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PCIeレイアウトと配線のガイドライン PCIeレイアウトと配線のガイドライン 1 min Blog 子供の頃、コンピューターの筐体を開き、マザーボードに搭載された複雑なカードスロット、チップ、その他電子部品を見ると、製作者がどうやってこの部品すべてを正しく配置できたのか、不思議に思っていました。後にコンピューター・アーキテクチャーと周辺機器のPCB設計について学ぶと、私はPCB設計者が優れた電子機器を構築するために注いでいる労力に驚嘆しました。 最新のGPU、USB、オーディオ、およびネットワークカードはすべて同じ相互接続規格である、PCI Expressの背面で実行できます。PCIeデバイスの高速PCB設計に慣れていない場合は、PCI-SIG (Peripheral Component Interconnect Special Interest Group) から標準ドキュメントを購入しない限り、このトピックに関する情報が少し断片的になります。幸いなことに、基本仕様は実用的な設計ルールに分割できるため、適切なPCB設計ソフトウェアを使用して次のPCIeデバイスを簡単にレイアウトおよび配線できます。 他の高速設計/デザインと同様に、配線仕様に関する標準規格に盲目的に従っても、設計/デザインが意図したとおりに動作することは保証されません。プロトタイプの設計では徹底的にテストして、シグナルインテグリティーの問題が設計内に潜んでいないことを確認する必要があります。インピーダンスや配線長などの点ですべてを適切な配線仕様に合わせて設計したとしても、レイアウトの選択が不適切なために設計が失敗する可能性は依然としてあります。各世代のPCIe仕様にはテスト要件も含まれており、これは PCI-SIG Webサイトで公開されています。ここではテストには立ち入りませんが、このまま読み続けて、規格の内容と、新しい PCIe 世代に最適に準拠するようにPCIeカードを設計する方法の簡単な概要を確認してください。 配線仕様 現在、PCIeの仕様を統括する業界の作業グループであるPCI-SIGが、PCIeの5つの世代をリリースしています。 PCIe Gen 5は今年リリースされ、PCIe 記事を読む
ガードトレース：真実か神話か？ PCB設計におけるガードトレースとは何か、そしてそれは機能するのか？ 1 min Blog PCBレイアウトにおけるガードトレースは、依然として多くの矛盾する情報が存在するトピックの一つです。その使用に関してさまざまな参照を見つけることができます。どのタイプの設計—アナログ回路、ミックスドシグナル、またはデジタル—がガードトレースの使用から最も恩恵を受けるのか、ガードトレースが電磁場をどのように遮断するのか、トレースの端が浮いていること、一方の端が接地されていること、または両端が接地されていることの重要性、そしてガードトレースの使用から最も恩恵を受けるトレースのタイプ—マイクロストリップまたはストリップライン—について混乱があります。この記事では、これらのトピックすべてに対処し、ガードトレースがその実装に関係なく実際には価値を提供しない理由、およびトレースの平面上の高さとトレースの分離がクロストークを制御する最良の方法である理由を文書化した実際のハードウェアからのデータを提示します。 ガードトレースの起源 ガードトレースは、特に非常に高いインピーダンス、低ノイズのアナログPCB設計、そして非常に低い電源を持つ製品の実装において、確かにいくつかの価値を持っています。例えば、高インピーダンスと低周波数を持つEKGマシンでは、外部からトレースへの静電容量結合が発生するリスクがあります。信号が非常に低いため、外部から少しの干渉でもそれを乱すことがあります。この場合、信号トレースの周りにガードトレースを配置することで、静電容量結合を抑制することができます。では、アナログとデジタルの設計についてはどうでしょうか？製品がアナログデバイスかデジタルデバイスかに基づいて、ガードトレースの有無の価値を分析することは難しいです。アナログという用語に基づいて状況を定義することは、あまりにも一般的すぎます。例えば、高出力のオーディオアンプもアナログです。 混合信号設計においても、ガードトレースの良い「対象」として分類できるかどうかについて同じことが言えます。混合信号製品の実装は、アナログ信号から始まり、ある時点でデジタル信号に変換されます。これはAからDへのコンバータによって達成され、これが混合信号製品の通常の定義です。今日の製品実装では、すべての無線は内部でデジタル化されており、RF部分でさえもです。RFデジタル回路はもはやL（インダクティブ）およびC（キャパシティブ）ネットワークから作られていません。例えば、携帯電話では、LやCはどこにも見つかりません。アンテナは直接チップに入り、その信号をアナログからデジタルに変換します、それも非常に高いRF周波数でさえ。ガードトレースの使用に関する現在流通している様々な情報源では、近端および遠端のクロストークが注記されていることも指摘されるべきです。