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差動信号のための帯域幅要件 シングルエンド信号と差動信号の帯域幅要件 1 min Thought Leadership この記事では、差動信号の利点と、それが実際の電子製品でどのように機能するかについての概要を提供します。 記事を読む
直列終端伝送線路の切り替え動作 直列終端伝送線路の切り替え動作 1 min Blog 直列終端線と 差動信号は、すべての CMOSデバイスにおけるリンクとして機能します。差動信号について、その動作や利点については詳しく書いてきましたが、直列終端線のスイッチング動作については触れていませんでした。それがこの記事の目的です。 基本 直列終端伝送線についての重要な点は以下の通りです： このタイプの伝送線では、各ドライバーの出力に直列終端が配置されます。 高速ロジック信号に対して最も低い電力消費を提供します。 ロジック線がロジック0からロジック1に切り替わるときにのみ回路でエネルギーが消費されるため、最も低い電力消費方法です。 前述のポイントが非常に直接的であるように見える一方で、直列終端伝送線がどのように機能するかを理解することは、信号が各受信機に適切に配信されていることを保証する上で重要です。 は、典型的な5V-CMOSドライバーであり、50オームの伝送線が受動的なCMOS受信機に接続されています。これは、このデバイスが入力に提示された電圧波形に単に反応することを意味します。この説明の目的のために、CMOS受信機は非常に小さなキャパシタのように見え、開回路とみなすことができます。この例では、線は12インチ、つまり約30cmの長さです。PCBでは、エネルギーは約1ナノ秒につき6インチの速度で移動するので、以下に示される線は約2ナノ秒の長さです。 図1. 5ボルト直列終端CMOS伝送線 図2。 図1に示された伝送線の等価回路。 図2に示されているように、キャパシタンスとインダクタンスは伝送線の長さに沿って分布しています。これらの要素は 寄生素子であり、単位長さあたりのインダクタンスと単位長さあたりのキャパシタンスの比率によって伝送線の挙動が決定されます。これにより、方程式1に示される線のインピーダンスが決定されます。Loは単位長さあたりのインダクタンス、Coは単位長さあたりのキャパシタンスです。2Dフィールドソルバー（多くのフィールドソルバーは様々な信号整合ツールの一部として利用可能）などのツールを使用して、これら二つの変数は特定の伝送線に対して決定されます。 方程式1. 分布キャパシタンスとインダクタンスの関数としてのインピーダンス 図1のドライバーが伝送線上の論理レベルを論理0から論理1に移動させる際には、伝送線の分布寄生キャパシタンスを充電する必要があります。これがCMOSロジック回路によって消費される主要な電力です。同じドライバーが論理レベルを論理1から論理0に移動させる場合、その充電を取り除く必要があります。 信号がワイヤーや伝送線を通じて送信されるとき、その中のエネルギーは 記事を読む
多機能ハードウェアチームがどのように協力できるか IoT PCB設計：それは単なるハードウェア開発以上のものです 1 min Blog Altium 365は、IoT PCBの設計とコーディングを簡単にします。Altium DesignerまたはAltium Concord Proを通じて、設計を共有し、リビジョンを管理し、プロジェクトを直接フォークすることができます。 記事を読む
高Dk PCB材料の利点 高Dk PCB材料の利点 1 min Blog 「高速設計」と「低Dk PCBラミネート」の用語は、しばしば同じ記事で、そしてしばしば同じ文で使用されます。低Dk PCB材料は、高速および高周波PCBにおいてその場を持っていますが、高Dk PCB材料は電力の整合性を提供します。低Dk PCBは、一般に損失正接が低い傾向にあるため選ばれます。したがって、高Dk PCB材料は、高速および高周波PCBに対して見過ごされがちです。 高速/高周波ボードの電力の整合性を見るとき、単に信号損失を受け入れるか、高速ラミネートによって提供される値を受け入れるのではなく、安定した電力のための全体的な戦略の一部として誘電率定数を考慮すべきです。これには、PCBの電力の整合性に影響を与える誘電率定数の実部と虚部の両方が含まれます。これを念頭に置いて、電力の整合性を確保するために高Dk PCB材料が果たす役割を見てみましょう。 高Dk PCB材料とPCB電力の整合性 まず最初に、電力の整合性を見るとき、常にレギュレータ段階から出力される電圧が、PDN全体で電力が流れるにつれて一定であることを確保しようとしています。これには、PDN分析と電力の整合性の2つの側面が挙げられます： DC解析：ここでは、PDNを構成する 導体間のIR降下のみに関心があります。誘電率定数はDC解析では役割を果たしません。 AC解析：AC解析とは、電力平面上の任意の時間変動電流の振る舞いを意味します。これは、PDNのインピーダンスが重要となる場面であり、下流コンポーネントで見られる電圧変動は、 PDNインピーダンスと時間変動電圧（オームの法則）の積です。 電力面とグラウンド面の間の誘電体として使用される高Dk PCB材料は、重要な電力整合性の利点を提供します。特に、グラウンド面と電力面の間のPCB材料の高Dk値は、より大きな 面間キャパシタンスを提供し、これはあなたの平面がより大きなデカップリングキャパシタのように機能し、PDNインピーダンスが低くなることを意味します。グラウンド面と電力面を近づけることも面間キャパシタンスを増加させます。 2006年のIEEE論文からのいくつかの例示的なシミュレーション結果が以下に示されています。 誘電率定数のもう一つの重要な側面は、虚数部分またはDf値です。これは通常、損失正接を使用して要約されますが、これは高速/高周波ボードで特定の積層材の有用性を調べる際に使用する唯一の指標ではありません。 記事を読む
