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EMIシリーズ_パートI PCB設計におけるEMI制御の習得：PCB内での信号の伝播方法 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 電磁干渉（EMC）に対応するためのプリント基板（PCB）の設計には、電磁場と電流の観点から信号の伝播をしっかりと理解することが求められます。これらの概念は、電磁場の放出レベルを低く抑え、外部からの放出や干渉に対する感受性を低くするPCBの設計に役立つため、重要です。 この PCB設計におけるEMI制御のマスターシリーズの最初の記事では、これらの概念をより深く掘り下げ、プリント基板設計にどのように適用するかを見ていきます。 伝送線路における信号の伝播の概念 PCBにおける信号の伝播について考える際には、水がパイプを流れるという類似から、電磁場と伝送線路の観点にシフトすることが重要です。伝送線路は、含まれた電磁場の形でエネルギーを一地点から別の地点へ転送するように設計された構造です。プリント基板の文脈では、伝送線路は少なくとも2つの導体によって形成されます。これらの導体は、電磁場を含むことと、それらを回路内の別の地点に導くことにおいて同じくらい重要です。2つの導体のうち1つが欠けていると、信号を構成する電磁場は未含有のままとなり、これらの場の拡大によりEMC試験に失敗する可能性があります。 ここから浮かび上がる非常に重要な概念は、電磁信号は導体の内部ではなく、2つの導体の間の空間、すなわち誘電体の中に含まれているということです。EMCの観点からの私たちの目標は、2つの導体の間に含まれる電磁場を最大化し、その周囲にある電磁場を減少させることです。 図1 - PCBにおけるデジタル信号伝播の表現 PCBでは、信号伝播に使用される2つの導体は、信号ポテンシャル導体と戻りおよび参照ポテンシャル導体です。これをイメージする最も簡単な方法は、信号源に接続された上層が信号トレースをルーティングするために使用され、下層が信号源に接続された固体銅層であり、信号ポテンシャル参照にも接続されている二層基板です（図1参照）。私たちが信号と呼ぶものは、これら2つの導体の間に含まれる電磁場です。これは、信号が単一の導体に含まれているのではなく、これら2つの導体の間の誘電体に含まれる電磁エネルギーであることを意味します。また、これは誘電体の特性が信号の伝播に影響を与え、特に信号（またはEM波）が伝播する速度に影響を与えることを意味します。信号の速度は誘電体内の光速です。2つの導体の間には信号が存在するポイントと、まだ信号に達していないポイントがあります。デジタル信号において、これら2つの領域の間に完全な信号があり、まだ信号が存在しないポイントを 信号エッジまたは 信号波面と呼びます。これはデジタル信号における低レベル論理から高レベル論理への遷移ポイントです。 EMCの観点から、このポイントは非常に重要です。なぜなら、これは導体間で電場と磁場が低から高に遷移する場所だからです。このエネルギー状態が変化する速度が速いほど、すなわち信号が低レベルから高レベル論理に遷移する速度が速いほど、短時間でエネルギーの変化が圧縮されます。信号が伝送線路内でその源から目的地に伝播する際、信号波面または信号エッジが信号の伝播をリードします。 前方電流、戻り電流、及び変位電流 もう一つの重要な概念は、信号エッジが伝播するのを追うと、先端が電磁場の変化であるため、これが2つの導体の間の誘電体内に変位電流を生成することがわかるということです。この現象は、オリバー・ヘビサイドによってまとめられたマクスウェルの四つの方程式、特にアンペール-マクスウェルの法則によって説明されます。これをイメージする最も簡単な方法は、AC源が適用されたときのコンデンサーを考えることです（図2参照）。 図2 - Eフィールドが適用されていないコンデンサー（a）、正のEフィールドが適用されたコンデンサー（b）、負のEフィールドが適用されたコンデンサー（c） 実際には、コンデンサーのプレートとその誘電体の間に導電電流はありませんが、誘電体に含まれる束縛電荷は、コンデンサーのプレートの適用された電場に従って単に極性を持ちます（変位します）。これは、導電電流がコンデンサーのプレートを流れているかのように見えます。変位電流の概念は、信号伝播中に電流が形成される可能性があることを理解するために重要です。