パワーインテグリティ

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1:6:07 電流密度解析ツール PDN Analyzer™ 2.0 エレクトロニクス設計の密度と複雑さが増し続ける中、電源分配ネットワーク (Power Distribution Network: PDN) の電圧と電流性能に対する設計上の影響を完全に理解することは、今までにないほど困難かつ重要になっています。プロトタイプ設計後の検討事項としてPDNの問題を扱うのではなく、基板レイアウトプロセスの一環として、すべてのIRドロップ、電流密度の問題、および電圧降下を正確に識別して解決する方法が必要です。 AltiumDesigner®用のCST®を搭載したPDN Analyzer™を使用すると、基板設計プロセスで発生したPDNの問題を統一環境の設計ワークスペース内で簡単に解決できます。以下は、セッションで紹介されたトピックとなります。 PDN Analyzer™ 2.0の機能紹介電流密度と電圧降下に関するレイアウトの分析方法 PCBエディタで直接統合設計プロセスの一環としてPDN Analyzerを効率的に使用する方法 PDN Analyzerの分析結果に基づく電源分配の最適化今すぐAltium Designerの拡張機能であるPDN Analyzerの無償評価版をリクエストして、世界最高のPCB設計ソリューションをお試しください！ビデオを見る

PDNインピーダンス解析、およびモデリング：回路図からレイアウトまでシグナルインテグリティーはよく話題になりますが、シグナルインテグリティーはパワーインテグリティーと密接に関連しています。これは、電源/電圧レギュレーターからのスイッチングノイズまたはリップルを減らすだけではありません。PCB内のPDNのインピーダンスにより、基板のコンポーネントが電源の問題が原因で設計どおりに機能しなくなる設計上の問題が明らかになります。ここでは、PDNインピーダンス解析の基本モデルについて理解していきます。PDNインピーダンスのある程度、正確なモデルを構築できれば、コンポーネントに適したデカップリングネットワークを設計し、PDNのインピーダンスを許容範囲内に保持できます。 PDNインピーダンス解析を行う理由この記事をご覧の高速、および高周波設計者の方は、この質問に対する答えを既にご存じだと思います。しかし、技術的な需要の高まりに合わせ、全ての設計者が予想より早く高速および高周波設計者になることが考えられるため Read Article

問題のあるPDNにおける10項目の兆候パワーインテグリティとは「DCパワーインテグリティー」という言葉をそのまま受け取ると、ごく単純なトピックのように思われます。実際は、プリント基板上の各コンポーネントに、必要に応じて必要な電力(電流および電圧)を確実に供給する必要があるだけです。しかし、それはほんの表面的なことです。新たな現実はもう少し複雑です。ピッチの細かいデバイスパッケージを扱う仕事を始めると、前述のデバイスの製造上の制約や電力要件が、ほとんど容認されないものです。全ての電源ピンに必要な電流を得ることが難しいばかりでなく、複数の電源電圧を扱うことになります。つまり、レイヤー数の多いPCBが必要である場合以外は、さまざまなスプリットプレーンを通じてデバイスへの電力を得る必要があります。そしてそこにトラブルが発生するのです。適切な電源分配ネットワーク(PDN)を計画し、設計する必要があります。多くの設計者にとって、PDNはPCB設計プロセスにおいて異質でやっかいな部分です。実際のPDN構築はかなり要求が厳しく Download PDF

PCB設計者のためのPDNの基本はじめに PCB設計者が「PDN」や「電力分配ネットワーク」という言葉を聞くと、ボード線図やら、呪術的なテクニックやら、何か不可解で恐ろしいものを思い浮かべるかもしれません。実際には、PDN性能を左右するPCB設計の側面の多くは単純であり、それと同様に、PDNの目標は単純です。本稿では、一般的なPDN設計のさまざまな側面と、PCB設計者がそれをコントロールする方法について解説します。全体的な目標: すべての負荷に十分な電流と電圧を供給する電力分配ネットワーク(PDN)の基本的な目標は、非常に単純です。つまり、すべての負荷に、それぞれが動作要件を満たすのに十分な電流と電圧を供給することです。PDNの全体的な設計(電圧レギュレータ、オンダイ型デカップリング、パッケージング、コンポーネントの実装など)は、特別な訓練と経験を要する非常に難易度の高い技術ですが、PCBのPDN性能の最適化は、それほど複雑ではありません。PCB設計者ができることは限られているからです。本稿では Download PDF