デジタル世界では、懸念されるクロストークは後方クロストークです。これは図1に示されています。 図1. 前方および後方クロストーク対長さ ガードトレースとは何か？ ガードトレースの背後にある全体的な考え方は、2つの伝送線の間にガードトレースを配置すると、2つの間のEM（電磁）場を遮断し、それらの間で発生する望ましくないクロストークを抑制するというものです。実際には、2つの伝送線の間にガードトレースを挿入すると、それらの間の空間が増加し、クロストークが減少するのはその空間の増加によるものであり、ガードトレース自体によるものではありません。もしワイヤーがEM場を止めることができたら、変圧器は機能しません。期待されるのは、エネルギーがそのワイヤーを過ぎるとき、その途中でいくらかが拾われることです。変圧器を作るために、私たちはそれに依存しています。ワイヤーは磁場を止めません。 トレースは分散LCネットワークであり、ある周波数で共振します。その幾何学が適切であれば、設計上の関心のある周波数で共振し、クロストークを減少させるのではなく増加させるバンドパスフィルターを作り出すことができます。図2はそのような設計を示しています。これは1980年代後半に製造された失敗したスーパーコンピュータのバックプレーンのアートワークです。プロジェクトのエンジニアは、バックプレーンの伝送線のインピーダンスがドライバーを過負荷にすることを懸念していました。これを防ぐために、バックプレーンのインピーダンスは70オームに設定されました。バックプレーンの設計者は、望ましくないクロストークを制御するためにガードトレースを挿入しました。ガードトレースの長さは、コンピュータのクロック周波数で共振するようなものでした。その結果、バックプレーンを横切って伝播する信号間で望ましくない結合が発生し、コンピュータが不安定になりました。修正策は、設計を廃棄して最初からやり直すことでした。重要な市場の機会を逃さずに、全体の製品開発コストを抑えようとしているときに、これは決して良いアイデアではありません。 また、今日のインターネット製品では、PCBが回路と信号トレースで非常に混雑しているため、ガードトレースのためのスペースがありません。それらは物理的に不可能です。 図2. 「ガード」トレースを持つバックプレーンバス ガードトレースがクロストークを制御する目的は何か？ ガードトレースの終端方法に関する情報が豊富にあり、それによってクロストーク制御の効果が高まることが示されています。選択肢には、フローティングガードトレース、一方の端で終端されたガードトレース、両端で終端されたガードトレースがあります。実際には、ガードトレースの終端方法に関わらず、それらはすべて共振LCネットワークであり、バンドパスフィルターを作り出すことができますが、主張されているような効果はありません。 さらに、トレースの両端をグラウンドプレーンに接続したからといって、そのトレースが「グラウンド」に追加されたわけではなく、EMフィールドを遮断する能力もありません。どのように端が接続されているかに関わらず、あらゆる種類のワイヤーはEMフィールドを遮断しません。トレース間の隔たりが、クロストークがどのように制御されるかを決定します。図3は、2本の線間の間隔を広げることが、それらの線間のクロストークを制御する方法であることを示しています。 図3. 後方クロストーク対エッジ間隔と最も近いプレーン上の高さ また、ストリップライン構成においてガードトレースが効果的であるためには、ガードトレースが結合長と完全に同じ長さでなければならないとされています。しかし、ガードトレースの幾何学的特性は、クロストークを制御する能力に影響を与えません。なぜなら、トレース間の空間がどれだけうまく結合を軽減するかを決定するからです。 PCBガードトレース：マイクロストリップ対ストリップライン いくつかの情報源によると、ガードトレースの効果はマイクロストリップとストリップラインのトポロジーで異なり、その結果、ガードトレースはマイクロストリップトポロジーには効果がないが、ストリップラインの場合はガードトレースの両端がグラウンドにショートされている限り効果があるとされています。したがって、ガードトレースの終端の有無は関係なく、どちらの構成においてもその効果は無関係です。 記事を読む
HDI 品質および受入要件 HDI 品質および受入要件 1 min Blog マイクロビアの小さなサイズの性質は、受容基準を定義することを難しくします。ほとんどのHDI品質および受容要件は、依然としてOEMによって定義されています。IPCは、IPC-6012の一部としてIPC-6016を持っており、これは一般的な資格および性能仕様（6010シリーズ）です。これらの仕様は、ビルドアップHDI層のみをカバーしており、コアは独自のIPC仕様によってカバーされています。 高密度インターコネクト（HDI）構造のためのIPC-6016資格および性能仕様 IPC-6016：この文書には、IPC-6011（一般的なPWB資格および性能仕様）など、他のIPC文書ですでにカバーされていない高密度基板の一般仕様が含まれています。HDI層の受容基準は、以下のスラッシュシートカテゴリに整理されています： A. チップキャリア B. 携帯用 C. 高性能 D. 厳しい環境 E. 携帯可能 受容要件は、これら12の特定の仕様に分けられています： セクション 3.1: 一般 セクション 3.2: 材料 記事を読む
