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高速PCB設計においては、グラウンドプレーンのギャップを横切ってはいけません 高速PCB設計においては、グラウンドプレーンのギャップを横切ってはいけません 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 電子機器やPCBのフォーラムをよく閲覧していますが、同じ質問が何度も何度もされています。なぜグラウンドプレーンの割れ目を越えてトレースを引いてはいけないのか？この質問は、ハイスピードPCB設計にちょうど足を踏み入れたばかりのプロのデザイナーからメーカーまで、誰もが尋ねます。プロの信号完全性エンジニアにとって、答えは明らかでしょう。 長年のPCBレイアウトエンジニアであろうと、たまにデザインする人であろうと、この質問への答えを理解することは役立ちます。答えは常に絶対的な表現で枠付けられます。PCB設計の質問に絶対的な用語で答えることはあまり好きではありませんが、この場合は答えが明確です：グラウンドプレーンの隙間を越えて信号をルーティングしてはいけません。さらに詳しく掘り下げて、なぜグラウンドプレーンの隙間を越えてトレースを引いてはいけないのか理解しましょう。 グラウンドプレーンの隙間：低速および高速設計 この質問に答えるには、DC、低速、高速での信号の振る舞いを考慮する必要があります。これは、各タイプの信号がこの基準面で異なるリターンパスを誘導するためです。信号がたどるリターンパスは、基板内で生成されるEMIに及ぼす重要な影響、および特定の回路がEMIに対してどれほど感受性を持つかについて、いくつか重要な影響を及ぼします。PCB内でリターンパスがどのように形成されるかをよりよく理解するために、 この記事と、Francesco Podericoからの 役立つガイドをご覧ください。 PCB内でリターン電流がどのように形成されるかを理解すれば、それがEMIと信号の整合性にどのように影響するかを見るのは簡単です。ここで重要な理由です—そしてそれはグラウンドプレーンのギャップを越えるルーティングに関連しています。ボード内のリターン電流によって形成されるループは、2つの重要な振る舞いを決定します： EMIの感受性。回路内の供給電流とリターン電流によって作られるループは、ボードのEMIに対する感受性を決定します。大きな電流ループを持つ回路は、より大きな寄生インダクタンスを持ち、放射されるEMIに対してより感受性が高くなります。 スイッチング信号におけるリンギング。回路内の寄生インダクタンスは、信号がレベル間で切り替わる際の 過渡応答の減衰レベルを決定します。回路内の寄生キャパシタンスと併せて考えると、これら二つの量は過渡応答の自然周波数と減衰振動周波数を決定します。 DC、低速、高速信号を詳しく見てみましょう： DC電圧/電流 基板がDC電源で動作する場合、リターン電流は信号トレースの直下ではなく、供給リターンポイントに直線的に戻るため、リターンパスを実質的に制御することはできません。これは、大きな寄生インダクタンスのために基板がEMIに弱くなることを意味します。電源が切り替わらないため、過渡振動がないと思われがちですが、マイクロストリップトレースがグラウンドプレーンのギャップを越えてルーティングされている場合でも、EMIの感受性の問題は依然として存在します。DCループのインダクタンスをできるだけ低く保つべきであり、ループインダクタンスを減らすためには、グラウンドプレーンのギャップを越えるルーティングを避けるのが最善です。 低速信号 DC信号と同様に、リターンパスは回路のループインダクタンスを決定し、これが EMI感受性および過渡応答の減衰を決定します。ループインダクタンスが大きい場合、減衰率は低くなり、DC信号の場合と同様に、グラウンドプレーンのギャップを越えてルーティングするとループインダクタンスが増加し、信号の整合性、電力の整合性、およびEMIに影響を与えます。 残念ながら、低速信号はある種の遺物であり、TTL以上の速度のロジックを使用するすべてのボードは高速回路として振る舞います。低速信号（一般に数十nsの立ち上がり時間とそれより遅い）では、特定の回路のリンギング振幅は通常、低く抑えられていたため、気づかれないことが多かったです。したがって、信号がグラウンドプレーンのギャップを越えてルーティングされない限り、ループインダクタンスは通常、激しいリンギング、EMI感受性、および関連する電力整合性の問題を防ぐのに十分に低かったです（下記参照）。 高速信号 低速で動作するように設計された基板に高速信号を流すと、与えられた回路ループのインダクタンスに対して、リンギングの振幅が大きくなります。これは、基板内のループインダクタンスをできるだけ小さく保つ必要性を再び示しています。目標は、与えられた相互接続においてリンギングの振幅を減少させるために、できるだけ多くの減衰を提供することです。再び、グラウンドプレーンのギャップを越えてルーティングすることで、ループインダクタンスの増加を避けることができます。さらに、高速回路を運ぶ信号層の下にグラウンドプレーンを配置することで、相互接続全体を通じてループインダクタンスができるだけ低くなるようにする必要があります。 記事を読む
