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Pi.MX8_Chapter_II Altium Designer Projects Pi.MX8 プロジェクト - 回路図の構造と部品配置 Pi.MX8オープンソースコンピュートモジュールプロジェクトの第2回へようこそ！この記事シリーズでは、NXPのi.MX8Mプラスプロセッサを基にしたシステムオンモジュールの設計とテストについて詳しく説明します。 前回の更新では、このプロジェクトの背景と、モジュールに必要な機能、そしてそれらを実装するために使用したいコンポーネントについて議論しました。 今回は、回路図の構造とPCBレイアウトを始める方法に焦点を当てます。 回路図の構造 まず、回路図がどのように構成されているかを見てみましょう。回路図の取り扱いには、一般的にフラットデザインと階層デザインの2つのアプローチがあります。 フラットな回路図は、いくつかのシートに分割された大きな単一ページの回路図として最もよく表されます。例えば、オフシートコネクタを使用してシート間の接続を確立できます。 階層的な回路図では、設計を機能ブロックに分割し、それらをシートシンボルとして表現することができます。これらはさらに相互接続されたり、ネストされたりすることもあります。このアプローチは、大規模な設計においてよく使用され、大きな回路図を独立して設計および閲覧できるブロックに効果的に分割することができます。これらの機能ブロック間の接続は、シートシンボル上に表されるポートを使用して確立されます。電源オブジェクト（VCC、GNDなど）を除き、スキーマティックシートをリンクするためにはポートのみが使用されます。 Pi.MX8の回路図は、この階層的トポロジーを使用しています： 設計はいくつかの機能ブロックに分割され、すべてが一つのトップレベルシートで表されます。ここで、別々のシート間のすべての接続が確立されます。この設計は、一つの階層レベルのみを使用します。 iMX8 SoCはいくつかの部分に分割され、複数のシートに配置されます。トップレベルシートでは、ページの中央に大きなシンボルがSoCを表しています。ページの左右両側にある二つの大きなシートシンボルは、Pi.MX8モジュールの二つのボード間コネクタを表しています。その他のすべての機能ブロックは、それぞれ独自のシートシンボルで表されます。 各ページは同じ設計哲学に従います。回路図のページを離れるインターフェースは、インターフェースの電圧レベルを表すために色分けされています。電力分配ネットワークの一部であるネットは、太い線幅で描かれます。 特定の設定設定、命名規則、または一般的な備考のための注釈を統合することは、デバッグと立ち上げプロセスを加速し、PCBルーティングプロセスのためのリマインダーとして機能することができます。 注釈と色分けを含む回路図ページ Altium Designerの回路図にExcelスプレッドシートから、またはデータシートから取ったスクリーンショットから注釈を追加することは、Ctrl+C、Ctrl+Vと同じくらい簡単です：
回路図自体は現在も変更の対象であり、したがってまだ開発中です。さらなるアップデートで回路図についてさらに詳しく掘り下げます。
フェライトビーズの周波数 フェライトビーズ使用のための3つの周波数範囲 3つの運用シナリオは、フェライトビーズのインピーダンスにおける3つの重要な周波数範囲と、それらがデジタルシステムのノイズにどのように影響するかを示しています。
次の不足時に誰が割り当てのリスクに直面するか？ 次の不足時に誰が割り当てのリスクに直面するか？ 電子業界は「大きな危機」を経験していると言われており、その理由は明らかです。2018年のコンデンサー供給減少や、現在の半導体チップや電気コネクターの入手困難など、重要な部品の不足が、必要な部品をできるだけ多く調達しようとするバイヤーを様々なルートへと導いています。 リスク管理能力は、持続可能な部品供給チェーンの主要な要素の一つであり、上流供給チェーンからの主な混乱の一つです。世界が避けられないグローバルな圧力に屈するにつれて、企業は運営と顧客に波及効果をもたらす遅延と不確実性を乗り越えることを強いられます。 特定の顧客に製品を割り当てる必要性は、一般的に供給不足の結果であり、下流のビジネスはこれらの変化に適応し、部品の調達に努力を注ぐ必要があります。