過去と未来の技術、プリントエレクトロニクス プリントエレクトロニクス：過去と未来の技術 1 min Blog PCB設計者 電気技術者 機械エンジニア PCB設計者 PCB設計者 電気技術者 電気技術者 機械エンジニア 機械エンジニア プリントエレクトロニクス（PE）は、新しく急速に成長している相互接続ビジネスです。その起源は、家電製品用のプリントフレキシブルキーボードや、派手な雑誌や文献での技術の拡大にあります。PEの皮肉な点は、この技術が恐らく第二次世界大戦中に最初に使用され、すべてのプリント回路がその起源をPEに負っていることです。 アプリケーション PEについて最もエキサイティングなことは、それが開く新しいアプリケーションと市場の全てです。図1には、現在PE開発者によって追求されている市場のうちの10つが示されています。これらの市場の大多数において、アプリケーションは短命であり、実際のPE基板は使い捨て可能です。フレキシブルキーボード、プリントグルコースセンサー、プリントRFIDタグなど、いくつかのアプリケーションは既に確立されています。一方で、プリントバッテリーと電気泳動電解質で動く化粧品用しわクリームマスクなど、このリストにさえ載っていないものもあります。 材料 材料はPE開発者にとって依然として主要な課題です。多くのPEアプリケーションがコストに敏感であるため、現在の銀の導電性インクやポリイミドフィルムの絶縁体は、そのアプリケーションにとって高すぎます。現在の絶縁体候補は表1に、導体は表2に示されています。 研究では、基板としてのナノテクノロジーがガラス、プラスチック化紙、PET、導体としては銅、グラファイト/グラフェン、カーボンナノチューブ（CNT）を支持しているようです。 表2: 印刷エレクトロニクスに適した導電材料とインク 製造プロセス 印刷エレクトロニクスは、雑誌のような低コスト印刷を想起させます。その技術は、私たちの最も古く、最も自動化された技術の一つです。しかし、図2に示されている他の印刷技術もあります。 インクの印刷方法は、その解像度（マイクロン単位）と秒速平方メートルでのスループットの機能として特徴づけられます。 印刷に関するより詳細な表は表3に示されています。それは速度、解像度、フィルムの厚さ（マイクロン単位）、および使用できるインクの粘度をリストしています。 設計ツール Altium Designer® 19にアップグレードした場合、プリントエレクトロニクスの設計が可能であることに気付いたかもしれません。これは幸運なことです。なぜなら、多くのアイデアや革新的な電子機器がプリントエレクトロニクスの基板の形を取る可能性があるからです。3Dプリンティングは現在、銀ペーストや様々な絶縁体、抵抗性および容量性インクを使用してプリントエレクトロニクスを作成することができます。近い将来、半導体（P型およびN型）インクやOLEDペーストも利用可能になるでしょう。技術がより一般的になるにつれて、他の特殊インクや紙に似た改良された基板も開発されるでしょう。 プリントエレクトロニクスに関する包括的で詳細な説明については、Joseph Fjelstadの電子書籍「Flexible Circuit Technology-Fourth 記事を読む
製造の準備：PCBパネル化ソフトウェア 製造の準備：PCBパネル化ソフトウェア 1 min Blog 製造業に従事している方や新製品を生産する予定がある方にとって、生産性が重要なキーワードです。産業革命以来、人時あたりの製品数を増やすことに焦点が当てられており、PCBも例外ではありません。新製品を市場に出す際、必要以上に注文に費用をかける理由は何でしょうか？ PCB製造プロセスの生産性を向上させる方法の一つは、適切なパネライゼーションスキームを使用することです。適切なPCB設計ソフトウェアを持っていれば、パネライゼーションは比較的簡単なプロセスとなり、ボードごとのコストを削減できます。外部のCADプログラムをパネライゼーションに使用したり、デフォルトの長方形の配置を使用する代わりに、PCB製造に特化した優れたCADパッケージを使用することで、各パネルから最大限の効果を得ることができます。 パネライゼーションによる製造準備 パネライゼーションは、標準サイズの単一パネル上に複数のボードを配列するプロセスです。これは、1枚の大きなPCB基板上にボードのコピーを作成するようなものと考えてください。単一のパネルを組み立ておよび分離機械を通すことは、おおよそ固定費となり、製造業者は通常、パネルごとのPCB価格を見積もります。目標は、工具の制約を満たしながら、単一のパネル上に可能な限り多くのボードを配置することです。 製造、分離、および組み立てのためにパネライズされたボードを準備する方法の一つとして、パネライズされたPCBとPCB自体の両方に フィデューシャルマーカーを配置する必要があります。