Power Analyzer by Keysight

Power integrity analysis at design time.

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パワーインテグリティ

10 Symptoms of a Bad PDN

Whitepapers 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、特殊なトレーニングや経験を要する可能性があるため、まさにそのように言えます。一方で、電源分配ネットワークのパフォーマンスの最適化はそれほど複雑ではありません。実際、PDNの最適化の基本目標は、各負荷に対して十分な電流および電圧を供給して動作要件を満たすという、PCB設計プロセスと同じくらい単純なものである可能性があります。各電源と対応する負荷の間に十分な金属を確保することは、PDNのパフォーマンスに関してPCBで最も重要な点です。今やパワーインテグリティは目新しい問題ではありません。実際のところ長らくよく耳にする話題でしたが、真剣な問題として取り上げられるようになったのはここ数年のことです。主な原因は、基板がますます小型化していることです。ウェアラブルがよい例です。スマートウォッチは、ワイヤレス接続、バッテリー、画面の全てが小さなパッケージに組み込まれた小型コンピューターを手首に装着するものです。これは信じられないことです！ますます小型化する製品を探求することで、電源の電圧許容差がより厳しくなる一方、より大きな電流が流れるコンポーネントの密度は高くなります。そして、全ての操作段階でそれらのコンポーネントに適切な電力を供給できる必要があります。何が問題かパワーインテグリティの問題は単純で、コンポーネントが必要に応じて必要な電力を得ることができない状況になることです。この問題を解決することが本当にそれほど難しいのでしょうか？銅箔やビアを追加すれば解決します。ただしビアや銅箔の追加は問題解決には役立つかもしれませんが、いつでもできるわけではありません。銅箔に関して言えば、温度であれ電圧であれ発生する可能性のある問題に対処するため、基板へ銅箔をできるだけ大量に塗布したいと思うかもしれませんが、そのような時代は終わりました。サーバーの設計ですら非常に高密度になり、基板面積は、過度に保守的な設計慣習によって無駄使いできない貴重な要素になっています。電源供給用の金属は全て「不可欠」であり、レイヤーを追加したり基板サイズを大きくする余裕はありません。これは、今日特にIoTやウェアラブルに当てはまり、従うべきフォームファクターになっています。 (※続きはPDFをダウンロードしてください) 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！

Power Distribution Network Is Not So Complicated - JP

Whitepapers 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、作成したPCBデザインがすべての負荷に十分な電流と電圧を確実に供給できるようにするために留意すべきPCBレイアウトのポイントを説明します。要件1: ソースと負荷の間に十分なメタルが存在するソースと対応する負荷の間に十分なメタル(通常、銅箔)を確保することは、PDN設計の要です。幸いなことに、その方法については、手ごろな価格で入手できるIPC-2152が分かりやすいガイドラインを提供してくれます。IPC-2152の仕様によって、最大推定電流と許容温度上昇が与えられたときの、電源シェイプに必要な最小幅が分かります。しかし、残念ながら、IPC-2152のみを使用して設計すると、設計の問題に気づかないまま、オーバースペックな基板を設計してしまうことになります。 (※続きはPDFをダウンロードしてください) 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！

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

Thought Leadership 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. ソーラーパネル言うまでもなく、ソーラーシステムで最も重要なの要素はソーラーパネルです。これについては、多結晶や薄膜よりも効率がよく、暑い気候でも優れた性能を発揮する単結晶を選択したほうがよいでしょう。パネルの中には最大22%の太陽光を電力に変換できるものもあります。とはいえ、単結晶や多結晶の効率はサプライヤーによって異なるため、事前に詳細情報を確認しておきましょう。 2. 電池の容量組み込み型のソーラーシステムで重要なパラメーターは、ソーラーパネルの性能が0%になった場合のシステムの持続性です。環境要因によっては、ソーラーパネルに数日や数週間、太陽光が届かない場合もあります。そこで必要になるのは十分な容量のある電池です。また、ソーラーパネルの充電率が電池の使用率を上回るようにしておく必要もあります。5時間かけて充電した電池が2時間で消耗してしまっては、とても効率的とは言えません。 3. 太陽光の照射考え方によっては、ソーラー技術はいたって単純です。太陽光がなければ電力は生成されません。ただし必ずしも、8時間分の太陽光で8時間分の電力が生成されるわけではありません。「太陽光ピーク時間」という用語がありますが、これは太陽が空の最も高い位置にあって、ソーラーパネルが一番効率的になる時間帯を指します。こうした要素について認識し、太陽光ピーク時間を算出しておくことが望まれます。

