シグナルインテグリティ

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What is Signal Integrity? PCB Design Fundamentals xSignals in Altium Signal Integrity Stimulus Design Rules Basics of Signal Integrity Analysis

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高速信号の遅延チューニングの予備知識

高速信号の遅延チューニングの予備知識 1 min Blog 今後の高データ速度PCBで遅延チューニングを行うにあたって役立つ予備知識についてご説明します。

オシロスコープの基礎：初心者向けガイド

オシロスコープの基礎：初心者向けガイド 1 min Altium Designer Projects オシロスコープの使い方が気になりますか？新しい電子エンジニアのためのオシロスコープの基本についてもっと学ぶために、Mark Harrisのこのガイドを読んでください。

GNSS + LTE Asset Tracker プロジェクトパート1

GNSS + LTE Asset Tracker プロジェクトパート1 1 min Blog 今週のプロジェクトでは、LTEベースのアセット追跡システムを構築します。このシステムは、盗難防止(および原状復帰)、配送または輸送車両の追跡の他、収集したデータを適切な機械学習サービスと組み合わせて使用した場合には予測保守まで、さまざまな用途で使用できます。これまでのプロジェクトはすべて、スペースに制約のない2層の基板でしたが、本当にコンパクトな高密度回路基板も構築してみたかったので、このプロジェクトではできるだけ小さな基板を構築することを目指します。やるべきことはたくさんあるので、まずは目標の設定と、部品の選択および回路図について検討し、続いてパート 2でPCBの設計とレイアウトに着目していきます。このようなプロジェクトにはさまざまな用途があります。バスや旅客車両に搭載すると、GNSSデータが運輸会社に報告され、位置情報の更新が可能になります。続いてその情報を使用して、次の便の到着予想時間を顧客に提供することができ、さらに規模を拡大して、スケジュール管理や停車時のタイミングデータを改善することができます。建設用ライトタワー、発電機の他、遠隔地に放置されることが多く、盗難の対象となりやすい設備など、高価な可動性資産にこのシステムが備えられていると、資産が予定外に移動されたときに警察や警備担当者による対応が可能になります。また、ジオフェンスとして設定されたエリア内から資産が出ないようにするためにも使用できます。資産の追跡は大きな目標ですが、素晴らしい機械学習ツールとクラウドベースのシステムが市販されており、保守スケジュールを最適化できるデバイスに接続したり、技術者の現地派遣要請をスタッフに自動的に警告したりすることができます。今回は、回路に基本的なCANバスICと加速度計を追加して、エンジン管理システムからデータを収集できるようにし、振動データを集めます(このような機械学習システムは首尾よく早期故障警告システムに転じます)。加速度計は、GNSS信号が弱くなったり妨害されたときに目標物が移動したかどうかを検出できるため、セキュリティに関するオプションをさらに可能にするという点でも役立ちます。経験豊富な泥棒は十二分にトラッカーのことを知っているので、トラッカーが動作できないようにバッテリーケーブルを切断することがあります。そこで今回は、メインバッテリーが切断された場合にシステムに電力を供給するリチウムポリマーバッテリーセルを1つ内蔵します。こうすることで、大型発電機が始動したり、バッテリーで電圧低下が生じるなどの状況(特に寒い日など)でも、デバイスの継続的な動作が保証されます。私はこのデバイスを、できるだけ小型化し、存在を気付かれないようにするつもりです。これまでに目にしてきた多くの市販の追跡システムは、高価でかさばり、設置に手間がかかる一方、泥棒が簡単に動作を停止させたり取り外したりできるものでした。このプロジェクトでは、低コストに抑えることを特に目指しているわけではありませんが、要件を満たして問題なく機能する最低価格のコンポーネントを使用するつもりです。いつものように、このプロジェクトは、変更や再配布の要件が最小のMITライセンスの下で、GitHubにある他のすべてのプロジェクトと一緒に保存されています。MITライセンスの下では基本的に、読者の皆様は、エラーの可能性およびいかなる問題も私またはAltiumが責任を負わないことを認識している限り、断片的なコピーからそのままでの大量生産まで、この設計を自由に使用することができます。このプロジェクトのコンポーネントはすべて、私のオープンソースの Altium Designer®ライブラリである Celestial Altium Libraryに由来しています。そのため、このプロジェクトの一部をご自分の設計にすぐに再利用できます。コンポーネントの選択「高価な」コンポーネントについて検討する前に申し上げておきたいのですが、私はこれをできるだけ小さく設計しているので、パッシブコンポーネントには可能な限り0201(インチ)サイズの部品を使用しています。可能であれば01005(インチ)を使用したいところですが、プロトタイプを提供するのが大変なため、今回はより大きな0201を使用します。これを使えば、ペーストステンシル、ピンセット、リフロー炉のみでプロトタイプを作ることができます。このプロジェクトは、01005サイズの部品でさらに小さくなる可能性があります。セルラー/LTEモジュール LTEモジュールの要件はかなりシンプルですが、通常使用するオプションの多くを除外しています。これはサンプルプロジェクトであるため、モジュールはすべての国で使用が認められているか、異なる地域用のバリアントがある必要があります。これに加えて、主要なコンポーネント販売代理店で入手できるモジュールを使用したいと考えているため、これらのトラッカーのいずれかを構築する場合に、サプライヤーを探す必要はありません。さらに具体的には、認定済みモジュールを探しています。認定済みモジュールを正しく使用すると、完成した基板が、事前に認定された意図的な放熱器を含む偶発的な放熱器として認められます。そうすれば、この基板を小型化し、意図的な放熱器として認定されるために比較的高額な費用をかけずに認定を受けることができます。過去5年間で、主要な販売代理店で入手可能なセルラーモジュールの数と在庫水準は大幅に上昇しています。10年前には、入手可能な種類にかかわらず、グローバルに使用できるセルラーモジュールを、特に低価格で大手サプライヤー(MouserやDigi-Keyなど)で見つけることは、非常に難しかったかもしれません。モノのインターネットの盛り上がりとともに、私が設計しているようなデバイス(LTE帯域が特にLTE

