PCB設計

Thought Leadership 高速データ処理におけるキャリー伝搬遅延とは何か？友達とのテキストメッセージのやり取りが完全に混乱することがあります。一つのテキストで5つの質問を行き来するのは簡単すぎて、すべてに返答しようとすると、私たちのメッセージの流れが完全にズレてしまいます。友達が尋ねたことすべてに実際に返答するのは、3つのテキストメッセージが経った後で、その時にはすでにまったく新しい話題に移っています。 PCBやIC内の論理回路間の信号遅延は、高速システムを扱うまで通常考える必要のないことです。PCBのデータレートと容量が増加し続けるにつれて、遅延を考慮に入れることは、デジタルデータがシステム全体で同期を保つために重要です。伝播遅延のレビュー PCB内の伝播遅延（より適切には伝送遅延と呼ばれます）に慣れていない場合、ここで説明します。デジタル信号がPCB内の2点間を移動するには、一定の時間が必要です。ネット内やシステム全体の複数の信号を同期させようとしている場合、信号がボード上のさまざまな点に同時に到着するようにする必要があります。この文脈での伝搬遅延は、PCB上の二点間を移動する信号の伝送遅延を指します。これはデジタル電子工学の教科書に記載されている伝搬遅延の定義と混同してはいけません。信号が同期していない場合、システムのビットエラー率が増加する可能性があります。デジタルデータを並列に処理する場合、ネット内の信号は同期されている必要があります。そのため、ネット内の全てのトレースの長さを最長のトレースの長さに合わせるべきです。差動ペアルーティングにおいては、スキューの補償も重要です。蛇行は、インピーダンスを維持しながら信号線にわずかな遅延を適用する最良の方法です。異なるトレースのジオメトリでは、わずかに異なる伝搬遅延が発生します。インピーダンス制御されたボードを扱っている場合、伝搬遅延の式は比較的単純で、ボード基板の相対誘電率に依存します。~100 Mbps以上のシステムを扱う場合は、ボード全体にわたって伝搬遅延を考慮する必要があり、インピーダンス制御設計を使用することが良いアイデアです。 PCB設計ソフトウェアに必要な分析ツールがあることを確認してください並列データ処理における伝搬遅延とスキューデータを並列処理する際、ビット間の伝搬遅延が適切に補償されない場合、追加のデータエラーが蓄積する可能性があります。ネット内の特定の並列は、より重要でないビットからの出力がより重要なビットへ適用される処理手順を決定する場合、より大きな遅延を必要とする場合があります。この一般的な考慮事項は奇妙に聞こえるかもしれませんが、次の例を考えてみてください。PCBやICで使用するためのリップルキャリー加算器を設計しているとします。このデバイスは基本的に、入力ビットを並列に処理する1ビット加算器のシリーズです。加算されるべき2つのデジタル数を構成するビットは、各加算器に並列に入力されなければならず、各加算器はキャリービットを生成することがあります。 LSBの加算器は、次に大きなビットにキャリービットを出力し、MSBまでこのように続きます。LSBから次に高いビットへの出力は、ある程度の伝搬遅延を経験します。また、各加算器の論理ゲートの立ち上がり時間による全体のスキューも考慮する必要があります。各加算器のキャリービットと入力ビットは同期を保つ必要があり、キャリービットの伝搬遅延と蓄積されたスキューは、より高い桁の入力ビットをわずかに遅延させる必要があります。各桁間の合計遅延は、加算器間で信号が移動する伝搬遅延と、加算器内の全論理回路の立ち上がり時間の2倍の合計に等しいです（両方の加算器が同じ論理ファミリーからのものであると仮定）。少数のビットを低速で扱っている場合、これはビット間の信号を非同期にすることはありません。しかし、例えば、32ビット数を1Gbps以上で扱う場合、MSBに到達するキャリービットの遅延は、隣接する加算器間のキャリー伝搬遅延の32倍になります。これは加算器全体でデータを非同期にすることができる非常に大きな遅延です。高い桁の加算器へのデータ入力の遅延を補うために、実際には各加算器に到達する入力ビットにいくらかの遅延を加える必要があります。