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ウィートストンブリッジ入門 ウィートストンブリッジ回路と差動アンプの紹介 2 min Blog ウィートストンブリッジ回路は、抵抗を正確に測定するためのシンプルな装置です。このプロジェクトでは、Mark Harrisがこれらの回路をどのように扱うかを示しています。 記事を読む
設計を正しく進めるためのBOM管理 1 min Blog Active BOMがあれば、憶測に頼らずにコンポーネントを選択して、最初から正しい設計を進めることができます。 Altium Designer すべての製造段階で作業をスムーズに進めるためのPCB設計ツール コンポーネントに対するフィードバックをもらわないと、作業を開始できないことにうんざりしていませんか？コンポーネントについての誤った情報や古いデータが原因で、予算に響く土壇場の変更が発生することに疲れていませんか？こうした問題に思い当たりがあるのなら、スケジュールに狂いが出ることに大きな不満を抱えていらっしゃることでしょう。回路図にコンポーネントを配置しながら、リアルタイムの部品情報をサプライヤーから直接入手できるとすればどうでしょう？回路図の作成中に、設計で使用するすべてのコンポーネントの詳細リストがあれば便利だと思いませんか？ これらはすでに実現しています。PCB設計ツールからコンポーネントの詳細な最新情報を入手できるのは、Altium DesignerのActive BOMがもたらす利点の1つにすぎません。BOM管理では、入手できる必要な情報がソフトウェアでリアルタイムに更新されるため、購買管理、請求管理、製品（開発）管理、製品ライフサイクル管理がはるかに容易になります。 Active BOM: 設計データで機能するもうひとつのポータル Active BOMは、Altium Designerに含まれる最新ツールの1つです。回路図エディタやPCBレイアウト アプリケーションとともに、設計データでポータルとして機能するこのツールでは、コンポーネントの完全な詳細リストを表示して、含まれるデータを設計で直接使用できます。回路図とレイアウトの両方でコンポーネントを横断選択できるため、設計中だけでなく設計の見直しにも大いに役立ちます。 Active BOMでは部品サプライヤーとのクラウド接続を通じて、部品の最新の価格や在庫状況、技術データを入手できます。これらの機能のほかにも、部品表レポートを直接作成することが可能です。こうした部品管理が生産性の向上にいかに役立つかがわかったら、もうActive BOMを手放せなくなるでしょう。 設計システム全体で活用できるActive 記事を読む
PCBアンテナ設計の基本的なアプローチ 最高のPCBアンテナ設計ソフトウェアでアンテナ実装が容易になる 1 min Blog 回路基板アンテナの設計は、どのソフトウェアにとっても難しい作業になり得ますが、Altium Designerなら問題になることはありません。これは、あなたのBLEアンテナ設計ソフトウェアとして、そしてそれ以上のことにも対応できるソフトウェアです。 ALTIUM DESIGNER アンテナ設計が問題なく配置されるようにする 消費者と産業の需要が、より小型の無線デバイスの需要を促しています。これらのデバイスは、ウェアラブル技術、Bluetooth Low Energy (BLE) アプリケーション、個人通信システム、インターネットオブシングス（IoT）アプリケーション、医療技術、自動車の先進運転支援システム、その他の革新的な技術をサポートしています。これらおよびその他のアプリケーションは、物理的なフットプリントとコストを削減しながら性能を維持するPCBアンテナを必要とします。さらに、PCBアンテナ設計は、典型的な2.4 GHz帯からミリ波帯の周波数に至るまでの周波数要件にも対応する必要があります。 PCBやチップアンテナ上に延びる三次元のワイヤーを使用する代わりに、PCBアンテナ設計ソフトウェアはプリント基板上に描かれたトレースで構成されています。アンテナの種類やスペースの制約に応じて、PCBアンテナ設計者が使用するトレースの種類には、直線トレース、反転F型トレース、蛇行トレース、円形トレース、またはウィグルがある曲線トレースが含まれます。