Bluetooth 5.1 SoC とモジュール：どちらがあなたの設計に最適ですか？

Bluetooth 5.1 SoC とモジュール：どちらがあなたの設計に最適ですか？ 1 min Thought Leadership Bluetooth 5.1のリリース以来、Bluetoothで利用可能な機能のリストが少し長くなりました。コンポーネントメーカーは、無線通信をMCUと統合して組み込み処理を行うことで、このモバイル技術をIoTデバイス向けに次のレベルへと引き上げました。これは、より小さなフットプリントにより多くの機能を詰め込むという継続的な取り組みの中での、また一つのステップです。新製品にBluetooth 5.1 SoCを組み込みたい場合、このコンポーネントをボードに取り入れるための主な選択肢が2つあります。一つは、他のコンポーネントと同様にボードに取り付けるSoCとしてです。もう一つの選択肢は、モジュールを新しいボードの表面層に直接取り入れることです。次のIoT製品でBluetooth 5.1 SoCまたはモジュールを使用する際に知っておくべきことはこちらです。 Bluetooth 5.1 SoCの機能 Bluetooth 5.1 SoCは、通常、フラットパッケージまたはBGAコンポーネントとして基板に表面実装されます。市場に出ているSoCは、MCUを高速CPUとトランシーバー機能を備えた単一のチップに統合しています。これらのICは、高いGPIO数、PWMまたはアナログ出力、そして高ビット深度およびサンプルレートを持つ ADCを提供する傾向があります。これらのSoCは低コストであり、以前は別々のICに限定されていた大量の機能を提供します。 Bluetooth 5.1モジュールはこれらと同じ機能を提供しますが、これらはプリントアンテナと一緒にホストボード上に配置されます。現在の最先端のメーカーは、これらのモジュールを自社のコンポーネント用にリリースしているので、どちらのルートを取るかに関わらず同じ機能セットを得ることができます。モジュールを配置することは、きれいに統合されたパッケージを提供し、通常はオンボードオシレーターを備えており、設計時間を短縮しますが、フットプリントとプロファイルはSoCよりも大きくなります。総コンポーネント数は両システムでおそらく同じになりますが、実際の違いはシステムによって占められる領域ではなく、全体的な製品の厚さに関して生じます。 Bluetooth 5.1 SoCまたはモジュールでアクセスできるいくつかの例示的な機能には、以下が含まれます：到着角(AoA)および出発角(AoD)検出

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銅箔の粗さが信号とインピーダンスに与える影響

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銅箔の粗さが信号とインピーダンスに与える影響 1 min Blog 工学、特に電気工学と機械工学の歴史は、途中で役立たずになった近似値で溢れています。これらの近似値は一時期はうまく機能し、数十年にわたって技術を大きく前進させました。しかし、どんなモデルにも適用可能な限界があり、典型的なRLCG伝送線モデルや周波数非依存のインピーダンス方程式も例外ではありません。では、これらの方程式の問題は何でしょうか？上級のPCBエンジニアや製造業者はこれらを頻繁に引用し、それらを福音のように見せかけますが、多くの複雑な技術概念と同様に、これらのモデルや方程式はしばしば十分な文脈なしで伝えられます。ここで物理学が醜い顔を出し、モデルが引き続き適用可能であるためには変更が必要だと告げます。銅箔の粗さモデリングや関連する伝送線インピーダンスシミュレーションは、標準モデルが信号の振る舞いを正しく扱えない多くの領域のうちの一つです。銅箔の粗さがインピーダンスと損失にどのように影響するか伝送線インピーダンスのRLGCモデルを見ると、インピーダンスに寄与する4つのパラメータがあります（すべて標準単位/単位長さで表されます）： R：伝送線の直流抵抗で、線の導電率に依存します。 L：伝送線のループインダクタンスで、純粋に線の幾何学的形状の関数として取られます。 C：線の全容量で、これも線の幾何学的形状の関数として取られます。 G：基板の導電率で、特定の周波数での損失角と任意の寄生直流導電率をモデル化することを意味します。業界の多くの人があなたに教えてくれないことがあります：これらのパラメーターはすべて周波数依存であり、抵抗項を含みます！「ちょっと待って、EE101のクラスでみんなが抵抗は周波数に依存しないと言っていたけど、どういうこと？」と思っているかもしれません。 2014年にさかのぼると思いますが、 IEEE P802.3bj タスクフォースが初めて100 Gb/s Ethernet PHYインターコネクトの因果モデルを受け入れる提案を提示されました。このモデルでは、上記のインダクタンス、容量、抵抗の項が周波数依存性を含むように修正されました。基板の分散を考慮することで容量項は容易に修正されました。では、抵抗とインダクタンスはどうでしょうか？高周波での導体内のスキン効果により、周波数による抵抗の依存性が生じます。スキン効果は、電流が高周波で振動するときに、導体の表面近くに電流が集中する現象を指します。完全に滑らかな導体では、スキン効果はGHz周波数に達するまでごくわずかです。しかし、銅の粗さが存在する場合、特定の周波数範囲内で損失がかなり大きくなることがあります。スキン効果は線路のインダクタンスも増加させます。全体的な効果は、標準のRLGCモデルで予測される値から線路インピーダンスの変更です。基板の分散を考慮しない場合でも、等価回路項の分散は常に理想的なインピーダンスからの逸脱を引き起こします。マイクロ波やミリ波領域に深く入ると、インターコネクトを設計する際に銅の粗さを考慮する必要があります。