Protel世代のデザインデータを再利用する Protel世代のデザインデータを再利用する 1 min Blog Altium Designerの登場からすでに十数年が経過しており、以前のProtelツールを目にする機会は殆ど無くなりました。しかし、Protelツールは1986年の発売から2005年まで、長期に渡って販売きれてきた為、世界中の至る所にProtelで保存されたデザインデータが残っています。 Altium Designerはこれらの古いProtelデータの読み込みをサポートしており、30年以上も前に使われていた初期のバージョンのデータであっても、読み込んで再利用する事ができます。 古いProtelデータの読み込み手順 古いProtelデータはAltium Designerのファイルを開く場合と同様に、[ファイル] - [開く] コマンドで読み込む事ができます。ただし、Protel 99 SEのDDBファイルを読み込む場合には、[インポートウィザード] を実行します。 読み込みがうまくいかない時には 多くのProtelデータは、DXFインポートウィサード、又はインポートウィサードを使って問題なく読み込めるはずです。しかし、稀にファイルが認識されなかったり、読み込みの途中でエラーが発生したりする場合があります。このような場合、ファイルの損傷やインポータが解釈できないデータの混入など、ファイル内のデータに問題がある可能性があります。 このような不具合に対しては、Altium Designer側での対処は困難ですが、古いProtelツールが動作する環境が残っていれば、解決できる場合があります。 1. Protel 99 記事を読む
PCB設計における半田ブリッジジャンパーのベストプラクティス PCB設計における半田ブリッジジャンパーのベストプラクティス 1 min Blog PCBバリアントは、古い設計から作られた新しいレイアウトだと単純に考えられがちです。しかしながら、配線とレイアウトに工夫を凝らせば、半田ブリッジジャンパーを使って1つのPCBレイアウトの一部を複数のバリアント用に構成することができます。その結果、トレースの再配線や回路図の変更を行わずにPCBのバリアントを素早く作成できます。PCBレイアウトでジャンパーを使用する場合は、他の設計上の問題が生じないようにいくつかの重要なガイドラインに従う必要があります。では半田ブリッジジャンパーを取り上げ、これらのジャンパーを使って設計のバリアントを素早く作成する方法について見ていきましょう。 半田ブリッジジャンパーとはどのようなものでしょうか。 半田ブリッジジャンパーとは、半田ボールで簡単にブリッジできる、PCB トレース上の1対のパッドに過ぎません。ゼロオーム抵抗を使ってブリッジを作る場合、はるかにきれいなレイアウトができます。ゼロオーム抵抗は非常に低コストで、表面実装コンポーネントとして利用できます。以下に示す例のように、半田ブリッジジャンパーは半田付け可能である必要はない場合があります。 以下の画像では、ブリッジしたジャンパーとブリッジしていないジャンパーをレイアウトの特定の箇所に配置しています。ブリッジしたジャンバーをブリッジしていないジャンパーに置き換える、またはその逆を行って、半田付けやゼロオーム抵抗の配置に悩むことなく、レイアウトを素早く変更して新しいバリアントを作成できます。バリアントを作成した後でも、アセンブリ後に任意のジャンパーをブリッジして引き続きデバイスを構成できます。 基板設計ソフトウェアのCADツールを使って、半田ブリッジジャンパーの 回路図シンボルとPCB フットプリントを容易に作成できます。上の例では、2つのシンボルとPCBフットプリントを作成しています。一対はブリッジしたジャンパー用で、もう一対はブリッジしていないジャンパー用です。上のレイアウトで示した回路図シンボルは以下の画像で見ることができます。ブリッジしたジャンパーとブリッジしてないブリッジを交換するだけで、各種回路ブロックをアクティブ化または非アクティブ化した新しい基板を容易に作成できます。 半田ブリッジジャンパーを使用する理由 半田ブリッジジャンパーは、基板を構成可能にする優れた手段です。「構成可能」とはつまり、1つの基板設計は定義済みのレイアウトと配線で作成できるが、関連する信号経路をアセンブリ中に選択できるということを意味します。設計者は、各種ジャンパーの配置位置を注意深く選ぶことで、複数のバリアントに使用するPCBレイアウトを作成できます。 半田ブリッジジャンパーは特定の周辺機器に必要かどうかに応じて、さまざまな信号経路に配置して回路を開閉できます。ジャンパーを閉じる場合は、ブリッジする2つのパッド間に少量の半田を付けるだけです。これにより閉回路が作成され、電流がジャンパー経由で下流の部品に流れるようになります。