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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
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 1 min Blog PCB設計者 電気技術者 PCB設計者 PCB設計者 電気技術者 電気技術者 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。 記事を読む