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PCB DFM エラー PCB設計における主要なDFMエラーの防止 1 min Blog 製造業者の視点から、PCB設計で最も一般的なDFMエラーとその対処法について解説します。 記事を読む
高周波プリント基板の素材の選択についての最善手法 高周波プリント基板の素材の選択についての最善手法 1 min Blog 皆さんは回路と高周波基板の仲人になる必要があります 。 私は最近、お見合いパーティーに行ってみたのですが失敗でした。パーティーは、私の自宅近くの素敵なレストランで行われました。私は、少し目立つ格好をしていい印象を与えようと思い、素敵なベロアのシャツを着ていくことに決めました。でも、ベロアは私が思っていたほど高級感はなく、相手の電話番号を1つもゲットできずに家に帰ってきてしまいました。夜になって気が付いたのは、「やっぱり素材は重要だなあ、プリント基板設計も同じようなものだ」ということです。シャツの生地がパーティーでの成功に影響するのと同様に、プリント基板の素材も高周波回路のシグナルインテグリティに影響を与える可能性があります。基板の減衰を最小限に抑えるには、適切なグラスファイバー、樹脂、銅箔を選択する必要があります。最適な組み合わせを選択するのに役立つさまざまな最善手法があります。ただ、その際には価格その他の点で注意すべき点がいくつかあります。 なぜ素材が重要なのか? 適切なプリント基板の素材を使用することで、回路での混信を避けることができます。絶縁体の品質が低かったり銅箔が最適でないと、想定を超える影響が発生する可能性もあります。 では、正確にはどのようにして絶縁体がシステムに影響を及ぼすのでしょうか? すべての絶縁体は、分極した分子から構成されています。これらの分子は、信号により発生する磁場に反応して振動します。周波数が高くなるほど振動が大きくなり、 エネルギーが熱として失われます。低損失の絶縁体を使用すると、このエネルギー損失を小さくできるのですが、それについては後で詳しく説明します。 損失のもう一つの大きな原因は、銅の導体そのものにあります。大学で「表皮深さ」について何か学習した記憶がある方もいるでしょう。そうです。電子が常に導体の中心を流れるわけではないことを思い出してください。周波数が高くなるにつれ、電流が流れる場所は最大表皮深さまでの部分に限られてしまいます。銅の導体の表面がニッケルで仕上げられているとすると、大部分の電流は このニッケル層を流れることになります。こうなると損失が発生してしまうのです。また、導体全体が銅で作られていたとしても、ミクロの目で見ると銅の輪郭が一様でない場合があります。たとえば銅に微細な隆起部があった場合、電流は隆起部を登ったり降りたりすることになり、 抵抗が増大して損失が大きくなります。 基板の絶縁体と導体が、シグナルインテグリティの大きな不整合の原因となる場合もあります。では、このような変数を抑えるにはどうしたら良いでしょうか? 皆さんは基板のことを忘れてしまう場合があるかもしれませんが、基板は重要です 選択できる要素は何か? 損失を低減するためにコントロールできる主な変数は2つあります。基層と金属箔です。 基層 - プリント基板の基層を構成する素材としては、エポキシ樹脂、グラスファイバー織物、セラミック板など さまざまなものが考えられます。高周波回路に望ましいのは、 最も誘電率（Dk）が小さい基層です。 記事を読む
PCB銅の粗さ PCBの銅表面の粗さがどれほどまでなら許容されるか？ 1 min Blog 銅の粗さについて話すとき、それを一様に悪いものとして扱うことがよくあります。しかし、実際には、銅が粗くても問題なく機能する回路は常に存在します。他のすべての領域で仕様に合わせて製造されている限り、動作周波数や帯域幅が十分に低ければ、トレースの粗さは問題にならないかもしれません。「十分に低い」とは具体的にどの程度であり、粗さの影響が無視できるほど小さい場合はいつか？ 最近の銅箔に関する記事では、銅箔の異なるタイプと、これらの箔から期待できる粗さの範囲についていくつかの背景を提供しました。高周波設計のための材料を探し始めるとき、粗さがインピーダンスと損失に過度に影響するかどうかを判断することが重要です。この記事では、設計で粗さを最小限に抑えるべきかどうかを判断するために使用できる3つの戦略を紹介します。