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高速設計プロセスにおけるシグナルインテグリティ分析の採用方法 Thought Leadership 高速設計プロセスにおけるシグナルインテグリティ分析の採用方法 設計が複雑になるにつれて、信号整合性の問題のリスクが高まります。設計プロセスに信号整合性シミュレーションを採用することで、リスクを軽減し、リソースを保護することができます。さらに詳しく読んでみましょう。 現実の信号の動作は、大学で教えられる理論的な応用とはしばしば大きく異なり、その結果、理論から実践への移行は予測不可能な結果につながることがよくあります。信号は損失、クロストーク効果、反射、スキン効果など、さまざまな方法で乱される可能性があります。これらの信号の乱れは、しばしば高額な代償を伴う深刻な影響を引き起こす可能性がありますが、そもそもこれらの問題をどのように回避できるのでしょうか？ リスクとは何か？ 信号の歪みに関連するリスクと結果は、原因によっていくつかあります。例えば、反射の問題を見てみましょう。信号は送信機から受信機に送られますが、受信機のピンでエネルギーのオーバーフローが観察されることがあります。これは下の図1で示されています。 図1 - 受信機のピンから観測されるエネルギーのオーバーフロー この効果を観察するとき、チップを焼損させる可能性のあるオーバーシュートや、デバイスを二回切り替える可能性のあるアンダーシュートなど、信号のさまざまな歪みが見られます。この状況では、デバイスを再び切り替える可能性のあるリングバックにも注意を払うべきです。どちらの場合もリスクは高く、以下を含みます： プロトタイプと再設計のための追加コスト。 製品が市場に出たときに機能しないシステム。 顧客から返品された際の修理または交換。 では、設計で信号整合性の問題を避けるにはどうすればよいでしょうか？物理的なプロトタイプを必要とせずに、初期開発段階で信号整合性を分析する方法があったらどうでしょうか？ Altium Designer®での信号整合性分析 Altiumには、ボード上の信号の乱れや歪みを検出するのに役立つ信号整合性分析ツールが含まれています。これは、設計プロセスの早い段階で信号の問題を検出するのに役立ち、レイアウトを行う際により良い判断を下すことができます。ボードが完成し、ルーティングとすべての銅領域が配置された後、ポストレイアウト分析を利用して、信号の実際の乱れを確認することができます。 信号整合性分析によるリスクの軽減 設計が時間とともに複雑になるにつれて、設計内の信号の乱れの危険性が高まります。Altiumの信号整合性シミュレーションを活用することで、高速アプリケーションの複雑さをうまくナビゲートすることが容易になります。 設計フローに信号整合性シミュレーションツールを導入する方法についてもっと学びたいですか？無料のホワイトペーパー 高速設計プロセスにおける信号整合性の採用を今すぐダウンロードしてください。
バックドリルで解決 - PCB上の信号歪みを減らす方法 Thought Leadership バックドリルで解決 - PCB上の信号歪みを減らす方法 年月を経るにつれて、エンジニアはプリント基板のバックドリル設計において、高速デジタル信号の整合性を歪ませる可能性のあるノイズに対処するためのいくつかのアプローチを開発してきました。そして、私たちの設計が新たな境界を押し広げるにつれて、新しい課題に対処するための技術の複雑さも増しています。今日、デジタル設計システムの速度はGHzに達しており、これは過去よりも顕著な課題を生み出しています。エッジレートがピコ秒単位である場合、任意のインピーダンスの不連続性、インダクタンスの乱れ、または寄生容量は、信号の整合性と品質に悪影響を及ぼす可能性があります。信号の乱れを引き起こすさまざまな原因がありますが、特に見過ごされがちな一つの原因はビアです。PCB信号の歪みを減らす方法についての詳細は、以下をお読みください。 シンプルなビアの中の隠れた危険 高密度インターコネクト（HDI）、多層カウントプリント基板、厚いバックプレーン/ミッドプレーンでは、ビア信号がジッターの増加、減衰、および高いビットエラーレート（BER）に苦しむことがあり、これにより受信側でデータが誤って解釈される可能性があります。 たとえばバックプレーンとドーターカードを例に取りましょう。インピーダンスの不連続に関しては、回路基板において焦点はしばしばそれらとマザーボードとの間のコネクタにあります。通常、これらのコネクタはインピーダンスの面で非常によくマッチしているものの、実際の不連続の原因はPCBデザインのビアです。 