絶縁型電源と非絶縁型電源: 確実で正しい選択 PCB設計者として働くうちには、規制機関の指示に従う必要がある場合もあります。医療、自動車、軍事、その他のいずれの分野でも、設計は必ず精査され、非常に厳しい規格に縛られます。通常、これらの規制を受ける場合、電源の絶縁（または非絶縁）は非常によく問題になります。電源の絶縁は、基本的には文字どおり、電力供給対象回路の残りの部分から電源を分離することです。電源の絶縁は、明白な理由からこれらの規制機関の間で、特に医療分野において一般的です。非絶縁型電源で医療用プリント基板に電力を供給すると、危険な電気ショックが電源を通して伝わるリスクが高まり、ユーザーに（おそらく患者にも）危害が及ぶ可能性があります。絶縁型電源と非絶縁型電源についての理解（電圧低下が起こり得る場所、これらの電源を最適に動作させる方法）を深めることで、ユーザーに危害を与えずまた故障せず確実に動作する機器を滞りなく開発できるようになります。さあ、次の手術が行われる前にこれらの規制を十分に検討しましょう。絶縁型電源 Read Article

Uターンはしたくない: PCBのトレース配線に関するガイドライン自分が生まれ育った町の当時の姿を思い出すのは、お気に入りのテレビ番組のエンディングや、映画の名作が公開されてから何年も後に続編を観ることにとても似ています。私が育った町には碁盤目状のとても広い通りがあったため、繁華街でも縦列駐車をする必要がありませんでした。ただし、町はとても小さく、2人の運転手が車が一時停止して話をしていると渋滞が発生してしまいます。それは交通事故よりもよくある光景でした。久しぶりに故郷を訪れてみると、町は変わっていました。広い駐車スペースがなくなり、新しい車線が追加されていたのです。隠喩的にも文字通りにとらえても、町は私が子どもの頃よりずっと新しくなっていました。確かに交通事故や渋滞は増えたものの、先見性のある都市計画によって、町が乱雑にならないように維持されています。PCBもこれと同じで、流れを妨げたり、エラーを引き起こしたりする重大な事故や失敗は、適切な計画によって回避できます。正しいPCB設計とは、単に交通警官を横断歩道に配備することにとどまりません Read Article

靴を脱ぐ: Obsolescence管理のためのモジュール設計に関するヒント私は世の中に2つのタイプの人間がいると考えています。1つは、古びていない靴がぎっしりと詰め込まれた下駄箱から毎日履く靴を選ぶ人、そしてもう1つは、悲鳴を上げている履き古されたわずか数足の靴を、つま先に開いた穴がどうしようもなくなるまで履き続ける人です。私は後者のタイプの人間であり、残念なことに一番新しいスニーカーでさえそろそろ買い替えなくてはなりません。とはいえ、古い靴を新調する時期については、いつも鉄則があります。それは単純に、まだ履き慣れていない窮屈な新しい靴よりも、今履いている靴のほうが履きにくくなったときです。残念ながら、電子機器の交換時期を追跡して管理することは、靴の交換時期がわかることほど直感的なものではありません。製造終了となったコンポーネントの陳腐化管理は、今もなお電子機器の設計の一般的な課題となっています。コンポーネントが寿命に到達する前に陳腐化すると、移行というはっきりとした問題が発生します。たとえば、製造終了サイクルが5年未満と短いマイクロコントローラーは Read Article

半田ブリッジについて理解する: 焼いたクッキーを美味しく食べるには私はクッキーを焼くのが大好きです。特に週末が近づいてくると、手の込んだクッキーを焼いてパーティーを開く計画を立てるのは、ワクワクして心が癒されます。とはいえ、私が本当に好きなのはクッキーを食べることです。生地を丸めたり、すくい上げてオーブン皿の上に並べたりして焼き上がるのを待つのは、退屈さと自制との戦いにほかなりません。私は我慢ができなくなると、皿の上のクッキーを好きなだけお腹に詰め込みます。それと同じ分量の1枚の巨大なクッキーを食べなければいけないとすれば、あまり気分のよいものではありません。クッキー三昧の冬休みの計画にふけっているのであれ、スペースの制約に対処するためのもっと効率的な方法を探しているのであれ、目標はいつもクッキーを丸ごと無駄にしないように天板のレイアウトについて考えることです。クッキーを作ることに時間を費やしたのなら、クッキーを食べるという見返りがあるべきです。これはたくさんのものにあてはまることでしょう。残念ながら Read Article

