって最も重要な相手であるPCBにも時間を振り分けるようにしましょう。近い将来において設計者に特に重要になると思われるのは、高周波伝送線路（TL）です。従来は、伝送線路の複雑な問題は、最新の回路を設計する人々に任せておけば十分でした。しかし現在では、ごく普通のエンジニアも、高周波アプリケーション用の基板を設計するようになっています。高周波アプリケーションは ますます一般的に なりつつあり、この傾向はますます強まるでしょう。私はデートについては詳しくありませんが、最も一般的な3つのTLである、マイクロストリップ、ストリップライン、共平面形線路（CPW）の基礎と応用について解説しましょう。 マイクロストリップ マイクロストリップ は最も基本的なTLで、言うなればありきたりの「夕暮れの浜辺を散歩しよう」というような提案です。この種のTLは一般に、基板の上に銅のストリップを1つ以上配置し、その下にGNDプレーンを設ける構造です。この方式は、オンラインデートのプロフィールのように非常に 製造が簡単 です。また、設計やモデルも簡単に行えます。デートの関係も、高周波電磁波伝送と同じくらい予測しやすければ問題はないのですが。 マイクロストリップの電磁（EM） 放射パターン から、電場のほとんどは基板に封じ込められることが分かります。同時に、わずかな部分がストリップの上へ放射されます。マイクロストリップのオープンな上部から放射される部分は、伝送における放射損失となります。 オンラインデートが一般的なのは、他の人たちと無線でつながることができるためです。マイクロストリップが一般的なのも同様の理由からで、このために パッチアンテナ に使用されます。比誘電率（Dk）が低く、比較的厚い基板と組み合わせると、優れたアンテナを実現できます。ただし、RF周波数帯からマイクロ波へ、さらにそれより短い波長へ移行すると、TLの有用性は減少します。マイクロストリップは、周波数が高くなるほど 基板のDk をエミュレートするようになり、損失が非常に大きくなります。 比較的低い周波数を使用し、面倒な問題なしに使用できる導体を希望する場合、マイクロストリップが理想的なTLです。 伝送線路といっても、このようなものは設計で使用できません。 ストリップライン 多くの出会い系サイトでは、過去に火事に遭ったので防護壁の影に隠れているような人々が見つかります。 記事を読む
パワーインテグリティーにまつわる5つの俗説 パワーインテグリティーにまつわる5つの俗説 1 min Thought Leadership ​ パワーインテグリティーは新しいものではありませんが、現在ますます注目が高まっており、今後も関係者の一番の関心事であり続けるでしょう。製品の高速化と小型化の傾向が継続するなか、もはや1 ミリも無駄なスペースはありません。設計はこの事実を踏まえて進める必要があるでしょう。業界に2 ～3 年以上従事されている方であれば、パワーインテグリティーに関する下記の俗説を耳にされたことがあるかもしれません。 銅箔を使え 皆さんは、「銅箔は使えば使うほどよい」と教えられたかもしれません。銅箔の流し込みを行うだけで、パワーインテグリティーに関連する問題は、すべてとは言いませんが、その大半が解決します。ただし、これに当てはまらない場合もあります。たとえば、熱に関係する問題は解決するものの、浮島や半島が残るといった他の問題を引き起こす場合です。無害に見えるものの、浮島や半島は特定の共振周波数を持っており、一定の状況下で障害を引き起こします。こうした障害はランダムに現れることもあるため、正確に特定して修復することは極めて困難です。これを呪いか何かのせいにする前に、銅箔の流し込みによって浮島や半島が発生していないかどうかを必ず確認しなければなりません。それを怠ると、設計を断念して、レイアウトをやり直すはめになります。 他に考慮すべきことはコストでしょう。これはエンジニアの頭にいつもあることではないかもしれません。銅箔は安価なものではありません。特に予算の制約がある今、やみくもに余計なプレーン層を追加するわけにはいきません。過大設計は高額になってしまいます。 IPC-2152は絶対に外さない これは皆さんが驚かれることかもしれません。確かにIPC-2152 は重要であり、許容範囲の温度上昇に対して配線幅を最小化するという手段で問題を回避する際の手引きとなります。ただし、そのためにIPC-2152 を適用すると、電力配電回路網に必要以上のスペースを割り当てざるを得なくなります。つまり、貴重な面積が占領され、設計のレイヤーが増えてしまいます。 IPC-2152 はいつでも使える優れたツールであり、効率的な電源供給の設計には有効ですが、むやみに適用すべきではありません。