これには、データを見るか、粗さを判断するためにいくつかの簡単な計算を行うことが含まれます。 銅箔の粗さを心配すべき時はいつですか？ これは重要な質問であり、少なくとも2つの観点からアプローチできます。設計者に「ねえ、インピーダンス計算に銅の粗さを含める必要がある」と言うと、彼らはおそらくインピーダンス計算機を投げ出して、正確なインピーダンス予測を諦めたくなるでしょう。 実際には、銅の粗さが目立つ効果を生じるのは特定の周波数以下ではありません。標準的な低速デジタルバス（ I2C、SPI、UART、またはGPIOを切り替えるだけ）を使用している場合、次の2つの理由から銅の粗さを心配する必要はありません： これらのバスにはインピーダンス仕様がなく、制御されたインピーダンスルーティングを必要としない これらの信号の 帯域幅のほとんどは、銅の粗さが設計に重要な要因となる周波数よりもはるかに下に制限されています。 しかし、最新の一般的なデジタルプロトコル、5 GHz WiFi、低SNRのRFプリント回路、レーダーシステム、または超高速デジタルプロトコル（56G+ SerDes）を設計している場合、銅の粗さは確実に重要になり、材料選択時に検討すべきです。 一般化しすぎないようにすると、設計において銅の粗さが重要になるかどうかを判断するためのアプローチは2つあります： 提案された相互接続のための粗いおよび滑らかなインピーダンススペクトルを計算し、比較してください 異なる銅の粗さ値に対する挿入損失測定値を見てください #1の結果を使用して伝搬定数を得て、粗さパラメータの関数としての損失を比較してください オプション#1は、相互接続のためのS11予測に到達するために最初に行うことです。オプション#2と#3は、考え方によっては基本的に同じです... S21の測定値と計算を比較しているだけです。ここでの考え方は、異なるタイプのPCB銅箔がほぼ完璧な銅と比較して過度の損失を生じる時点と、その損失量を見ることです。 オプション#1 記事を読む
量子プロセッサユニット カスタム量子プロセッサユニットの準備をしよう 1 min Engineering News 企業が技術の最先端で開発を進めたい場合、基礎から多大な開発が必要になります。量子コンピューティングの領域でも、これは変わりません。この技術分野で活動したい企業は、ほぼすべてを一から構築しなければなりません。しかし今日、業界は量子デバイスの開発を加速するための重要な一歩を踏み出しました。 2022年3月28日、オランダのQuantWare社は、興味を持つ顧客が カスタム25キュービット量子処理ユニット（QPU）を購入できることを発表しました。これは、Contraltoと名付けられました。これは、2021年7月に5キュービットのオフ・ザ・シェルフプロセッサーを発表したことに続くものです。同社は、カスタムContraltoデバイスを製造、パッケージングし、顧客に30日以内に配送できると主張しています。これは、最も厳しい計算問題のいくつかを解決する可能性を持つ新興産業にとって、前進するための説得力のある一歩です。 この発表は魅力的であり、量子デバイスのアイデア全般もそうですが、このような発表は全体としての量子技術の現状に対して評価されるべきです。半導体ダイ上にキュービットを配置することを超えて解決すべき大きな課題がまだありますが、業界は最終的に標準化と商業化につながる、古典的なコンピューターで見られたおなじみの傾向に従っています。 QuantWareの25キュービット量子処理ユニット QuantWareからの新しいContralto製品は、今日の量子コンピューターとのインターフェースに必要な標準的なパッケージングで提供されます。これには、システム内外へのRF信号を供給するためにパッケージの上部に配置された同軸コネクタの配列が含まれます。「標準的なパッケージング」と言うとき、BGAsやSOICコンポーネントの話ではありません。新しいプロセッサは、以下に示すパッケージに似ています。 この製品が見た目の良い平面パッケージで提供されるからといって、それを単に回路基板に載せることができるわけではありません。まず克服しなければならないいくつかの課題があります： キュービットを使用して量子回路を設計する方法を知っていなければなりません。これは、標準的なプロセッサで使用される典型的な順次/組み合わせ論理とは異なります。 