これにはフロントエンドの配線にひと工夫必要になります。それでも、設計者は各バリアントのレイアウトを追加作成するのではなく、1つのレイアウトから複数のバリアントを作成できます。 特定の回路ブロックを簡単にオンにするために、半田ブリッジジャンパーを使用したい場合もあります。最近のプロジェクトでは、複数の半田ブリッジジャンパーを使って、同じレイアウトから試作品と既製バリアントを作成しました。ブリッジを開閉するだけで、コンポーネント、回路ブロック、または周辺機器への接続をアクティブ化したり非アクティブ化したりすることができます。 半田ブリッジジャンパーのいくつかのベストプラクティス 半田ブリッジジャンパーのレイアウト内での配置場所を選ぶ際に考慮すべき最も重要なことは、誰が基板を組み立てるのか、アセンブリ後に基板を構成する必要があるかどうか、あるいは、製造業者が 同じ基板のバリアントをパネルに収容できるかどうかという点です。ゼロオーム抵抗を使用しているか、半田付けでジャンバーを閉じる予定の場合、各種コンポーネントを同じパネル内の複数の基板上に装着させない(DNP)ように製作者に依頼すると、製作者は途方に暮れたような様子になるかもしれません。(最近私が経験したように)製作者に長々と説明するのを避けたければ、上に示したような銅ブリッジしたジャンパーを使用した方がよいでしょう。 半田ブリッジジャンパーを使いやすくするには、回路図やPCBレイアウトでの配線に十分注意を払う必要があります。さらに、次の設計上のポイントにも注意してください。 伝送線路に注意する 伝送線路にゼロオーム抵抗や半田を配置する場合は、ドライバー端部のごく近くで使用することをお勧めします。ジャンパーをドライバーから離れた場所に配置して開状態にしておくと、 開状態の伝送線路が出来上がり、特定の周波数に反応するアンテナとして機能することになります。ジャンパーをドライバーの近くに配置すれば、ジャンパーが開いたままでも残った銅が伝送線路として機能することはありません。 高圧線に半田ブリッジジャンパーを配置してはなりません 記事を読む
What is a PCB PCBとは? コンポーネントの接続による回路の構築 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 PCBは、その機構内にコンポーネントと導体を内蔵した電子回路です。 Altium Designer 専門家を対象とする強力で使いやすい最新のPCB設計ツール。 コンポーネントと導体を内蔵したPCB PCBは、その機構内にコンポーネントと導体を内蔵した電子回路です。導体には、銅箔トレース、パッド、ヒートシンク、伝導プレーンが含まれます。機構は、伝導材料のレイヤー間に絶縁材料が積層された構造になっています。全体の構造はメッキされており、非導電ソルダーマスクとシルクスクリーンで覆われて電子部品の位置にレジェンドが付けられています。 PCBは、伝導性のある銅箔層と伝導性のない絶縁材料層を交互に重ねて構築されます。製造の過程で、内側の銅箔層をエッチングして所定の銅箔トレースを残し、回路コンポーネントを接続します。一度、エッチングした絶縁材料を銅箔層に積層し、これを繰り返してPCBが完成します。 全てのレイヤーがエッチングされて積層されると、PCBの外側のレイヤーにコンポーネントが追加されます。表面実装部品はロボットにより自動適用され、スルーホール部品は手動で配置されます。その後、リフロー、またはフロー半田付けなどの手法で全ての部品が基板に半田付けされます。最終的なアセンブリがメッキされた後、ソルダーマスクとシルクスクリーンによるレジェンド付けが行われます。 現在の業界におけるPCBの歴史 PCBとは何かという問いに答える前に、PCBがどこから生じたのかを理解することから始めましょう。何百もの穴を持つHDI設計を実現し、PCBの電子接続がスマートフォンから心拍数モニターやロケットまでのあらゆる機器を動かすようになるまでには、非常に長い歴史がありました。配線基板からフレキシブルPCBまで、さらにはテクノロジーが将来的に実現するものまで、そこに至るプロセスは興味深いものです。 PCB以前の電子回路は、ワイヤを1本ずつ部品に接続して構築されていました。金属部品をワイヤと一緒に半田付けして伝導経路を形成していたので、部品数の多い大型回路には多数のワイヤが含まれていました。ワイヤが多すぎて絡み合ったり、デザイン内に大きなスペースが存在したりすることもありました。デバッグは困難で、信頼性が低下し、多数の部品を手動で半田付けしてワイヤ接続する必要があったため、製造には時間がかかっていました。 回路図の描画中、レイアウトに対してネットルールが設定されます。 PCB上でネットを使用した部品の接続 PCBで銅箔を使用してネットを配線すると、ワイヤが不要になります。回路図から始めて部品を配置し、基板レイヤーに沿ってピンを接続し、よく考えてネットを配置します。はじめに自動配線を使用し、重要なネットは手動で配線します。Altium Designerの自動配線を使用すると、複数のネットを簡単に配線できます。 現在の回路の状況をふまえて、ワイヤとネットを比較評価します。 ブレッドボードを使用した設計の利点と欠点について考える 回路図を調べてレイヤースタック要件を評価します。 適切なレイヤースタックの構築方法を読む 部品の配置が完了したら配線を開始します。 記事を読む