特に信号が負荷に達する前にです。古典回路理論の授業で教えられるように、電流は常にループで流れます。では、どうして信号が負荷に達する前、つまり、信号が源から負荷に向かい、再び源に戻って電流ループを形成するために連続的な導電電流を確立する前に電流が存在するのか ？これは変位電流のおかげで可能です。変位電流は、信号が伝播する際に電流がループ内で流れ続けることを可能にします。変位電流がない場合、導電電流だけがあれば、信号の伝播は起こりません。導電電流だけで作られた電流ループは、負荷に達する前にループを閉じることができないからです。これは、導電電流を通して誘電体を流れる電流が必要であることを意味しますが、定義上、これは不可能です。しかし、この見かけ上の電流、変位電流により、信号が伝播する際にループが瞬時に閉じます。 記事を読む
在庫コスト削減のための高度な予測 高度な予測による在庫コストの削減 1 min Blog 今日の競争の激しいビジネス環境において、効率的な 在庫管理は、コスト削減と顧客満足度の向上のための重要な戦略的要因です。これを実現する最も効果的な方法の一つが、先進的な予測を用いることです。 先進的な予測のケース 先進的な予測のケースは説得力があります。これは、最先端の技術や方法論を活用して未来のトレンドや行動を予測し、企業が情報に基づいた決定を行い、運営を最適化することを可能にする戦略的アプローチです。 統計は、どの予測モデルの基盤を形成します。しかし、先進的な予測は、従来の統計方法を超えています。これは、多変量解析、ベイジアン推論、モンテカルロシミュレーションのような複雑な統計技術を用いています。これらの技術により、複数の変数とその相互依存性を考慮した、より微妙なデータ理解が可能になります。 先進的な分析は、先進的な予測のもう一つの柱です。これは、データから学習し、パターンを識別し、予測を行うことができる高度なアルゴリズムの使用を含みます。機械学習は、先進的な分析の一部であり、モデルが時間とともにその精度を向上させ、エラーから学び、予測を洗練させることを可能にします。 ビッグデータモデルは、高度な予測に不可欠です。ビッグデータの登場により、企業は膨大な情報を手に入れました。高度な予測はこのデータを活用し、ビッグデータモデルを使用して大規模で多様なデータセットを処理・分析します。これらのモデルは、構造化されたデータと非構造化データの両方を扱うことができ、将来のトレンドに影響を与える要因のより包括的なビューを提供します。 人工知能（AI）は予測を革命的に変えました。ニューラルネットワークやディープラーニングモデルのようなAIアルゴリズムは、従来の統計方法では扱えない複雑で非線形な関係をモデル化することができます。新しいデータや変化する条件に適応できるため、動的で不確実な環境での予測に特に有用です。 高度な予測の利点は明らかです。マッキンゼーの研究によると、過去の結果ではなく、需要の基本的なドライバーに基づいて高度な予測を可能にすることで、予測の精度が10〜20パーセント向上し、これは在庫コストの5パーセント削減と収益の2〜3パーセントの増加につながる可能性があります（ https://www.mckinsey.com/capabilities/quantumblack/our-insights/most-of-ais-business-uses-will-be-in-two-areas）。 これらの利点は、今日のデータ駆動型ビジネス環境における先進的な予測の価値を強調しています。統計、高度な分析、ビッグデータモデル、AIを活用することで、企業は未来を予測するだけでなく、形作ることもできます。 事例研究：IKEAとAIに基づく予測予測 グローバル小売大手の IKEAは、需要予測の精度を大幅に向上させる先進的なツールを開発しました。このツールは「Demand Sensing」として知られ、人工知能を使用し、既存のデータと新しいデータの両方を活用して、非常に正確な予測洞察を提供します。 Demand Sensingの実装前、IKEAは過剰在庫や在庫不足、収益機会の損失、資源配分の非効率などの課題に直面していました。これらの問題は、450以上のIKEA店舗と54の市場にわたるeコマースプラットフォームで必要とされる製品を見積もるIKEAの運営の規模を考えると、特に重要でした。 AIベースの予測分析システムの導入により、販売予測の精度が大幅に向上し、予測エラーが減少しました。このシステムは、各製品について最大200のデータソースを使用して 予測を計算し、将来の需要をより賢く、効果的に予測することができます。システムが考慮する影響要因には、祭りの間の買い物の好み、季節の変化が購買パターンに与える影響、天気予報が含まれます。 その結果は印象的でした。Demand 記事を読む