彼らは、主要な注文が満たされる間に、資源が最も収益性の高いバイヤーに効果的に割り当てられることを確実にしなければならず、不足している人々には公平に警告されるべきです。 電子部品の割り当てとは何か？ 供給不足の際に効果的に割り当てを管理するとは、コンポーネントの数量の削減と電子部品の購入者の成長への渇望の両方を扱うことを意味します。これは、利用可能な部品が50％減少することをナビゲートすることを意味し、これは顧客数と彼らの注文の履行に大きな影響を与えます。 これはかなりあいまいなプロセスになることがあります。なぜなら、一度購入者が供給業者によって「割り当て」に置かれると、彼らが自分の注文を完了できるかどうか不確かになるからです。これは、スエズ運河の封鎖やコロナウイルスのパンデミックを通じて消費者製品の減少など、主要な混乱時に供給チェーン全体で見られる挑戦です。 これらの過去の出来事から、割り当てが供給減少に限定されるものではなく、 スタッフ不足やその他の組織変更の結果であることも明らかになりました。これにより、サプライヤーは生産または配布能力が低下します。これらのシナリオでは、購入量の最適化、主要アカウントの優先順位付け、完全な透明性のためのバイヤーとのコミュニケーションがいくつかの重要な考慮事項です。 多くの産業が製品、ビジネス成長、場合によっては持続可能性のためにプリント基板（PCB）コンポーネントに依存しているため、効果的なサプライヤー管理は、業界の変化を乗り越え、供給の変動に適応するために不可欠です。これを行うには、より変動が大きい市場で、システム化されたアプローチと、グローバルイベントの影響をより速く予測するためのサプライチェーンのより良い可視性が必要です。 購入量に影響を与える要因 サプライヤーが購入量を減らす理由はいくつかあります。これは、グローバル市場の変化への対応、破壊的なグローバルイベントの終わりにおけるリスク回避、運用の合理化、またはサプライヤーと顧客との関係の変化が原因かもしれません。 部品の希少性：供給の変化 スマートテクノロジーの革新は、半導体への需要を高めていますが、これは技術のトレンドの結果であり、部品の減少の結果ではありません。供給チェーンの混乱はスペクトラムの反対側にありますが、希少性は一般的に既知の不足であり、例えば、最大のチップメーカーは世界で最も高い出力の電子機器メーカーと並んで中国にあります。このシナリオでは、自然に、チップは国内のメーカーに割り当てられます。これは、地元調達、コスト削減、注文の一貫性を含むいくつかの要因によるものです。 PCB部品への需要は増加している この問題を逆の角度から見ると、すべての産業が賢い技術を採用し、インフラを電化し、ソフトウェア駆動のソリューションを中心に運用システムを構築するにつれて、間接的にコンポーネントに依存するようになっています。PCB部品への需要は減少の兆しを見せておらず、業界は2024年に 760億1200万米ドルに達し、2029年には938億7000万米ドルに増加すると予測されています。 サプライチェーンの混乱 コンポーネントの物理的な生産とは別に、世界的な出来事や業界の出来事がサプライチェーンの運用に混乱を引き起こすことがあり、特に数年にわたって続き、回復の兆しが少ない場合には顕著です。様々な問題がPCB部品の購入量に影響を与える可能性があります： 配送遅延と 貨物の利用可能性の低下
EUの新しい「持続可能性の証明」規則 EUの新しい「持続可能性の証明」規則 EU議会は、根拠のない製品の持続可能性に関する主張を禁止する新しい法律を 承認しました。しかし、法律として成立する前に、この新しい立法はまだEU理事会の承認を必要とします。理事会は2023年9月に議会との間で提案に関する 暫定合意に達しました。一度EUの公式ジャーナルに掲載されると、加盟国はこの規則を国内法に統合するために2年の期間を持ちます。 EUの新しい持続可能性証明ルールは、グリーンウォッシングと戦い、環境への影響と性能に関する信頼できる、比較可能で、検証可能な情報で消費者を支援し、製品の環境性能に関して競争の場を平等にすることを目指しています。 「この法律は、すべてのヨーロッパ人の日常生活を変えるでしょう！ 私たちは使い捨て文化から離れ、マーケティングをより透明にし、商品の早期陳腐化と戦います。人々は、信頼できるラベルや広告のおかげで、より耐久性があり、修理可能で、持続可能な製品を選ぶことができるようになります。最も重要なことは、企業がもはや、プラスチックボトルが良いと言って人々をだますことができなくなることです。