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LTE + GNSS Asset Tracker パート2 LTE + GNSS Asset Tracker パート2 1 min Blog 今回のブログは、LTE GNSS Asset Trackerプロジェクトの第2弾です。パート1では、プロジェクトに適したコンポーネントを特定し、回路を設計しました。パート2では、PCBのレイアウトと配線を行ってプロジェクトを完成させます。 前回の記事で、高密度基板を作るため、この基板をできるだけ小さくするという目標を述べました。配線には6層が必要になるだろうと考えています。ただし、基板の全体的なサイズは、設計者の希望にかかわらず、最も大きいコンポーネントによって決まります。18650リチウムイオン電池ホルダーとLTEアンテナにより、この基板のフットプリントが定義されます。LTEアンテナには、スペースおよびレイアウトについて特有の要件があり、この要件と18650電池を組み合わせて長さが決まります。また、LTEアンテナのみで幅が決まります。 プロジェクトはまだ比較的小さく、コンポーネントの配置に関する限り、予想されるサイズより大きいほど、エンジニアリングのトレードオフを少なくできます。 レイアウトおよび配線に進む前に、繰り返しになりますが、この記事のパート1で述べた内容を振り返ります。このプロジェクトはオープンソースであり、ソフトウェアの変更または再頒布の要件が最小限のMITライセンスの下で使用できます。プロジェクトファイルは GitHubにあります 。このプロジェクトのコンポーネントは、私のオープンソースの Altium Designer®コンポーネントライブラリである Celestial Altium Libraryにあります。このプロジェクトを基にしてご自分のプロジェクト/製品を新たに開発することも、必要に応じてプロジェクトの一部を使用することもできます。 レイヤースタック これをRF基板と仮定した場合、基板上に最初に設定するのはレイヤースタックです。RFトレース向けに適した小さいトラックを配置するには、少なくとも4層にする必要があります。このプロジェクトでは、 CC1125サブ1GHzトランシーバープロジェクトで使用したレイヤースタックと同じものを使用する予定です。レイヤースタックとインピーダンスのセットアップガイドは、そちらのプロジェクトの記事でご覧ください。 このプロジェクトとサブ1Ghzプロジェクトとの違いは、今回は対称的なスタックアップを使用しない点です。最上位レイヤーの下にプレーン層が、最下位レイヤーの上に信号層があります。Altium Designerは、デフォルトでは対称スタックを使用するため、レイヤーのいずれかを変更すると、一致するレイヤーペアがプレーンまたは信号に変更されます。 この機能を無効にするには、[Board] 記事を読む
GNSS + LTE Asset Tracker プロジェクト パート1 GNSS + LTE Asset Tracker プロジェクト パート1 1 min Blog 今週のプロジェクトでは、LTEベースのアセット追跡システムを構築します。このシステムは、盗難防止(および原状復帰)、配送または輸送車両の追跡の他、収集したデータを適切な機械学習サービスと組み合わせて使用した場合には予測保守まで、さまざまな用途で使用できます。これまでのプロジェクトはすべて、スペースに制約のない2層の基板でしたが、本当にコンパクトな高密度回路基板も構築してみたかったので、このプロジェクトではできるだけ小さな基板を構築することを目指します。やるべきことはたくさんあるので、まずは目標の設定と、部品の選択および回路図について検討し、続いて パート 2でPCBの設計とレイアウトに着目していきます。 このようなプロジェクトにはさまざまな用途があります。バスや旅客車両に搭載すると、GNSSデータが運輸会社に報告され、位置情報の更新が可能になります。続いてその情報を使用して、次の便の到着予想時間を顧客に提供することができ、さらに規模を拡大して、スケジュール管理や停車時のタイミングデータを改善することができます。建設用ライトタワー、発電機の他、遠隔地に放置されることが多く、盗難の対象となりやすい設備など、高価な可動性資産にこのシステムが備えられていると、資産が予定外に移動されたときに警察や警備担当者による対応が可能になります。また、ジオフェンスとして設定されたエリア内から資産が出ないようにするためにも使用できます。 資産の追跡は大きな目標ですが、素晴らしい機械学習ツールとクラウドベースのシステムが市販されており、保守スケジュールを最適化できるデバイスに接続したり、技術者の現地派遣要請をスタッフに自動的に警告したりすることができます。