PCB製造のための設計ガイドライン: 重大な設計ミスを回避する方法工学の学位を取得していなければ、私は料理番組の『マスターシェフ』に出場するような料理人を目指していたでしょう。それは私がとんでもなく料理上手だからではなく、ゾッとするようなビーフンの炒め物を作った後も料理を投げ出さなかったからです。そのときは長い乾麺を水に浸さなかったせいで、どうにも手の施しようがない硬い針金のような代物が出来上がりました。これは、正しい調理法にきちんと従わないことで発生した失敗の典型的な例でしょう。これと同じように、電子設計でもミスは発生してしまうものです。どんなに注意深い設計者でも避けられないことでしょう。とはいえ、ミスの中にはプリント基板（PCB）全体を台無しにし、設計を一からやり直さなくてはいけなくなるほど重大なものもあります。回路をテストするためのPCBの試作品をじっと待っていると、製品の開発サイクルに手痛い遅れが出てしまうこともあります。 PCBの製造にまつわる重大な設計ミス誰も間違いを犯したくはありません。ところが実際には、2 Read Article

組み込み型ソーラーシステム向けのPCB設計ガイドライン旅行から戻って来た直後に、もう一度旅行に出掛けたいと思ったことはありませんか? 私にはそんな経験があります。前回のビーチリゾートでの休暇が、雷雨が続いたせいで台無しになってしまったのです。旅行の計画を立てるときは、予測できない天気というものがいつもジレンマになります。アウトドアで過ごす予定があればなおのことでしょう。屋外での使用が想定される組み込み型のソーラーシステムを設計する際、私はこれと同じ慎重な姿勢で取り組みようにしています。こうしたシステムは、安定した電力供給で稼働する組み込み型のシステムとは完全に異なる難題です。例によって、私は苦労の末に慎重になることを学びました。というのも、最初に手掛けたソーラー式の試作は、1日でも雨が降ると稼働しなくなってしまったからです。組み込み型ソーラーシステムについては考慮すべき状況がたくさんあり、太陽光のない状態で何日も稼働するように計画しなければなりません。組み込み型ソーラーシステムの設計で考慮すべき要素 1. ソーラーパネル Read Article

IoTストレージ技術: 超低消費電力CBRAM ずっと昔、あのフロッピーディスクを使っていたことを覚えていますか? 私のコンピューターにフロッピーディスクドライブが2つ付いていたのを覚えています。一方のドライブにプログラムの入ったディスクを入れ、もう一方にデータ用のディスクを入れていました。そのうち、ハードディスクという驚くべき発明品が登場し、保管容量は爆発的に増えました。メモリ容量は、まだ増加を続け、今ではサイズは、それほど有用な要素でなくなりつつあります。モノのインターネット（IoT）の場合、エネルギー消費が次の重要項目です。スマート家電からスマートシティまで、あらゆるものが構想されており、これらが機能するには、非常に消費電力が低いメモリが必要となります。そこで、超低消費電力CBRAM（導電性ブリッジングランダムアクセスメモリ）の出番です。Adestoは、他のストレージ技術の1/100の電力で動作できるかもしれない、この技術を推進している主要な企業です。もはやこれらは必要ありません。低消費電力の要件先ほど Read Article

スイッチングとリニアの電圧レギュレーター: どちらが電力管理回路に最適か目の前でコンデンサーが爆発したのを見たことがありますか? 私が電子機器の設計を始めたとき、まさにこれを体験しました。また私は、最初は「単純な」プロジェクトと設定されていたもので、パワーバジェットの計算に失敗しました。その結果、試作のPCBで電圧レギュレーターが、目玉焼きができるほど、またはもっと酷く真っ赤に焼けてしまいました。それ以後に私は、設計の優雅さや洗練さはそれほど重要でないことに気付きました。電力管理回路の構成で間違いを犯せば、その設計は事実上無価値になってしまいます。パワーバジェットの計算、周囲の温度、そして私の事例では電圧レギュレーターなど中核の電力管理コンポーネントの選択が、PCBプロジェクトの成功を左右することがあります。組み込みシステムにおける電力管理回路の機能私は組み込みシステムの設計を10年以上行い、マイクロコントローラーの驚異的な進化を目にしてきました。マイクロコントローラーは、歴史的なZilogから今日のCortex M4プロセッサーまで進化してきました Read Article

高度なPCB設計ソリューションに必要な短期的および長期的なEDAソフトウェア私の祖父は、仕事には常に適切な工具を使用するようにと教えてくれました。私がこれを教えられたのは、祖父のネジ回しをてことして使って壊してしまったときのことです。祖父には申し訳なく思っております。不適切な器具を使用しても、壊してしまうことはないかもしれませんが、作業の完了に多くの時間を要することは間違いないでしょう。PCB設計にも同じ原則が当てはまります。基板がますます複雑化していくにつれ、基板を構築する設計者にはより高度なツールが必要になります。これまで使用していた古いプログラムを使い続けることは可能ですが、多くの時間を浪費することになり、出来上がる設計も最高のものとはならないでしょう。高密度相互接続（HDI）、熱管理、高速PCBの設計はいずれも特化したツールが必要な分野です。役に立つツールは多くの開発者から提供されていますが、ドキュメントとトレーニングが充実しており、すぐに習熟して使いこなせるようなソフトウェアを選ぶべきです。短期的な速さに加えて、長期的な見返りも必要です Read Article

