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PCBでリンギングが発生する理由とその解決方法 PCBでリンギングが発生する理由とその解決方法 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 最初の電気工学ラボで、スイッチの出力をデバウンスするための回路を作りました。オシロスコープの画面で、最初のガタガタした信号とその後のデバウンスされた出力を見たのを覚えています。生活の中でこんなに害のないものが、そんなに 面倒になるなんて、心の底から不安に感じました。それが、信号ノイズやアーチファクトに対する苦しみの始まりにすぎないことを、1年生の私が知らなかったのは、幸運でした。リンギングは、製品性能について特にイライラさせられる効果の1つです。 リンギングとは何か? PCBや他の電子システムでは、リンギングとは、オシロスコープで見ると池の上のさざ波のように振動する電圧出力または電流出力のことです。その振動は、電源オンやスイッチ切り替えなど、入力信号の突然の変化に対する反応です。 多くの場合、振動によって出力信号は、上限と下限の両方で許容範囲を外れ、徐々に滑らかになります。振動が許容範囲内に収まるのにかかる時間を、整定時間と呼びます。 出力信号の独特の形のため、リンギングを時々「リップル」と呼びます。ただし、普通、リップルは、ACスイッチト電源を使用し、電源が、適切にまたは十分にAC波形を抑制しない場合の出力を特に指します。 リンギングの原因は? リンギングの源は、電源の他に、トレースが「長い」か短いかによって異なります。 一般的な目安では、デジタル回路で、（負荷までと戻りの）ラウンドトリップ伝搬時間が、信号立ち上がり時間と同等の場合、トレースは「長い」と考えられます。ストリップラインまたはマイクロストリップの作業をしている場合、少し複雑になるので、経路長および、リンギングなどの伝送路効果を最小化する出発点として Glen Dash のページを推奨します。 長いトレースと短いトレースに戻ります。トレースが短い場合、リンギングの原因は、寄生インダクタンスや寄生容量です。パルスまたは入力の突然の変動によって、寄生コンポーネントが、その固有振動数で共振し、出力にリンギング効果が現れます。長いトレースでは、リンギングの原因は、インピーダンスのミスマッチによる信号反射である可能性がより高くなります。 信号ノイズで、大学生の私は過度に不安を感じましたが 業界に入れば、信号ノイズが破滅的結末をもたらす場合もあります。 リンギングがシステムにどう影響するのか? ノイズの多いオシロスコープのために実存の危機に苦しむ、ということがなければ、素晴らしいことです。セラピーの費用がずっと少なくてすみます。それでも、リンギングは、あなたの人生や製品設計にネガティブな影響を及ぼす可能性があります。 EMIの増加: リンギングは、ノイズや干渉を生成する可能性があり、また、しばしば生成します。そのEMIは、基板に拡散または伝導し、さまざまな性能問題の原因となります。 電流フローの増加 記事を読む
設計にフェライトビーズを使用してEMIを低減する方法 設計にフェライトビーズを使用してEMIを低減する方法 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 「ロケット科学みたいに、さっぱりわからない」というのはよく使われてきた言い回しです。小さなJimmyは九九までロケット科学のようだと言っていました。今日では「ロケット科学」を「電磁気干渉」と置き換えるべきでしょう。EMIは多くの人々がぼんやりとしか理解していないものの1つです。この理由から、私は 正しい接地方法、 AC/DC回路、 高速配線、 差動ペア配線などについて記事を書いてきました。順番から、次に書くべきなのはフェライトビーズを使用してEMIを低減する方法でしょう。フェライトを使うのは少々面倒なので、まず その背後にある理論を理解することが重要です。ほとんどの電子部品は本質的にプラグアンドプレイです。しかし、フェライトはシステム内に設計して組み入れる必要があります。理論を理解すれば、LCフィルター、GNDプレーンと電源プレーンの分離、ソースのノイズのフィルタリングなどを実践できるようになります。 フェライトのLCフィルター 設計者は多くの場合、フェライトビーズのことをローパスフィルターと考えようとします。これらは確かに高周波をブロックしますが、特定の帯域しかブロックしません。それより上の帯域では、固有の容量が優先します。ビーズ自体はローパスフィルターではありませんが、バイパスコンデンサーと組み合わせてローパスフィルターにすることができます。この場合、本質的にLC（コイルとコンデンサー）フィルターとして機能します。フェライトビーズをこのように使用するときに大きな問題の1つは、LC共鳴です。 重要な点を先に述べると、回路の電源ラインにフェライトビーズを使用する場合、バイパスコンデンサーが必要です。低い周波数ではフェライトビーズはコイルとして機能し、電流の変化に抵抗します。