これらのデバイスは極低温で動作するため、システムの一部を適切な温度で保つためには、クライオ冷凍ユニットが必要になります。 キュービットの状態を調べるために必要な制御および読み出しシステムは含まれていません。現時点では、これらはすべてオフ・ザ・シェルフのハードウェアではなく、カスタムビルドされています。 まだ量子スマートフォン用のチップを購入する段階には至っていませんが、これは業界にとって重要な発展を表しており、量子プロセッサが従来のプロセッサと同様の開発と商業化の傾向に従うかもしれないことを示しています。 これは、25キュービットで何ができるか、という疑問を投げかけます。これは大量の計算能力ですか？正直なところ、今日のサーバーファームやスーパーコンピューターと比較すると、それほど大きな計算能力ではありません。しかし、そのような小さなパッケージでそれだけのキュービットパワーにアクセスできることは、これらのチップを重要なR&Dツールにし、開発者がはるかに現実的なアプリケーションに向けて構築するのに役立ちます。 量子の成長痛 どのような見方をしても、量子コンピューティングの未来は明るいままです。市場の成長、技術開発、そしてこれらの技術のアプリケーションの幅広さの点でです。現在の市場規模の推定は、2024年までに8億3000万ドルから50億ドルに及びます。ウォールストリートも量子コンピューティングゲームに飛び込んでおり、最もよく知られている量子コンピューティングのスタートアップのいくつかは、2021年に数十億ドルのSPAC合併を通じて公開されました。 過去数年間にわたる成功、 量子レーダーのもつれから 量子インターネットの基盤を築くことに至るまで、技術が過大評価されていると考える懐疑論者もまだいます。QuantWareの発表と同じ日に、MITは「 量子コンピューティングはハイプの問題を抱えている」と題された意見記事を公開しました。これは、メリーランド大学（カレッジパーク）の凝縮物質理論センターのディレクターである著名な物理学者、サンカール・ダス・サルマによって書かれました。サルマ博士の記事は、QuantWareのプロセッサーのようなものを数十億のキュービットにスケーリングアップする際の課題を強調することによって、現在の量子技術の現実に私たちを戻そうと試みます。特に彼は次のように書いています： 「今日持っているキュービットシステムは、驚異的な科学的成果ですが、誰もが気にする問題を解決できる量子コンピューターに近づくものではありません。」 Dr 記事を読む
PCB 銅箔 高周波設計用のPCB銅箔の種類 1 min Blog あなたのデザインは滑らかなPCB銅箔が必要ですか？ すべては、あなたが働いている周波数の範囲に依存します。 この記事でもっと学びましょう。 記事を読む
EMI/EMC設計: AC信号およびDC信号の絶縁によるPCBノイズリダクション EMI/EMC設計: AC信号およびDC信号の絶縁によるPCBノイズリダクション 1 min Blog AC信号およびDC信号は、動作のために両方を使用するデバイスにとって重要です 高校で、物理の先生がいつもEdisonとTeslaの「電流戦争」について話してくれたものです。当時は、Edisonが直流送電（DC）を好んで使用し、Teslaが交流電力（AC）を好んだ理由など、全く関心がありませんでした。それが、PCBのACシステムとDCシステムの間で起きる「電流戦争」を直接体験するようになって変わりました。今日、多くのPCBはACとDCの両方の回路を使用します。ACとDCがぶつかると、多くの場合電磁妨害（EMI）という形で問題が起きます。幸い、「電流戦争」と同じように事態は治まります。最新のPCBでは、ACとDCの信号は協調的に共存できます。カギは絶縁です。 電磁妨害からの絶縁 AC回路とDC回路の間の干渉を管理する簡単な解決策がいくつかあります。主に、コンポーネントの遮蔽、システムの隔離、専用電源、十分な基礎知識、非橋絡絶縁などです。 遮蔽: ご存知のとおり、EMIを放射する可能性のあるコンポーネントはPCBに多数あります。電源、ICクロック、オシレーターなど、いずれもACコンポーネントと干渉する可能性があります。「ノイズを発する」DCコンポーネントからのEMIを制限する、あるいは影響されるACコンポーネントを保護する方法の1つとして、ノイズの単純な遮蔽があります。遮蔽は基本的に、筐体内の空気を通じて放射されているEMIが遮蔽された回路を妨害しないことを保証します。