PCBアンテナの二次元構造は、製造元が指定した仕様を満たすために、Altium Designerのような堅牢なアンテナ設計ソフトウェアを必要とします。 最高のPCBアンテナシミュレーションソフトウェアは、イノベーションをアプリケーションにマッチさせます 製造業者は、ケーブルやコネクタを含む既製のコンポーネントとしてPCBアンテナを提供する場合があります。利用可能なPCBアンテナオプション（例えば、BLEアンテナ設計、IoTアンテナなど）が豊富にあるため、チームはシステム設計に追加したり、電気的および機械的要件に応じてアンテナをカスタマイズすることができます。PCBアンテナの設計は、基本的なマイクロストリップパッチから、マイクロストリップパッチ、ストリップライン、共面導波管（CPW）伝送線の組み合わせに至るまで様々です。一部の設計では、同じPCBアンテナ内で異なるタイプの伝送線を組み合わせることがあります。 PCBアンテナ設計ソフトウェアの選択は、アプリケーションに依存します。ワイヤレスマウスには、他のアプリケーションが必要とするRF範囲やデータレートと同じものは必要ありません。インターネットオブシングスに接続されたセンサーやデバイスは、より大きなRF範囲と高いデータレートを必要とします。新しいPCBアンテナ設計は、広帯域周波数範囲が必要なシステムアプリケーションや同じアンテナによって複数のアプリケーションが提供されることに対応するために、デュアルバンドおよび複数周波数バンドのカバレッジを特徴としています。 RF範囲の変動のために、同じ電力要件を持つ設計でも、異なるレイアウトを採用し、アンテナ設計のために異なる原則を適用することがあります。アプリケーションに関係なく、アンテナの設計とRFレイアウトが性能に最も大きな影響を与えます。さらに、PCBアンテナシミュレーションソフトウェアは、RFトレースのレイアウトガイドラインに従い、PCBスタックアップとグラウンディングのベストプラクティスに準拠し、電源供給のデカップリングを提供し、適切なRFパッシブコンポーネントで構成されている必要があります。設計と製品要件の違いが、PCBアンテナ設計ソフトウェアの必要性を確立します。 例として、高い利得を必要としない高周波アプリケーションでは、誘電体によって大きなグラウンドプレーンから分離された回路基板の片面に形成されたマイクロストリップパッチからなるモノポールPCBアンテナが使用されます。他のアプリケーションでは、特定の周波数でより高い利得を必要とし、多層構成を使用する場合があります。どちらの場合も、ターゲット動作周波数の波長はパッチのサイズと直接関係があります。 PCBアンテナ設計には基本的なアプローチが必要です PCBアンテナ設計は、主要な性能パラメータの設定から始まります。これらのパラメータには 記事を読む
PCB 対 マルチチップモジュール、チップレット、シリコン・インターコネクト・ファブリック PCB 対 マルチチップモジュール、チップレット、シリコン・インターコネクト・ファブリック（2023年更新） 1 min Engineering News 2019年9月号のIEEE Spectrum誌の記事では、マルチチップモジュールや高度なパッケージ上でチップレットを接続する方法であるシリコンインターコネクトファブリックが、特にマザーボードにおいて、PCBや大型のSoCを多くのアプリケーションで不要にすると主張されました。 しかし2023年になっても、まだPCBを手放した人はいないようです。PCBへの需要は以前と変わらず強く、二桁のCAGRで成長すると予測されています。これは、 UHDIボードや 基板のようなPCBなど、高度なタイプのPCBの成長が期待されているにもかかわらずです。 その2019年のIEEE Spectrumの記事は、過去数十年にわたって少なくとも3回目の「PCBの終焉」が主張されたものでした。マルチチップモジュールは1970年代のIBMのバブルメモリにさかのぼりますが、半導体ダイにボンディングバンプアウトをモジュールに組み込むためのフットプリントを構築できる限り、標準のPCB設計ソフトウェアを使用してこれらを設計することもできます。