今回は、回路に基本的なCANバスICと加速度計を追加して、エンジン管理システムからデータを収集できるようにし、振動データを集めます(このような機械学習システムは首尾よく早期故障警告システムに転じます)。 加速度計は、GNSS信号が弱くなったり妨害されたときに目標物が移動したかどうかを検出できるため、セキュリティに関するオプションをさらに可能にするという点でも役立ちます。 経験豊富な泥棒は十二分にトラッカーのことを知っているので、トラッカーが動作できないようにバッテリーケーブルを切断することがあります。そこで今回は、メインバッテリーが切断された場合にシステムに電力を供給するリチウムポリマーバッテリーセルを1つ内蔵します。こうすることで、大型発電機が始動したり、バッテリーで電圧低下が生じるなどの状況(特に寒い日など)でも、デバイスの継続的な動作が保証されます。 私はこのデバイスを、できるだけ小型化し、存在を気付かれないようにするつもりです。これまでに目にしてきた多くの市販の追跡システムは、高価でかさばり、設置に手間がかかる一方、泥棒が簡単に動作を停止させたり取り外したりできるものでした。このプロジェクトでは、低コストに抑えることを特に目指しているわけではありませんが、要件を満たして問題なく機能する最低価格のコンポーネントを使用するつもりです。 いつものように、このプロジェクトは、変更や再配布の要件が最小のMITライセンスの下で、GitHubにある他のすべてのプロジェクトと一緒に保存されています。MITライセンスの下では基本的に、読者の皆様は、エラーの可能性およびいかなる問題も私またはAltiumが責任を負わないことを認識している限り、断片的なコピーからそのままでの大量生産まで、この設計を自由に使用することができます。 このプロジェクトのコンポーネントはすべて、私のオープンソースの Altium Designer®ライブラリである Celestial Altium Libraryに由来しています。そのため、このプロジェクトの一部をご自分の設計にすぐに再利用できます。 コンポーネントの選択 「高価な」コンポーネントについて検討する前に申し上げておきたいのですが、私はこれをできるだけ小さく設計しているので、パッシブコンポーネントには可能な限り0201(インチ)サイズの部品を使用しています。可能であれば01005(インチ)を使用したいところですが、プロトタイプを提供するのが大変なため、今回はより大きな0201を使用します。これを使えば、ペーストステンシル、ピンセット、リフロー炉のみでプロトタイプを作ることができます。このプロジェクトは、01005サイズの部品でさらに小さくなる可能性があります。 セルラー/LTEモジュール LTEモジュールの要件はかなりシンプルですが、通常使用するオプションの多くを除外しています。これはサンプルプロジェクトであるため、モジュールはすべての国で使用が認められているか、異なる地域用のバリアントがある必要があります。これに加えて、主要なコンポーネント販売代理店で入手できるモジュールを使用したいと考えているため、これらのトラッカーのいずれかを構築する場合に、サプライヤーを探す必要はありません。さらに具体的には、認定済みモジュールを探しています。認定済みモジュールを正しく使用すると、完成した基板が、事前に認定された意図的な放熱器を含む偶発的な放熱器として認められます。そうすれば、この基板を小型化し、意図的な放熱器として認定されるために比較的高額な費用をかけずに認定を受けることができます。 過去5年間で、主要な販売代理店で入手可能なセルラーモジュールの数と在庫水準は大幅に上昇しています。10年前には、入手可能な種類にかかわらず、グローバルに使用できるセルラーモジュールを、特に低価格で大手サプライヤー(MouserやDigi-Keyなど)で見つけることは、非常に難しかったかもしれません。モノのインターネットの盛り上がりとともに、私が設計しているようなデバイス(LTE帯域が特にLTE 記事を読む
設計を正しく進めるためのBOM管理 1 min Blog Active BOMがあれば、憶測に頼らずにコンポーネントを選択して、最初から正しい設計を進めることができます。 Altium Designer すべての製造段階で作業をスムーズに進めるためのPCB設計ツール コンポーネントに対するフィードバックをもらわないと、作業を開始できないことにうんざりしていませんか？コンポーネントについての誤った情報や古いデータが原因で、予算に響く土壇場の変更が発生することに疲れていませんか？こうした問題に思い当たりがあるのなら、スケジュールに狂いが出ることに大きな不満を抱えていらっしゃることでしょう。