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PLM統合によるPCB設計プロセスの変革 PLM統合によるPCB設計プロセスの変革 1 min Blog PCB設計者 電気技術者 プロジェクトリーダー（マネージャー） +1 PCB設計者 PCB設計者 電気技術者 電気技術者 プロジェクトリーダー（マネージャー） プロジェクトリーダー（マネージャー） 技術マネージャー 技術マネージャー 現在開発中の膨大な数のデバイスを動かすために必要なPCBの需要が増大し、量も増え続ける中、PCBデザイナーには効果的かつ効率的であることが求められます。彼らの努力は成功の重要な決定要因です。しかし、企業が最新の技術にまだ投資しておらず、チームがレガシーシステムを扱うことになると、それは厳しい戦いになります。 PCB設計の従来のアプローチには、データの孤立、バージョン管理の課題、コンポーネントの陳腐化、協力の不足、煩雑な変更管理など、限定されていない障害があり、これらはコストの増加、市場投入までの時間の遅延、製品の失敗リスクの高まりにつながる可能性があります。 PCB設計プロセス PCB設計プロセスは、電子製品開発サイクルの中で最も重要な部分と言えるでしょう。少なくとも、強固な基盤です。これには、電気工学、機械設計、製造上の考慮が組み合わさっており、従来、次のような課題に直面してきました： データの孤立： PCB設計に関連する情報は、しばしば さまざまな異なるシステムや部門に散在しています。このようなデータの孤立は、コラボレーションを妨げ、通常、プロジェクトにおいて一貫性がなくなる原因となります。例えば、エンジニアが重要な情報へのアクセスが限られている場合、意思決定プロセスに影響を与え、エラーの導入につながる可能性があります。 バージョン管理の問題: 適切なシステムがなければ、複数の設計反復の管理は時間がかかり、エラーが発生しやすくなります。レガシーシステムが バージョン管理の機能を欠いている場合、チーム間での変更の追跡、設計の現在の反復の特定、上書きの防止は大きな痛点になります—時間がかかり、エラーが発生しやすいものです。これは設計の衝突、過剰なやり直し、そして最終的には開発プロセスの遅延につながる可能性があります。 部品の陳腐化: 電子機器において急速な進歩と部品のライフサイクルの変動が一般的であるため、設計者は部品管理を徹底する必要があります。これには、部品の入手可能性、リードタイム、および潜在的な代替品の追跡が含まれます。それを怠ると、陳腐化が発生した場合、新しい部品の調達において課題に直面し、遅延とコストの増加が避けられなくなります。 非効率なコラボレーション: PCB設計には、電気技術者、機械技術者、製造担当者、品質保証担当者など、機能横断的なチームが関与することがよくあります。これらのステークホルダーが容易にコミュニケーションを取ることができない場合、協力が妨げられ、プロセスが遅延したり、より多くのエラーが発生したり、製品品質が低下する可能性があります。 時間を要する変更管理： 設計変更の実施は容易ではなく、時間がかかります。そのため、分断されたチーム間での変更の調整、文書の更新、一貫性の保証は、特に手動プロセスの自動化がない場合、本当の挑戦となります。 製品ライフサイクル管理は包括的な解決策か？ したがって、これらの問題は、製品ライフサイクルの管理に新しく統合されたアプローチを必要とします。製品ライフサイクル管理（PLM）は、まさにそれを提供します。このソフトウェアは、製品の概念化から最終的な退役に至るまで、設計、開発、製造、流通、サービス、廃棄を含む製品の全ライフサイクルを管理します。 PLMを既に使用している企業にとって、この革新的なソフトウェアプラットフォームは、製品関連情報の全社的な中央リポジトリとして機能します。これは、データの一貫性とアクセシビリティを保証する真実の唯一の情報源として機能し、それによって、異なる部門間でのコラボレーション、より容易な意思決定、および全体を通じたプロセスの最適化への道を開きます。 PCB設計におけるPLM統合のメリット 記事を読む
