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シミュレーションと解析

シミュレーションと解析は、回路図ではプリレイアウト、完成した物理設計ではポストレイアウトで実行できます。Altium Designer には、SPICEシミュレータ、反射やクロストークのシミュレータ、サードパーティのフィールドソルバとの統合など、両方の領域で成功するためのリソースが含まれています。シミュレーションツールの使用や設計における電気的挙動の解析については、ライブラリのリソースをご覧ください。

Altium DesignerのSPICEシミュレーション How to: Simulation and Analysis Circuit Simulation Documentation
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PCB用のスキーマティック・ネットリストとは何ですか？ PCB用のスキーマティック・ネットリストとは何ですか？ 1 min Thought Leadership 次の素晴らしい回路図を作成した場合、設計ソフトウェアの背後には多くのことが行われています。回路図内のコンポーネント間の接続は、少数の論理的および電気的識別子に還元することができます。回路図は異なるコンポーネントとピン間の接続を示すグラフィカルな画像を提供するかもしれませんが、設計についてすべてを本当に理解するためには、重要な文書が必要になります。 回路図のネットリストは、実際のPCBを作成するために設計ソフトウェアの複数の機能で使用される中心的な情報の一つです。回路図のネットリストは、電気的接続情報を提供するとともに、設計データの機能構造を単一のデータセットで反映します。データを再利用する必要がある場合や、シミュレーションツールで電気的接続を迅速に定義する必要がある場合、ネットリストは回路図設計からこれらの他のツールへの移行を助けてくれます。また、設計レビューの一環として、製造業者にネットリストのコピーを提供する必要もあります。PCB設計ソフトウェア内のネットリストの正確な構造をもう少し詳しく見てみましょう。 スキーマティックネットリストには何が含まれていますか？ さらに進む前に、EDAソフトウェアで使用されるネットリストには、IC設計やPCB設計用の異なるタイプがあることを理解しておく必要があります。これらのネットリストは、ロジック、コンポーネント間の接続、および階層的な関係を定義することができます。ネットリストは、設計の構造と機能を要約するための強力なツールです。ネットリストにはグラフィカルな情報は含まれていません。これはスキーマティックドキュメント自体に含まれています。 それはそうと、回路図とそのネットリストは密接に関連しています。ネットリストは回路図から生成することができるし、回路図（ フラットまたは階層的）はネットリストから生成することもできます。PCB回路図の情報に関して言えば、ネットリストには複数のデータエントリが含まれ、各エントリには以下の情報が含まれます： ネットラベル：スキーマティック内の特定のネットに付ける名前です 参照指定子：ネット上に接続されたコンポーネントのための指定子です ピン番号：ネット上の各コンポーネントはいくつかのピンを持っているため、ネット上の各コンポーネントのピン番号がネットリストに表示されます スキーマティックのネットリストの読み方を知っていれば、回路がシミュレーションの準備時にSPICEネットリストにどのように変換されるかを見ることができます。また、サードパーティのライブラリからのネットリストに見つかるかもしれないエラーをトラブルシューティングすることもできます。 回路図をキャプチャして初期レイアウトにインポートすると、回路図のネットリストデータが使用されて、未配線のレイアウトで見られる接続線が作成されます。回路図にこれ以上の変更を加える必要がない限り、ボードを配線する際に設計データが一貫していることを確信できます。ただし、製造前に BOMとガーバーファイルが回路図とネットリストの情報と一致していることを確認する必要があります。 製造業者がネットリストをどのように使用するか 設計レビュー中に、回路図のネットリストのデータがGerber、BOM、および回路図のデータと比較されます。ネットリストとこれらのドキュメントの1つ以上の間に不一致が見られることはよくあります。これは、ほとんどの場合、設計が完了する前にネットリストとBOMをエクスポートした結果であり、設計を送信する直前の最後の変更により、BOM、ネットリスト、およびGerberを再構築して、すべてのデータが一致していることを確認する必要があります。これが繰り返しに聞こえるかもしれませんが、低品質の製造業者を使用して不良のボードのバッチを郵送で受け取るよりはましです。 製造業者は、ネットリストを使用してベアボードテストの要件を定義します。ネットリストの接続性は、ベアボードテストプロセスに使用されるテストフィクスチャにプログラムされます。