回路図にコンポーネントを配置しながら、リアルタイムの部品情報をサプライヤーから直接入手できるとすればどうでしょう？回路図の作成中に、設計で使用するすべてのコンポーネントの詳細リストがあれば便利だと思いませんか？ これらはすでに実現しています。PCB設計ツールからコンポーネントの詳細な最新情報を入手できるのは、Altium DesignerのActive BOMがもたらす利点の1つにすぎません。BOM管理では、入手できる必要な情報がソフトウェアでリアルタイムに更新されるため、購買管理、請求管理、製品（開発）管理、製品ライフサイクル管理がはるかに容易になります。 Active BOM: 設計データで機能するもうひとつのポータル Active BOMは、Altium Designerに含まれる最新ツールの1つです。回路図エディタやPCBレイアウト アプリケーションとともに、設計データでポータルとして機能するこのツールでは、コンポーネントの完全な詳細リストを表示して、含まれるデータを設計で直接使用できます。回路図とレイアウトの両方でコンポーネントを横断選択できるため、設計中だけでなく設計の見直しにも大いに役立ちます。 Active BOMでは部品サプライヤーとのクラウド接続を通じて、部品の最新の価格や在庫状況、技術データを入手できます。これらの機能のほかにも、部品表レポートを直接作成することが可能です。こうした部品管理が生産性の向上にいかに役立つかがわかったら、もうActive BOMを手放せなくなるでしょう。 設計システム全体で活用できるActive 記事を読む
PCB設計および製造のためのASME基準 PCB設計および製造のためのASME基準 1 min Blog ASMEはPCB設計と展開について何を言っているのでしょうか？ 実は、製造のための設計中に考慮すべきASMEからの多くの重要な点があります。信頼性を確保するための重要なIPC基準のいくつかはASME基準から派生している一方で、他の文書化および図面基準はASME基準で明示的に指定されています。電気機械システム、自動車産業、または航空宇宙で作業するかどうかにかかわらず、適切な設計ソフトウェアは、これらの基準すべてに準拠したPCBレイアウトと文書を作成するのに役立ちます。 ALTIUM DESIGNER® 最高のツール、自動化された文書化、および生産計画機能を統合した統一されたPCB設計パッケージ。 ASMEは、あらゆる種類の機械製品に対する設計要件を指定する組織です。安全余裕、機械公差、機械図面に関する要件など、多くの事項がASME基準で指定されています。ASME基準やASMEコードのすべての側面に精通していないほとんどの設計者は、PCB設計に関する機械要件を認識していないかもしれません。 電子製品に使用されるプリント基板に関するさまざまなIPC基準を、ほとんどの電子設計者が認識しているべきです。これらの基準は、電子製品の製造可能性と信頼性を確保するために設計されていますが、関連するASME基準はPCB設計の異なる領域の寸法付けと公差により関心があります。 PCB設計に関する重要なASME基準 ASMEは、機械工学者がさまざまな設計の側面を適切に実装することに関心を持っているため、PCBに関するASME基準は、PCB設計のさまざまな側面に関する重要な幾何学的寸法および公差要件を指定しています。これらの重要な要件は、IPC 2615基準にも反映されており、適切な設計ソフトウェアを使用すると、寸法および公差情報をレイアウトおよびドキュメントに直接実装できます。したがって、ASME基準は、たとえばボイラー圧力容器および配管設計をカバーする一方で、それに内蔵されている任意のコンピュータチップもカバーします。コンピュータチップが故障すると、ボイラー圧力容器および配管が非常に危険になる可能性があります。 IPC基準との関係 IPC 2615の下での電子機器に関する重要な基準は、実際にはASME Y14.5Mから派生しています。プリント基板の寸法および公差に関するこれらの基準に準拠するには、超高精度のコンポーネント配置を可能にし、ルーティングおよびビア設計ツールとインターフェースするCADツールが必要です。また、機械図面に直接公差を指定する必要があります。 適切な設計ソフトウェアを使用すれば、PCBに重要な寸法および公差情報を追加するために、設計をコマンドラインベースのCADプログラムにエクスポートする必要はありません。他のPCB設計プログラムでは、プログラム間でデータを移動させる必要があり、同期が取れません。複数の設計プログラムを使用し、設計の異なる部分間で情報を手動で同期させる代わりに、ドキュメンテーション、レイアウト、回路図、部品表を通じて同期を強制する単一の統合設計パッケージが必要です。 ビアと穴のサイズおよび公差は、回路基板に関するIPC基準およびASME基準で取り扱われる領域の一つです。 ビアと穴の公差を指定する方法についてもっと学びましょう。 ASME/IPCの寸法および公差基準は、設計文書および図面にも適用されます。参照指定子の使用にまだ慣れていない場合でも、適切な設計ソフトウェアを使えばすぐに習得できます。 PCB設計ソフトウェアでの参照指定子の取り扱いについてもっと学びましょう。 よく文書化され、設計された回路図は、ボードの基礎を形成し、レイアウトが電子回路図および文書と適切に対応していることを保証します。 記事を読む