すなわち、集積回路が電流のスパイクを引き出そうとすると、ビーズはそのピークに抵抗し、回路の動作の妨げとなります。バイパスコンデンサーは電荷を保存し、これらの電源スパイクを供給するために必要です。またバイパスコンデンサーは一般的にも良いやり方です。 コンデンサーとフェライトを設置したら、高周波をフィルタリングして除去できます。フェライトビーズには、LCフィルターに使用される通常のコイルと比較して、いくつかの利点があります。フェライトビーズは低い周波数で ロールオフが急速です。また、固有の抵抗が存在するため、発生の可能性がある共鳴を減衰させるため役立ちます。多少の減衰能力はあっても、LC共鳴は依然として発生する可能性があります。 大きなコンデンサーを使用するときは、特にリスクが大きくなります。共鳴が発生した場合、 最大10dBのゲインを招くことがあります。フィルターの設計では共鳴を避けるよう注意してください。 フェライトビーズとバイパスコンデンサーを使用して信号をフィルタリング デジアナ混在信号のGND/電源プレーンの分離 EMIが回路内を伝搬する主な手段の1つは、GNDおよび電源プレーンです。混在信号回路では、単一のGND/電源プレーンがアナログ信号とデジタル信号の両方に使用されるため、特にこれが一般的となります。このため、 GNDと電源のプレーンを別にするのが最良ですが、GNDは依然として同じ相対電圧に参照される必要があります。これらの問題から極めて困難な課題が生み出されますが、この課題を解決するためにフェライトビーズが役立ちます。 フェライトビーズは、 アナログとデジタルのGND/電源プレーンを接続するために使用できます。この方法により、両方のプレーンは依然として同じ電圧に参照されますが、互いに絶縁されるようになります。ビーズは、通常ならプレーンから別のプレーンへ直接転送される ノイズをブロックできます。 記事を読む
フェライトビーズの機能と適切な選択方法 フェライトビーズの機能と適切な選択方法 1 min Thought Leadership 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 ときどき、電磁波が目に見えたらいいと思います。もし見えたら、EMIをはるかに簡単に検知できるでしょう。複雑な設定やシグナルアナライザーをむやみにいじり回す代わりに、私なら一体何が問題なのかを見極めます。EMIを見ることはできませんが、場合によってはオーディオ回路を通じて音を聞くことはできます。この種の干渉に対して可能な解決方法の1つがフェライトビーズです。困ったことに、フェライトビーズにはちょっと不可解なところがあります。フェライトビーズを適切に使用するためには、その電磁特性と使用中にそれがどのように変化するかを理解する必要があります。フェライトビーズの原理を理解したら、自分の基板に適したものを注意深く選択する必要があります。適切なフェライトビーズを選択しないと、最終的には手に余る問題が生じる可能性があります。 フェライトビーズの原理 フェライトビーズは、高周波信号を減衰するために使用されます。このように説明すると、コイルと同じだとお考えになるかもしれませんが、フェライトビーズはコイルよりやや複雑です。簡素化したフェライトビーズの回路モデルは、その周波数特性を理解するのに役立ちます。ただし、その特性は、電流と温度の関数として変化します。 フェライトビーズは、直列抵抗体の後にコイル、コンデンサー、抵抗器を全て並列したコンポーネントとして モデル化できます 。直列抵抗体は、DC電流に対する抵抗です。コイルは、高周波信号を減衰する主要コンポーネントです。並列された方の抵抗器は、AC電流の損失を示します。コンデンサーは、寄生容量を示します。フェライトビーズの インピーダンス対周波数の曲線 では、大部分が抵抗であるインピーダンスが、狭い帯域でのみ極端に高くなります。ここでは、フェライトビーズのインダクタンスが優位です。この帯域より上では、寄生容量が引き継ぎ、高周波インピーダンスはすぐに低くなります。 フェライトビーズには、通常、特定のDC電流に対する定格電流があります。アンペア数が指定された電流値より大きいとコンポーネントが損傷する可能性があります。問題は、この制限が熱により大きく影響を受けるということです。温度が高くなると、 定格電流がただちに下がります 。定格電流は、フェライトビーズのインピーダンスにも影響します。DC電流が大きくなると、フェライトビーズは「電磁飽和」してインダクタンスを損失します。電流が比較的大きい場合は、飽和により、 インピーダンスを最大90%減らす ことができます 負荷電流はフェライトのインピーダンスを変える可能性があります。 適切なビーズの選択方法 ここまでで、フェライトビーズの原理を理解できたことと思いますので、次に、自分の回路に適したビーズを選択します。これはそれほど難しくはありません。ビーズの仕様に注意するだけです。 多くの設計者は、フェライトビーズが「高周波を減衰する」ことを知っています。ただし、フェライトビーズは、特定範囲の周波数成分を除去できるのみで、広帯域のローパスフィルターのようには機能しません。不要な周波数成分が抵抗帯域内にあるフェライトビーズを選択する必要があります。不要な周波数成分が抵抗帯域よりやや低い/高いものを選択すると、期待する効果が得られません。 ビーズの製造業者が、ビーズのインピーダンスに対する負荷電流曲線を提供可能かどうかも確認してください。負荷電流が非常に大きい場合は、電磁飽和してインピーダンスを損失することなく電流を処理できるビーズを選択する必要があります。 注意事項 フェライトビーズは、高周波では基本的に抵抗負荷ですので、回路で若干の問題を起こす可能性があります。ビーズを配置する場合は、電圧降下と放熱を考慮する必要があります。 記事を読む