PCBテストクーポンの設計方法とテストできる内容

PCBテストクーポンの設計方法とテストできる内容 1 min Thought Leadership コンポーネントの動作速度が上がるにつれて、デジタル、アナログ、混合信号システムにおいて制御インピーダンスが一般的になってきています。インターコネクトの制御インピーダンス値が正しくない場合、インサーキットテスト中にこの問題を特定するのが非常に難しくなります。わずかな不一致がボードの故障を引き起こさない場合がありますが、テスト失敗の原因として不正確なインピーダンスを特定するのは難しい場合があります。特に、ベアボードインピーダンステストを容易にするために、正しいテストポイントやテスト構造がボードに配置されていない場合はそうです。インピーダンスは多くのパラメータ（トレースの形状、ラミネートの厚さ、ラミネートのDk値）に依存するため、現在のところ、大多数のPCBは制御インピーダンスのためにテストされています。ただし、テストは通常、PCBと同じパネル上で製造されたPCBテストクーポンで実施されます（通常は端に沿って）。ボードスピンを迅速に進め、将来の設計を支援したい場合は、テストクーポンを設計して手元に置いておくことを検討すると良いでしょう。さらに、提案するインターコネクトのジオメトリに関する十分なドキュメントを製造業者に提供することは、製造業者が正しいテストクーポンを作成することを確実にするのに大いに役立ちます。分離型または統合型PCBテストクーポン？テストクーポンの目標は、ボードの意図されたスタックアップを正確に捉え、正確なインターコネクトインピーダンステストを容易にすることです。これを行う方法はいくつかあります。制御インピーダンス用のテストクーポンでは、製造業者がパネルの端に少しスペースを残して、制御インピーダンステストのためのテスト構造を配置することがあります。テストクーポンは、ベンダーライブラリから選択されたり、業界標準（例えば、 IPC 2221B Appendix AのDクーポン）、またはいくつかのソフトウェアを使用して生成されたりすることもあります（例えば、 IPC 2221B Gerber Coupon Generator）。時には、テストクーポンが実際のPCBに統合され、同じパネル上で別のセクションとして作成されるのではなく、実際のPCBに統合されることがあります。この場合、テストクーポンは、生成されたものやベンダー提供のテストクーポンから期待される典型的な外観を持たないかもしれません。Kella Knackは、最近の記事で、製造業者であれば別のテストクーポンに、設計者であればプロトタイプボードに直接含めるべき一般的なテスト構造について説明しています。テスト構造を直接ボード上に配置することは、スペースの無駄のように思えるかもしれませんが、プロトタイピング中はもちろん、大規模生産中でも、インサーキットテストに大いに役立ちます。もし、一般的でないインターコネクトの幾何学構造を設計している場合、大量生産前にインピーダンスを評価する必要があります。インターコネクト設計を含む単一のボードを設計し、社内でテストすることは損ではありません。テストボードに前もって費用がかかりますが、生産前に必要な測定値を得られれば、後でボードを再設計する必要がなくなるかもしれません。インピーダンスを超えて相互接続インピーダンス、PDN容量、導体損失、伝搬遅延は、適切なテスト構造を用いればすべて測定できます。カスタム設計されたテストクーポンに配置された他のテスト構造は、基板ラミネートの誘電率を決定するのに役立ちます。マイクロ波/ミリ波領域に達すると、挿入損失や空洞放射などがテストされるべきで、制御インピーダンス線上のアナログ信号が重大な劣化を経験しないようにする必要があります。

伝送線路インピーダンス測定

伝送線路インピーダンス測定：偶数モード対奇数モード 1 min Blog PCB設計者

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電気技術者

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電気技術者正確な伝送線インピーダンス測定が必要な場合、次のボードで使用する必要がある重要な値はこちらです。