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非機能パッドPCB 非機能パッドがPCB設計に与える影響 1 min Blog 非機能パッドに関する議論は、しばしば全てか無かの議論として枠組みされ、信頼性や信号完全性への影響についての議論が豊富にあります。ビアにそれらを残すべきか、あるいは全てのビアからそれらを取り除くべきか？どのような設計決定にもトレードオフがあり、通常、設計のある側面が他のすべてを優先します。非機能パッドの使用に関して一般化されたルールはないため、設計者は特定のアプリケーションを考慮して、レイアウトに非機能パッドを含めるべきかどうかを決定する必要があります。 この記事では、信号完全性、信頼性、およびルーティング密度の3つの観点から非機能パッドの問題を検討します。一部の設計では、これらの問題は互いに排他的であるため、以下に挙げる設計上の課題のうち、製品にとって最も重要なものを決定する必要があります。 非機能パッドを用いた設計の信頼性 テレグラフィングとECM故障 スルーホールビアに非機能パッドが存在すると、「テレグラフィング」と呼ばれる状態を引き起こす可能性があります。ビアに銅が多すぎると、パッド間の材料が樹脂不足になります。その結果、銅スタックのイメージが、誘電体の表面層にピークとバレーとして現れます。言い換えると、銅スタックのイメージが基板表面に「テレグラフされる」のです。 最近のポッドキャストのゲストが説明したように、高い箇所はエポキシが「押し出される」地域を作り出し、これによりパッドとビアバレルが直角を形成する隣接するパッド間に空隙が残り、 熱的な故障を引き起こす可能性があります。 空隙の形成は、もう一つの信頼性の問題、すなわち電気化学的移動（ECM）故障を引き起こします。ビアジョイントでの空隙形成は接着問題を引き起こし、ECMパスを許容します。これにより、パッド間のわずかな電圧差により、パッド間に樹状または繊維状の構造物が成長する原因となります。これらの構造物の成長は時間とともに蓄積し、最終的には診断が困難なPCBの故障につながります。 樹枝状構造が隣接する導体間の隙間を埋めることができれば、短絡が発生します。樹枝状構造の断面積が小さい場合、電流密度が高くなり、構造が焼損して、事実上故障が除去される可能性があります。これにより、診断が困難な間欠的な故障動作が引き起こされます。 これらの材料におけるECMに関する良いレビューはこちらで見つかります： Yi, Pan, et al. "薄い電解質層の下での銅張り積層板と無電解ニッケル/浸金印刷回路基板の電気化学的移動挙動。" Materials 10, no. 2 (2017) 記事を読む
高速PCB設計解析: シミュレーションとシグナルインテグリティ解析 高速PCB設計解析: シミュレーションとシグナルインテグリティ解析 1 min Blog 夏の終わりが近づくと、私は家族を集め、魔法をかけられたようなワクワク感を求めてステートフェアに向かいます。フェアが開催される場所は、普段は人けがなく、荒れ果てた風景の中、小さなほこりのかたまりが風に吹き飛ばされていきます。ところがフェアが始まると、そこは活気に満ちあふれます。ゾウの耳がついたブース、動物や実演を見せる建物、大声で叫ぶ子供たちを乗せた娯楽用の乗り物などが並びます。それは、全ての部分が動く、ジャグリングのような曲芸的状況です。 高速信号に対応したPCBの組み立てには、設計、コンポーネント、高速信号を扱うジャグリングのような部分があります。これらの高速信号には、不要な伝送線路が回路基板に大混乱を引き起こす可能性があります。混乱の多くはPCBレイアウト自体で発生します。 レイアウトのどの部分がこのような混乱をもたらすかを把握しておくと、基板をレイアウトしながら問題を解決できます。適用したレイアウト手法がシグナルインテグリティにとって最適かどうかは、膨大な量の計算が必要な手間のかかる解析を行うか、シグナルインテグリティシミュレーションツールを使用することで明らかにできます。この記事をお読みいただいた後、ご自分の基板にとってどちらがより効果的かを判断してください。 不十分なシグナルインテグリティシミュレーションツール シグナルインテグリティシミュレーションツールが不十分だと、魔法はカオスと化します。インピーダンス計算機能は誤った計算結果を返します。計算は、レイヤのスタックアップやPCBデザインルールで定義された材料の誘電率と矛盾します。シミュレータはモデリングのリターンパスを前提とするので、GNDプレーンに不連続な部分があると、計算から除外されます。3Dフィールドソルバーは、完全に誤った差動ペアのインピーダンスを算出して返します。 ツールは単純で、デザインルールを考慮したPCBレイアウトのお決まりのオプションに対応していません。このツールには、リジッドフレキシブルのルールとシミュレーションが含まれています。そのシミュレーション環境では、波形が生成されますが、わかりにくいものになっています。