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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
飛行機の客室 PEI-Genesis Q&A | 機内エンターテイメント用コネクタ 1 min Sponsored 最近長距離の商業フライトに乗ったことがあるなら、前の座席に組み込まれたオンデマンドエンターテイメントオプションがロードされたタッチスクリーンがあった可能性が高いです。 かつてファーストクラスだけに限定されていた贅沢な機能だったこれらのスクリーンは、現在ではほとんどの長距離フライトで標準装備となっています。これにより、スペースと重量がプレミアムなジェットライナーで、これらのエンターテイメントシステムがどのように電力とネットワークに接続されているかについて考えさせられました。新旧の航空機でこれら広範なエンターテイメントネットワークを可能にするコネクタについてもっと学ぶために、私たちは PEI-Genesisの友人たちに連絡を取りました。これは私たちの進行中のQ&Aシリーズの一環です（他のQ&Aは こちらと こちらで見つけることができます）。 機内エンターテイメントオプションが急速に充実し洗練されている中、これらのオプションを可能にするコネクタの要件は何ですか？ PEI-Genesis: この市場のコネクタは、小型フォームファクタであり、キャビン全体に配線可能である必要があります。その点を考慮すると、提供される製品は、高速信号に対応しつつ、低重量で最小限の製品フットプリントを持つことができる必要があります。 これらのジェットライナーが設計されたとき、Wi-Fiやデバイスの充電は一般的ではありませんでした。これらのエンターテイメント機能は、これらの古い航空機にどのように後付けされていますか？ PEI-Genesis: 航空機の改修とアップグレードは、業界の現実です。技術の進歩により、航空機のような長寿命資産は、新しいニーズに応え、進化する能力を持つ必要があります。各航空機には、床板の下やサービスパネルの後ろに配線されたマイルにも及ぶワイヤーがあります。新しいシステムは、信号と電力がポイントからポイントへ流れるのと同じ方法で、この配線を統合します。 商業フライトの座席数の増加が、航空会社がエンターテイメントのための接続性にどのように取り組むかに影響を与えていますか？ PEI-Genesis: はい、各コンピュータネットワークはユニークであり、エンドユーザーのニーズに合わせて調整されます。この場合、データの大きな需要に対応するために、ネットワークの能力を増やす必要があります。 ジェットライナーのエンターテイメント用に接続されたネットワークを設計する際、エンジニアが直面する独特の課題は何ですか？ PEI-Genesis: 特定の航空機タイプのユニークなジオメトリと座席ニーズは、新しいシステムがキャビンに統合されるたびに考慮される必要があります。これにより、これらの機内システムは、それらが存在する各航空機キャビンの要求に応えるように構成する能力を持つ必要があります。 これらのシステムは、将来のエンターテイメント技術を念頭に置いて設計することができますか？コネクタはこれらの設計を将来にわたって有効にするのにどのように役立ちますか？ PEI-Genesis：機能拡張は常に懸念されます。しかし、将来のアップグレードを受け入れる可能性よりも、サイズと重量の削減への欲求が優先されるかもしれません。システムインテグレーターは、将来の進歩のために指定された未使用の接触キャビティを持つコネクタシステムを採用することを選択するかもしれません。しかし、この未使用のスペースは、乗客のためのスペースが少なくなり、貨物能力が低下することを意味します。全体として、システムデザイナーは、顧客の要件と、必須の機能と魅力的な補助機能を考慮する必要があります。 機内エンターテイメントを可能にするコネクタについて、私たちと話をしてくれた 記事を読む
スペックで検索 スペックで検索を紹介 - あなたの望む方法で検索 1 min What's New Octopartの検索アルゴリズムが大幅に賢くなりました。 Octopartは、検索クエリ内の数字、単位、分数を識別し、それらを部品データの仕様と照合できるようになりました。これは、検索エンジンが 提案されたカテゴリに似た方法で、検索の可能な意図を判断し、可能な限り最も関連性の高い結果を返すための方法です。 このアップデートにより、関連性のない部品を排除することで結果の全体的な品質が向上し、同時に、より適切な部品のより包括的なセットを返すことができます。 言い換えれば、部品が仕様データを欠いている場合（残念ながら非常に一般的です）、私たちのアルゴリズムは、今ではその説明のどこかに仕様データを持つ部品を見つけることができ、結果の関連性を高め、このアップデート以前には結果に含まれなかった部品を検索できるようになります。 このアップデートのもう一つの楽しい利点は、どのように書きたいかに関わらず、私たちが何を探しているかを理解できるということです。 オーム、ワット、ボルト、アンペア、ファラドなどの単位名で検索したり、それぞれの記号を使用したりできるようになりました！ 整数、小数、または全数の分数として仕様を書いてください！ 分数！（わかりやすく言うと、この機能に特に興奮しています。） また、スペースをどこに置くかに関わらず、検索を理解します。 もうクエリの書き方に悩む必要はありません。 あなたの方法で書いてください、Octopartは理解します。 今、あなたは「Octopartでスペックによる検索がいつでもできたのでは？」と考えているかもしれません。 これは技術的には真実です！ できましたが、それはクリーンで完全な技術データに依存していました：それは常に利用可能ではなく、私たちが絶えず取り組んでいる問題です。 しかし、今では、アルゴリズムが「1/4 W 抵抗器」を検索するときに、「.25 w」という仕様を持つ抵抗器を見たいと認識します。 もはや厳密な1対1のテキストマッチに依存する必要はありません。 記事を読む
