PCB Design and Layout

高周波数とデジタルインターフェイスに対応する無線周波数システムの設計は難題であり、最適なRF設計ソフトウェアツールが必要です。高GHz帯のRFエンジニアリングは、最高のRF設計ソフトウェアを援用して、正確な基板トレース配線、レイヤスタック設計、および回路設計を保証します。Altium DesignerをRF設計プロセスに使用して、次のGHz帯システムを製造に移行します。 Altium Designer 回路設計機能、強力なPCBエディタ、 RFエンジニアリング専門家向けのシミュレーション機能を備えた統合回路基板設計アプリケーション。 多くの電子部品製造エンジニアはデジタル設計のコンセプトに精通していますが、 RF設計に特異な点についてはどうでしょうか。高周波で動作し、基板上のデジタルインターフェイスで動作するRFシステムでは、適切な手順が実行されない限り信号品質が低下するシグナルインテグリティの問題が、多数発生する可能性があります。最高のRF設計ソフトウェアを使用する設計者は、RFシステム用の最適な基板レイアウト技法に従うと同時に、最良のシミュレーションおよび分析機能によってシステムを評価することができます。GHz帯周波数に対応するRF基板を設計する必要がある時は、業界最高のデジタル、RF、および混在信号設計ソフトウェアである Altium Designerのような総合設計プログラムを使用します。 RFエンジニアリングにおける正確な回路設計 すべての新規の電子システムは回路設計として始まり、電子部品製造エンジニアはRFエンジニアリングのための強力な設計とシミュレーションのツールを必要とします。RF回路設計では、高周波数で動作でき、またシステムの構築、および実際のコンポーネントを使用して設計を評価できるシミュレーションが必要です。フィルタやマッチングネットワークなどの回路を経由した信号伝播を理解するには、システムレベルのデザインアプローチが必要です。すべてのソフトウェアツールがこれらのタスクに対応できるわけではなく、多くの設計者は、フィールドソルバーを回路設計エディタおよびSPICEシミュレーターと組合せてRF設計を作成せざるを得ません。 必ず、統合されたコンポーネントライブラリと基板サプライチェーンへの接続を備えた最適な回路設計ツールを使用してください。Altium Designerの回路図エディタには、 SPICEシミュレーションの標準コンポーネントモデルに対応する強力なSPICEシミュレーションエンジンが搭載されています。1つのプログラムですべてにアクセスできるため、高品質の電力コンバータを設計し、その設計を迅速かつ容易に検証できます。 混在信号の設計とシミュレーションのツールを備えたRF設計ソフトウェア Altium Designerには、 RF回路設計および分析に使用するシミュレーションモデルを使って、非常に多くの実際のコンポーネントにアクセスできる最高の回路図エディタが付属します。設計者は、 RF設計プロセスを効率化すると同時に、システムレベルのデザインと分析を支援できます。Altium

このページでは、Situs Topological Autorouterについて説明します。PCB Editorのこの部分は、トポロジカルマッピングを使用してPCBルーティングパスを定義し、これを高品質のルートに変換します。

エレクトロニクス業界は人材ギャップに直面しています。ベテラン設計者が引退する中、企業は現代のハードウェア開発を理解する熟練人材の確保に奔走しています。これは単に線を引く作業ではなく、AI、EV、IoTデバイスの「物理的な神経系」を設計する仕事です。 学習を始めるために3D PCB design software free downloadを探している方でも、専門性を高めたい経験豊富なハードウェアエンジニアでも、PCBレイアウト設計者になるまでの道のりは、かつてないほど短く、収益性の高いものになっています。 PCB設計者の経験とキャリアパス プリント回路は1950年代に普及し始め、当初は職人的な技能の色合いが強い分野でした。初期のPCB設計者は、実寸の4倍、時には10倍もの大きさで、製図台の上に置いた合板やベークライト上に、テープ、ナイフ、ステッカー、そして確かな手作業で基板設計をトレースしていました。完成した図面は縮小カメラを使ってフィルム化され、そのフィルムが製造工場でPCB用の製造治具を作るために使われていました。PCB設計者は、電気理論の基礎を習得すべき駆け出しのエンジニアであると同時に、アーティストでもあったのです。 今日では、PCBのレイアウトと配線は高度なコンピュータ支援設計システム（CAD）上で行われ、その出力ファイルがプリント回路基板の製造用データ作成に使われます。PCB設計者は、個々の部品モデル（回路図シンボルやPCBフットプリント）から、完成した基板上に現れる銅配線まで、あらゆるものを作成します。必要なフットプリントをすべて基板上に配置した後、トレース配線と呼ばれる工程で、金属を表すラインを用いてすべての電気的接続を結びます。PCB設計者はさらに、基板のその他すべての構造的要素についても定義しなければなりません。たとえば次のようなものです。 層構成（または PCB layer stack） 層構成を作るために使用される基板材料 外層のソルダーマスクを通して銅が露出する位置 シルクスクリーンオーバーレイ上のすべての印刷凡例およびマーキング 層間で信号をルーティングするために使用されるビア設計 これらすべての要素を、メーカーに渡すファイル上でどのように表現するか 上記の一覧からわかるように、PCB設計者にはCADツールの使い方や電子部品の動作原理の理解に加え、

高速インターフェースは、一般的に差動ペアとしてルーティングされたシリアルバスや、高いクロックレートで動作する並列バスとして構築されます。これらのバスでは、信号群が要求されるクロッキングウィンドウ内で受信コンポーネントに到着できるように、バス内のトレースがマッチした長さである必要があります。この長さのマッチングは、クロッキング信号の長さと、バス上を移動する信号の立ち上がり時間によって制約されます。 例えば、DDR3/4メモリインターフェースでは：8ビットのデータのそれぞれには、関連するデータストローブと差動クロックがあります。データはストローブからキャプチャされるため、ストローブに関連するデータビットは、そのストローブビットに近い長さでマッチングされなければなりません。CSI-2のような他のプロトコルでは、カメラインターフェースに接続する複数の差動ペアが並列にルーティングされています。これらの差動ペアは、各ペア内でトレースがマッチしている必要があり、ペア同士も互いにマッチしている必要があります。 PCB設計ソフトウェアの長さ調整ツールを使用すると、これらの構造を非常に簡単に配置および調整できます。 長さ調整ツール Altium Designerには、PCBレイアウトに長さ調整セクションを適用するための2つのツールがあります： - インタラクティブ長さ調整 – 単一トラック用； - インタラクティブ差動ペア長さ調整 – 差動ペア用。 長さ調整には3つのパターンが利用可能です： アコーディオン、 トロンボーン、および ノコギリ波。 xSignalsを使用した長さ調整 長さ調整を開始する前に、特別なネットクラスを作成する必要があります。その後、これらを長さ調整ルールで使用できます。ネットクラスとxSignalsクラスの両方を長さ調整に使用できます。しかし、

アイダイアグラムは、高速チャンネル内の信号の動作と、反復励起に対するチャンネルの応答について知る必要があるすべての情報を提供します。

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)