流行語を取り除き、マルチチップモジュールを主流に導入する際の課題を分析すると、PCBと集積回路の将来の関係がどのように見えるかがより明確になります。 高度なパッケージ、チップレット、シリコンインターコネクトファブリック アメリカとヨーロッパの電子製造の話題が先進的なパッケージングと地元の半導体生産に移行している今、より多くの企業がチップ設計業務を内製化しています。これは、パッケージングがこれらの設計チームの領域になることを意味し、PCB設計者は異種統合チップやモジュールを含む先進的なパッケージングレイアウトを解決するスキルを持つグループです。 シリコンインターコネクトファブリックは、超大型システムのための先進パッケージ内で異種統合をサポートするインターコネクトプラットフォームとして意図されていました。このパッケージング方法では、未パッケージのダイが非常に細かい垂直インターコネクトピッチ（2から10ミクロン）でSiウェハーに直接取り付けられます。ダイ間の間隔は100ミクロンを目指し、ダイ間の非常に短いインターコネクトを実現します。このパッケージは、ダイを垂直に積み重ねて単一のモジュールにする3D統合もサポートすることを意図しています。 シリコンインターコネクトファブリックの構造。[出典: UCLA CHIPS] このファブリックは、従来のインターポーザ、パッケージ、およびPCBを置き換えることを目的としています。偏見を持っていると言われるかもしれませんが、現在のコンポーネント製造および配布の構造を考えると、このようなパッケージング方法がPCBを置き換えるとは思えません。これは、インターポーザやパッケージ基板に配置できる構造のように見えますが、PCBの卸売りの代替品にはならないでしょう。この構造は、本質的にシリコンウェハ上での2.5D統合または3D統合を可能にするため、このように言います。 設計階層でパッケージングはどこまで到達する必要があり、これらのデバイスが電子機器を構築する標準的な方法としてPCBをいつか置き換えることがあるのでしょうか？現実には、異種コンポーネントを相互接続するために使用されるパッケージング方法は、最高レベルのパッケージングソリューションとしてPCBを置き換えることを意図していません。PCBのオフ・ザ・シェルフコンポーネントによって提供されるモジュラリティは、エンジニアが必要とする重要な価値と柔軟性を提供します。オフ・ザ・シェルフの集積回路がチップレットとしても利用可能になるまで、シリコンインターコネクトファブリックのような技術はPCBを完全に置き換える希望がありません。 私がパッケージとプリント基板を完全に新しいインターコネクトアーキテクチャに置き換えることについて懐疑的であったにもかかわらず、シリコンインターコネクトファブリックベースのシステムに関する追加研究が行われています。パッケージング技術として、シリコンインターコネクトファブリックベースのシステムは、従来のパッケージングや高度なPCBと同様の課題に直面しています。特に、 電力供給、電力安定性、およびファブリックに組み込まれたキャパシタンスの問題があります。これらのトピックに関する最近の論文を以下に示します。 Safari, Yousef, Anja 記事を読む
Altium Designerにおけるフィルタ伝達関数と極-零点解析 Altium Designerにおけるフィルタ伝達関数と極-零点解析 1 min Blog 電子工学の授業で回路解析の問題に何時間も費やしたことを覚えています。手計算で様々なフィルター/アンプの構成を分析する方法を学びました。回路は通常、フィードバックがない限り、オームの法則やキルヒホッフの法則で扱えました。RFコンポーネント用の広帯域やマルチバンドマッチング回路など、高度なアプリケーションの回路は、手計算で分析するのがすぐに難しくなります。 しかし、複雑なフィルターの共振周波数の数が2または3を超えると、問題はすぐに扱いきれなくなります。この時点で、問題は通常、3次以上の多項式の分解または直接解を求めることになり、手計算では管理不可能になります。数学が得意な私でも、高次の多項式の問題は好きではありません。幸いなことに、複雑なフィルターを扱う際には、信号の挙動の多くの側面を決定できます 複雑なフィルター回路の解析 以下の回路図に示されている回路は、かなり複雑なフィルターです。