PCBレイアウトソフトウェア比較に最も重要な機能掘り出し物を見つけようと思って、中古車販売店に行ったことがありますか? 整備工でもなければ、ほとんど不可能です。私の場合、値段を除いて、自分にはほとんど同じに見える2台の車から選ぶことになりました。安い方を選んで、近くの整備工場に持って行くと、ぽんこつを選んだことが分りました。PCB設計ソフトウェアを選ぶときにも、同じ気持ちになることがあります。無料のプログラムを使用して、または中級のプログラムを購入して、自分が必要とするものには、ほど遠いことが分ったときです。電子設計自動化（EDA）ツールを決める前に、基板の設計に必要な高度な機能をサポートするか、確認する必要があります。また、自分特有のニーズに合うようカスタマイズできる統合環境で、これらの全ての要素が利用できることも重要です。探すべき機能私は、値段だけで車を選びました。もう一方の車と見た目は同じなのに、数千ドル安かったのです。結局、値段相応だと分りましたが、このことは、ECADソフトウェアにも当てはまります。たぶん、PCBの設計に Read Article

設計の複雑さが増すにつれて最高のプロフェッショナル向けPCB設計ソフトウェアが要求される理由子供のころの生活は単純だったなと思い返すことがありますか? 仕事もなく、ローンもなく、自分の子供と口論することもありませんでした。私の主な役割は表で駆け回り、遊んでいる間に泥だらけにならないようにすることでした。今の生活は確かにあの頃より良いものですが、同時にはるかに複雑になりました。それと同様に、PCB業界も成長し、より複雑なものとなりました大きくて単純な基板はもうありません。今では全ての回路が小さく、洗練されており、ときにはフレキシブルである必要があります。このような業界の動向から、設計者はレイアウトや回路図の作業だけでなく、何でも行える技術者であることが要求されています。このため、リジッドフレキシブル設計、ECAD/MCADコラボレーション、関係者との協力、電源供給ネットワーク解析（PDNA）などを行うため、最高のソフトウェアを常に利用可能にしておくことが重要です。リジッドフレキシブル設計子供の頃の私はずっと体が柔らかかったのですが、今では爪先に触れるのもやっとです Read Article

組み込みシステム向けのリン酸鉄リチウムバッテリーとリチウムイオンバッテリーの比較この（比較的）新しい出会い系アプリTinderをご存じですか？私はまだ独身で交際相手がほしいので、試してみることにしました。まず、人の写真と経歴がランダムに出てくるので、気に入ったら右にスワイプ、気に入らなければ左にスワイプします。自分が右にスワイプし、相手も右にスワイプすると、お互いにチャットできます。試してみて、写真ばかり見ないで経歴を読むのにもう少し時間を割けばよかったと思いました。「マッチング」相手とチャットをしてみたら、写真を見て湧いた興味が冷めてしまったんです。組み込みシステムの場合も、特にバッテリーに問題があると同じように感じることがあります。たとえば、膨大な時間をかけて設計した基板なのに、バッテリーの劣化が早すぎたり、温度の問題で故障したりする場合です。最悪の場合、バッテリーから火花が出ることさえあります。私は交際相手のマッチングはできませんが、ボードに合ったバッテリー選びをお手伝いすることはできます。組み込みシステム向けの最も一般的な選択肢は、リチウムイオンバッテリー Read Article

パワーインテグリティーにまつわる5つの俗説パワーインテグリティーは新しいものではありませんが、現在ますます注目が高まっており、今後も関係者の一番の関心事であり続けるでしょう。製品の高速化と小型化の傾向が継続するなか、もはや1ミリも無駄なスペースはありません。設計はこの事実を踏まえて進める必要があるでしょう。業界に2～3年以上従事されている方であれば、パワーインテグリティーに関する下記の俗説を耳にされたことがあるかもしれません。銅箔を使え皆さんは、「銅箔は使えば使うほどよい」と教えられたかもしれません。銅箔の流し込みを行うだけで、パワーインテグリティーに関連する問題は、すべてとは言いませんが、その大半が解決します。ただし、これに当てはまらない場合もあります。たとえば、熱に関係する問題は解決するものの、浮島や半島が残るといった他の問題を引き起こす場合です。無害に見えるものの、浮島や半島は特定の共振周波数を持っており、一定の状況下で障害を引き起こします。こうした障害はランダムに現れることもあるため Read Article