なぜなら、その会社がどこかで木を植えたから、または何かが持続可能であると言ってそれがどのように持続可能であるかを説明せずに済むからです。これは私たち全員にとって大きな勝利です！」と、 議会の報告者であるビリャナ・ボルザンは述べました。 「持続可能性の証明ルール」 EUによると、環境に関する主張の53%が、あいまいで、誤解を招く、または根拠のない情報を提供しています。 組織がよい意図を持っていても、持続可能性に関しては、実際の変化を強制するためには規制が必要です。 EUは、消費者と環境を保護するために迅速な行動を取っており、 グリーンクレームに関する指令案を提案しています。この指令案は、グリーンウォッシングに対処し、ラベルに記載された主張を明確にして検証することで、消費者を誤解から守ることを目指しています。使用される言語は、製品の環境への影響や利点について、正確ではない可能性が高いが好ましい印象を与えるように意図的に曖昧にされていることが多いです。 「環境ラベルや主張が信頼できるものであることを確保することで、消費者はより適切な購入判断を下すことができるようになります。また、製品や活動の環境持続可能性を高めようと努力している企業の競争力も向上します」と EUは述べています。 2026年までに、新しい規制により、「エコ」といった根拠のない環境に関する広範な主張が禁止されます。これらの主張の妥当性を支持する証拠がなければなりません。また、この規制は排出量の相殺に基づく主張も禁止します。これは、企業が他の場所での排出を避けるか削減するプロジェクトを通じて、自身の温室効果ガス排出量を補償する方法です。 現在、製品ラベルは透明性のレベルが大きく異なり、不明瞭で根拠の乏しい主張の信頼性が低いため、消費者が提供された情報を信頼することは理解できることですが、極めて低いです。新しい規則は、製品の環境性能に関して競争の場を平等にし、明確な環境主張の根拠を確立することで、より持続可能な経済に貢献し、消費者がより正確に情報に基づいた購入決定を行えるようにすることを目指しています。 EUは、新しい立法枠組みが大企業や多国籍企業により持続可能な慣行を採用し、持続可能性情報を報告サイクルに統合することを促進すると考えています。 明確な環境主張の根拠を確立し、信頼できる、比較可能で、認識された科学的アプローチによって裏付けられた検証可能な情報を消費者に提供することで、製品または販売者の環境影響、環境側面、および環境性能を特定し、測定すること、EUはグリーンウォッシングのリスクを減らし、グリーン市場の潜在能力への障壁を取り除くことを望んでいます。 この 提案は、他のEUの規則で現在カバーされていない、明示的な主張を対象としており、「企業が消費者に対して自発的に行う」とされ、「製品または販売者自身の環境影響、側面、または性能をカバーする」とされています。
材料費用を削減するためのヒント 材料費用を削減するためのヒント はじめに 部品表、または略してBoMは、あらゆるハードウェア設計プロジェクトにとって重要な文書です。本質的に、これは完成したプリント基板（PCB）アセンブリを構築するために必要なすべてのコンポーネントをリストアップします。BoMには、コンポーネント名や値、PCB上の参照指定子、製造業者、製造業者部品番号、ディストリビューターリンクなど、コンポーネントごとに追加情報が記載されています。以下に、Altium Designerの部品表レポーティングツールを使用して、典型的なBoMの抜粋を示します。 図1 最小限のBOM例 BoMは、通常、ExcelスプレッドシートまたはCSVファイルとしてエクスポートされ、他の製造情報（例えば、Gerber、ピックアンドプレース、組み立て情報など）と組み合わせて、設計を製造するためにPCB製造業者および組み立て工場に送られます。 BoMを作成することは、比較的簡単なプロセスのように思えます。実質的には、ECADツールのBoM機能を使用して、回路図とPCB上のあらゆるコンポーネントの構造化されたリストをエクスポートするだけです。しかし、BoMを改善し、そのコストを削減し、結果として設計の製造コストを削減する方法は多くあります。これは、生産量が増えるにつれて、ますます重要になります。 BoMコストの削減は、新しいハードウェア設計プロジェクトの開始時から考えるべきですが、製造ステップに近づいても、多くの場合、効果的にBoMコストを削減できます。 BoMコストを削減しようとする際には、いくつかの側面を考慮する必要があります。