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Google Glassの仕組みと使用されるコンポーネント Google Glassの仕組みと使用されるコンポーネント 1 min Thought Leadership かつて、Arthur C. Clarkeは「 十分に進歩した技術は、魔法と区別がつかない」と言いました。それが真実であれば、Googleは大勢の魔女や魔法使いを雇わなければなりません。長年にわたって技術の限界を押し広げてきたGoogleでは、たくさんのアイデアが実を結ぼうとしています。 自動運転車 などの製品が実現しつつありますが、私個人としては Googleが出資に参加している スマートセンサー プラットフォーム に 希望を託しています 。とはいえ、期待されている最も素晴らしい技術といえば、何と言ってもGoogle Glassでしょう。2012年と2013年に世間を驚かせたこの製品を見て、私たちはインターネットが目元で利用できる世界に思いを巡らせました。先日、Glassが エンタープライズ・エディション （Glass EE）として復活することが正式に発表され、この夢の世界が職場で現実のものになろうとしています。そこで、最初のGlassの仕組みと利用されたコンポーネントについて確認したうえで、新しいGlass EEで利用されるコンポーネントについて考えてみたいと思います。 仕組み Google Glassの長所の1つは単純明快なことです。私が最初にGlassを目にしたときは、何かの魔法のようなものを使って機能しているのに違いないと真剣に考えたほどです。しかし、さらに調べてみると、Googleの技術者は私たちと同じように魔法を使えない普通の人たちでした。彼らは優れたプリズムとプロジェクターのシステムを使って、情報を直接ユーザーの目に送っているのです。送信された情報は、一方のアームに搭載されているチップと小さなコンピューターで収集、処理されます。 記事を読む
高齢者向けのお洒落で機能的なウェアラブル テクノロジー 高齢者向けのお洒落で機能的なウェアラブル テクノロジー 1 min Blog 電気技術者 電気技術者 電気技術者 最近、スマートウォッチで年を確認したことがありますか? 2017年現在、私は若い人たちがウェアラブルを身に付けて歩き回っているのはよく見かけますが、年配の人が付けているのはあまり見かけません。これは、 アメリカ人が高齢化 し、さらに多くの人々が今後数年間に統計上の高齢者に加わることによる 新たな機会を示して います。年配の人たちは、若い人たちとは異なる理由でウェアラブルを必要としています。年配の人たちは、自分たちの安全を保ち、健康状態を監視してくれるデバイスを探し求めています。ただし、他の人たちと同じこともいくつか気にしています。具体的には外観と利便性です。現在市場に存在するデバイスのいくつかは、高齢者向けのウェアラブル テクノロジーがどのような外観であるべきかを的確に示しています。 高齢者を対象にする PCBおよび製品の設計者の大多数は高齢者ではないと考えていいでしょう。我々はまだそれほど年をとっていないため、高齢者の必要や要求を予測するのは多少困難です。ほとんどの人たちと同様に、高齢者も見た目と利便性については気にしています。また、ウェアラブルを使用して自分たちの健康状態を確認し、健康を保つことにも関心を持っています。 私の祖母は、見た目に気を使っています。アルツハイマー病にかかった後でさえ、祖母はほぼ毎日、きれいなシャツと宝石類を身につけています。高齢者は同様に、ウェアラブルの 外観が良いことも 望んでいます。シャツから大きなペンダントがはみ出しているようなものはお洒落ではなく、便利でもありません。若い人たちにとって使いやすさは長所ですが、必須ではありません。若い人たちはメニュー操作やリストのスクロールを簡単に扱えます。しかし、重度の関節炎を患った人にとっては、小さなタッチスクリーンの小さなボタンをクリックすることは 簡単ではありません 。高齢者向けのデバイスを設計するときは、高齢者の物理的な機能障害を考慮し、使いやすさを最優先にする必要があります。また、この巨大な市場に参入するには、外観の良さも求められます。 ウェアラブルがこのくらい見た目が良ければ申し分ないでしょう。 機能に関する限り、高齢者は歩数を数えることは考えていません。これらの人たちは、自分たちの健康上の問題点をトラッキングするために役立つデバイスを求めています。高齢者の90%以上は最低1つ、 77%は2つ以上 の慢性疾患を抱えています。ウェアラブルは、睡眠習慣、脈拍、ストレスレベルなどを記録し、これらの疾患の管理に役立つことが可能です。病気と関連して、転倒も高齢者にとっては大きな心配点です。高齢者にとっては腰の怪我が 死を意味する 場合もあるため、転倒を記録し、可能なら予防することが重要です。自社のデバイスが機能の点で他社のものを凌駕することを期待するなら、創造的になる必要があります。創造性からどのような製品が生み出されるか、いくつかの例を紹介しましょう。 記事を読む