PCIeエッジカードのためのPCBデザインとピン配置 PCIeエッジカードのためのPCBデザインとピン配置 4 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 標準的なデスクトップコンピュータや組み込みコンピュータで最も一般的なアドインカードはPCIeカードです。PCIeアドインカードは複数のフォームファクターがあり、エッジスロットコネクタを使用して、マザーボードに対して垂直または直角に取り付けられます。また、M.2コネクタに接続するSSDやモジュールなど、異なるタイプのPCIeデバイスもあります。 この記事では、デスクトップコンピューターやサーバーに一般的に見られる標準的な垂直エッジコネクタを使用するPCIeアドインカードの機械的および電気的要件について説明します。PCIeアドインカードには、エッジコネクタ内にしっかりと収まるために従う必要があるカードの形状とサイズに関する特定の機械的仕様があります。 残念ながら、これらのエッジコネクタの機械的仕様はPCIe標準の中に埋もれています。設計者はしばしば、既存のカードのアウトラインを逆設計してPCIeカードのPCBで使用する必要があります。このブログでは、プロジェクトに使用できるPCIeカードのテンプレートを作成しました。このテンプレートは、カードの機械的キーイングとピン要件を示しているため、良い出発点ですが、必要な正確なPCB寸法に合わせてアウトラインを調整できます。 PCIeカードの機械的および電気的要件 PCIeアドインカードは、機械的な制約を課し、信号の整合性を決定するPCIeスロットコネクタを使用します。これらのカードで使用されるPCIeスロットコネクタに関するいくつかの重要な考慮事項を以下に示します： レーンの標準化：スロットコネクタは、特定の数のレーン（1x、4x、8x、16x、およびあまり一般的ではない32x）に対して標準化されています。 世代の互換性：スロットコネクタは、特定のPCIe世代に対して評価され、下位互換性があります。 コンポーネントタイプ：スロットコネクタは、スルーホールコンポーネントまたはSMDコンポーネントであることができますが、新しい世代のコネクタはSMDである傾向があります。 拡張コネクタ：大きなスロットコネクタは、設計に必要に応じて、小さなアドインカードを収容できます。 キーと方向：スロットコネクタは、PCIeカードの取り付け時の方向を決定するためにキーが付けられています。このキーはアドインカードに含まれている必要があります。 PCIeアドインカードは通常、カードに取り付けられるフランジを持っており、これによりコンピュータのシャーシに対して固定されます。このフランジは、標準のPCIeアドインカードの寸法を制限します。 PCIeスロットコネクタの例 以下に示すのは、スロットコネクタの例です。デスクトップコンピューターやサーバーを開けたことがある人なら、これらのエッジコネクターを認識しているでしょう。示されているコネクターはSamtecから入手可能ですが、Amphenolのような他のベンダーも自身のエッジコネクターを提供しています。 8レーン（上）と16レーン（下）のPCIeエッジコネクター（Amphenol） エッジコネクターとカードフランジのサイズと配置を考慮すると、通常、エンクロージャ内の形状とフィットを検証するためには機械モデリングが必要です。新世代のPCIeについては、チャネル帯域幅と総損失を検証するためにSIシミュレーションも必要です。これらの考慮事項を超えて、設計者は必要なレーン数を収容するためにカードピンアウトを構築する必要があります。 PCIeカードピンアウトのレーン数 PCIeコネクターのカードピンアウトは、レーン数に応じて変わり、 JTAGなどの追加インターフェースも含まれます。また、カードエッジには電源ポートと多数のグラウンドピンが分布しています。ピンのピッチは1.0 mmで、PCIe RXおよびTXレーンはグラウンドピンと交互に配置されています。 記事を読む
