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PCB設計者

Altium Designer Projects FPGA上でのニューラルネットワークの構築この記事では、Ari Mahpourがhls4mlとPynq Z2を使用して、Zynq SoCのFPGAファブリック上でニューラルネットワークを実行する方法を示しています。

PCB設計におけるEMI制御の習得：PCB内での信号の伝播方法電磁干渉（EMC）に対応するためのプリント基板（PCB）の設計には、電磁場と電流の観点から信号の伝播をしっかりと理解することが求められます。これらの概念は、電磁場の放出レベルを低く抑え、外部からの放出や干渉に対する感受性を低くするPCBの設計に役立つため、重要です。この PCB設計におけるEMI制御のマスターシリーズの最初の記事では、これらの概念をより深く掘り下げ、プリント基板設計にどのように適用するかを見ていきます。伝送線路における信号の伝播の概念 PCBにおける信号の伝播について考える際には、水がパイプを流れるという類似から、電磁場と伝送線路の観点にシフトすることが重要です。伝送線路は、含まれた電磁場の形でエネルギーを一地点から別の地点へ転送するように設計された構造です。プリント基板の文脈では、伝送線路は少なくとも2つの導体によって形成されます。これらの導体は、電磁場を含むことと、それらを回路内の別の地点に導くことにおいて同じくらい重要です。2つの導体のうち1つが欠けていると、信号を構成する電磁場は未含有のままとなり、これらの場の拡大によりEMC試験に失敗する可能性があります。ここから浮かび上がる非常に重要な概念は、電磁信号は導体の内部ではなく、2つの導体の間の空間、すなわち誘電体の中に含まれているということです。EMCの観点からの私たちの目標は、2つの導体の間に含まれる電磁場を最大化し、その周囲にある電磁場を減少させることです。図1 - PCBにおけるデジタル信号伝播の表現 PCBでは、信号伝播に使用される2つの導体は、信号ポテンシャル導体と戻りおよび参照ポテンシャル導体です。これをイメージする最も簡単な方法は、信号源に接続された上層が信号トレースをルーティングするために使用され、下層が信号源に接続された固体銅層であり、信号ポテンシャル参照にも接続されている二層基板です（図1参照）。私たちが信号と呼ぶものは、これら2つの導体の間に含まれる電磁場です。これは、信号が単一の導体に含まれているのではなく、これら2つの導体の間の誘電体に含まれる電磁エネルギーであることを意味します。また、これは誘電体の特性が信号の伝播に影響を与え、特に信号（またはEM波）が伝播する速度に影響を与えることを意味します。信号の速度は誘電体内の光速です。2つの導体の間には信号が存在するポイントと、まだ信号に達していないポイントがあります。デジタル信号において、これら2つの領域の間に完全な信号があり、まだ信号が存在しないポイントを信号エッジまたは信号波面と呼びます。これはデジタル信号における低レベル論理から高レベル論理への遷移ポイントです。 EMCの観点から、このポイントは非常に重要です。なぜなら、これは導体間で電場と磁場が低から高に遷移する場所だからです。このエネルギー状態が変化する速度が速いほど、すなわち信号が低レベルから高レベル論理に遷移する速度が速いほど、短時間でエネルギーの変化が圧縮されます。信号が伝送線路内でその源から目的地に伝播する際、信号波面または信号エッジが信号の伝播をリードします。前方電流、戻り電流、及び変位電流もう一つの重要な概念は、信号エッジが伝播するのを追うと、先端が電磁場の変化であるため、これが2つの導体の間の誘電体内に変位電流を生成することがわかるということです。この現象は、オリバー・ヘビサイドによってまとめられたマクスウェルの四つの方程式、特にアンペール-マクスウェルの法則によって説明されます。これをイメージする最も簡単な方法は、AC源が適用されたときのコンデンサーを考えることです（図2参照）。図2 - Eフィールドが適用されていないコンデンサー（a）、正のEフィールドが適用されたコンデンサー（b）、負のEフィールドが適用されたコンデンサー（c）実際には、コンデンサーのプレートとその誘電体の間に導電電流はありませんが、誘電体に含まれる束縛電荷は、コンデンサーのプレートの適用された電場に従って単に極性を持ちます（変位します）。これは、導電電流がコンデンサーのプレートを流れているかのように見えます。変位電流の概念は、信号伝播中に電流が形成される可能性があることを理解するために重要です。特に信号が負荷に達する前にです。古典回路理論の授業で教えられるように、電流は常にループで流れます。では、どうして信号が負荷に達する前、つまり、信号が源から負荷に向かい、再び源に戻って電流ループを形成するために連続的な導電電流を確立する前に電流が存在するのか？これは変位電流のおかげで可能です。変位電流は、信号が伝播する際に電流がループ内で流れ続けることを可能にします。変位電流がない場合、導電電流だけがあれば、信号の伝播は起こりません。導電電流だけで作られた電流ループは、負荷に達する前にループを閉じることができないからです。これは、導電電流を通して誘電体を流れる電流が必要であることを意味しますが、定義上、これは不可能です。しかし、この見かけ上の電流、変位電流により、信号が伝播する際にループが瞬時に閉じます。