PCBでリンギングが発生する理由とその解決方法 PCBでリンギングが発生する理由とその解決方法 1 min Thought Leadership 最初の電気工学ラボで、スイッチの出力をデバウンスするための回路を作りました。オシロスコープの画面で、最初のガタガタした信号とその後のデバウンスされた出力を見たのを覚えています。生活の中でこんなに害のないものが、そんなに 面倒になるなんて、心の底から不安に感じました。それが、信号ノイズやアーチファクトに対する苦しみの始まりにすぎないことを、1年生の私が知らなかったのは、幸運でした。リンギングは、製品性能について特にイライラさせられる効果の1つです。 リンギングとは何か? PCBや他の電子システムでは、リンギングとは、オシロスコープで見ると池の上のさざ波のように振動する電圧出力または電流出力のことです。その振動は、電源オンやスイッチ切り替えなど、入力信号の突然の変化に対する反応です。 多くの場合、振動によって出力信号は、上限と下限の両方で許容範囲を外れ、徐々に滑らかになります。振動が許容範囲内に収まるのにかかる時間を、整定時間と呼びます。 出力信号の独特の形のため、リンギングを時々「リップル」と呼びます。ただし、普通、リップルは、ACスイッチト電源を使用し、電源が、適切にまたは十分にAC波形を抑制しない場合の出力を特に指します。 リンギングの原因は? リンギングの源は、電源の他に、トレースが「長い」か短いかによって異なります。 一般的な目安では、デジタル回路で、（負荷までと戻りの）ラウンドトリップ伝搬時間が、信号立ち上がり時間と同等の場合、トレースは「長い」と考えられます。ストリップラインまたはマイクロストリップの作業をしている場合、少し複雑になるので、経路長および、リンギングなどの伝送路効果を最小化する出発点として Glen Dash のページを推奨します。 長いトレースと短いトレースに戻ります。トレースが短い場合、リンギングの原因は、寄生インダクタンスや寄生容量です。パルスまたは入力の突然の変動によって、寄生コンポーネントが、その固有振動数で共振し、出力にリンギング効果が現れます。長いトレースでは、リンギングの原因は、インピーダンスのミスマッチによる信号反射である可能性がより高くなります。 信号ノイズで、大学生の私は過度に不安を感じましたが 業界に入れば、信号ノイズが破滅的結末をもたらす場合もあります。 リンギングがシステムにどう影響するのか? ノイズの多いオシロスコープのために実存の危機に苦しむ、ということがなければ、素晴らしいことです。セラピーの費用がずっと少なくてすみます。それでも、リンギングは、あなたの人生や製品設計にネガティブな影響を及ぼす可能性があります。 EMIの増加: リンギングは、ノイズや干渉を生成する可能性があり、また、しばしば生成します。そのEMIは、基板に拡散または伝導し、さまざまな性能問題の原因となります。 電流フローの増加 記事を読む
スイッチングとリニアの電圧レギュレーター: どちらが電力管理回路に最適か スイッチングとリニアの電圧レギュレーター: どちらが電力管理回路に最適か 1 min Blog 目の前でコンデンサーが爆発したのを見たことがありますか? 私が電子機器の設計を始めたとき、まさにこれを体験しました。また私は、最初は「単純な」プロジェクトと設定されていたもので、パワーバジェットの計算に失敗しました。その結果、試作のPCBで電圧レギュレーターが、目玉焼きができるほど、またはもっと酷く真っ赤に焼けてしまいました。 それ以後に私は、設計の優雅さや洗練さはそれほど重要でないことに気付きました。電力管理回路の構成で間違いを犯せば、その設計は事実上無価値になってしまいます。パワーバジェットの計算、周囲の温度、そして私の事例では電圧レギュレーターなど中核の電力管理コンポーネントの選択が、PCBプロジェクトの成功を左右することがあります。 組み込みシステムにおける電力管理回路の機能 私は組み込みシステムの設計を10年以上行い、マイクロコントローラーの驚異的な進化を目にしてきました。