パワーインテグリティーツールとともにIPC-2152 をもっと慎重に使用すれば、電力配電回路網の面積を削減しながら、製造に向けて安全に設計を進めることができます。 ビアが多くなり過ぎることはない 精通している方であればお気づきかもしれませんが、IPC-2152 はビアとなるとあまり適切ではありません。配線幅と同様に、IPC-2152 はかなり保守的であり、基板には大きめのビアが必要以上に形成される可能性があります。銅箔に大きな穴が開いてしまっては問題でしょう。つまり、電流が使う面積が減るために電流密度が増加し、結果として温度が上昇します。それだけでなく、残りの設計に割り当てられるはずの面積が奪われ、特に最後の10% の基板の配線を完成させるのが困難で時間のかかる作業になってしまいます。他のIPC-2152 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 Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 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。 編集クレジット: Everett Collection / Shutterstock.com 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。 記事を読む
リジッドフレキシブル基板設計の課題を克服する リジッドフレキシブル基板設計の課題を克服する 1 min Thought Leadership ウェアラブル電子機器には「大ヒット商品」となる資格があることに、疑問の余地はありません。 ウェアラブル機器の市場は、2016年は300億ドルになると予測されており、2026年には1,500億ドルまで成長するでしょう[1]。リジッドフレキシブルPCBの技術がなければ、これらの機器のほとんどが設計できません。つまり、エンジニアやPCB設計者は、ウェアラブルと「折り畳み型」の世界で設計、テスト、製造の専門家になる必要があります。 最も身近な製品は、おそらくスマートフォンとリンクしているスマートウォッチや、同じく手首に着用するフィットネストラッカーでしょう。しかし、これら民生品の他に、ウェアラブル機器は、医療機器や軍事用途に大いに進出しています。今では、リジッドPCBを組み込むことがほとんど不可能なスマート衣服も現れつつあります。それでは、市場に遅れないように、フレキシブル基板やリジッドフレキシブル基板をうまく設計するには、何が必要でしょう? ウェアラブル技術 - 何が問題なのか ウェアラブル機器は、小さくて、着ている人の注意をほとんど引かない必要があるのは、言うまでもありません。医療用ウェアラブル機器の場合、ユーザーは普通、他の人の注意も引きたくないと思います。何らかの方法で人体に取り付けるウェアラブル機器は、フレキシブル回路および非常に高密度のレイアウトを要求します。それだけでなく、多くの場合、基板の形は円形や楕円形であり、さらに変わった形の場合さえあります。設計者の観点から、これらのプロジェクトには、巧みな配置と配線が必要です。このように小さく高密度の基板では、リジッドフレキシブル設計に最適化されたPCBツールを使えば、変わった形状を非常に簡単に扱うことができます。 通常、リジッドフレキシブル設計では、コンポーネントを搭載したリジッド基板同士が、フレキシブル回路によって接続されている。フレキシブル回路を使用すると、製品筐体に収まるようアセンブリを曲げることができる 今日設計されるPCBの大半は、基本的に、回路を接続するためのリジッド基板です。しかし、PCB設計者にとって、ウェアラブル機器には、リジッド基板にはない以下のような問題点があります: 3Dパッケージに収まるよう、接続ポイントに負荷をかけずに、フレキシブル回路とそれぞれのコンポーネントを正確に配置する。 最終製品がそうであるように、アセンブリのリジッド部分とフレキシブル部分を統合してスタックアップを設計する。 フレキシブル回路を曲げることによる負荷をかけずに、製品筐体に収まるよう、リジッド基板とフレキシブル基板からなる最終アセンブリを形成する。 その上、設計が完了した後、リジッドフレキシブル製造業者を選定するという課題があります。これは、標準的なリジッド基板製造業者を見つけるより少し困難な場合があります。このようなさまざまな課題が加わった中、標準のリジッド基板設計では通常遭遇しない、よくある問題を回避しながら、リジッドフレキシブル設計の整合性をどのように確保しますか? リジッドフレキシブル基板設計の技術をマスターする Altium Designer®は、リジッドフレキシブル設計を扱う最も包括的なツール群を提供します。スタックアップを完全にマッピングし、 3Dでモデル化することができます。ティアドロップおよび信頼性向上技術を簡単に素早く使えます。さらに、製造出力データをフォーマットするためにODB++またはIPC-2581を選択し、設計意図を完全に伝達できます。 3Dモデリングを提供するPCB設計ソフトウェアによって、設計者は、PCBアセンブリがどのようにフィットするかを正確に把握できる Altium Designerの強力な技術を使用して、リジッドフレキシブル設計がもたらす多くの課題を克服する方法について、詳しくお知りになりたい場合は、今すぐ無料のホワイトペーパー 記事を読む