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

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。Bluetooth LEやZiBeeなどのテクノロジーにより、組み込みシステム業界はさらに変革しました。しかし、電力回路を適切に設計する必要性は依然として変わっていません。適切な電力回路なしでは、このような優れたテクノロジーもただの「部品」にすぎず、しかも過熱し、溶けて燃えはじめ、悪臭を放つことになります。コンデンサーを別として、適切に設計された電源回路の中心には必ず電圧レギュレーターがあります。その名前が示すように、電圧レギュレーターは安定した電圧を供給し、組み込みシステムが安定して動作できるようにします。電圧レギュレーターは高電圧の入力を受け付け、電子デバイスの動作に必要な電圧に降圧し、同時に安定化を行います。 3.3Vのコンポーネントが一般的になる前は、マイクロコントローラー（MCU）と集積回路（IC）はすべて5Vで動作していました。LM7805は単純な5Vのリニア電圧レギュレーターで、当時良く知られていた部品番号です。実際に、この製品は単純で極めて洗練されているため、今日でも一般的に選択されています。3.3Vが主流の動作電圧となったとき、LM1117-33が効率的なリニア電圧レギュレーターとして使われるようになりました。リニア電圧レギュレーターの制限集積回路が3.3V対応に移行した期間があり、この期間にマイクロコントローラーは急速に進化しました。設計者は従来、マイクロコントローラーの入力と出力の数を重視していました。その後で、UARTS、イーサネット、USBなどの統合された機能の数と、急速に増大していく処理能力に注意を向けるようになりました。やがて、リニア電圧レギュレーターは限界に直面することになりました。これらの手軽なヒートシンクによって、リニアレギュレーターを冷却できます。多くの人々は、リニア電圧レギュレーターを扱うとき、電流定格を絶対視するという初歩的な過ちを犯します。これが大きな問題となったのは、LM7805電圧レギュレーターの定格は5V、1.5Aだったためです。しかし、実際にこの電圧で扱うと、良くて一部のコンポーネントが溶け、悪ければプロセス内で燃焼が発生する恐れがあります。リニア電圧レギュレーターを選択するときは、最低でもあと3つのパラメーターを考慮する必要があります。消費電力のレベルは、入力と出力の電圧差を考慮し、その値と負荷電流とを乗算することで計算できます。12Vを5Vにレギュレートし、組み込みシステムが100mAを消費するなら、消費電力は0.7Wです。これを念頭に、LM7805は最大125℃の温度で動作できることに注意します。この温度を超えると、溶解や燃焼など望ましくない現象が発生します。しかし、TO-220パッケージの一般的なLM7805の熱抵抗は65℃/Wです。すなわち、周囲の環境温度に加えて、1Wごとに65℃だけ温度が上昇します。一部の地域では平均気温が約35℃なので、動作時のLM7805は100℃に達します。定格最大電流である1.5Aの10%未満しか使用していないにもかかわらず、許容される最大温度に近づくことになります。スイッチング電圧レギュレーターが、文字通り冷静な選択である理由リニア電圧レギュレーターは、その特性から電力要件の大きい

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

Thought Leadership 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。機器もまた投資であり、自分の要求とともに成長するツールを選ぶ必要があります。高度な技法ハンマーを持っている人は、全ての問題を釘と考えるものです。PCB設計においても、この考えを適用し、高レベルの基板に対して低レベルまたは中レベルの設計ツールを使用したくなることがあります。このような方法でもなんとか作業は行えることはありますが、最良のツールでなければ役に立たない状況も珍しくありません。HDI基板、熱管理、および高速回路を取り扱うときは、可能な最高の基板を作成するために特定のツールが必要となります。 ● HDI - ブラインド、ベリードマイクロビアファインピッチボールグリッドアレイ ● 熱管理 - 1 電源供給ネットワーク解析ツールアクティブパッシブ冷却 ● 高速設計 -

PCBレイアウトソフトウェア比較に最も重要な機能

Thought Leadership 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、より安い、できれば無料のソフトウェアを使用したいと考えるでしょう。オプション機能の足りない点が、安い類似ブランドの問題点です。PCB設計が複雑になるにつれて、これらの「オプション機能」が必要になってくるのです。設計プログラムを選ぶ際に探すべきものをいくつか示します。基板サイズ - これは当然ですが、挙げておきます。無料ツールの多くでは、基板スペースが厳しく制限されています。ソフトウェアが、回路に十分なスペースをサポートしているか確認してください。高度なビア設計 - 高密度相互接続（HDI）基板や高速基板などを設計している場合、これは非常に重要です。ブラインドビアやベリードビア、ビアインパッド（VIP）、マイクロビア、バックドリル加工などの使用が必要になります。これらの機能のサポートは、低価格帯のソフトウェアには含まれない場合があります。必要であれば、利用できることを確認してください。レイヤーの数 -

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