Altium Designerでの多層PCBスタックアップの計画 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 近年のPCBが、単層や2層の基板で設計されることはほとんどありません。最新のPCBでは高密度の接続と多数のコンポーネントが使用されており、これからの設計は多層PCBになっていくと考えられます。手掛けるデバイスのフォームファクターがかつて見たことのないものであれば、リジッドフレキシブル基板を使用することになるでしょう。こうした種類のPCBには、適切なスタックアップが不可欠です。つまり、直感的なスタックアップ マネージャーを備えるPCB設計ソフトウェアが必要になりますが、Altium Designerではマルチレイヤー スタックアップを直接、PCBレイアウトに簡単に同期できます。 Altium Designer マルチレイヤー スタックアップの管理ツールを備えるPCB設計ソフトウェアパッケージ マルチレイヤーのスタックアップの最適な方法は、数々の要素によって変わってきます。特定の方法がなければ、あらゆる設計や配線、EMCの要件に同時に対処できます。多層PCBのデバイスのアプリケーションによっても、レイヤースタックアップの最適な方法は決まります。Altium Designerの統合設計環境では、優れたスタックアップ ツールからレイアウト、シミュレーション、ルールチェックの機能を直接使用できます。 マルチレイヤー スタックアップの計画 どんな回路基板でも、コンポーネントや銅箔の配置に関して計画を立てなければなりません。単層のPCBでさえ、レイアウトに関する計画がなければ製造にリリースできません。PCB設計では、回路の設計が終わるまでコンポーネントの配置に常に注意を払う必要がありますが、これは多層PCBにも当てはまります。両面PCBや多層PCBでは、ベリードビアの穴を追跡したり、厚さや外層について計画したりすることができます。 今後の多層PCBのスタックアップ方法を計画する際は、信号プレーンとパワープレーン/GNDプレーンの繰り返しになり、各レイヤーが絶縁コアかプリプレグで分離されることが一般的になるでしょう。リジッドフレキシブル基板は本質的に多層基板であり、それぞれにスタックアップの要件があります。その目的はレイヤー間のクロストークとEMIを抑制すると同時に、効率的な配線を可能にすることです。 多層PCBのスタックアップ方法 多層PCBの設計は技であり、芸術でもあります。設計全体のプロセスは、レイヤーの配置によって変わってきますが、レイヤー間を配線するためにビアを使用し、適切なパワープレーンとGNDプレーンのペアの配置を選択して、製造業者向けの情報をすべて含めた書類を作成する必要があります。これらは、優れたレイヤー構成マネージャーを備えるPCB設計ソフトウェアがなければ完了できません。 スタックアップの各レイヤーにはそれぞれの機能がありますが、これらはマルチレイヤー スタックアップで指定する必要があります。 マルチレイヤーのスタックアップ方法について、詳しくはこちら 記事を読む
複雑な設計で威力を発揮するPCB配線ソフトウェア 1 min Blog 古いPCB配線ツールのせいで、作業が遅れたり、設計が脱線したりするようなことがあってはなりません。優れたPCB配線ソフトウェアを活用すれば、正確な設計を予定どおりに完了できます。 Altium Designer 専門家を対象とする、効果的で使いやすい最新のPCB設計ツール。 これまでは、PCB設計の配線作業に長い時間をかけることができましたが、現在の厳しいスケジュールでは、要求に対応できない配線ツールを使って時間を無駄にしている余裕はありません。ツールに邪魔されることなく、最初から正しく配線を進める必要があります。また、レイアウトツールとスムーズに同期する回路設計ツールを使用すれば、これらのツールを連携させるために無駄な時間を割く必要はありません。配線が終わった後は、すべての設計内容をチェックして、製造図を自動的に作成できる完全なツールがあれば、予定より早く仕事を完了できます。足を引っ張られてしまう旧式の配線ツールに依存するのはやめ、必要な機能がすべて揃っているAltium Designerに目を向けてください。 