マイクロコントローラーは、歴史的なZilogから今日のCortex M4プロセッサーまで進化してきました。Bluetooth LEやZiBeeなどのテクノロジーにより、組み込みシステム業界はさらに変革しました。しかし、電力回路を適切に設計する必要性は依然として変わっていません。適切な電力回路なしでは、このような優れたテクノロジーもただの「部品」にすぎず、しかも過熱し、溶けて燃えはじめ、悪臭を放つことになります。 コンデンサーを別として、適切に設計された電源回路の中心には必ず 電圧レギュレーター があります。その名前が示すように、電圧レギュレーターは安定した電圧を供給し、組み込みシステムが安定して動作できるようにします。電圧レギュレーターは高電圧の入力を受け付け、電子デバイスの動作に必要な電圧に降圧し、同時に安定化を行います。 3.3Vのコンポーネントが一般的になる前は、マイクロコントローラー（MCU）と集積回路（IC）はすべて5Vで動作していました。LM7805は単純な5Vのリニア電圧レギュレーターで、当時良く知られていた部品番号です。実際に、この製品は単純で極めて洗練されているため、今日でも一般的に選択されています。3.3Vが主流の動作電圧となったとき、LM1117-33が効率的なリニア電圧レギュレーターとして使われるようになりました。 リニア電圧レギュレーターの制限 集積回路が3.3V対応に移行した期間があり、この期間にマイクロコントローラーは急速に進化しました。設計者は従来、マイクロコントローラーの入力と出力の数を重視していました。その後で、UARTS、イーサネット、USBなどの統合された機能の数と、急速に増大していく処理能力に注意を向けるようになりました。やがて、リニア電圧レギュレーターは限界に直面することになりました。 これらの手軽なヒートシンクによって、リニアレギュレーターを冷却できます。 多くの人々は、リニア電圧レギュレーターを扱うとき、電流定格を絶対視するという初歩的な過ちを犯します。これが大きな問題となったのは、LM7805電圧レギュレーターの定格は5V、1.5Aだったためです。しかし、実際にこの電圧で扱うと、良くて一部のコンポーネントが溶け、悪ければプロセス内で燃焼が発生する恐れがあります。リニア電圧レギュレーターを選択するときは、最低でもあと3つのパラメーターを考慮する必要があります。 消費電力のレベルは、入力と出力の電圧差を考慮し、その値と負荷電流とを乗算することで計算できます。12Vを5Vにレギュレートし、組み込みシステムが100mAを消費するなら、消費電力は0.7Wです。これを念頭に、LM7805は最大125℃の温度で動作できることに注意します。この温度を超えると、溶解や燃焼など望ましくない現象が発生します。 しかし、TO-220パッケージの一般的なLM7805の熱抵抗は65℃/Wです。すなわち、周囲の環境温度に加えて、1Wごとに65℃だけ温度が上昇します。一部の地域では平均気温が約35℃なので、動作時のLM7805は100℃に達します。定格最大電流である1.5Aの10%未満しか使用していないにもかかわらず、許容される最大温度に近づくことになります。 スイッチング電圧レギュレーターが、文字通り冷静な選択である理由 リニア電圧レギュレーターは、その特性から 電力要件の大きい 記事を読む
ハイパーループの栄光に向けてのBadgerloopの活動、イーロン・マスクの関心を惹く ハイパーループの栄光に向けてのBadgerloopの活動、イーロン・マスクの関心を惹く 1 min OnTrack 6月のポッド2号機公開時のBadgerloopチーム イーロン・マスクがハイパーループ方式の輸送システムの構想を ホワイトペーパー 紹介したのは2013年のことです。彼は完全なオープンソース方式による開発を提案し、ポッド コンテストに参加する大学を募集しました。コンテスト用のポッドを試運転で走らせる1マイル近い縮小版の真空チューブの建設資金は、スペースXが負担しました。スペースXが定めた一連の要件に適合しスペースXが強く望んでいるチューブ走行を第1回のコンテストで実現するチャンスを獲得できたポッドは、3つだけでした。 すべてのチームにとって最初の関門は構想と設計でした。 選出されたいくつかの設計案が、2016年1月の デザイン週間の週末 にテキサスA&M大学で採用され審査されることになっていました。1,000件の設計案のうち120のチームのものだけが選出され、 デザイン週間の週末 に参加できることになりました。