最短納期を提供するPCBメーカー 最短納期を提供するPCBメーカー 1 min Blog 開発中のほぼすべての電子機器でPCB（プリント基板）への需要が高まる中、時間は本質的に重要です。製造業者や趣味で行う人々にとっても、機能的な プロトタイプを迅速に手に入れることは、成功と逸失した機会の違いを意味することがあります。この時間を要する問題への解決策として、一部の製造業者は クイックターンPCBの提供を始めました。 編集者より: 以下のテキストには、クイックターンPCB生産を提供するいくつかの会社がリストアップされています。以下のリストは依頼されたものではなく、著者またはAltiumによる会社の推薦を意味するものではありません。情報提供のみを目的として掲載されています。ご自身のニーズに合った製造業者を見つけるために、独自の調査を行ってください。 クイックターンPCBとは何か？ クイックターンPCBは、標準的な生産スケジュールに比べてリードタイムが短縮されたプリント基板です。これらの加速されたタイムラインは、エンジニアやデザイナーがプロトタイプを迅速に反復し、設計を検証し、製品をより速く市場に投入することを可能にします。 基板の複雑さや選択した製造業者の作業量によって、標準的なPCB製造には2週間から8週間かかることがあります。一方、クイックターンサービスを利用すると、最短24時間で機能するPCBを受け取ることができ、一部の製造業者は数日以内のターンアラウンドオプションを提供しています。彼らはどのようにしてこの大幅な時間短縮を実現しているのでしょうか？ プロセスの合理化：クイックターン製造業者は、速度に最適化された生産ラインを持っています。彼らは、急ぎの注文にのみ焦点を当てた専任のスタッフと機器を持ち、必要な材料が容易にアクセス可能で、チームにすぐに利用できるようにする堅牢な在庫管理を行っています。 デザインの標準化：多くのクイックターン製造業者は、入手可能な材料を使用したシンプルなPCBデザインを専門としています。複雑で層数の多い基板はクイックターン生産には適していないかもしれませんが、標準的な機能を持つシンプルな2層または4層の基板は迅速に製造することができます。 数量の制限：クイックターンサービスは通常、プロトタイプや少量生産に向けて提供されており、製造業者がより小さなバッチにリソースを優先的に割り当て、迅速な結果を得ることができます。 クイックターンPCB製造業者：国内対海外 西洋諸国が生産ニーズの近隣国移転や 国内回帰をますます模索している一方で、特に中国をはじめとするアジアの巨大ハブがPCB市場の大部分を占めている現状では、「どこから製品を調達するか？」という疑問が浮かびます。国内外のメーカーともにクイックターンの提供がありますが、その内容は異なります。以下は、各カテゴリーについての考慮事項の概要と、推奨されるISO認証メーカーです： ローカル： ローカルのメーカーは、距離と貿易協定のおかげで配送時間が速いこと、さらにはタイムゾーンが一致し言語が共通であるためコミュニケーションが容易であることが利点です。ただし、これらの利点は通常、コストがかかります。特に複雑なボードの場合、西側諸国の企業が直面する生産オーバーヘッドが高いため、ローカルのクイックターンサービスは海外のものよりも一般的に高価です。 クイックターンを提供するメーカー： A-Tech Circuitsは、低～中量のPCB注文に対して迅速な納期を特長としています。単面PCBから複雑な30層マルチレイヤーまで、A-Techは24時間から72時間の範囲で納品することを約束しており、その確かなサービスと献身的な姿勢が世界中の顧客から信頼を得ています。 American 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
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 Blog 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
ブラインドビアとバリードビアの習得 ブラインドビアとバリードビアの習得 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 HDI PCB設計におけるブラインドビアとバリードビアの使用に関する完全なリソースリストをご覧ください。 記事を読む