クラス最高のPCB配線ソフトウェア 配線ツールが最大限に機能するためには、強力なプラットフォームを基盤に構築されていなければなりません。Altium Designerはこの要件を満たしています。業界で30年以上にわたって研究を続け、最良のPCB設計ツールの開発に取り組んできたAltiumは、Altium Designerの中核を成す64ビットのマルチスレッド アーキテクチャーを構築しました。これは、搭載されるすべてのツールの基盤となっています。さまざまなインタラクティブ配線や自動配線のツールを思いのままに活用できるため、どんな問題も解消します。 こうしたツールには、Altium Designerのプレミア機能であるActive Routeが含まれます。このユーザー主導の自動配線システムでは、正確な手動のような配線がオートルーターのスピードで完了します。現在の設計作業では、高速設計に伴うルールや制約に対処しなければなりません。Altium DesignerのxSignalsウィザードでは、複雑なトポロジーの配線ルールを作成できます。PCB設計でのトレース配線ツールでは、Altium Designerに勝る製品が見つからないでしょう。 高速設計の要求に対応する配線ツール Altium Designerには、強力なプラットフォームと高度な配線ツールが用意されているほか、必要な高速配線ルールも作成できます。 64ビットのマルチスレッドシステム 記事を読む
Arduinoシールドは、回路開発のための既製のアドオンです Arduinoシールドは、回路開発のための既製のアドオンです 1 min Blog Arduinoシールドプロジェクトは、市販のプリント基板アセンブリに利用可能な集積回路ブロックです。 ALTIUM DESIGNER プロフェッショナル向けに最も強力で、最新かつ使いやすいPCB設計ツール。 Arduinoは、アイデア開発用の小規模回路を含む市販のプリント基板アセンブリを提供する会社です。各Arduinoは、開発者が他の回路アセンブリとインターフェースするための接続を備えて設計されています。Arduinoシールドプロジェクトは、DIY愛好家向けにArduinoが提供するアクセサリーインターフェースの一部であり、Arduino UnoやArduino Leonardoボード、またはマイクロコントローラーにピンで接続します。事前に設計されたシールドの例としては、Arduinoイーサネットシールドがあり、Arduino Unoシールドテンプレートのカスタマイズのために、プロトシールドのような空白のArduinoシールドとしても提供されます。 Arduinoは自社の設計のPCBAを既製品として提供していますが、回路図やボードレイアウトはウェブ上で容易に入手できます。DIY愛好家がEDA図面スキルの開発を目指している場合、これらの設計は良い出発点となります。回路図やPCBレイアウトは、DIY愛好家が選んだEDAツールでアクセスし、再描画することができます。このようにして、DIY愛好家はスキルセットを成長させます。 Altium Designerは、DIY愛好家や予算が限られている人々に、そのEDAツールの無料トライアルを提供します。このツールセットは、シンボルと配線機能へのアクセスを提供し、アイデアを持つ人々が回路ブロックのキャプチャに挑戦することを可能にします。一度回路図が描かれると、Altiumの無料トライアルは、興味を持つ開発者に仮想的にプリント基板を作成するチャンスを提供します。これにより、自分の工房や地元の製造業者で回路基板を製造するために使用できる図面が生成されます。 Arduino Unoシールドテンプレートは、DIY愛好家のための学習ハードウェアを提供します 電子機器の世界では、多くの企業や人々が回路を作成しています。回路はアイデアとして始まり、ハードウェアの形を取ります。ハードウェアは、コンポーネントと配線の集まりです。ある時点で、その回路の部品はプリント回路基板アセンブリに最も適切に整理されます。効率的に収容されることで、発明者はより多くのアイデアを試すことができます。Arduinoは、このようなことを実現する既製のプリント回路基板アセンブリを提供する会社です。 Altiumのグラフィカル回路エディターで回路図を描く Arduino Unoシールドテンプレートは大衆向けのプリント回路アセンブリです Arduino Shieldsや空のArduino Shieldsを使い始める人々は、プリント回路基板の組み立てからその旅を始めます。偶然にも、最初はDIY愛好家が手描きの回路をソフトウェアでグラフィカルに表現できると気づいたときに、基板への興味が湧きます。Arduino 記事を読む