次第に高いビットはより多くの遅延を必要とします。これを行う最も簡単な方法は、高位の加算器に入るトレースを迂回させることです。これにより、キャリービットの伝搬遅延と蓄積されたスキューを補正できます。高位の数字はより大きな遅延を必要としますが、加算器に入力されるビットのペアは同期されている必要があります。この遅延を適用する最も簡単な方法は、各加算器に入るトレースのペアを迂回させることです。迂回を適用する際には、各加算器のトレースのペア間に少し余分なスペースを確保してください。シミュレーション結果を信頼できることを確認してください

Thought Leadership SRAMとは何か？PCB設計のヒントとデータ損失の防止方法 SRAMは電源が切れるとデータを失います。編集ソフトウェアの最高の発明の一つは、最悪のタイミングでマーフィーの法則が発動するのを防ぐオートセーブ機能です。数十年前、オートセーブ機能が存在しないことが、「保存」ボタンを押すことを渋っていた私にとって悪化し、重要な大学の課題の数ページが文字通り消去されたとき、私はほとんど泣きました。電子機器では、SRAMを設計する際の課題を認識していないと、静的ランダムアクセスメモリ（SRAM）に格納されているデータ全体を失うリスクがあります。これは、SRAMが重要な変数を格納している場合、特にハードウェアの予測不可能な動作を引き起こす可能性があります。 SRAMとは何か、そしてどのように機能するのか？ SRAMは、組み込みシステム設計で一般的に使用される不揮発性メモリです。ロジカルビットで情報を格納し、動作電圧が供給されている限りその値を保持します。電源が切断されると、SRAM全体がデフォルト値、通常はロジック1に相当する値にリセットされます。 SRAMの内部は、複数のセルによって構成されています。これらのセルには、いくつかのトランジスタによって制御されるバイステーブルフリップフロップが含まれています。特定のアドレスに情報が格納されると、いくつかのフリップフロップがデータのデジタル値を表すように適切にラッチされます。 SRAMは電源が切れると情報を保持できないにもかかわらず、追加の作業用メモリが必要な設計で定期的に使用されます。FlashやEEPROMなどの他の揮発性メモリコンポーネントと比較して、SRAMは無視できる読み取りアクセス時間を持ち、データはランダムなメモリアドレスに書き込むことができます。他の電子部品と同様に、SRAMは年々改良されてきました。SRAMが40ピン以上の大型コンポーネントであり、並列アドレスバスがまだ一般的なインターフェースだった時代は過ぎ去りました。今日のメモリメーカーは、 SPIやI2Cのようなシリアルインターフェースを備えたSRAMを生産し、フォームファクターを8ピンまで大幅に削減しています。 SRAMを設計する際の主要な考慮事項 SRAMの設計にさらなる考慮を払うことで、大きな違いが生まれるかもしれません。 SRAMを使った設計は簡単な作業のように思えるかもしれません。結局のところ、ピン数が少ないメモリチップを使った設計が何が難しいのでしょうか？しかし、経験上、実際には多くの問題が発生する可能性があることを学びました。部品選択から製造後の問題に至るまで、多くの問題に遭遇する可能性があります。ここでは、初心者レベルのPCB設計者に役立ついくつかのヒントを紹介します：メモリ容量最大容量のSRAMを選ぶべきでしょうか？それともプロジェクトの要件に合ったものを選ぶべきでしょうか？これは、ファームウェア開発者を悩ませる質問であり、ハードウェア設計者にとってはそうではありません。メモリメーカーは通常、同じ物理パッケージで異なる容量のSRAMを導入します。これは、メモリ容量の選択が変わっても設計を変更する必要がないことを意味します。インターフェースタイプ SRAMでよく使用されるインターフェースにはSPIとI2Cがあります。SPIはデータの書き込みと読み出しに4つの物理ピンを必要としますが、I2Cは2つの物理データ接続のみを必要とします。一般に、SPIはより高速なアクセスを提供しますが、SPIバス上の各ICに個別の制御信号が必要です。