データレートが増加するにつれて、スルーホール（PTH）ビア構造によって導入される歪みの量も、通常、関連するデータレートの増加よりも指数関数的に高い割合で増加します。例えば、6.25 Gb/sのデータレートでのPTHビアの歪み効果は、3.125 Gb/sでのそれの2倍以上になることがよくあります。 最後に接続された層を超えて底部と上部に不要なスタブが存在することで、ビアは低インピーダンスの不連続として現れます。エンジニアがこれらのビアの余分な容量を克服する一つの方法は、その長さを最小限に抑えてそのインピーダンスを減らすことです。ここでバックドリリングが登場します。 長いビアスタブの信号歪み [1] バックドリリングでバックアップする バックドリリングは、ビアスタブを取り除くことでチャネル信号の整合性を最小限に抑えるために、広く受け入れられているシンプルで効果的な方法として使用されてきました。この技術は、従来の数値制御（NC）ドリル装置を使用する制御深度ドリリングとして知られています。そして、この技術はバックプレーンのような厚い基板だけでなく、あらゆるタイプの回路基板に適用できます。 バックドリリングプロセスには、不要な導電性スタブを取り除くために、元のビア穴を作成するために使用されたドリルビットよりもわずかに大きな直径のドリルビットを使用することが含まれます。このビットは通常、プライマリドリルサイズよりも8ミル大きいですが、多くのメーカーはより厳しい仕様を満たすことができます。 バックドリリング手順が近くのビアによってトレースやプレーンをドリルスルーしないように、トレースとプレーンのクリアランスが十分に大きい必要があることを覚えておく必要があります。トレースやプレーンをドリルスルーするのを避けるためには、10ミルのクリアランスが推奨されます。 一般的に、バックドリリングによるビアスタブ長の減少は多くの利点をもたらします。これには以下が含まれます： 決定論的ジッターを桁違いに減少させ、BERを低下させる。 インピーダンスマッチングの改善による信号減衰の減少。 スタブ端とチャネル帯域幅アンプからのEMI/EMC放射の減少。 共振モードの励起とビア間クロストークの減少。 連続積層よりも製造コストを低減しつつ、設計およびレイアウトへの影響を最小限に抑える。
トランジスタの移行 Thought Leadership トランジスタの移り変わり：トランジスタの歴史タイムライン 電気工学の専門家でなくても、技術が提供するものすべてに魅了されることはあるでしょう。それが仕事であれ、楽しみであれです。新しいプロセッサが出るときの興奮に皆が巻き込まれ、インテルが14nm（ナノメートル）技術を使用し、何十億ものグラフェントランジスタを持っているといった話を耳にします。しかし、この技術とは具体的に何で、どのデバイスのためのものなのでしょうか？ 基本に戻る 工学の世界が複雑であるとしても、トランジスタが何であるかを理解することは驚くほど単純です。それは単に、電流が通るか通らないかを制御するスイッチです。デジタル的に言えば、これは1または0、オンまたはオフとして翻訳されます。 このオンとオフの状態の絶え間ない変動が、今日のコンピューターを動かしており、あなたのゲーム、ハードウェア、そしてプロセスとやり取りするその他のものすべてを含みます。しかし、この理解はこの技術の隠された世界を構成するものの始まりに過ぎません。もっと深く掘り下げてみましょう。 FET - フィールド効果トランジスタ FETは、ゲート、ドレイン、ソースの3つの主要な部品で構成されています。ゲートに電圧が加えられると、電子が流れる（電流としても知られている）電場の形の経路が作られます。MOSFET（金属酸化物半導体FET）は、高い入力インピーダンスと低い出力インピーダンスを持っているため、最も人気のあるタイプです。そして、電圧制御されているため、電流制御されるBJTの兄弟よりもはるかに速く、ロジックに理想的です。 FETのMOSFETダイアグラム（ greenoptimisticの図提供） BJT - バイポーラ接合トランジスタ バイポーラ接合トランジスタも、ベース、エミッタ、コレクタの3つの主要部品で構成されています。ベースに小さな電流が適用されると、それを通じてより大きな電流が流れることができます。BJTにはNPNとPNPの2種類があり、NとPはN型とP型の半導体を指します。N型半導体は電子を主要なキャリアとして使用し、P型半導体はホールを使用します。 PNPおよびNPN BJTの画像提供： electrical4u トランジスタの誕生と成長 トランジスタは、1947年にベル研究所で働いていたウィリアム・ショックレー、ウォルター・ハウザー・ブラッテイン、ジョン・バーディーンによって発明されました。この発明は人類史上最も重要なものの一つであり、現代技術の誕生です。 最初のトランジスタ（画像提供：