マイクロビアPCB設計技術について知っておくべきこと マイクロビアPCB設計技術について知っておくべきこと 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 大衆文化に少し遅れていると感じたことがありますか? 私は、Lady Gagaについて知ったばかりですが、数年前から大スターだったようです。遅ればせながら知ることができて、少しうれしいです。今、彼女の音楽を楽しんでいますが、肉でできたドレスを着て歌うのを見ないで済みました。セレブの奇妙な最新ファッションには興味がないかもしれませんが、注目すべきトレンドがいくつかあります。PCB設計界における希望の星の1つが、マイクロビアです。ここでは、マイクロビアとは何か、マイクロビアはどのような素晴らしいことができるのか、について説明します。マイクロビアは歌やダンスはできませんが、基板で多くのスペースを節約し、EMIを大幅に減らすことができます。 編集クレジット: Everett Collection / Shutterstock.com 大衆文化に少し遅れていると感じたことがありますか? 私は、Lady Gagaについて知ったばかりですが、数年前から大スターだったようです。遅ればせながら知ることができて、少しうれしいです。今、彼女の音楽を楽しんでいますが、肉でできたドレスを着て歌うのを見ないで済みました。セレブの奇妙な最新ファッションには興味がないかもしれませんが、注目すべきトレンドがいくつかあります。PCB設計界における希望の星の1つが、マイクロビアです。ここでは、マイクロビアとは何か、マイクロビアはどのような素晴らしいことができるのか、について説明します。マイクロビアは歌やダンスはできませんが、基板で多くのスペースを節約し、EMIを大幅に減らすことができます。 マイクロビアとは? Lil Yatchyの最新の曲をオフィスで聞いたことはないかもしれませんが、きっとマイクロビアについては少しは聞いたことがあるでしょう。あなたの知識を更に強化させてください。 マイクロビアは、確かに小さなビアですが、正確には、どれほど小さいのでしょうか? ほとんどの人は、マイクロビアを直径が 150μm未満のビアだと考えています。これらの小さな穴はレーザーで開けますが、そのプロセスは 絶えず改善されています。レーザー穴開け技術の新しい進歩によって、マイクロビアは 15μmまで小さくできます。レーザーは、一度に1つのレイヤーにのみ穴開けできます。一方、製造業者は、 複数のレイヤーに別々に穴を開け、積み重ねることによって、マイクロビアを作成できます。 記事を読む
PCB Design Tools - JP PCB Design Tools - JP 1 min Whitepapers PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 記事を読む
ベリードビアおよびブラインドビアを使用した効率的な高密度相互接続PCBの設計方法 ベリードビアおよびブラインドビアを使用した効率的な高密度相互接続PCBの設計方法 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 スペースとお金の節約 ムーアの法則は、集積回路（IC）のトランジスター数が2年ごとにおよそ2倍になると予測しています。1965年以降この法則のとおりにトランジスター数は増加してきましたが、トランジスターのサイズがより遅いペースで縮小するにつれて、増加のペースは減速する可能性があります。ムーアの法則は限界に近づいている可能性がある一方、より小型で高性能のPCBの需要は高まるばかりです。幸い、今日の設計者は、高密度相互接続（HDI）基板のスペースの制約に対処するために利用できる技術がいくつかあります。HDI基板のスペースおよびお金を節約できる方法の1つは、さまざまなビアを使用することです。 HDI PCBのスペースを節約できるビアには主に2つのタイプ、ブラインドビアとベリードビアがあります。メモリーをすばやくリフレッシュするため、ブラインドビアは、基板を完全に貫通せず端部が基板内にあるスルーホールビアに似ています。ベリードビアは外層とは接続せず、基板内の内層とのみ接続します。 基板面積を節約するには ブラインドビアおよびベリードビアを使用する主な理由は、PCBの基板面積を節約するためです。