ODB++データファイル形式は、ネットリストをパッケージから生成できるため、製造において好ましい形式です。それ以外の場合は、Gerberファイルと一緒にIPC-D-356ネットリストを送信することをお勧めします。これにより、ベアボード製造前に徹底的な比較が可能になります。 古いプロジェクトのネットリストを捨てないでください デザインの再利用は新しい概念ではなく、 頻繁に使用するライブラリや回路ブロックを保持することから全てに及びます。異なるEDAアプリケーションからの設計データを希望のプラットフォームにインポートすることは難しい場合があります。次の設計は古い設計のバリアントであるかもしれませんし、元の回路図/レイアウトの特定の機能ブロックを参照する必要があるかもしれません。古いプロジェクトからのネットリストを保持しておくことで、元のレイアウトや/および回路図データが破損しているかアクセスできない場合でも、新しい設計プラットフォームでそれらを再構築するのに役立ちます。 回路網リストに配置されたデータは特定の形式で高度に構造化されているため、異なる設計プラットフォームは新しい設計を構築する際に互いの回路網リストを再利用することができます。古い設計のコンポーネントに対してモデル、回路図シンボル、PCBフットプリントを持っていれば、新しいソフトウェアで元の設計を手動で再構築する必要はありません。回路網リストからネット名、参照指定子、ピン番号を読み取ることはできますが、古い回路網リストから設計を迅速に再構築できる設計ソフトウェアを使用する方がはるかに良いでしょう。 Altium 記事を読む
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 記事を読む
OnTrack Logo ついに登場！PCB業界初のクラウドのエンジニアリング、RFパワーディバイダと頭脳食 - 2020年5月 1 min Newsletters OnTrackニュースレター 2020年5月第3巻12号 オープンソースプロジェクトの人工呼吸器：Altium 365により、回路図が30日で完全に機能 2020年5月1日、Altium 365が一般に公開され、電子機器の設計と実現の方法がかつてない変貌を遂げる歴史的な日がやってきました。 このクラウドベースのプラットフォームにより、設計者はどこからでも作業でき、1次および2次関係者全てを含め誰とでもつながれます。 多くの人々がリモートワークを迫られる今の健康危機において、「どこからでも誰とでも」作業できることはかつでないほど重要であり、タイムリーです。このソリューションの性能と機能を説明するため、アルティウムでは、世界的な人工呼吸器不足の最前線にいることを思いがけず認識したVelocity Research社のDugan Karnazes氏にインタビューしました。 （Karnazes氏）Velocity Research社が、Altium 365を活用して、完全に機能する人工呼吸器を30日間で実現した方法について説明していただきました。 注: この記事は、 OnTrackポッドキャストの最新インタビューに収録された、Dugan Karnazes氏へのインタビュー全容からの抜粋です。 記事を読む ビデオを見る 頭脳食 記事を読む
Altium Designerでの多層PCBスタックアップの計画 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 近年のPCBが、単層や2層の基板で設計されることはほとんどありません。最新のPCBでは高密度の接続と多数のコンポーネントが使用されており、これからの設計は多層PCBになっていくと考えられます。手掛けるデバイスのフォームファクターがかつて見たことのないものであれば、リジッドフレキシブル基板を使用することになるでしょう。こうした種類のPCBには、適切なスタックアップが不可欠です。つまり、直感的なスタックアップ マネージャーを備えるPCB設計ソフトウェアが必要になりますが、Altium Designerではマルチレイヤー スタックアップを直接、PCBレイアウトに簡単に同期できます。 Altium Designer マルチレイヤー スタックアップの管理ツールを備えるPCB設計ソフトウェアパッケージ マルチレイヤーのスタックアップの最適な方法は、数々の要素によって変わってきます。特定の方法がなければ、あらゆる設計や配線、EMCの要件に同時に対処できます。多層PCBのデバイスのアプリケーションによっても、レイヤースタックアップの最適な方法は決まります。Altium Designerの統合設計環境では、優れたスタックアップ ツールからレイアウト、シミュレーション、ルールチェックの機能を直接使用できます。 マルチレイヤー スタックアップの計画 どんな回路基板でも、コンポーネントや銅箔の配置に関して計画を立てなければなりません。単層のPCBでさえ、レイアウトに関する計画がなければ製造にリリースできません。PCB設計では、回路の設計が終わるまでコンポーネントの配置に常に注意を払う必要がありますが、これは多層PCBにも当てはまります。