Concord Pro とコンポーネント作成 Concord Pro とコンポーネント作成 1 min Blog Altium Concord Pro™ は単独製品およびブランド名としては廃止され、その機能は現在、Altiumのエンタープライズソリューションの一部として提供されています。詳細は こちら。 はじめに まず最初に、何も言う前に、 Altium Concord Pro™を使い続けるほど、それが好きになってきました。実際、私はそれを愛しています。Altiumは、彼らが提供するツールの品質で何度も私を驚かせてきました。いくつかの例を挙げると： Draftsman®、ACTIVEBOM®またはActiveRoute®、そしてConcord Pro（私が最高の一つと分類するもの）です。これらなしでどうやって今まで生き延びてこれたのでしょうか。 Altiumとの関わりを通じて、そしてほぼ毎日そのツールを使用している私が知っているのは、彼らを動かしている哲学は、デザイナーが仕事をより簡単にするために必要なものを彼らの手に渡すことです。Concord Proはそれを実現します。 最近、新型2020コルベットの広告を見ました。それはまさに獣です。6.2リッターV-8、500馬力、5,150rpmで470フットポンドのトルク。非常に驚いたのは、0から60MPH（約100Km）までわずか3秒で加速することです。そのように急発進するときに受ける首のむち打ちのために、追加の医療保険が必要かどうか疑問に思います。それは利用可能な8ギアのうち1-5ギアを使用して達成されますが、もしドライバーが1速からシフトアップする習慣がなかったらどうなるのかと思いました。それは、すべてのパワーが未使用のままになるという、絶対的な無駄でしょう。 この獣の力を見逃すことがないのと同じように、ECADソフトウェアの力を見逃してはいけません！ なぜ私たちはECADソフトウェアで同じことをするのでしょうか（私たちが使用しているものは何でも）？Altiumと、今ではConcord Proを使って、市場で最も強力なツールの一つを手に入れました。しかし、多くのPCBデザイナーは、初速から抜け出せないでいます。それは非難ではなく、むしろデザイナーであるあなたへの挑戦です。ギアを変える時です。Concord Proは私たちの2020年型コルベットです—3秒で0-60まで加速する準備はできていますか？ Concord 記事を読む
エンジニアとしての選択：自作するか、購入するか？ エンジニアとしての選択：自作するか、購入するか？ 1 min Blog 既製品のSBCを購入することに躊躇していますか？適切なモジュラーハードウェア設計ツールを使えば、迅速に構築できます 新しいプロジェクトに取り組むことほど楽しいことはありません。それが起業の冒険であれ、個人的な楽しみであれ。組み込みシステムのハードウェアプロジェクトに取り組むエンジニアとして、システムのどの重要な部分を自分で構築し、どの部分を購入するかという重大な決断を迫られる時が来ます。「構築するか購入するか」というジレンマはハードウェアコミュニティを切り裂いていますが、それはハードウェアに限ったことではありません。 この種の決断は簡単なものではなく、この質問に対する一般的な答えはありません。プロジェクトに間違った決断をすると、ユーザーやビジネスオーナーに時間とお金を費やさせることになります。構築するか購入するかを決定することは、コスト、時間、能力を慎重に比較検討する必要がある複雑な問題です。 製品の能力対スキル、経験、コスト エンジニアリングチームのスキルと経験は、次の製品をサポートするためにゼロから製造するか、既製のボードを購入するかの決定に大きな影響を与えます。チームが特定のドメインにおいてより多くの知識を持っているほど、成功する製造アプローチに乗り出す可能性は高くなります。一方で、特定のプロジェクトドメインにおいて知識と経験が少ないチームは、ゼロから新しい製品を生産するまでに時間がかかる可能性が高いです。この場合、既製のソリューションを購入する道を選ぶことが最もありそうです。 