高速PCBのチャネル帯域幅 チャネル帯域幅：高速PCBインターコネクトを適格化する正しい方法 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 半導体メーカーや非専門家からの高速PCB設計ガイドラインを読むと、常に立ち上がり時間を使って信号完全性を分析することが話題になります。信号の立ち上がり時間は重要で、EMI、クロストーク、遅延調整許容差などを決定します。設計がギガビット毎秒のデータレート以上で動作する場合、立ち上がり時間は通常、遅延調整で終わり、他のすべての信号完全性要因は周波数領域で分析されます。 プロの設計者は、単純な指標である帯域幅の観点で考えます。帯域幅が言及されると、初心者設計者は直ちに膝周波数を信号帯域幅の尺度として挙げます。これは完全に間違っています。物理的な伝送路によって減衰された後でも、すべてのデジタル信号は無限の帯域幅を持っています。 しかし、マルチGbpsの速度で設計する場合、関連する帯域幅はチャネル帯域幅です。言い換えれば、これは伝送路が最小限の減衰や反射で信号を強力に伝送できる周波数範囲です。Sパラメータから帯域幅をどのように決定するかの基本的な理解は、1 Gbpsを超えて作業したい人にとって必須です。 帯域幅の定量化方法 帯域幅は、周波数範囲の測定から決定することができます。すべてのデジタルインターフェースには帯域幅要件があり、送信機と受信機を接続する物理チャネルは、特定の範囲の周波数（DCからある最大周波数まで）内で一定量の帯域幅を許容しなければなりません。別の言い方をすると、帯域幅の仕様は次のように記述できます： 物理チャネルは、DCからある最大周波数までの周波数範囲内で、過度に電力を吸収または反射してはなりません。 物理チャネル（つまり、伝送線）が十分な帯域幅を提供しているかどうかは、Sパラメータプロットを見ることで確認できます。伝達関数やTパラメータなど、他にも使用できるパラメータプロットがありますが、最も一般的なのはSパラメータの使用です。 以下に示されている一対の差動ブラインドビアのリターンロスプロットを考えてみましょう。これは約70 GHzで-10 dBの限界に達します。このチャネル（インピーダンスが100オームの差動ペアに接続されたブラインドビア）は70 GHzの帯域幅を持っていると言えます。 Sパラメータプロットや伝達関数プロットを見るとき、チャネルの最大帯域幅を決定する一貫した定義を持つ必要があります。Sパラメータプロットにおいて、事実上の帯域幅制限は、リターンロスが-10 dBに達する最低周波数です。上記の例のプロットでは、問題の伝送線はリターンロススペクトラムに基づいて23 GHzの帯域幅を提供できるとされます。 これは普遍的な標準ではなく、異なるインターフェースは使用される伝送線に対して異なる要件を持つことに注意すべきです。例えば、802.3ワーキンググループによる224G PAM-4シグナリングの研究では、帯域幅制限は-10 dBのリターンロスではなく、-15 dBのリターンロスで定義されています。 チャネル帯域幅はデータレートとどのように関連しているのでしょうか？ 記事を読む
SiC製造能力の成長の概要 SiC製造能力の成長の概要 1 min Blog 電気技術者 PCB設計者 購買・調達マネージャー 電気技術者 電気技術者 PCB設計者 PCB設計者 購買・調達マネージャー 購買・調達マネージャー シリコンカーバイドはシリコン半導体チップに比べて大きな利点を約束し、業界はこれを認識して製造能力を増加させ、指数関数的な成長を遂げています 記事を読む
HBMサプライチェーンに圧力：近々不足が来るのか？ HBMサプライチェーンに圧力：近々不足が来るのか？ 1 min Blog PCB設計者 電気技術者 購買・調達マネージャー PCB設計者 PCB設計者 電気技術者 電気技術者 購買・調達マネージャー 購買・調達マネージャー HBMは2026年まで売り切れる可能性がありますが、これが必ずしも迫り来るチップ不足の兆候ではなく、供給業者の変更を招く可能性があります 記事を読む