さらに詳しく調べるには、複雑なコマンドを手動で実行して、普通の状態の値を求める必要があります。これは、3Dフィールドソルバーでも同様です。電気的に長いトレースの解析で一般的な選択項目がユーザーインターフェースに含まれていないので、自信を持って 高速シグナルインテグリティの回路基板をレイアウトすることができません。 インテリジェントなEDAツールによる知力の上手な活用 結果を解釈する時間の浪費 明らかなエラーを解析するためにシミュレーションツールの結果を調べると、何時間もかかります。メニューを使った移動は、慎重な操作が必要です。インピーダンス計算機能をあれこれ操作して、トレースのインピーダンスの計算に誤ったパラメーターが使用されたことを明らかにしようとして、無駄な時間がかかります。シミュレーションに使用されたパラメータが、PCBレイアウトのルールセットと一致しないことを発見しようとして、時間を取られます。誰がそんなことを予想したでしょうか? 面状材料の固有の電気容量と誘電率の正しいパラメータがないと、算出されたインピーダンスが高速信号の反射や リンギングを本当に抑えるかどうかを確信できません。 シミュレーションは、ドリルファイルの不足など、周囲のちょっとした異常により失敗します。シミュレーションのセットアップにさまざまなPCBエディタと設定が必要であることを考えると、ドリルファイルの不足によって生じる失敗は、セットアッププロセスに混乱をもたらします。エディタおよび設定メニューに与えられる、選択したパラメータを何度も尋ねることになります。 シグナルインテグリティの高速信号をシミュレーションするツールを分析していると、ヘルプページやアプリケーションノートの検索でより多くの時間を無駄に使います。最終的に、シミュレーションの結果を示す波形ができあがっても、不要なデータが表示されることが多々あります。手元に強力なツールがあっても、自分の回路基板について適切にガイドしてくれる使いやすいユーザインターフェースがなければイライラが募ります。最終的に整合性がどうなるかはわかりません。 整合性の問題を特定して解消する優れたツール PCBデザインルールで設定されている材料パラメータを、ツールのインピーダンス計算機能で使用できたら、すばらしいと思いませんか? インピーダンスを計算するため、デザインルール全体にツールポート情報が格納されていれば、回路設計に基づいて正しいコンポーネントとレイアウトが実装されたプリント回路基板が、製造業者から戻ってくることを確信できます。 シミュレーションに PCBのデザインルールのパラメータを使用すると、信頼できる結果になります。波形を表示して、回路設計とPCBレイアウトの両方のシミュレーション結果を示すことで、技術者とレイアウト設計者がシグナルインテグリティの問題と解決に対応しながら設計を作り込んでいくことができます。これにより、解析を実行し、手作業で得たベストプラクティスを適用し、PCBの製造を待ってシグナルインテグリティを検証するという推測に基づく作業がなくなります。 Altium 記事を読む
銅箔を選択する方法です 高周波PCB設計のための銅箔の選び方 1 min Blog 高周波PCBスタックアップに適した銅箔の選び方を学びましょう。これらの考え方は、高速PCBの銅の選択にも適用されます。 記事を読む
ビアインピーダンス計算機 なぜほとんどのビアインピーダンス計算機が不正確なのか 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 ビアインピーダンス計算機は、インピーダンス制御が通常必要とされない低周波数範囲でのみ有用です。 記事を読む
Altium Designerでの降圧コンバータシミュレーション Altium Designerでの降圧コンバータシミュレーション 1 min Blog 新しい電源を設計する場合は、回路設計時に降圧コンバータシミュレーションを行うのが効果的です。Altium Designerでは回路図から直接、降圧コンバータシミュレーションを簡単に行えます。 記事を読む
難しい設計にも対応する、優れたPCB設計ソフトウェアを選んでください 1 min Blog 必要な能力や機能のないPCB設計ソフトウェアに甘んじず、ベストなPCBソフトウェアを追求する上で、Altium Designerをご検討ください。 Altium Designer 強力で最新の使いやすい専門家向きのPCB設計ツールです。 現在のテクノロジーの急激な成長とともに、より高度な設計を作成する必要性が以前より高まっています。将来を、要求される仕事をできるかどうか未知数のPCB設計ツールに賭けるゆとりはありません。また、低性能のツールをだましだまし使って必要な結果をもたらすようにするだけの時間もありません。期待と要求に答え、それを上回っていくために、市場で現在ベストなPCB設計ソフトウェアが必要とされています。それがAltium Designerです。 