オートルートするかしないか-失敗した設計自動化の歴史 Thought Leadership オートルーティングか、それともオートルーティングなしか？ 失敗した設計自動化の歴史 EDA設計自動化の完全な歴史と、1980年代から今日にかけてのPCBオートルーティング技術の進化について学びましょう。 エレクトロニクスの世界へようこそ。2016年です、そして私たちは人類の歴史の中で他のどの時代よりも技術的な洗練を目の当たりにしています。ただ今年だけで、自動運転車が公共の領域に導入され始め、ロケットが再利用のために宇宙から精密に着陸され、ムーアの法則はその終わりなき成長軌道で続いています。しかし、このすべての技術進歩の中で欠けているものが一つあります、それはまともなPCBオートルーターの比較です。 オートルーターの本当の問題 エンジニアがCADの意味を知っている限り、PCBオートルーターは存在していましたが、密集したPCBレイアウトを作成することに関わる設計者は、この自動化技術の実装をほとんど完全に無視してきました、それも当然のことです。オートルーティングのアルゴリズムは、最初に導入されて以来、あまり変わっていません。 技術が停滞し、さまざまなパフォーマンスと設定構成を提供するEDAベンダーがオートルーティング技術を提供している状況では、オートルーターが普及しないのも不思議ではありません。エンジニアリング時間を節約し、ワークフローを向上させることを目的としていたこの技術は、熟練したプリントボードデザイナーの専門知識や効率に対抗するためのゲームを強化していません。これがオートルーターが提供するすべてなのでしょうか？ オートルーティング技術の初期 EDAベンダーによって生産された最初のオートルーターは、成果とパフォーマンスが悪いことで特徴づけられました。信号の整合性を保つためのガイドラインや設定をほとんど提供せず、プロセスで過剰な量のビアを追加することがよくありました。この初期技術の問題をさらに悪化させることに、オートルーターは厳格なX/Yグリッド要件に限定され、層に偏見がありました。 これらの制限の結果、ボードスペースが一般的に無駄にされ、エンジニアはバランスの取れていないPCBレイアウトの混乱を片付けることになりました。オートルーターから最適化されていないPCBレイアウトを修正するためにエンジニアが投資する時間は、手動でボードをルーティングするよりも多くの時間を要しました。最初から、オートルーティングは良いスタートを切っていませんでした。 グリッドレスオートルーティングの例 [1] 80年代のオートルーティングの進歩 年が進むにつれて、オートルーティング技術はわずかに改善されただけで、品質はプリント基板設計者の期待に追いついていませんでした。依然として、誤ったボードレイアウトスペース、レイヤーの偏り、過剰なビアの問題が残っていました。この技術の進歩を助けるために、EDAベンダーは新しいグラウンドプレーンコンポーネントやボード技術を採用し始め、信号整合性要件の達成を容易にしました。 このオートルーティング開発の時代を一言で表すならば、ハードウェアの制限による障害でしょう。オートルーターのアルゴリズムは、専用のCPUや追加のメモリを使用せずにグリッドサイズを小さくしてルーティング品質を向上させることができませんでした。ハードウェアベースの解決策がない中で、EDAベンダーは形状ベースのオートルーティングの回路図キャプチャを含む他の方法を探り始めました。 これらの新しい形状ベースのオートルーターは、以下の方法で基板製造と信号整合性要件を満たすのに役立ちました： コンポーネント間の効率的な相互接続の作成 オートルーティングプロセス中に追加されるビアの数を減らすことでPCBコストを削減 PCB上のレイヤーを減らしながらスペーシングを増やす これらの進歩にもかかわらず、オートルーティング技術は依然として最善とは言えない中途半端なものでした。EDAベンダーがハードウェアの制限を克服しても、PCB設計者はオートルーティング設計技術の採用について依然として懐疑的でした。 迷路オートルーティングの例 [2]