IoTアプリケーション用の各種LPWANネットワークの長所と短所 IoTアプリケーション用の各種LPWANネットワークの長所と短所 1 min Thought Leadership 現在の IoT は、市場情勢と世論という闘技場における剣闘士の戦いに例えられるでしょう。 どのプロトコル やスタックを使用すべきか、どの IoT 製品が有用か（ または有用でないか ）、発展中の IoT エコシステムの それぞれの要素 においてどれが勝利するかというような部分について、常にラング付けが行われています。重要なのは、このような多くの小さな戦いは、設計者が次の IoT 設計において直面する、またはあらかじめ予測しておく決断の場でもあるということです。 ここでは、 IoT における現在の大きな考慮事項の 1 つとして、 記事を読む
デザインリリースの管理と意図の伝達 デザインリリースの管理と意図の伝達 1 min Blog かつてないほど、現代の技術は、スマートフォンからソーシャルメディア、衛星通信さらにはその先まで、地球規模の通信ネットワークを容易にしています。私たちは常々、私たちを分断し意思疎通を制限する障壁を取り除くことを求められています。残念ながら多くの企業が、設計エンジニアリングにおいて、彼らの意図とデザインリリース管理の目的をはっきりと伝達することに現在もなお苦労しています。適切な管理システムを備えていない場合、設計ライフサイクルにおいて全ての利害関係者がそれぞれの役割を確実に果たすことは困難であり、製品リリースを遅らせる無数の失敗につながる恐れがあります。 デザインリリースプロセスが管理されていない場合の問題点 ご存知のように、製品の設計とリリースは分野横断的な命令系統に関わっています。デザインリリースの前に、ECAD側は、設計の増分的な変化を取り込むために何度も調整作業を行います。この段階では、ECADデータは常に変化しています。そのため、関係者への情報伝達の流れが滞る恐れがあります。これらの変化を効率的に情報伝達できない場合、デザインリリースプロセスに重大な結果をもたらすことがあります。その具体例を以下に示します。 ECADバージョンとリリースデータが適切に管理されていない 間違ったバージョンの設計を製造部門に送ってしまうリスクが高い 陳腐化した部品を使用してしまうリスクが高い 設計リリースの準備ができてから実際にリリースされるまでに時間の無駄が発生する 手書きの承認署名を得るのに時間がかかる 標準化された設計プロセスの実施が困難である データ管理システムが自動化されていないと予定される製品リリースに多くの脅威を及ぼす恐れがある一方、適切なECADリリース管理システムを使うと、これらのリスクを早期に検出できます。 ECADリリース管理におけるギャップの解消 プロジェクト管理チーム内の透明性を高めるため、一部の企業は製品ライフサイクル管理（PLM）システムを構築する方向に向かっています。これにより人手によるプロセスの限界を打ち破り、設計ファイルの高度な制御が可能になります（しかし、PLMが最も有利な方法であるということではありません）。この投資による成果は、多くの場合以下のような形で現れます。 エンジニアの時間の無駄が少なくなった 製品のコストを削減できた 製品の品質が向上した 開発サイクルを短縮できた リリース管理プロセスの掌握 多くのエレクトロニクス企業がさまざまな方法を使ってこれらの課題に立ち向かおうとしていますが、その目的は同じ、つまりリリース管理プロセスを完全に同期させることです。どの設計段階にあっても、統合ECAD管理システムの導入を検討するのに遅すぎることはありません。統合ECAD管理システムの導入は、設計者、企業、全ての利害関係者に、製品が品質要件を満たすことが確認できるという安心感を提供します。 無償のホワイトペーパーを今すぐダウンロードしてください。このホワイトペーパーでは、Altium Vaultが 記事を読む