たとえば、部品自体の実際のコスト、調達コスト、および組み立てコストです。この記事では、BoMコストを削減する方法をいくつか紹介しますので、始めましょう！ Tip＃1 - BoMの統合 BoMの統合とは、名前が示すように、類似したアイテムを調整および組み合わせることにより、BoM内のユニークなアイテムの数を減らし、BoMの全体的な長さを短縮する戦略です。BoMを短くすることで、調達プロセスが容易になり、組み立ての労力とコストが削減され、在庫サイズが減少します - これはいくつかの例に過ぎません。 BoMの統合の例としては、設計にいくつかのI2Cインターフェースがあるが、異なるプルアップ抵抗値を使用している場合があります。電流消費量と速度要件が許す場合、すべてのバスにわたって同じ（たとえば、値の中で最も低い）プルアップ抵抗を使用することで、BoMの長さを減らすことができます。 図2 BoM統合前 図3 回路の図
組み込みシステム向けトップマイクロコントローラー 組み込みシステム向けトップマイクロコントローラー はじめに マイクロコントローラ、略してMCUは、現在のほとんどの電子組み込みシステムに見られます。洗濯機、デジタルオーディオプロセッサ、飛行制御システムなど、さまざまなものに。MCUは非常に柔軟なプロセッサで、通常はC/C++でプログラムされ、不揮発性メモリ（FLASH）と揮発性メモリ（RAM）、さまざまな周辺機器とI/Oと一緒にパッケージされています。時には、これらのMCUは無線機能（例えば、BluetoothやWiFi）を持つこともあります。 電子工学を始めてカスタムハードウェアデザインにマイクロコントローラを追加する必要がある場合、初めは選択肢の多さが圧倒的に感じられるかもしれません。テキサス・インスツルメンツ、ST、マイクロチップなど、多くの異なるベンダーがあり、ベンダーごとにさらに多くのマイクロコントローラの選択肢があります - 特定のマイクロコントローラファミリー内のバリエーションについて言及するまでもありません。例えば、強力なSTM32H7ラインのマイクロコントローラを Octopartで簡単に一般的に検索すると、約250の異なる結果が出ます！ もちろん、設計されているシステムに応じて、特定のマイクロコントローラを選択する必要があります。ここでは、利用可能なメモリ、必要な周辺機器（UART、SPIなど）、コスト、パッケージタイプ、入手可能性、ソフトウェア環境、ドキュメントの品質など、多くの側面を考慮する必要があります。 この記事では、今日の業界で非常に一般的に使用されているマイクロコントローラについて探求します。これにより、次のプロジェクトの選択肢を少なくとも部分的に絞り込むことができ、多くの現代の組み込みシステムで見つかる人気のMCUについて紹介します。 STMicroelectronics STM32 この記事を書いている時点で、マイクロコントローラの製造で最も人気があり、よく知られているメーカーの一つはSTMicroelectronics（ST）です。これには十分な理由があります。彼らのMCUは価格が手頃で、さまざまな構成や性能グレードで利用可能であり、例えばSTの無料のSTM32CubeIDE開発環境を使用してデバッグやプログラミングが可能です。彼らのSTM32シリーズのMCUは、ARM Cortexプロセッサコアをベースにしています。 さらに、STは多くの事前に書かれたドライバーと、その部品のためのハードウェア抽象化レイヤー（HAL）を提供しています。これらはSTM32CubeIDEに統合されています。HALには時々欠陥があるかもしれませんが、これらのドライバーは市場投入までの時間を大幅に短縮し、ファームウェア開発のための優れた出発点を提供します。 部品選択に関しては、STは多数の異なるマイクロコントローラファミリーを提供しています。単純な「グルーロジック」に役立つかもしれないSTM32F0 MCUから、リアルタイムのデジタル信号処理アルゴリズムを実行できる非常に強力なSTM32H7 MCUまで、その間のあらゆるものがあります。さらに、STはWiFiおよびBluetooth接続用にそれぞれSTM32WLおよびSTM32WBラインのような無線対応MCUも提供しています。 図1 STMicroelectronics MCUファミリー (出典
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