最初から最後までガイドする、強固な基盤に構築されたPCB設計ソフトウェア 設計工程の各段階で異なるツールを使用するための時間も、予算も、エラーに耐えるゆとりもありません。各ツールで外観と動きがともに同じで、シームレスなやり取りを相互に行える、統合設計環境の強固な基盤に基づく単一のシステムプラットフォームが必要です。 また、そのツールを一貫性をもって継続的に更新、強化し、生産性を向上するために、顧客ベースとの協力について確かな実績を持ったPCB設計ソフトウェアベンダーが必要です。さらに、PCB設計ソフトウェアベンダーは、かつては夢想されるだけだった設計ツール機能が次回リリースでは現実となるように、技術強化においてともに成長できる存在でなければなりません。 Altium Designerは、全てのツールを単一システムとして提供し、成功させます 複数の設計システムによる混乱に時間を費やす理由はありません。Altium Designerの単一システム構造が、その答えです。同一システムで動作するツールによって解決できたはずの、貧弱な設計ツールのデータ変換が過去どれほど頻繁にあったことでしょう。 Altiumの設計ツールの力は、その基盤、統合設計環境の上に構築される単一の強固なプラットフォームに基づくものです。 Altiumの統合設計環境について詳しくはこちらをご覧ください。 Altiumの設計ツールの主要となる強みのひとつは、ユーザーとの取り組みで、きわめて役立つ最新のユーザインターフェースを設計ワークフローのために提供します。 Altiumの最新で強化されたユーザインターフェースについて、詳しくはこちらをご覧ください。 設計の複雑さと要件の高まりに合わせて、Altium Designerもまた、成長し、強化されます。例えば、複数のPCB設計を同一の設計セッションに持ち込む機能などです。 記事を読む
NVMe M.2 PCIe コネクタ スタブ PCIeコネクタ上のスタブに関する簡単な研究 1 min Blog スタブは、高速PCB設計において重要な話題であり、高速デジタル相互接続の全てのビアからスタブを常に取り除くべきだという長年のガイドラインがあります。スタブは高速ラインにとって悪いものですが、必ずしも取り除く必要はありません。より重要なのは、損失プロファイルと周波数を予測し、そのような損失を防ぐために適切にフロアプランを立てることです。 この記事では、Altium Designerに同梱されているMiniPCの例題プロジェクトを使用して、高速PCB上でのPCIeルーティングに関するいくつかのシミュレーション結果を見ていきます。問題となるシミュレーションでは、コネクタから出るPCIeレーンのSパラメータを計算します。これらのシミュレーション結果を見ることで、スタブがビアやコネクタの遷移においてシグナルインテグリティにどのように影響を与えるかを、シミュレーションの観点から理解するのに慣れていない設計者が、適切なコンポーネント選択、配置、およびルーティングの選択を行うのに役立ちます。 スタブとPCIeルーティングにおける潜在的な問題 PCIeルーティングでは、レーンはAC結合キャパシタを備えた差動ペアとしてルーティングされます。これらの差動ペアをコネクタを通して周辺機器、例えば拡張カードに接続することが一般的です。これらの拡張スロットコネクタを通してルーティングする過程で、最大帯域幅を制限する可能性のあるライン上に残余スタブが存在する場合があります。これはシミュレーションで非常に正確な結果を得ることができ、PCIeチャネルの正確な帯域幅を特定することができます。 高速伝送線上のスタブは、PCIeレーン上で高周波インピーダンストランスフォーマーのように振る舞うことができるため、損失や反射を引き起こす可能性があります。 この記事でスタブ分析についてさらに読む。 PCIeレーン上のスタブを制限することが推奨されていますが、アドインカードやモジュールにルーティングするために使用されるコネクタ上に存在する可能性があります。例として、垂直に取り付けられたPCIeアドインカード用のエッジコネクタはスルーホールコンポーネントであり、コネクタと同じ層上でルーティングする際に使用可能な信号帯域幅を制限する役割を果たす可能性があります。特にキャパシタの配置を考慮する場合、反対側の層でのルーティングが好ましいかもしれません。 PCIeレーンのコネクタスタブ損失の例 信号がビアスタブを通過する際に発生する干渉効果や、PCIeレーンに沿ってDCオフセットを除去するためのコンデンサが必要であるため、コネクタを介してルーティングする際にビアスタブが損失にどの程度影響を与えるかを研究する価値があります。 問題のMiniPCボードは、以下に示すように、PCIeインターフェースを備えたArria 10 FPGAを使用し、スロットコネクタにルーティングされています。 以下の分析に必要な他の重要な仕様は、ボードの厚さと 誘電率です： ボード厚さ = 2.028 mm 全層でDk 記事を読む