一般的な実践でこのタイプのフィルターに遭遇することはないかもしれませんが、 マルチバンドアンテナ用のマッチング回路を設計しているときには、かなり近いものになります。この回路では、ソース（V2）が信号をバンドパスフィルターに送り、この部分からの出力（キャパシタを通過する電圧）がバンドストップフィルターに入力されます。フィルターからの出力電圧はL3とC3を通過する電圧で測定されます。このフィルター回路は、Miscellaneous Devices.IntLibライブラリの汎用コンポーネントを使用して構築されました。正弦波源（V2）は、Simulation Sources.IntLibライブラリで見つけることができます。 このフィルターの簡単な分析では、2つの重要な極があると言えます。バンドパスRLC共振周波数での出力電圧のピークと、バンドストップ共振周波数での出力電圧のゼロです。しかし、実際にはこれは正しくありません。これは、キャパシタC1とインダクタL1もこの回路のバンドストップ部分と共振しており、回路の伝達関数に複雑な共振構造を作り出しているためです。 見ていくとわかるように、フィルター伝達関数には2つ以上のピークとゼロがあります。これは通常、回路と入力信号をラプラス領域に変換することによって行われます。一般に、伝達関数は以下の方程式に示されるように、積の分数として書くことができます。 この方程式では、各zは伝達関数のゼロであり、回路が出力電圧を通過させない特定の周波数と減衰率に対応しています。各pは極であり、伝達関数のピークに対応します。フィードバックのない線形回路では、極は虚数共役ペアまたは負の実部を持つ完全な複素共役ペアとして現れます。極の実部は、回路の過渡的な挙動を教えてくれます。 出力電圧の臨界点を計算することで共振を計算しようとすると、臨界点を決定するために6次の多項式を解く必要があることがわかります。上記の回路についても、この回路の極を決定するために6次の多項式を解く必要があります。この問題は技術的に解決可能ですが、周波数領域での回路の挙動を決定するためにSPICEシミュレータを使用する方が速いです。この演習を手作業で行う代わりに、Altium Designerで SPICEシミュレーションを使用してこの問題を解決します。 フィルタ伝達関数の計算 この回路の伝達関数を計算するために、入力と出力に2つのプローブ（IとV）を配置しました。入力電流は、回路がそのバンドパスまたはバンドストップ共振で共振するたびに、いくつかの減衰または増幅を経験します。出力電圧測定（Vプローブ）の比較は、特定の周波数での入力電圧と比較して伝達関数を構築するために使用されます（上記の方程式を参照）。 始めるには、 シミュレーションダッシュボードを開き、分析に使用するソースと測定プローブを選択します。 次に、以下の分析を有効にします： 伝達関数：伝達関数の計算に使用するソース名と基準ノードを選択してください。 極-零点解析：入力ノードをR1（NetR1_2）に接続されたネットに設定し、出力ノード（NetC2_1）を設定します。基準ノードオプションを「0」に設定したままにしてください。これは、基準を地面に対する電圧測定とするためです。ネット上のどこかに地面に接続されたコンポーネントがある場合は、これらのオプションを変更する必要があります。私の設定は下の画像に示されています。 記事を読む
高ピン数の回路図シンボルを迅速に作成する 高ピン数の回路図シンボルを迅速に作成する 1 min Altium Designer Projects 正規表現を使用し、Altium Designerの広範なツールキットを活用すると、回路図シンボルの作成が迅速かつ簡単になります。 記事を読む