接地を保つ：PCBレイアウトにおけるデジタル、アナログ、およびアースグラウンド エレクトロニクス設計におけるグラウンドリファレンスとシャーシグラウンドについて 1 min Thought Leadership アース接続技術、接地、PCBのグラウンド接続、PCBシャーシグラウンドの概念は、国際基準が概念と用語を分離しようと試みても、電子工学においては非常に複雑です。グラウンディングは、電子設計、電気作業、もちろんPCB設計のすべての側面で重要です。すべての回路には、私たちがグラウンドと呼ぶ参照接続が必要ですが、正確な参照はさまざまなシステムで異なる方法で定義されます。 さまざまなタイプの電子機器でPCBグラウンドがどのように機能し、グラウンド接続をどのように使用するか不確かな場合、すべてのシステムに適用される単純な答えはありません。異なるタイプの電子機器は、それぞれのポテンシャル参照を異なる方法で定義し、すべてのグラウンドが同じポテンシャルにあるわけではないことが、入門電子工学のクラスで学んだこととは対照的です。この記事では、デジタルグラウンド、アナロググラウンド、シャーシグラウンド、そして最終的にアースグラウンド接続を定義し統合するためのシステムレベルのアプローチを取ります。グラウンドが最終的にPCBにどのように接続され、最終的にシステム内のすべてのコンポーネントに接続されるかを学ぶために読み続けてください。 回路におけるグラウンド参照とは何か、そしてそれは何をするのか？ 地面を定義する方法はいくつかありますが、誰に尋ねるかによって異なります。物理学者は特定の方法（主に理論的に）で定義する一方で、電気技師や電気工学者は文字通りあなたの足元の地面（アースグラウンド）を指しているかもしれません。電子工学では、地面をさまざまな機能を交換可能に実行するものとして参照することがあります。ここでは、電子工学における地面の主な機能をいくつか紹介します： 地面は電圧を測定するために使用される基準点を提供します。すべての電圧は、2点間の電場（および位置エネルギー）の観点から定義されます。これらの点の1つを「0V」と定義することができ、この0Vの基準を「地面」と呼ぶことがあります。これが、PCB内のグラウンドプレーンを「基準平面」と言う理由の1つです。 地面は電源への帰還電流の経路を提供するために使用でき、これにより回路が完成します。 概念的には、地面は大きな電荷の貯蔵庫として機能し、電流の流れの方向も定義します。地面を0Vの基準として取るため、この値（正または負）より上または下の電圧は、地面の位置に対して異なる方向に電流の流れを駆動します。 グラウンドは電場が終了する点を提供します。これは本当に最初のポイントの変形です。もし電磁気学のクラスで画像法の問題を解決しなければならなかったことがあれば、グラウンドは特に0Vで保持される等電位面として定義されることを覚えているはずです。この定義は、特定の電圧で保持される任意の導体（例えば、 PCBの電源プレーン）にも適用されることに注意してください。 完全なグラウンド導体を通る電圧降下は0Vです。言い換えると、グラウンド参照内の任意の2点間の電圧を測定すると、常に0Vを測定するはずです。これは上記のポイント2の再述です。 PCB設計では、電源がコンポーネントに供給される方法と、設計内でデジタル/アナログ信号がどのように測定されるかを定義するため、ポイント1と3についてよく話します。EMI/EMCの専門家は時々、ポイント4の観点からグラウンドについて話します。これは基本的にシールド材料の機能を説明します。誰もがポイント5を福音として受け入れますが、ポイント5は現実には起こりません。 これらのポイントをカバーした今、電子機器におけるグラウンディングとさまざまなタイプのグラウンドについて認識すべきいくつかのことがあります。 全てのグラウンドは不完全です 全てのグラウンド領域は上記の特性を持つことが意図されていますが、導体の実際の性質により、グラウンド基準として使用された場合には異なる機能を果たします。さらに、グラウンド領域の幾何学的形状は、電場および磁場との相互作用の仕方を決定し、それがグラウンド領域へのおよびグラウンド領域内の電流の動き方に影響を与えます。これが、 異なる信号がその周波数内容に依存した特定のリターンパスを持つ理由です。さらに、全てのグラウンドは非ゼロの抵抗を持っており、これが実際のグラウンドに関する次のポイントにつながります。 全てのグラウンドが0Vであるわけではない 浮遊している導体や、異なる電源を参照するシステム内の導体は、同じ0Vの電位を持っているとは限りません。言い換えると、異なる機器の2つのグラウンド参照が同じ参照に接続されている場合でも、それらの間の電位を測定すると、非ゼロの電圧を測定することになります。 これは、2つのデバイスが同じ導体をグラウンド接続として参照している場合にも発生することがあります。長い導体（例えば、マルチメーターで）を測定すると、電位差がゼロでない可能性があり、これは導体に沿って一定の電流が流れていることを意味します。大きなグラウンドや2つのグラウンド接続間のこの電位差は「グラウンドオフセット」と呼ばれます。大規模なマルチボードシステムや、産業用およびネットワーク機器のような分野では、グラウンドオフセットは差動信号を使用する理由の1つです（例： CANバス、 イーサネットなど）。差動プロトコルは2本のワイヤー間の電圧差を使用するため、それぞれのグラウンド参照は関係なく、信号は依然として解釈できます。 記事を読む