高速設計プロセスを自動化する方法 Thought Leadership 高速設計プロセスを自動化する方法 ネットの個々のセグメント長、ビアの深さ、またはピンの長さをスプレッドシートで追跡するのは、負担になることがあります。Altium Designer®の新技術を使って、高速設計プロセスを自動化する方法を学びましょう。 高速設計は、電気エンジニアが取り組むことができる最も難しい課題の一つです。高速信号がどのように反応するかに影響を与える要因は数多くあります。一般的な誤解は、高速設計はシステムクロック周波数の機能であるということです。これは事実ではありません。むしろ、高速は立ち上がり時間、PCBスタックアップによるインピーダンス制御、トレース幅、および終端によって決定されます。 高速スイッチングは、エンジニアとPCB設計者にとって本質的に2つのことを意味します： 信号整合性の問題 反射、クロストークなど 信号整合性の目標は、制御されたインピーダンスのルーティング、終端、およびPCBスタックアップを通じて達成されます。 タイミング制約 複数の信号がほぼ同時に目的のピンに到達することを保証します 信号経路のルート長を一致させます 高速設計の古い方法 過去、エンジニアは信号整合性とタイムコンストレイントの問題に対処するために、すべてをスプレッドシートで追跡する必要がありました。これにより、ネットごとの各個別セグメント長、ビアの深さ、抵抗器の長さ、ピンの長さを追跡することができました。それぞれのネットについてすべてを合計し、必要に応じて信号長を追加した後、グループ内のすべてのネットの長さを均等にすることができました。これは、煩雑で時間がかかる古い方法の長さ合わせです。 スプレッドシートでデータを追跡する時間を無駄にせずに、長さや長さの一致などの関連する設計ルールを自動的にスコープできたらどうでしょうか？ 無料の高速設計とxSignals®ホワイトペーパーをダウンロードして、高速設計プロセスを自動化する方法を学びましょう。
PCB ECOワークフローを簡素化・自動化する方法 Thought Leadership PCB設計環境の自動化：PCB ECOワークフローを簡素化・自動化する方法 回路図とPCBレイアウト設計の変更に異なるプログラムを使い分けることは、時間とお金の両方を消費します。Altium Designer®は、コンポーネントリンクを使用して回路図とPCB間でデータを自動的に転送する統合設計システムでこの問題に対処します。ECO手順を自動化することで生産性を向上させるコンポーネントリンクの詳細について読み進めてください。 回路図からPCBへ、またはその逆へのデータ転送は、伝統的に複数のツールやソフトウェアにまたがる作業です。ECOを生成することは通常、あるプログラムから設計の一部をエクスポートして別のプログラムにインポートすることを含み、これは煩雑でコストのかかるプロセスになりがちです。データのインポートやエクスポートを一切行わずにECOワークフローを自動化する方法があったらどうでしょうか？PCBワークフローを簡素化する方法を見てみましょう。 コンポーネントリンクで接続を保つ Altium Designerの主な利点の一つは、設計プロセスのすべての側面を扱うことができる単一の統合環境を提供することです。Altium Designerは、回路図エディタとPCBレイアウトをコンポーネントリンクで統合することにより、ECOの生成時の自動化を実現します。 コンポーネントリンクは、回路図エディタとPCBレイアウトを結びつけるものです。回路図とPCBの間の接続を確立するために、Altium Designerは設計に配置された任意のシンボルにユニークIDを自動的に割り当てます。このユニークIDは、PCB上に配置された際にシンボルを関連するフットプリントにリンクし、設計プロジェクトの回路図とPCBをスキャンしてこれらのリンクされたコンポーネントを見つけます。コンポーネントリンクを使用すると、次のことができます： 回路図からPCBレイアウトへのデータを自動的に双方向転送します。 設計データのインポートとエクスポートを行わずに、簡単にECO（エンジニアリング変更命令）を実行できます。 設計のすべての側面を単一の統合環境で扱えます。 設計の変更は、2つのプログラム間でデータを転送するような些細なタスクで複雑になるべきではありません。当社のPCB設計ソフトウェアは、コンポーネントリンクを利用して回路図とPCBレイアウト間のプリント基板設計のすべての側面を通信することで、プロセスを簡素化します。 ECOプロセスを簡素化するためにコンポーネントリンクがどのように使用されるかに興味がありますか？ コンポーネントリンクでECOを自動化するについての無料ホワイトペーパーをダウンロードして、詳細をご覧ください。
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