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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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SI 記事 1 PCBデザイナーのための究極の高速信号整合性入門 1 min Blog シミュレーションエンジニア シミュレーションエンジニア シミュレーションエンジニア シグナルインテグリティの基礎 シグナルインテグリティとは、PCB（プリント回路基板）を通過する電気信号の品質と信頼性を指します。高速PCB設計において、シグナルインテグリティを維持することは重要であり、わずかな信号の歪みでもデータの破損、通信エラー、全体的なシステムの故障につながる可能性があります。インピーダンスの不一致、クロストーク、信号の反射、電力の変動などの要因がシグナルインテグリティに大きな影響を与えるため、慎重な設計と分析が必要です。 PCBにおけるインピーダンスの理解 PCB設計の文脈において、インピーダンスとは、交流が回路を通過する際に遭遇する抵抗のことです。このインピーダンスは、トレースの幅や厚さ、これらのトレースの間に使用される誘電体材料の種類、PCBの層の全体的な構成など、さまざまな要因によって形成されます。高速PCBアプリケーションでは、信号の反射を避け、信頼性の高いデータ伝送を保証するために、一定のインピーダンスを維持することが重要です。 高速PCB設計におけるインピーダンスの一貫性を確保するために、いくつかの戦略的な技術が適用されます： 制御インピーダンストレース： エンジニアは、目標インピーダンス値を達成するために、トレースの幅や間隔といった幾何学的特性を設計します。高度なシミュレーションツールが使用され、これらのインピーダンスレベルを生産前にモデル化し検証します。例えば、特定の信号トレースに対して50オームのインピーダンスを確立することが設計要件となる場合があります。シミュレーションを通じて、トレースの寸法はこの仕様を一貫して満たすように微調整されます。 差動ペア： 高速信号伝送において、信号はしばしば差動ペアとして配線され、これは2つの補完的な信号が同時に送信されることを意味します。この構成はインピーダンスを安定させるだけでなく、ノイズの軽減にも役立ちます。USB 3.0技術において差動ペアが一般的に使用され、信号の整合性を向上させ、電磁干渉を減少させます。 材料選択： 基板材料の選択は、インピーダンス安定性に大きな影響を与えます。一貫した誘電特性を持つ材料を選択することで、PCB全体でインピーダンスが変動しないようにします。例えば、安定した誘電定数で知られる標準のFR4材料は、回路基板全体でインピーダンスの一貫性を維持するためによく選ばれます（トレースが長すぎない場合）。 Altium DesignerのPCBスタックアップエディターに統合された電磁場ソルバー 反射と信号終端 信号反射は、信号がその経路に沿ってインピーダンスの不一致に遭遇したときに発生し、信号の一部がソースに向かって反射することを引き起こします。この反射は信号を歪ませ、データエラーを引き起こし、全体的な信号の整合性を低下させる可能性があります。インピーダンスの不一致の一般的な原因には、トレース幅の急激な変化、ビア、コネクターが含まれます。 終端技術は、伝送線のインピーダンスを負荷と一致させ、反射を最小限に抑えるために使用されます： 直列終端： これは、信号源の近くに抵抗を直列に配置することを含みます。これは短いトレースに対して単純で効果的です。例えば、高速メモリインターフェースでは、トレースインピーダンスに一致させ、反射を防ぐために33オームの直列抵抗が使用されるかもしれません。 並列終端： 記事を読む
伝送線路インピーダンスの損失を補償する方法 伝送線路インピーダンスの損失を補償する方法 1 min Blog 電気技術者 電気技術者 電気技術者 銅の粗さは、伝送線インピーダンスにおいて最も大きな不確実性を生じさせる要因かもしれません。確かに、異なるソルバーは異なる総合モデルと計算方法を実装してインピーダンス値を決定しますが、粗さの影響を計算しようとする試みは新たな不確実性をもたらします。これは、粗さに基づくインピーダンスが使用される特定のモデルと、粗さが主要な影響を及ぼす周波数範囲に依存するためです。 誘電体の損失も、伝送線の実際のインピーダンスを、典型的な伝送線計算機で計算する無損失インピーダンス値と大きく異なるものにします。 この記事では、30 GHz範囲まで適用可能な、広い周波数範囲で粗さを考慮する簡単な方法を紹介します。これは、ほとんどのデジタルアプリケーションとデータレートをカバーし、無損失伝送線インピーダンス計算で粗さを補償するための迅速な方法を提供します。 