うまくすれば、ブラインドビアおよびベリードビアで8層基板を6層基板に減らすこともできます。表面実装技術（SMT）、特にボールグリッドアレイ（BGA）での表面スペースの節約では、これらのビアはとりわけ有効です。 ブラインドビアはスルーホールビアよりも50％多く外層スペースを節約できます。基板の片側のみがドリル加工されているので、ブラインドビアの閉鎖端部に直接SMTコンポーネントを配置できます。これで、最後のSMTコンポーネントのスペースが確保されます。残業続きで睡眠不足の場合は、ブラインドビアの開放端部にSMTコンポーネントを配置しないよう注意してください。ベリードビアも、 SMTのスペースを節約する同じ方法で使用することができます。 BGAのbreakout channelによってもっと余裕ができれば、と願ったことがありますか? もしあれば、おそらく100万ドルか新しい家を望んだことがあるはずです。いずれにしても、ブラインドビアおよびベリードビアによってこのマンネリな願いを実現させることができます。厄介なスルーホールは、SMTのスペースを占拠するだけでなく、BGAブレイクアウトチャネルも分断します。SMTと同様に、スルーホールビアの代わりにブラインドビアまたはベリードビアを使用して、 breakout channelを広げることができます。breakout channelの幅をどれだけ広げるかによって、PCB内の信号層をなくせることがあります。 EMIに関する考慮事項 これまでに、 EMIが問題であることは理解されていると思います。別途講義を受けずにこの問題を解決しようとお考えの場合、それは間違っています。 ブラインドビアおよびベリードビアは、実際のところPCBのEMI低減に役立ちます。もちろん、 EMIを助長するビアスタブについては別の記事で扱ったことをご記憶のことと思います。熱心な読者でない方もいらっしゃるかもしれませんので、ここで復習しておきましょう。スルーホールビアのスタブは制約のない転送ラインとして機能し、ビアを介して転送された信号を回路に反射します。この問題に対する簡潔な答えは、スタブを取り除くことです。ブラインドビアおよびベリードビアにはスタブがないので、どちらも反射は起こりません。 ベリードビアや、ブラインドビアの端部は見えないという理由だけでは、EMIの問題を引き起こす可能性がないとはいえません。ブラインドビアおよびベリードビアを配置する際は、Electrical 記事を読む
最新のPCBレイアウトの課題の解決方法 最新のPCBレイアウトの課題の解決方法 1 min Whitepapers PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 はじめに 「ママ、子供たちを小さくしちゃったよ」、「世界って小さいんだね」。ディズニーファンにはおなじみのフレーズです。しかし、これらのフレーズを使って、プリント基板(PCB)設計の継続的な小型化を同様に簡単に表現できます(図1)。以下の統計を考えてください。 過去10年間で平方インチ当たりのピン数が3倍になった一方で、基板面積は比較的一定に維持されました。 15年間で、部品1個当たりの平均ピン数が4 ～ 5分の1に減った一方で、平均部品点数が4倍になりました。 設計のピン数は3倍になり、ピン間の接続数は倍増しました。 その結果、部品と最終製品が小さくなるにつれて、PCBレイアウトはより高密度かつ複雑になりました。PCBの小型化と複雑性がともに高まることで、全ての部品を調和させ確実に動作させる責任があるPCB設計者は複数の課題に直面しています。ある調査では、エレクトロニクス企業の53%が、最も競争力のある製品を低コストでより迅速に市場に投入しようとする際にPCBの複雑性が増大することが主な課題であると回答しま した。PCBレイアウトの最も一般的な課題の一部を以下に示します。 多ピンボールグリッドアレイ(BGA)の配線 小さく不規則な形状の製品に適合するフレキシブルPCBの設計 層数を増加させることなくPCBレイアウト密度を高めること 複雑な多層PCB設計における電圧降下の回避 効果的なECAD-MCAD統合と製造業者とのよりよいコミュニケーションの確保 高密度で複雑なPCB上に十分なテストポイントを備えること これらの課題は全て、最先端の統合PCBレイアウトソフトウェアによって軽減できます。 BGAの配線の課題を解決 BGAは、多ピン超高密度のPCBと集積回路(IC)のパッケージ化のための一般的な手法です。PCB設計者がBGAを選択するのは、小型化および機能要件を満たすのに必要な柔軟性を備えていながら、コスト効率を高めることができるためです。問題は、ピン数が増えピッチが細かくなるにしたがって、「BGAブレークアウト」(BGAの配線)がさらに難しくなるということです。非効率的な配線は層数を増加させ、ひいてはコストを押し上 げ、シグナルインテグリティの問題、層間剥離、ビアのアスペクト比の問題を発生させる場合があります。(※続きはPDFをダウンロードしてください) 今すぐ 記事を読む