I2Cは、複数のメモリチップがマイクロコントローラに接続されている場合に理想的で、データ信号とクロック信号のみが必要です。デカップリングコンデンサ革新的な不揮発性メモリー、フラッシュや FRAMのようなものが登場している今、バッテリーバックアップSRAMを設計することはほとんどないでしょう。これにより確かにSRAMの設計は容易になりますが、安定した電源供給の重要性を見落としてはいけません。SRAMのVccピンにできるだけ近い場所にデカップリングキャパシタを配置することを常に確認してください。電源の不安定さによるデータの破損は、絶対に避けたい最後の事態です。デカップリングキャパシタは、グラウンドバウンスの問題を防ぐのにも役立ちます。

PCB設計におけるBOMとは何ですか？すべての電子製品およびPCBアセンブリには、部品表（BOM）が必要です。BOMに含まれるものと、それを整理する方法について説明します。

ESDとは何か、ESDはどのようにPCB設計に影響するか? 2、3年南部に住んだ後、乾燥した西部に引っ越したところでした。私は、ここで育ちましたが、しょっちゅう静電気がバチッと起こるのを忘れていました。南部は湿度が高いので、空気の導電性が高くなります。一方、ここでは空気が乾燥し、絶縁されているので、静電気の衝撃は、ずっと大きくなります。子供の頃、靴下でカーペットの上を走り回り、お互いに静電気のショックを与えようとしたものです（結婚式では大いにひんしゅくを買い、注意されました）。ショックを受けるごとに、今でも驚きますが、被害はありません。電子機器の場合は、そうはいきません。人が感じないほどのわずかな電圧によって破壊される場合もあります。その結果、PCB設計での軽減や保護を計画することが重要になります。故意でなくても歩くだけで、ショックに十分な電圧差が簡単にできます。 ESDとは何か? 静電放電（ESD）が発生するのは、電荷の異なる2つの物体が、物体間の絶縁が破壊されるほど近づいた、または帯電したときです。家庭用製品の場合、この破壊は通常、空気中で発生し、電圧は40kV/cmを超えます。稲光は、最も身近なESDであり、雲と地面が巨大なコンデンサーを形成します。それほど劇的ではありませんが、夜にフリースやウールの毛布を振ると、小さな閃光が飛ぶのを見ることができます。稲光は大規模な静電放電であり、雲と地面の間の空気の絶縁が破壊されたときに起こります。これがPCBにどう影響するのか? 人やパッケージ、ケーブル、毛皮で覆われたペット、または反対の電荷を含む他の物体に触れると、または接近すると、どのPCBもESDの影響を受ける可能性があります。触れると、その電圧が放電され、比較的大きな電圧スパイクが発生します。電圧スパイクが逃げる際、放電電流がPCBで電磁場を生成します。 ESD保護の目標は、放電とそれによって生じるEMの影響を最小化することです。特に、多くの最新のチップセットは、非常に小さなリソグラフィパターンを使って作成され、高電圧に対する耐性が、ほとんどまたはまったくありません。その動作電圧である3.3Vを超えるDC値でも同じです。これらのコンポーネントの1つに直接到達するESD事象は通常、悲惨な結果をもたらし、ICを完全に破壊していまいます。 PCB設計のほぼあらゆる要素（トレース、配線、レイヤー、コンポーネント配置、スペーシング）が、基板のESD保護に影響する可能性があります。つまり、設計プロセスの初期にESDを考慮する必要があります。そうしないと、配線やコンポーネント配置の問題を修正するため、大規模なPCB設計変更が必要になるおそれがあります。製品でESDの原因になるのは何か? 翼竜のような幅広い翼や、静電気を集める大きな足を持つ巨大生物を回避しても、まったくありふれた活動からESD事象は発生します。しばしば、歩くだけでも、普通のコンポーネントを破損するのに十分な電荷が蓄積されます。