インピーダンス計算には損失を含める必要があります 銅の粗さ計算を取り入れる課題は、モデルの使用ではなく、現代のEDAソフトウェアで多くのモデルが利用可能であることです。覚えておくべき最初のポイントは： 無損失インピーダンスのみが、すべての周波数で一定の値になります！ もし 銅の粗さや誘電体の損失が大きく影響する周波数範囲（約3GHz以上）で作業している場合、トレースのインピーダンスが周波数の関数として変化することを理解する必要があります。その結果、設計者はしばしば以下のように伝送線インピーダンス計算問題に取り組みます： 設計者は Altium DesignerのLayer Stack Manager、Polar Instruments、またはオンライン計算機を使用して、正確な 50オームのインピーダンス の幅を決定します。設計が完了し、Sパラメータをシミュレートまたは測定すると、設計者は実際のトレースインピーダンスが損失のないインピーダンスとかなり異なることを発見します。 上記は単終端トレースと差動トレースの両方に適用されます。損失によるインピーダンスの偏差を推定する方法が必要であることは明らかです。この方法により、損失のないインピーダンス計算が実際に役立ちます。以下で見るように、損失による偏差は誘電体の損失正接の関数です。 高損失正接を持つマイクロストリップ例（Df = 記事を読む
効率的なDC-DCコンバータ設計 効率的なDC-DCコンバータ設計：Altium Designer 24 MixedSimによる自動測定 1 min Blog シミュレーションエンジニア シミュレーションエンジニア シミュレーションエンジニア 現代の電子機器における主要な課題の一つは、特定の電源供給ソリューションを提供することです。このセクションは、ACからDCへのコンバーターやDCからDCへのコンバーターなど、さまざまなSMPS（スイッチングモード電源）で構成されることがあります。高電力アプリケーションでは、ACからDCへの変換には、デバイスの良好な電力因数（すなわち、高調波の削減と見かけ上の電力消費の削減）を達成するためにPFCコントローラーが必要になる場合があります。SMPS設計における典型的な課題は： 設計に必要な電源電圧と電流を達成するためのSMPSレギュレーターの数； 実装コスト； 設計を実装するために必要なエリア； レイアウト設計； 効率と熱削減または熱管理設計のサポート。 ポイント"d"と"e"は、Altium Designer Mixed Simulationを使用することで容易に対処できます。例えば、Altium Designerと統合できるKeysightのPower Analyzerを使用して、PCB内の電流密度をシミュレートできます。この記事では、DC-DCバックコンバーターをより効率的にする方法について掘り下げ、その効率を迅速に見積もるための簡単で効果的なヒントをいくつか共有します。 バックコンバーター設計について 基本的なバックコンバーターの回路図は 図1に示されています： 図1 4つのオペアンプを使用して、ランプ信号発生器（U3A）、エラーアンプ（U1B）、ランプ信号のバッファ（U2B）、および変調器（U2A）を作成します。基準電圧は、RCネットワークを介してエラーアンプに接続されたDCソースとしてシミュレートされ、ソフトスタート機能を提供します。 図1は、PWM変調を使用して出力電圧を設定する電圧モードコンバータです。 電力段はQ1、L1、D2、およびC2を中心に構築され、R7がコンバータの負荷抵抗として機能します。U3Aに関連するコンポーネントは動作周波数を設定し、C1を変更することで簡単に調整できます。C1を4.3nFに設定すると、周波数は約100kHzになります。 コンバータの安定性に影響を与える補償ネットワークは、安定性またはステップ応答（C4、C3-R10、およびR12-C6）を改善するために調整できます。R8とR9は、基準電圧とともに出力電圧を設定します。この場合、R8とR9は1:2の分割器を作成し、出力電圧を6Vにします。 記事を読む
マルチボードPCBのシグナルインテグリティ マルチボードPCBシグナルインテグリティ：完全ガイド 1 min Guide Books PCB設計者 電気技術者 システムエンジニア/アーキテクト PCB設計者 PCB設計者 電気技術者 電気技術者 システムエンジニア/アーキテクト システムエンジニア/アーキテクト マルチボードPCBアセンブリは、信号整合性のルールを守り、低EMIを確保しなければなりません。これら二つの側面は密接に関連しており、この包括的なガイドで説明されています。 記事を読む