オンボードの供給電圧を不安定化しないMicroSD電源回路の設計方法 オンボードの供給電圧を不安定化しないMicroSD電源回路の設計方法 1 min Thought Leadership PCB設計者は多くの場合、完璧な設計とコスト削減との間で適切なバランスを選択するという困難な課題に直面しています。MicroSDのようなデータ保存メディアを扱う設計では、「動作中挿入」や「突入電流」のような単純な概念を見落としたために、試作が不完全で高価になる可能性があります。 私は、ハードウェア設計を単純に保つことを美学にしてます。設計する上で本質的な必要性がないコンポーネントはすぐに取り除くことにしています。残念ながら、多くの失敗の結果、このように設計を単純化することにより、かえって問題が複雑化することもあるという教訓を得ました。10年前に、SDインターフェイスを使用するプロジェクトに取り組んだことがあります。当時はSDカードというのはよく知られていないコンポーネントで、技術資料もほとんど存在しませんでした。 突入電流を見落とさない MicroSDやSDカードのピン配列は、一見複雑ではないように見えます。十分な経験のないエンジニアでも、各ピンの機能を簡単に判別できるでしょう。一般的なMicroSDは3.3Vにおいて最大100mAを消費するため、3.3V電源に接続すれば問題はないと、私も考えていました。しかし、自分が設計した実用試作にSDカードを再挿入したときに問題が発生しました。これまでの多くのエンジニアと同じように私も、SDインターフェイス用の回路を設計するとき、重要な概念を見落としていました。すなわち、突入電流を考慮に入れていなかったのです。そのため、私たちのマイクロコントローラはSDカードを挿入するごとにリセットされる結果となりました。 この結果から、現在にまで通用する教訓が導き出されます。SDカードは、フォームファクターの小型化されたMicroSDカードと電気的特性はほぼ同じです。すなわち、私が10年前に犯した過ちは、今日のPCB設計でも同じように発生するということです。 コンデンサーを使用して問題を回避できます。 デカップリングコンデンサー: プロトタイプ構築後の迅速な修正 それでは、MicroSDカード用に設計したボードでこの過ちを犯してしまった場合にはどうすべきでしょうか?ほとんどのMicroSDコネクターにはカード検出ピンが搭載されており、マイクロコントローラーはこのピンを使用してMicroSDカードの存在を検出できます。システムは、MicroSDが正しく挿入されているときにのみ電源をオンにし、MicroSDが取り外されたときに電源をオフにします。問題を素早く解決するには、MicroSDカードの電源ピンの近くにデカップリングコンデンサーを追加します。これによって、回路に必要な安定性を得ることができます。この解決策は、MicroSD挿入時の突入電流の問題を解決するのに有効なことが判明しました。 完成したPCB上にコンデンサーを人手でハンダ付けするというのは、洗練された解決策ではないのは事実ですが、急いで問題を解決しなければならないときに可能な唯一の方法です。ここで考慮すべき最も重要な要素は、突入電流を低減し、供給電圧の不安定化を防ぐために十分な電荷を保持できるコンデンサーの選択です。 デカップリングコンデンサーの最適な値は、合計負荷容量と、MicroSDカードのVddとVssとの間の容量を超えている必要があります。ほとんどの場合、45uFを超える値が適切です。ここで重要なのは、コンデンサーを可能な限りMicroSDの近くに配置することです。場合によっては、PCB試作でこれを行うのが不可能なため、基板の修正が必要なこともあります。 問題は、単一のコンデンサーを使用する単純なソリューションを使い続けるか、より洗練された 手法に変更すべきかです。メモリメディアに関する私の過去の経験から、MicroSDカードの電気的特性はブランドによって異なるため、今後行う設計については、特定の特性を想定しないことをお勧めします。 洗練された手法は、設計開始時点からMOSFETを使用することです 設計フェーズにおける洗練されたソリューション MicroSDカードによる内部的な供給電圧の乱動を防止する、デカップリングコンデンサー以外の最良の方法は、電気的スイッチを使用して突入電流を制限することです。より具体的に言うと、FDN340P MOSFETを使用して、MicroSDの電源をコントロールします。この方法では、電子回路とファームウェアロジックとの連携により、MicroSDの電源が効率的に管理されます。 MOSFETを使用すると、電圧の増大率を制限し、突入電流の問題を回避するため役立ちます。 アプリケーションに応じて、許容される電圧スルーレート を持つMOSFETを選択します。このスルーレートにより、電圧の急激な変動を抑えることができます。また、下流方向の最大突入電流も制限できます。この両方により、MicroSDの正しい動作を維持できます。 記事を読む