目標を達成できたのはBadgerloopチームだけではありませんでしたが、Badgerloopチームは、「 設計製作全般 」のカテゴリーで印象的な世界レベルの競争相手たちの中で第3位を獲得しました。これにより彼らは、ポッドを製作し2017年1月の第1回コンテストで競争するチャンスを確立できました。 通常の学年期間や夏季期間でBadgerloopチームの陣容は変化しましたが、メンバー数は30 ～ 80名でした。キャッスルは12人ほどのリーダーの1人で、電気担当チームの重要人物です。電気システムチームは、Altium Designerを使用して、STMのNucleoを採用した1枚のマイクロコントローラー基板とシールドを設計しました。この基板は次回新たなポッドを開発する際にも再利用できるようになっています。また、彼らはバッテリー安定化基板と電磁弁制御基板も設計しました。ワークフローを簡素化するため、彼らは、チームメンバーが2つの大陸と3つのタイムゾーンに分散してしまう夏季期間中でも密に連携しながらプリント基板設計を行えるよう、サブバージョンネットワークを開発しました。 2017年6月17日に公開されたポッド2号機 Badgerloopチームは2016年12月にポッド1号機を公開し、1月下旬の第1回ハイパーループポッド コンテストに向けて国内を輸送しました。彼らの目標は高く、ポッドのチューブ内走行を目指して週40 記事を読む
ロックスターのようなPCB設計者でありシグナルインテグリティーの専門家であるリック・ハートリー氏(Rick Hartley) ロックスターのようなPCB設計者でありシグナルインテグリティーの専門家であるリック・ハートリー氏(Rick Hartley) 1 min Thought Leadership ワーナー: またお出でいただきましてありがとうございました、リック。では今回もよろしくお願いします。私たちが最初に会ったとき2人とも強く感じていたのは、もっと多くの設計者が基板サプライヤーを訪問して基板の製造過程を理解するべきだということでしたよね。今日は、技術者やPCB設計者に対してどのようなアドバイスをいただけるでしょうか? ハートリー: あなたもそう感じておられたことが興味深いですよね。私が初めてプリント回路設計者になった77年から78年頃のことですが、会社が委託していた製造技術者の1人が、私と、下請け会社のもう1人のプリント回路設計者を座らせて説明してくれました。「会社の技術者たちは、プリント回路設計者になる道を選んだ君たち技術者2人を大切に思っている」と言いました。私たちは微笑みながら「ええ、それは分っています」と頷きました。すると彼は私たちを見て言いました。「君たちは、回路や回路の動作については理解しているが、製造については全然分っていない。君たちがこれほど分っていないということは、驚くべきほとだ。君たちが設計するものは、私たちには実際に作れないものばかりだ」。私のプライドは叩きのめされました。プライドが床に投げつけられたどころではなく、床にめり込むほどのショックでした! このショックから立ち直るのに文字通り1週間も掛かったほどです。でも、よくよく考えてみると彼らの言うことが正しいことが分りました。私は製造については何も知りませんでした。会社は、ノーム・アイナーソン(Norm Einarson)氏を雇うことにしました。ノーム・アイナーソン氏は、当時プリント基板の神様と言われた人物であり、このインタビューをお読みになっている方で年配の方であれば皆さん懐かしく思い出される名前ではないでしょうか。彼は、本当に設計というものを理解している製造技術者でした。彼が会社に来てくれた期間は1週間です。電気工学部門を含む設計部門の全員に対し、この1週間の研修期間の全期間にわたって出席することが義務付けられました。彼は、設計者が製造に与える影響と、製造が設計者に与える影響を教えてくれました。 ワーナー: 皆さんにとっては本当に貴重で素晴らしい機会だったんでしょうね。 ハートリー: ええ。私がこれまでに受けた研修の中では最も充実した1週間でした。それ以降、私は、製造業界での方法の前年からの進化、新技術、予想される新技術などを知りたいと思い、製造関係の雑誌を複数購読しています。製造部門で採用されている工程を知らずして回路基板を正しく設計することはできません。 ワーナー: 私も、率先的にそのような方向で取り組んでくれる設計者が増えてくれることを願っている製造技術者が大勢いることを知っています。本当に大事なことですよね。 ハートリー: ええ、そうなんです。