高層数スタックアップのためのPCBルーティング戦略 高層数スタックアップのためのPCBルーティング戦略 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 高層数のPCBをルーティングするために使用される戦略は多岐にわたり、PCBの機能性に依存します。高層数のボードは、低速デジタルインターフェースのグループから、異なる信号整合性要件を持つ複数の高速デジタルインターフェースまで、多種多様な信号を含むことがあります。これは、ルーティングの計画と各インターフェースへの信号層の割り当ての観点から見ると、挑戦を提示します。 高層数PCBのルーティング戦略を語る上で、多くのBGAにおけるピン配置設計にも触れないわけにはいきません。高ピン数BGAは、特にそのコンポーネントが典型的なマイクロプロセッサーやFPGAである場合、多くの異なるデジタルインターフェースを含むことがあります。これは、PCBの高層数の最も一般的な要因の一つです。 高層数設計において、同時に複数の課題が提示されるため、これらの課題と高層数PCBを成功裏にルーティングするために使用できるいくつかの戦略について説明します。 何がPCBの層数を高めるのか？ 導入で述べたように、PCBが非常に多くの層を持つようになる最も一般的な要因は、大きなBGAの存在です。これらのコンポーネントはデバイスの下側に高いピン数を持ち、信号がピンに到達するためにはより多くの層が必要になります。これらのコンポーネントは、しばしば特殊なASIC、マイクロプロセッサ、またはFPGAであるため、異なる信号整合性およびルーティング要件を持つ多くのデジタルインターフェース、および多数の電源およびグラウンドピンを含んでいます。 多くの設計者は、BGA上のすべてのピンに到達するために必要な層の数を見積もるための単純な公式を思い出すでしょう。ピン間で信号をルーティングできるほど BGAピッチが大きい場合、1つの信号層あたり2列のBGAピンを配置できます： ボール間にトレースを配置できる粗ピッチBGAパッケージの場合、1層あたり2行/列をルーティングできます。 一部のBGAフットプリントは、内側の行に欠けているボールがあるなど、かなり複雑な場合があります。以下に示す例では、このBGAが上記の標準BGAに使用される同じ層数計算に従わない可能性があります。 Charlie Yapとの この記事でさらに学びましょう。 コンポーネントのピッチが非常に細かく、BGAフットプリントのパッド間にトラックを配置できない場合、必要なレイヤー数を倍にする必要があります。多くのピンが電源とグラウンドの場合、レイヤー数は確実に減少します。また、大量のクアッドパッケージが高いレイヤー数を要求する可能性もあります。高性能なものでは、数百ピンを持つことがありますが、これは中程度のサイズのBGAで見られる高い数値ではありません。 ルーティング戦略1：戦略なし！ 「戦略なし」戦略は、最もシンプルで、レイヤー数を最小限に抑えつつ解決可能性を確保することのみに焦点を当てます。必要なレイヤー数を選択し、標準的なファンアウトアプローチを使用してBGAからルーティングを開始し、固定されたレイヤー数を適用してすべてのトレースを詰め込むか、自由にルーティングして必要に応じて新しい信号レイヤーを追加することから始めることができます。これは、次の場合に適用されます： 異なるインピーダンス仕様を異なるレイヤーに分けることを心配していない場合 すべてのインターフェースにインピーダンス仕様がない場合、例えばSPI すべてのインターフェースが同じインピーダンス要件を持っている場合 インピーダンス指定のあるインターフェースの数が少ない場合（たぶん1つか2つ） 言うまでもなく、この戦略でのルーティングは非常に整理されているとは見えないかもしれませんが、信号の整合性に対する焦点を減らし、解決可能性を優先することで、他の戦略よりも層数を少なく保つことができます。 記事を読む
FPGA上でのニューラルネットワークの構築 FPGA上でのニューラルネットワークの構築 4 min Altium Designer Projects PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 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。 記事を読む
EMIシリーズ_パートI PCB設計におけるEMI制御の習得：PCB内での信号の伝播方法 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 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。 記事を読む