購入と製造の間で決定する際に考慮すべき重要な点のすべての中で、コストと必要な能力のバランスを取ることはおそらく最も重要です。自社製品を作成するビジネスにとって、コストは最終的な決定要因かもしれません。組織がクライアントのために製品を設計している場合、能力、カスタマイズ、コスト、および顧客の要件への適合性の間のトレードオフを示すオプションをクライアントに提示する必要があります。 コストの内訳 購入または製造に関わる総コストのトレードオフを理解することは、いくつかの段階を含む複雑なプロセスですが、利益を確保するためには重要なタスクです。完全にゼロから組み込みシステム用のカスタムボードを製造することは、以下のようないくつかのコストを発生させます： 開発費用：これはPCB設計を超えたものです。これにはソフトウェア開発（ファームウェア、オペレーティングシステム、BSP、ブートローダーなど）、機械設計、オプション機能、 テストと検証（性能テスト、認証、環境テスト、基板の信頼性テスト、ソフトウェアテスト、熱テストなど）、およびドキュメントが含まれます。ゼロから何かを設計して構築する予定の場合は、希望する開発プラットフォームを使用するためのライセンス料も支払う必要があります。 製造費用：これにはPCB製造、組み立て、工具、部品、および送料が含まれます。 長期費用：組み込みシステム用の独自のコードを開発する予定の場合、カスタムボードは定期的にソフトウェアアップデートが必要になることがあり、バグを修正する必要があります。これらの継続的なソフトウェアメンテナンス費用は、既に広範な組み込みソフトウェア設計の経験がある場合でない限り、予測が難しい場合があります。 ビルドルートと比較して、既製のソリューションを選択することは、開発費、初期段階の部品費、製造費の大部分、およびソフトウェアメンテナンス費を間違いなく節約できます。これはビルドオプションが選択肢から外れることを意味しますか？それは本当にあなたのアプリケーション、既製ソリューションのコスト、および生産する必要がある量によります。 ボリューム 量はコストと密接に関連しています。製造よりも購入を推奨するエンジニアは、この点に焦点を当てがちです。なぜなら、これらの人々はスタートアップや趣味の人よりもはるかに大量の製品を扱う傾向があるからです。あなたの目標が低ボリューム――数十、数百、あるいは数千単位である場合――購入する方がおそらく最良の選択です。数量が多くなるにつれて、製造ルートがより魅力的になります。 購入と製造時の利益性と製造ボリューム 時間とともに単位数が増加するにつれて、「製造」オプションが利益を生み出し始めるのは、既製品の製造者と独占契約を確保できる場合のみです。一度自分の組み込みシステムボードを製造し、テスト体制を通過したら、再建する必要はありません。すぐに大量注文を行い、上記のグラフに示されている交差点に近づくことができます。 カスタマイズ性 オフ・ザ・シェルフの製品を購入して組み込みシステムを動かす場合、見たままが手に入るものです。オープンハードウェアプラットフォーム（例えば、ArduinoやRaspberry Pi）の電子回路図をダウンロードして、基板を完全に再設計する予定でない限り、製品の性能は基板上のコンポーネントによって制限されます。 記事を読む
PCBにおける冷却ファンの電気ノイズ低減 PCBにおける冷却ファンの電気ノイズ低減 1 min Blog 電気技術者 電気技術者 電気技術者 PCやラップトップを開けて、そのファンやヒートシンクをじっくりと見たことがない人はいないでしょう。高速コンポーネント、高周波コンポーネント、または電力コンポーネントを扱っている場合、これらのコンポーネントから熱を取り除くための冷却戦略を考える必要があります。蒸発冷却ユニットを設置するか、水冷システムを構築するという核オプションを使用したくない場合は、冷却ファンを使用すると、最小の形状で最良の結果を得ることができます。対流熱伝達を助けるために、ヒートシンクにファンを追加することは良い考えです。 ファンの電気ノイズと放射EMI システムを冷却するためにどの方法を使用するにしても、または冷却システムを構築している場合でも、ファンを駆動するために使用される方法に応じて、特定のEMI/EMCの点を考慮する必要があります。 AC駆動 AC駆動ファンは、周波数制御なしでは速度制御ができないため、コンパクトなシステムではあまり使用されません。また、これらのシステムは一般的に高AC電圧で動作するため、工業システムで見られることが多いです。これらのファンは、基本周波数および高次高調波で顕著な伝導EMI（共通モードおよび差動モード）を発生させ、これが電源/グラウンド線を通じて伝播します。