自動ピックアンドプレース機は、汎用回路基板に迅速にコンポーネントを取り付けます。電子および回路基板製造

PCBデザイナーが良い顧客になる方法：製造の観点から製造サービス会社との強力なパートナーシップは、生産プロセスがスムーズに進むか、コストのかかる遅延が発生するかの違いを意味することがあります。製造者の視点からすると、顧客の特定の慣行が、デザイナーを単なるクライアントから価値あるパートナーへと昇格させることもあれば、見積もりのリクエストが列の後ろに押しやられる原因となることもあります。 PCBデザイナーが最高の顧客となる方法についてのガイドです。これにより、高いレベルのサービスを確保し、製造業者との強固な関係を育むことができます。製造業者のプロセスと能力を理解する優れた顧客になるための基本的なステップは、製造業者のプロセスと能力を理解することです。時には、製造業者がどのように運営しているかをより深く理解するために、製造プロセスを経験する必要があります。各製造業者には独自の強みと限界があり、設計要件をこれらと合わせることで、多くの潜在的な問題を防ぐことができます。設計プロセスの早い段階で製造業者との議論を開始してください。単純なボード以外のものを製造する場合は、製造業者の能力と材料の選択肢を決定する必要があります。設計チームは、メールを送るだけでこの情報をすぐに入手できます。この情報は、製造業者のより広範な DFMガイドラインの重要なサブセットです。これらのガイドラインに準拠した設計は、製造が容易であり、エラーや遅延のリスクを減らすことができます。明確で完全なドキュメントを提供する製造業者は、見積もりを提供し、生産を進めるために、ビルド要件に関する完全なドキュメントを必要とします。製造業者には、標準のビルドファイルセットが必要であり、それにはGerberファイル、ODB++、またはIPC-2581のエクスポートが含まれます。エクスポートには、必要なPCBレイヤー（銅、シルクスクリーン、はんだマスク、ドリル図面）をすべて含めてください。明確で正確なドキュメントは、確認のための行き来を最小限に抑え、プロセスを加速させます。残念ながら、Gerberファイルには、製造を完全に見積もり、進行するために必要なドキュメントのごく一部しか含まれていません。必要な他の重要な情報は以下の通りです：注記付きの製造図面ドリル表を示すドリル図面ドリル図面に一致するNCドリルデータボードの形状が特殊な場合は、機械図面が必要になることがあります完全な製造ノートを含む製造図面を省略すると（リジッドフレックスPCB製造ノートに関するこのリソースも参照）、製造業者がこれを要求するか、PCB内ですべての製造詳細を指定するよう求められます。 Draftsmanでの完全な製造図面ドキュメント。完全なドリル表とそれに対応するデータは、製造業者が今後のビルドの処理ニーズを判断するのに非常に役立ちます。NCドリルデータからドリル表を再構築するのではなく、製造ドキュメントパッケージにドリル表とドリル図面を含めることで、製造業者は使用されているドリル、PCB内のドリルヒット数、許容されるドリルサイズの許容差、関与するレイヤーペアを正確に把握できます。 Draftsmanドキュメントでドリルテーブルを生成する方法について、 Altiumドキュメントで詳しく学びましょう。