私が言いたいことの一つもそのことで、電気工学やプリント回路の設計者なら、あるいはプリント基板設計での意思決定に何らかの形で関与する担当者なら、製造工程を理解しておく必要があるんです。基板の製造、組み立て、試験について理解するだけでなく、この3つの工程に対して設計者が与える影響も理解する必要があります。 ワーナー: まったくそのとおりです。私もエレクトロニクス業界の製造/組み立て部門出身ですので、その点は同感です。問題や遅延が発生した場合、 事前に ちょっとした打ち合わせができていれば容易に防ぐことができたのにと思える経験は、私にとっても日常茶飯事でした。 ハートリー: もう一つ提案したいのは、PCB設計者と電気工学技術者がもっと密に連携作業したらどうかということです。つまり、お互いの作業内容を理解し合うということです。基板設計を複雑にしている要因は本当は技術者たちのやり方にあることを技術者が知る必要があると思うのですが、私には、彼らが実際にそう考えているようには思えません。技術者がうまく連携して作業できるようにするためには、お互いの分野を良く理解する必要があります。互いの理解が足りないと丸投げ状態になってしまい、「回路図がこうなってるんだからそちら側で解決すべき問題だろう」というようなことになってしまいます。これではうまくいくはずがありません。そのことを私は何年も前に学習しました。私がL-3や通信業界で一緒に仕事をした技術者のほとんど、あるいは70年代後半や80代の技術者は、私とうまく連携作業できましたし、私も彼らとはうまく連携作業できるよう努めました。この記事の発表後に彼らが読んだら、きっと頷きながらこう言うでしょう。「そうだ、俺たちの時代は連携し合ってうまくやったもんだ」と。そうなんです。私たちはお互いに理解し合えるんです。そして、それが重要なことなんです。 記事を読む
パーキンソン病との闘いにスマート技術がどのように使用されているか パーキンソン病との闘いにスマート技術がどのように使用されているか 1 min Thought Leadership 先週、私は、両親に会うためトロントに帰省しました。私の87歳の祖父は最近、認知症と診断され、運転免許証を取り上げられました。祖父が運転できなくなって家族は安心した一方、好きなように動けなくなった祖父はショックを受けていました。しかし、それは、ある日変わりました。祖父を迎えに行った日のことです。到着すると家に誰もいませんが、祖父の車はあります。祖父がUberを注文したのでした。アプリの中には、初期の退行性神経疾患の患者に機会を与えるソリューションになるものもありますが、これらの病気の治療を目的に作成された、さまざまな分野のスマートデバイスがあります。ここでは、ハイテク食卓用金物やウェアラブル電子機器が、パーキンソン病患者の病気の影響を軽減するのに、どのように役立つかを探求します。 現在、約 6万人の米国人 が毎年、パーキンソン病（PD）と診断されており、その数字には、まだ発見されていない場合は含まれません。しばしば退行性神経疾患は高齢者の疾患であると考えられますが、PDと診断された患者の4%は50歳以下です。IoTが急成長する時代、技術とヘルスケアが、PD患者の生活の質に大きな影響を与えるようになっています。 IBMやPfizerのような企業が、これに気づき 、患者データを追跡、測定する新しい方法を探しています。理想的には症状の治療に役立ち、病気全体に新しい洞察をもたらす、リアルタイムのデータを研究者や医師に提供したいと考えています。一方、パーキンソン病患者の支援を目的とし、他の病気にも適用できる、有望なデバイスが3つあります。 電気スプーンは、何の味なのかを脳に伝えることができる 電気スプーン 私たちのほとんどが、味覚を当たり前だと考えています。パーキンソン病の影響と比較して小さいと思えるかもしれませんが、味覚を失うことは、その人の生活の質に大きな影響を及ぼす可能性があります。2013年、シンガポール国立大学の Nimesha Ranasinghe のグループは、舌の味覚受容体をだまし、銀の電極を使用して塩味や甘味、酸味、苦味といった感覚を生成できることを示しました。電極は、舌の先に触れ、さまざまな交流電流や小さな温度変化を使って、受容体を刺激します。今日、Ranasingheや、 ロンドン大学 のグループなど、他の研究グループは、 スプーンの形式で この技術を応用し、パーキンソン病や認知症の患者の味覚を取り戻すのに役立てています。スマート台所用品には、 あまり実用的でない ものもありますが、この研究は印象が良好です。 Liftware 発売を楽しみにしているスプーンには、 記事を読む