Altium Designerにおける周波数変調シミュレーション Altium Designerにおける周波数変調シミュレーション 1 min Thought Leadership アナログ信号を扱う際には、動作中の調和歪みのような問題を防ぐために、デバイスが線形に動作していることを確認する必要があります。アナログデバイスの非線形相互作用は、クリーンなアナログ信号を歪ませる歪みを引き起こします。アナログ回路がクリップしているかどうかは、回路図やデータシートを見ただけでは明らかではないかもしれません。信号チェーンを手動で追跡する代わりに、シミュレーションツールを使用してデバイスの挙動についての洞察を得ることができます。周波数変調シミュレーションのような、正弦波信号を用いた重要なシミュレーションは、Altium Designer®のプリレイアウトシミュレーション機能を使って簡単に実行できます。 この投稿では、 以前のシミュレーションから続けて、トランジスタを含む回路にFMソースを導入します。ここでの考え方は、アナログソースを使用してデバイスが線形範囲、つまり非線形回路が線形に振る舞うのを止める入力値の範囲を確認することです。 これは、アンプ設計やトランジスタベースのアナログ集積回路の設計において非常に重要です。一般的な非線形回路やアンプ設計に関しては、以下のようなことを知る必要があります： 飽和レベルは、コンパレータ、シュミットトリガ、オペアンプ などの回路において重要です。圧縮点は、相互変調生成物が顕著になり、信号が劣化する入力電力レベルを決定します 。バイアスあり/なしのDC成分（例えば、フォトダイオードの光導電モードや光起電力モード） に対する動作モード。非線形フィルタリングは、トランジスタモデルの寄生要素や全体の回路および半導体の非線形挙動に関連します 。このシステムで重要なもう一つの点は、回路の非線形性に加えて、整流とDCバイアスです。共通コレクタ/エミッタ増幅回路では、トランジスタの電流を完全に変調するために、時間変動信号にある程度のDCバイアスが必要になることがよくあります。そして、負荷にクリーンな波形が渡されるように、必要最小限のDCバイアスを見つけることが有用です。この記事では、これを調査し、これらのシミュレーションを一般的に設定する方法を示します 周波数変調シミュレーションの始め方 前回の投稿では、NPNトランジスタを含む回路の負荷線分析について見てきました。DCスイープの結果から、コレクター-エミッター電圧が高いレベルにランプアップされると、コレクター電流が飽和し始めるのがわかります。これにより、この回路の負荷線を抽出し、しきい値電圧の変化を見ることができました。 このシミュレーションでは、正弦波FMソースをシミュレーションに取り入れ、クリッピングが発生するタイミングを調べる方法をお見せします。この周波数変調シミュレーションでは、フーリエ成分を調べ、新しい高調波が生成されるタイミングを決定できます。次に、DCバイアスを変更してシミュレーションを修正し、FM信号がクリップする方法と、関連する周波数帯域全体で線形動作につながる入力値の範囲を特定できます。 RF信号チェーン設計の重要な側面です。 前回の投稿からシミュレーション回路図を再利用しましたが、ベースに見られるDCソースを周波数変調ソースに置き換えました。このシミュレーションソース（VSFFMと名付けられています）には、 コンポーネントパネルのSimulation Generic Components.IntLibライブラリからアクセスできます。この回路図では、V_CCからトランジスタベースへの抵抗を追加して、V_FMにいくらかのDCオフセットを適用しました。この回路図を使用して、R_Bの値を調整し、V_FMに十分なDVオフセットを適用して、R_LOADにクリーンなFM信号を渡せるかどうかを確認できます。 この回路図では、基本的な考え方は、FM波を使ってトランジスタの電流を変調することです。ここでは、R_Eを電流制限抵抗として共通コレクタ構成を使用しました。しかし、共通コレクタ構成（ベースにV_FM）を使用し、R_Eを通じて出力を測定することもできます。私たちの目標は、変調された負荷電流を線形範囲に入れるためにV_CCによって供給されるベース電流を決定することです。この追加電流は基本的に負荷線を上に移動させ、V_CCが十分に大きい限りアクティブ領域に入ることに注意してください。しかし、V_FMが大きすぎると、飽和領域に戻ってしまう可能性があります。V_CCがロジックレベルで動作する場合、十分なDCオフセットを適用すれば、負荷でクリーンなFM波を得ることができると合理的に期待できます。 FM信号パラメータ 記事を読む