Altium Designer Projects Pi.MX8 プロジェクト - ボードレイアウトパート4 Pi.MX8コンピュートモジュールSoMプロジェクトの新しいインストールメントへようこそ！このアップデートでは、PCB設計に最後の仕上げを行い、プロトタイプの生産準備を整えます。前回の記事では、信号層のルーティングを完了しました。これはPi.MX8モジュールのPCBレイアウトで最も時間がかかる部分でした。しかし、同じくらい注意を要する2つのタスクがまだ残っています。電源プレーンのルーティングと信号遅延の調整です。電源プレーンまず、電源プレーンから始めましょう。私は通常、遅延調整を最後のステップとして行うのが好きです。なぜなら、長さ調整のために必要なメアンダーがボード上の残りのスペースをしばしば埋め尽くすからです。例えば、電源ネットをルーティングする際に追加のVIAを配置する必要がある場合（時には必要になることがあります）、必要なスペースを作るために長さ調整プリミティブを調整する必要が出てくるかもしれません。最後に長さ調整プリミティブで残りのスペースを埋めることで、追加の作業を避けることができます。利用可能な電源プレーン層レイヤースタックを見ると、2つの専用の電源プレーン層が利用可能であることがわかります。これらの層は、薄いプリプレグによって隣接するグラウンド層から分離されています。このスタッキングは低インダクタンスプレーンの容量を増加させ、高周波でのPDNインピーダンスを減少させるのに役立ちます。まず、高電流の電源レールを配線しましょう。この場合、これらはi.MX8 SoCとDRAMコントローラーのコアおよびメモリレール、そしてLPDDR4 ICです。 SoCのPMICコアおよびメモリ供給 VCC_ARMおよびVCC_SOCレールはリモートセンシングを使用しており、これはバックコンバーターのフィードバックノードがMIC近くの出力コンデンサにルーティングされるのではなく、i.MX8の電源パッドにルーティングされることを意味します。これは、電源プレーンまたはポリゴンを通る電圧降下を補償するためです。これらのレールの電流が比較的高く、PMICがこれらの電圧を正確に調整する必要があるため、負荷で直接「電圧を測定」することが重要です。次の図は、電源ポリゴンを通る電圧降下を示しています：電源ポリゴンを通る電圧降下 VCC_ARMレールのパワーポリゴンは、レイヤー6にルーティングされています。ポリゴンのアウトラインに近くルーティングされたトレースは、リモートセンシング信号です。理想的には、リターンパス電流によって導入される寄生効果を補償し、フィードバックをノイズに対してより耐性を持たせるために、差動電圧を測定したいところですが、私たちの場合、これは必要ありません。参照設計の推奨に従います。 VCC_SOCポリゴンフィードバックトレースは、SoCのピンの近くで「ネットタイ」を使用して、フィードバックネットをパワーネットに接続します。ネットタイを使用しない場合、フィードバックトレースとパワーポリゴンの間のクリーンな分離を手動で確保する必要があります。このアプローチはエラーが発生しやすいです。ネットタイは、両端に小さなパッドを持つ短いトレースセグメントからなるフットプリントです。コンポーネントタイプをネットタイに設定することで、Altium Designerはこのコンポーネントに対してショートサーキットエラーを生成しません。 VCC_ARMポリゴンとDRAMパワーレールは、レイヤー5で同様の方法でルーティングされています。 VCC_ARMが強調表示され、DRAMパワーレールが紫色で表示されています残りの電源レールは、レイヤー5と6に分配されています。1.8Vおよび3.3Vのシステム電源ポリゴンは、これらのレールに接続されている多くのコンポーネントがボード全体に分散しているため、ボード全体にわたって広がっています。

PCIeエッジカードのためのPCBデザインとピン配置標準的なデスクトップコンピュータや組み込みコンピュータで最も一般的なアドインカードはPCIeカードです。PCIeアドインカードは複数のフォームファクターがあり、エッジスロットコネクタを使用して、マザーボードに対して垂直または直角に取り付けられます。また、M.2コネクタに接続するSSDやモジュールなど、異なるタイプのPCIeデバイスもあります。この記事では、デスクトップコンピューターやサーバーに一般的に見られる標準的な垂直エッジコネクタを使用するPCIeアドインカードの機械的および電気的要件について説明します。PCIeアドインカードには、エッジコネクタ内にしっかりと収まるために従う必要があるカードの形状とサイズに関する特定の機械的仕様があります。残念ながら、これらのエッジコネクタの機械的仕様はPCIe標準の中に埋もれています。設計者はしばしば、既存のカードのアウトラインを逆設計してPCIeカードのPCBで使用する必要があります。このブログでは、プロジェクトに使用できるPCIeカードのテンプレートを作成しました。このテンプレートは、カードの機械的キーイングとピン要件を示しているため、良い出発点ですが、必要な正確なPCB寸法に合わせてアウトラインを調整できます。 PCIeカードの機械的および電気的要件 PCIeアドインカードは、機械的な制約を課し、信号の整合性を決定するPCIeスロットコネクタを使用します。これらのカードで使用されるPCIeスロットコネクタに関するいくつかの重要な考慮事項を以下に示します：レーンの標準化：スロットコネクタは、特定の数のレーン（1x、4x、8x、16x、およびあまり一般的ではない32x）に対して標準化されています。世代の互換性：スロットコネクタは、特定のPCIe世代に対して評価され、下位互換性があります。コンポーネントタイプ：スロットコネクタは、スルーホールコンポーネントまたはSMDコンポーネントであることができますが、新しい世代のコネクタはSMDである傾向があります。拡張コネクタ：大きなスロットコネクタは、設計に必要に応じて、小さなアドインカードを収容できます。キーと方向：スロットコネクタは、PCIeカードの取り付け時の方向を決定するためにキーが付けられています。このキーはアドインカードに含まれている必要があります。 PCIeアドインカードは通常、カードに取り付けられるフランジを持っており、これによりコンピュータのシャーシに対して固定されます。このフランジは、標準のPCIeアドインカードの寸法を制限します。 PCIeスロットコネクタの例以下に示すのは、スロットコネクタの例です。デスクトップコンピューターやサーバーを開けたことがある人なら、これらのエッジコネクターを認識しているでしょう。示されているコネクターはSamtecから入手可能ですが、Amphenolのような他のベンダーも自身のエッジコネクターを提供しています。 8レーン（上）と16レーン（下）のPCIeエッジコネクター（Amphenol）エッジコネクターとカードフランジのサイズと配置を考慮すると、通常、エンクロージャ内の形状とフィットを検証するためには機械モデリングが必要です。新世代のPCIeについては、チャネル帯域幅と総損失を検証するためにSIシミュレーションも必要です。これらの考慮事項を超えて、設計者は必要なレーン数を収容するためにカードピンアウトを構築する必要があります。 PCIeカードピンアウトのレーン数 PCIeコネクターのカードピンアウトは、レーン数に応じて変わり、 JTAGなどの追加インターフェースも含まれます。また、カードエッジには電源ポートと多数のグラウンドピンが分布しています。ピンのピッチは1.0 mmで、PCIe RXおよびTXレーンはグラウンドピンと交互に配置されています。