Thought Leadership リアルなECAD/MCADコラボレーションとは何か？ヒント：ファイル形式の交換ではありません本物のECAD/MCADコラボレーションを実現するには何が必要でしょうか？STEPモデル、ペーパードール、終わりのないメールのやり取りに代わるものを探しているなら、あなただけではありません。Altium Designer^®でのECAD MCADコラボレーション市場の未来に何が待っているか、読み進めてみましょう！従来、機械設計者と電気設計者の間の設計体験は分断されていましたが、今ではその分離を維持することに苦労しています。インテリジェントに接続された製品の導入とシームレスな製品体験が、設計プロセスをこれまで以上に密接に、つながりを持って、協力的にすることを促進しています。それにもかかわらず、この圧力にも関わらず、ECADとMCADの領域は古いルールの下で動作しているように見えます。悪い習慣はなかなか死にませんし、新しい習慣を形成することはさらに難しいです。では、私たちECAD設計チームがMCADの同僚と一緒に働き始め、私たちが作成する接続された一体感のある製品を完全に反映するためには、何が必要でしょうか？変化の前の苦痛最近では、統合されたPCBを持たない完全な孤立状態にある機械設計を見つけることは稀です。しかし、私たちの製品がどれほど接続されていても、設計プロセスの途中で断片化され、非効率的で、最終的には関与する設計者にとって苦痛な状況に自分自身を見つけることがよくあります。私たち全員が苦労しているこの失敗したコミュニケーションプロセスの結果は広範囲にわたり、いくつかのかなり明白な痛点を引き起こします。これには、非効率的な設計プロセスが含まれます。機械設計者と電気設計者は、それぞれの孤立した領域で同じ設計の複数のリビジョンを整理し管理することに共通して苦労します。そして、これが何につながるか？コミュニケーションの崩壊、停止と開始を繰り返す設計プロセス、そして二度と取り戻すことのできない失われた時間です。期限と予算の逸脱。コラボレーションの試みが続けて苦戦し、停滞するにつれ、私たちはプロトタイプの使用というコストのかかる方法にますます依存するようになり、コミュニケーションの問題を解決しようとします。この古くからの方法で設計プロセスの亀裂を修復しようとする試みは、ただお金を無駄にし、予算を吹き飛ばすだけです。不十分な顧客体験。私たちの多くが、デザインが一度リリースされるとそれについて考えなくなるかもしれませんが、失敗したデザインプロセスの波及効果はしばしば消費者の領域にまで及びます。製品が完全にテストされずにリリースされると、製品が品質基準を満たさない場合に保証費用をカバーするために企業はお金を失うリスクがあります。痛点はかなり明白で、私たち全員が一度は自分のデザインプロセスでそれらを経験していると思います。本当に私たち全員が気にかけている質問は - それについて何が行われているのか？現在の解決策エンジニアリングコミュニティは、数年にわたりECADとMCADのデザインチーム間の成長するコラボレーションの問題に対する信頼できる解決策を探してきました。私たちはすべて、これらの試みられた解決策、STEPモデル、紙の人形、プロトタイプ、そしてデザイン変更を伝えるために電子メールを使用することに精通しています。問題は、私たちがこれらの方法を積極的に受け入れているのは、それらが私たちが望むように機能するからではなく、それが私たちが持っているすべてだからです。多くの点で、私たちは最初からうまく機能しなかった壊れたコラボレーションプロセスに単に慣れてしまっただけです。 ECADとMCAD設計環境間でのSTEPモデルの手動インポート/エクスポートプロセスは本当に効率的ですか？翻訳のたびに重要な設計データの損失の可能性に対処する価値はありますか？はい、機能はしますが、理想的ではありません。上記の受け入れられたコラボレーション方法についても同じことが言えます。無視されたメール、直前のECO、インポート/エクスポートのルーチンをどれだけ扱う必要がありますか？はっきり言います… 部屋には大きな象がいて、皆がそれを無視するのに必死です。

PCBプロジェクトにおける高価な配線エラーを統合ハーネスツールで回避する Altium Designerの統合ハーネスツールで、高価なPCB配線エラーを回避しましょう。早期に問題を検出し、ルーティングを最適化し、協力を向上させます。