両面PCBや多層PCBでは、ベリードビアの穴を追跡したり、厚さや外層について計画したりすることができます。 今後の多層PCBのスタックアップ方法を計画する際は、信号プレーンとパワープレーン/GNDプレーンの繰り返しになり、各レイヤーが絶縁コアかプリプレグで分離されることが一般的になるでしょう。リジッドフレキシブル基板は本質的に多層基板であり、それぞれにスタックアップの要件があります。その目的はレイヤー間のクロストークとEMIを抑制すると同時に、効率的な配線を可能にすることです。 多層PCBのスタックアップ方法 多層PCBの設計は技であり、芸術でもあります。設計全体のプロセスは、レイヤーの配置によって変わってきますが、レイヤー間を配線するためにビアを使用し、適切なパワープレーンとGNDプレーンのペアの配置を選択して、製造業者向けの情報をすべて含めた書類を作成する必要があります。これらは、優れたレイヤー構成マネージャーを備えるPCB設計ソフトウェアがなければ完了できません。 スタックアップの各レイヤーにはそれぞれの機能がありますが、これらはマルチレイヤー スタックアップで指定する必要があります。 マルチレイヤーのスタックアップ方法について、詳しくはこちら 記事を読む
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 記事を読む
TRANSLATE: 銅箔の粗さが信号とインピーダンスに与える影響 TRANSLATE:

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。 記事を読む
高電圧SMPS PCBレイアウトで熱とノイズを最小限に抑える 高電圧SMPS PCBレイアウトで熱とノイズを最小限に抑える 1 min Thought Leadership AC-DC変換であれDC-DC変換であれ、スイッチング電源のレイアウトは高電圧設計で一般的であり、慎重に構築する必要があります。このシステムは非常に一般的ですが、スイッチング中の電圧と電流の急激な変化により、簡単にEMI（電磁干渉）を放射する可能性があります。設計者は、ある領域のわずかな変更が診断が困難なEMI問題を引き起こす可能性があるため、既存の設計を新しいシステムに適応させることはほとんどありません。 適切なレイアウト選択と配線を行うことで、SMPSの出力からノイズが重大な問題になるのを防ぐことができます。低電圧コンバータは異なるフォームファクターでICとして購入できますが、高電圧コンバータは専用のボード上で個別のコンポーネントから製造する必要があります。ここでは、コンポーネントを冷却し、システムのノイズ問題を防ぐための重要なSMPS PCBレイアウトのヒントをいくつか紹介します。 SMPS PCBレイアウトのノイズと熱問題 どうしても避けられないことですが、任意のSMPSはトランジスタドライバのスイッチング動作により、中程度の高周波ノイズを発生させます。実際には、AC-DC変換中の全波整流器からの低周波リップルを高周波スイッチングノイズに変換しています。この変換によりより安定したDC出力が得られますが、依然として2つの重要なノイズ源が問題となります： スイッチング素子からの直接的なスイッチングノイズ。 システム内の他の場所での過渡的なノイズ。 SMPSユニットの出力には、伝導ノイズとしても放射ノイズとしてもノイズが現れることがあります。各問題の原因を診断するのは複雑になることがありますが、2種類のノイズを区別することは容易です。SMPS PCBレイアウトにおける他の設計上の課題は、ボード内で発生する熱です。これは、適切なPWM周波数、デューティサイクル、立ち上がり時間を選択することで影響を受けることがありますが、ボードで適切な熱管理戦略を使用する必要があります。これら2つの課題を念頭に置いて、SMPS PCBレイアウトで注意すべき細かな点を見てみましょう。 熱管理 理想的なSMPSはゼロパワーを消散しますが、現実にはこれは起こりません。スイッチングトランジスタ（およびAC-DC変換用の入力トランス）が、熱として大部分の電力を消散します。スイッチング電源トポロジーでは効率が90％を超えることもありますが、電力MOSFETはスイッチング中にかなりの熱を発散することがあります。ここでの一般的な実践は、重要なスイッチングコンポーネントにヒートシンクを設置することです。これらをグラウンドプレーンに接続して 新たなEMIの発生源を防ぐことを確認してください。 高電圧/高電流の電源では、これらのヒートシンクはかなり大きくなることがあります。エンクロージャにファンを取り付けることで、システムの冷却をさらに強化できます。ただし、新たなEMI問題を引き起こさないように、このファンの電源供給に関して ベストプラクティスに従うことを確認してください。 SMPS PCBレイアウトのヒント あなたのPCBスタックアップ レイアウトは熱管理に多少役立ちますが、EMIの感受性に関してはより大きな決定要因です。伝導ノイズは通常、入力回路と出力回路に 記事を読む