これは通常、 共通モードフィルタリング（LCネットワーク）に続いて差動フィルタリング（別のLCネットワーク）、そして直列のRCフィルターで除去できます。 DC駆動 DCファンは電気的にノイズがないように見えるかもしれませんが、音響的および電気的ノイズを発生します。異なるタイプのファンは、それぞれ独自のEMIを発生させ、 EMCテストの合格を困難にします。DCモーターを駆動しても、ローターを引き寄せたり反発させたりするために使用される回転する磁石のおかげでEMIを発生させます。これは、整流時に強いスイッチングノイズを生じます。DCファンから発生するEMIは、通常、ファンの電源リード内の伝導EMIに限定されます（2線式DCファンの場合）。このファンの電気ノイズは通常、共通グラウンドに注入され、ファンを駆動する任意のアンプの出力で再現されます。 シンプルな単軸DC冷却ファン これは、DCファンが放射されるEMI（電磁干渉）を発生させないという意味ではありませんが、放射されるEMIは、永久磁石とステータ巻線からの未封じ込め磁場（UMF）により、回転速度と同じ周波数になります。UMFはほとんどのファンにある程度存在しますが、UMFに対処する最初のステップはメーカーの責任です。一部のメーカーは、少なくとも2つの取り付け面でUMFを抑制するために、ファンに薄い鋼のエンクロージャを設置します。これは、放射されるEMIがファンの向きに強く依存することを意味します。 UMFからの放射されるEMIは、近くの高インダクタンス回路に低周波のリップル電流を誘導することがあります。一般に、大きなファンは駆動のためにより強い磁場を必要とするため、与えられた回転速度でより強いEMIを示します。しかし、数千RPMの回転速度でさえ、この放射されるEMIの周波数は数百Hzの範囲内にしかなりません。 PWM駆動 PWM駆動ファンは、デューティサイクルとPWM信号を変化させることで速度制御を提供します。PWM駆動では、 スイッチングMOSFETや他のデューティサイクルが変化する回路を扱っています。速度制御は、適切なデューティサイクルとパルス周波数を設定することで提供されることに注意してください。これは、非常に低いパルス周波数の極端な場合、PWM信号が低い間にファンが停止するまで遅くなる可能性があるため、実際にはかなり重要です。PWM信号が非常に速い（高周波）場合、ファンを速くしすぎようとすると、エイリアシング効果による興味深いノイズが聞こえます。 PWMで駆動されるファンの場合、ほとんどのPWMドライバーは、MHz範囲に達する高周波で共通モードノイズを発生させます。PWMで駆動される誘導モーターは、導電性EMIとして電源線を通じて近くの回路に共通モードノイズを誘導することがあり、これはEMC評価に影響を与える可能性があります。このタイプのファン駆動は、速度制御が必要なコンピューターでより一般的です。この場合、ファンが安定した速度を維持するために温度制御および速度調整回路の使用が必要であり、コントローラーが必要に応じてデューティサイクルを増減できるようにする必要があることに注意してください。 シンプルな単軸DC冷却ファン PWM回路自体もオーバーシュート/リンギングによって伝導EMIを発生させることに注意してください。これは平滑化またはフィルタリングされるべきですが、バイパスコンデンサや フェライトビーズをファンの入力に追加する前に、ファンメーカーのガイドラインを確認するべきです。この問題に対処するための推奨事項には、LCフィルターの構築、リンギング信号を除去するためのバンドストップフィルター、出力にRCフィルターを使用することなどが含まれているのを見たことがあります。いずれにせよ、フィルタリング戦略がメーカーの推奨事項を満たしていることを確認してください。 PWM信号の立ち上がり時間が速い場合、スイッチング信号が近くの回路にクロストークを誘発するスイッチングモード電源で見られるような類似の問題が発生することがあります。大型ファンを駆動するために高電流PWM信号を使用している場合、PWM信号のスイッチング動作が近くのデジタル回路に不随意のスイッチングを引き起こすことがあります。これは、PWMパルス列の周波数やデューティサイクルに関係なく発生します。この時点で、PWM回路に 記事を読む