したがって、保護や制約が必要なものがある場合は、人類が何百年も行ってきたことを行い、金属ボックス内に配置します。マルチレイヤー基板がある場合は、シールドとしてグランドプレーン層を使用することもできます。効果的である一方、遮蔽は基板の重量とコストが増加するので、EMIの低減と他の問題とを注意深く比較検討してください。 基板が単純でも複雑でも、AC/DCの隔離によるメリットはあります 隔離: EdisonとTeslaが同じ部屋にいたら、お互いに聞きたいことが必ずあったはずです。ないとすると、より物理的な妨げによるものでしょう。幸い、この2人は通常離れていたので、ACコンポーネントとDCコンポーネントはそれぞれの導線につながっていたはずです。チップでもトレースでもACシステムとDCシステムをPCB上に相互に離して配置すると、システム間に「クロストーク」がない状態を確保できます。ACとDCのシステム間に物理的な距離をとる十分なスペースが基板上にない場合は、隔離が必要なコンポーネント間のグランドプレーンにギャップを設けることもできます。グランドプレーンのギャップは、プレーンを流れる電流を強制的にギャップの周りに流します。この方法は、戦略的に使用して、反応しやすいシステムの周りに電流を経路変更できます。要するに、配線を交差しないということです。単純な回路では簡単にうまく隔離できますが、より複雑な回路ではかなり難しくなります。ACとDCの隔離のために最善を尽くしてください。ただし、最適な結果を得るのは難しい場合があることを覚えておいてください。 電源: 各AC/DC PCBでは、ACコンポーネントとDCコンポーネントに別々のパワーレールが必要です。DCコンポーネントは、電源からスパイクを引き起こし、電圧過渡になる可能性があります。ACコンポーネントはこの電圧過渡で動作する（あるいは動作しない）場合がある一方で、このとき最高能力で動作することはありません。電圧過渡が極端な場合、ACコンポーネントはエラーを発生するか、完全に動作を停止します。電源を別にすることは不便かもしれませんが、チップが動作しないよりはましです。 接地: ご存知のように、AC/DC回路の接地は複雑な問題です。あまりにも複雑なため、この記事では完全に掘り下げて考えることができません。しかしながら、アドバイスを提供することは可能です。接地グリッドまたはプレーンの電流のリターンパスを確認してください。DC電流は、最小の抵抗性インピーダンスパスに流れる一方で、ACのリターン電流は最小のリアクタンス性インピーダンスパスに流れます。ACのリターン電流では、最小リアクタンス性インピーダンスのパスは常にトレースの下にあります。リターンパスは忘れがちですので注意してください。グランドプレーンをチェックして、電流のリターンパスをトレースしてください。前の「隔離」の推奨事項も適用して、配線が見えない場合も、配線を交差しないようにしましょう。 橋絡（しない）: 読者の皆様は、私が提供した（すばらしい）全てのアドバイスに従った場合、2つの適正に隔離されたACシステムとDCシステムを持っているはずです。プレーンにギャップがあり、それらの橋絡を考えているなら、お止めください。この記事全体は、AC/DCの隔離について書いていますので、橋絡を行うと、これまでのアドバイスは全く意味がなくなります。 PCB設計ソフトウェアが、AC信号とDC信号が隔離された基板の設計をサポートします ソフトウェアによりACとDCを隔離する方法 経験に基づくこれらの方法は、よいアドバイスかもしれませんが、実施計画なしに活用することはできません。ここで PCB基板設計ソフトウェアの出番です。隔離は、PCB設計を色分けすることで完了できます。ACおよびDCシステムは、それぞれに異なる色を割り当てることにより、トラッキングできます。両システムが物理的にも電気的にも相互に隔離されていることを確証できます。方法については、 記事を読む
PCB設計ワークフロー PCB設計ワークフローにおける設計ルールチェック 1 min Blog PCB設計者 製造技術者 PCB設計者 PCB設計者 製造技術者 製造技術者 PCB設計ワークフローでは、複数のポイントで設計ルールのチェックが行われます。どの設計ルールを定義する必要があるか、およびPCB設計ソフトウェアで手動の設計ルールチェックをいつ実行するかを確認してください。 記事を読む