メカニクスがマルチボードPCB設計でシームレスに電子機器と融合 PCBレイアウトをじっくりと鑑賞する時間を取ると、回路基板が科学や工学によって推進されているだけでなく、芸術作品であることに気づくでしょう。マルチボードPCB設計は、形状、機能、能力の面での可能性を広げます。実際には、多くの製品がマルチボードシステムであり、複数のPCBを単一のパッケージやエコシステムに統合する必要性は、電子開発の特化された領域です。マルチボードシステムが単一のPCBを扱うよりも複雑な理由は何でしょうか？それは概念の難しさにあるのではなく、マルチボード間の接続がエラーを起こしやすいという事実にあります。さらに、手動でのレビューとバックチェックは時間がかかり、正直なところ、精度の面で望ましいものがありません。このような状況が発生するたびに、EDA業界はマルチボードシステムの接続性を簡単にチェックできる設計および検証ツールのホストで介入します。これらのツールが実際にどのように機能するか見たことがない場合、ここにそれらが機械的および電気的に解決する大きな問題のリストがあります。機械的側面コストをかけずにスペースを節約マルチボード設計は、エンクロージャー内の利用可能なスペースを効率的に使用するいくつかの興味深い方法を提供します。リジッドフレックスPCBのような他のオプションと比較して、マルチボードシステムは、PCBの製造コストとボード間接続のコストが低いため、コストが低くなる傾向があります。マルチボードシステムでこのスペース効率をどのように実現できるでしょうか？ここにいくつかのアイデアがあります：ヘッダーやメザニンコネクタを使用したボード間のスタッキングエンクロージャーの壁に沿った直角スタッキングエンクロージャー内の機械式レールを使用したボードスタッキングエッジコネクタを使用した低プロファイルの接続フレックスプリント回路（FPC）リボンを使用した奇妙な角度でのスタッキングや接続これらのスタッキングおよび接続技術はすべて、エンクロージャー内のZ次元を探索することを要求します。つまり、最低限、PCBとそのコンポーネントの標準的な3Dモデル形式を使用した3Dビジュアライゼーションツールが必要です。エラーチェックはどうでしょうか？明らかに、3D設計ツールを使用すると、ボードを好きなように配置できますが、それらが正しく、機械的干渉なしに適合するかどうかをどのように知ることができますか？ここで、これらの設計タスクを引き受けるためにMCADエンジニアを巻き込む時です。機械設計エンジニアと協力するマルチボードPCB設計では、自分の専門分野から一歩出て、機械設計エンジニアと直接協力する必要があります。機械設計エンジニアは、単に筐体を作成することを超えて、マルチボードシステム設計において非常に重要な役割を果たします。彼らの仕事は、電気レイアウトに影響を与えるいくつかの重要な設計タスクにまで及びます：ケーブルまたは配線の計画筐体内での機械的および電気的な組み立て順序の計画ボタン、コネクターなどのための筐体の開口部の決定製品内のコンポーネント間の衝突の特定アクティブまたはパッシブ冷却要素の組み込み