77 GHz レーダー用自動車用PCB：ルーティングと信号整合性 77 GHz レーダー用オートモーティブレーダーPCB：ルーティングとシグナルインテグリティ 1 min Thought Leadership 最近の技術は急速に進化しており、自動車用レーダーは導入後間もなく、主に24 GHz近辺で動作していたものが、77 GHz波長へと移行しました。最近の規制変更により、77 GHzへの移行が可能となり、これには多くの利点があります。短い波長はより広い帯域幅を可能にし、より良い解像度、より小さいデバイスの形状、そしてより長い範囲を提供します。この帯域は偶然にも二原子酸素の2つの吸収帯の間に位置しており、24 GHz帯は水の吸収帯と重なっています。 高い周波数の使用は、77 GHz波長レーダーモジュールの設計、シミュレーション、およびテストに一連の課題を生み出します。レーダーモジュール自体の設計に加えて、デバイスレイアウト、より小さい形状への統合、および車両内のより大きなエコシステムへの統合は、完全自動運転車への長い道のりでの設計上の課題です。 長距離対短距離 77 GHz波長レーダー 前回の投稿で説明したように、チャープされたGHzパルスは、レーダーシステムの視野内の複数のターゲットを識別するために使用されます。チャープパルスの使用により、参照オシレータからの信号に対するドップラーシフトとビート周波数を測定することで、複数のターゲットの速度と距離の検出が可能になります。 位相配列アンテナ（3 Txおよび4 Rx SFPAs）の使用により、方向性の放射が可能となり、前述の2つの量とともに進入角を決定できます。 自動車用途の77 GHz波長レーダーで使用されるアンテナアレイのジオメトリ チャープ長（周波数範囲として測定）は、特定の自動車レーダーシステムの適用可能性の主要な決定要因です。長距離レーダー（LRR）は1 GHzの線形チャープパルス（76〜77 GHz）を使用し、高解像度短距離レーダー（SRR）は最大4 記事を読む
ダンピングと反射伝達における直列終端抵抗 ダンピングと反射の転送における直列終端抵抗 1 min Blog 伝送線路を含む基板では、トレース、ソース、および負荷インピーダンスのマッチングが重要です。これらの条件を達成するために、単終端伝送線路に直列終端抵抗を使用する設計がいくつか見られるかもしれません。これを行う理由は、信号を遅らせるため、またはドライバーの出力インピーダンスを設定するためであり、誰に尋ねるかによって異なります。 驚くかもしれませんが、終端用の直列抵抗の配置は時々誤解されます。生じる疑問のいくつかは： 直列抵抗を手動で配置する必要があるのはいつですか？ 目標インピーダンスに伝送線路を設計するだけでよい場合はいつですか？ 短い伝送線路と長い伝送線路では何をすべきですか？ 直列抵抗を使用した場合の信号整合性において、負荷容量とグラウンドバウンスはどのような役割を果たしますか？ 単終端線路と差動線路の間に違いはありますか？ シグナリング標準にインピーダンス要件がない場合（例：SPIやI2C）にはどうすればよいでしょうか この記事では、高速GPIOやシリアルバスの観点から、上記のいくつかの質問を見ていきます。私たちはしばしば SPIのような標準を見て、インピーダンス要件が指定されておらず、バスが遅く動作するため、終端が不要であると簡単に仮定します。しかし、これはすべての場合に当てはまるわけではなく、任意の終端抵抗の配置は、注入される信号の立ち上がり時間、トレースの入力インピーダンス、およびライン上のオーバーシュートの減少に影響を与えます。 単端線上のシリーズ終端抵抗の2つの機能 シリーズ終端を使用する典型的な理由は以下の通りです： バスにはインピーダンス仕様がありません 出力インピーダンスと信号レベルは、特殊ロジックの目標値に調整されています プッシュプルドライバーは非常に迅速に切り替わります（数ns以下であることもあります） 受信機で見られる信号の立ち上がり時間は、負荷容量に依存します ドライバーからの出力インピーダンスは通常低いです ライン上にリンギングがあります 最後の点は、長い伝送線上の反射、または短い線上での過渡応答の励起の2つの要因によって引き起こされる可能性があります。前者はインピーダンスの不一致に関連していますが、後者は代わりにグラウンドバウンスの原因となる同じ要因に関連しています。 長い線上の反射：ドライバーの出力インピーダンスは常に伝送線の単終端インピーダンスよりも小さいため、ソースでの直列終端が時々使用されます。理想的な場合、出力インピーダンスは0オームですが、一般的には小さな非ゼロ値になります。終端抵抗の値をサイズする最も簡単な方法は、伝送線インピーダンスから出力インピーダンスを引くことです： 記事を読む
高密度インターコネクト 高密度インターコネクト - 設計と製造のガイドブック 4 min Guide Books Happy Holdenが提供する高密度インターコネクト設計、ルーティング、レイアウト、およびHDI PCBの製造に関する専門的なアドバイスのコンパイルです。 記事を読む