SPICEシミュレーションモジュール - 自動測定 SPICEシミュレーションモジュール：設計の課題で時間とお金を節約するために、シミュレーションで自動測定を使用する方法 1 min Blog シミュレーションエンジニア シミュレーションエンジニア シミュレーションエンジニア 電子回路のシミュレーションは、設計成功の鍵となります。SPICE回路シミュレータは、設計分析を加速するために使用できます。Altium Designerは、効率的かつ正確な方法で設計をシミュレートするのに役立ち、回路の機能運用について深い洞察を提供します。 Altium Designerでの主要な分析の一つが、回路の時間領域シミュレーションである過渡解析です。過渡解析の例を図1に示します。カーソルのペアを使用して、信号値の周波数を決定できますが、信号量は 「Measurements」というツールを用いて簡単に自動化できます。図1に示された回路の測定設定の例を図2に示します。 図1 - シンプルな電圧モードのバックコンバータ 図2 - バックコンバータの測定設定 Altium DesignerのSPICEシミュレータにおける自動測定 Altium DesignerのSPICEシミュレータには、さまざまな自動測定が利用可能です。その一部を図3に示します。これらの信号量は、すべての現代のオシロスコープで利用可能な測定オプションとして扱うことができます。例えば、信号のピークtoピークレベルやRMS電圧の明確な指示は、DSOだけでなくAltium Designer SPICEシミュレータでも表示できます。これらの測定の設定には、時間範囲分析と、測定によっては分析が行われる信号レベルの1つまたは2つのパラメーターのみが必要です。後者は、例えば周波数測定に必要です。 図3 - 自動測定タブの一部のリスト 記事を読む
BGAピンピッチのシグナルインテグリティ 224G-PAM4および448Gにおける信号整合性へのBGAピンピッチの影響 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 PCB業界は、製造と信号整合性の両方の面で、常に半導体パッケージングに遅れをとっているようです。業界がデモから生産へと移行する224Gインターフェースを楽しみにしている中、Ethernet AllianceやSNIA/SSFのような組織は、超高データレートの次世代に焦点を当てています。28GHzから56GHzの帯域幅に達すると、信号整合性に影響を与える主要な要因が再び変化し、パッケージからPCBへのインターフェースでの損失と信号歪みが増加します。 これは、誘電体から銅の粗さへの損失プロファイルの変化が原因ではありません。理由は、PCBへの垂直遷移の構造、特にBGAパッケージの下側にあるものによるものです。BGAファンアウトルーティングのためのビア設計は、224G-PAM4および次世代448Gデータレートでの信号整合性に大きく影響を与える主要な要因です。業界がこれらの高速データレートに目を向けるにつれて、56GHzでのパッケージングとPCB構造における信号整合性を決定する要因は、448Gで必要とされるより高いチャネル帯域幅でも適用されます。 以下で見るように、56G-NRZや112G-PAMで機能したBGAおよびコネクタのピンピッチとサイズは、224G-PAM4では機能しない可能性があり、448Gでは確実に機能しません。これらの構造が信号整合性にどのように影響するか、およびPCB内およびパッケージング内でのMIAおよびボールアウト遷移を評価するために使用されるべき重要な指標を見ていきます。 224G PAM4で信号整合性にBGAピッチが重要な理由は? 224G PAM4インターフェースはナイキスト周波数が56 GHzであり、これは チャネル帯域幅がDCから少なくともこの値まで広がることを要求します。56 GHz近くでは、PCB内のBGAパッケージに接続する典型的なボールおよびビア構造は、電磁場共鳴とほぼ一致するサイズおよび長さのスケールを持っています。これらの共鳴に達すると、私たちは重大な帯域幅制限効果を見始めます。そして、これらの共鳴がピンピッチの関数であるため、これらの周波数で作業する際にはパッケージ設計の一部としてこれを考慮する必要があります。 56 GHzまで正確な入力インピーダンスマッチングを持つビアを設計することは、関連する課題です。以下の理由により関連しています： 56 GHz帯域幅で動作する差動インターフェースは、帯域幅仕様全体でマッチした入力インピーダンスを必要とします ビアは、56 GHz以下で電磁場の局在が不足するために放射を開始する可能性があります その後、信号ビアの周りの電磁場の局在を復元するためにステッチングビアが必要になります 差動ビアのアンチパッドと層の厚さは、異なる周波数範囲でビアの入力インピーダンスに影響を与えます 56 記事を読む
アップグレードの価値: Altium Designerの最近のバージョンがもたらす時間的、および経済的な利点 42 min Webinars 電気技術者 電気技術者 電気技術者

PCBレイアウトの複製、自動チューニング、シミュレーションなどの機能を通じて、設計プロセスをより効率的、かつ効果的にする方法をご確認ください。

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