これらのマーカーはパターン認識マーカーとも呼ばれ、ピックアンドプレース機械がボードの向きを確認し、ボード上の異なる位置間の距離を測定するため、または指定された許容範囲を満たさないボードを拒否するために使用されます。 フィデューシャルマーカーは一般的に、ボードの対角線上の角とパネルの対角線上の角に配置する必要があります。測定のためです。3つ目のフィデューシャルマーカーは、向きを確認するために別の角に配置できます。これにより、ピックアンドプレース機械やその他の組み立て機械がパネルが正しい向きでロードされたかどうかを判断でき、自動組み立て機械はこれらのマーカーを使用して、コンポーネントを正しい位置と向きで取り付けることができます。 標準化された工具装置は、各パネルにサイズ制約を設けることもでき、ボード間の間隔を制約します。パネルの配置を計画したら、分離プロセスを考慮に入れ、ボード間に分離ツールのためのスペースを含める必要があります。ボードに使用される正確な工具処理は、主にその厚さと基板材料に依存します。 非常に薄い基板を扱っていて、大きな機械的ストレスに耐えられない場合、レーザーカッターやCNCマシンのルータービットを使用して、各パネルを簡単に切り出すことができます。パネルが非常に薄くて広い場合、ルータービットは通常、基板の中心付近のストレスを減らすために遅く動作し、実際にはスループットを減少させることがあります。 基板が厚くなったり、基板用の材料が頑丈なものを使用する場合、鋸を使用した手動または自動の切断プロセスでパネルから基板を分離することができます。一般的な方法の一つは、パネル内の各基板の周りにV字型の溝を配置し、ピザカッターに似た鋸を使用して、これらの溝に沿って切断することで基板を分離することです。 基板を分離する方法に関わらず、基板にフィデューシャルマーカーを簡単に配置し、工具用のスペースを提供できるPCB設計ソフトウェアパッケージが必要になります。パネル化の計画を立てる際には、基板がどのように分離され、パネル上で必要なクリアランスがどの程度かを確認するために、製造業者に連絡することが最善です。 ECADソフトウェアでのパネル化 一部のソフトウェアパッケージでは、CAD、パネライゼーション、 製造業者向け納品物、および設計検証ツールを異なるプログラムやモジュールに分けています。これにより、基板を一つのプログラムで設計し、別のプログラムでパネライズし、そして設計プログラムで基準マークや工具仕様を定義する必要があります。時間の無駄とはこのことです... 設計ソフトウェアが 部品表やパネライゼーション機能と別々の場合、プログラム間の切り替えに時間がかかります。設計をプログラム間で移動すると、レイアウトがパネライゼーションソフトウェアにインポートされる際にエラーが発生する可能性があります。さらに悪いことに、パネルを手動で描画する必要がある場合、正しい詳細を含めないとパネルの向きに曖昧さが残ります。 曲がった基板を扱っている場合や、同じパネルに異なる基板を配置したい場合、パネルを手動で描画して最適化するのにさらに時間がかかります。パネライゼーションユーティリティとPCBソフトウェア間でデータをやり取りすると、互換性のエラーが発生しやすくなり、時間の無駄になります。代わりに、これらのツールが組み込まれたPCB設計パッケージが必要です。パネライゼーション設計ツールでは、基板がどのように配置され、製造業者によってどのように分離されるかを指定できるようにする必要があります。 唯一、設計、製造データ生成、シミュレーション、およびサプライチェーン管理ツールを一つのパッケージに統合したPCB設計ソフトウェアは、 Altium Designer 記事を読む
Altium Designerで作成されたボードのインピーダンス制御ルーティング Altium Designerで作成されたボードのインピーダンス制御ルーティング 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 Altium Designerの3Dフィールドソルバーは、インピーダンス制御ルーティングを簡単に行えるようにし、システムのための設計ルールを作成することができます。 記事を読む
適切なツールがPCBレイアウトの時間見積もりに役立ちます 適切なツールがPCBレイアウトの時間見積もりに役立ちます 1 min Blog PCB設計を計画するために正確に知る必要があるのは、PCBレイアウト時間の見積もりに役立つ適切なツールを持っていることです。 ALTIUM DESIGNER PCB設計ソフトウェアの中で最も正確な結果を提供します。 新しいプリント基板設計を探求する際には、レイアウトを完了するのにどれくらいの時間がかかるかを見積もることが有益です。これにより、生産とテストを適切にスケジュールし、設計のリリースをマーケティングやその他の関連プロジェクトと同期させることができます。PCBレイアウトの完成までの時間を正確に見積もるには、レイアウトの経験、設計要件の理解、およびコンポーネントの密度と利用可能なボードスペースに関する完全なデータが必要です。しかし、最も重要なのは、設計がどれくらいの時間を要するかを予測するのに役立つ設計ツールを必要とすることです。 これを行うには、PCB設計ツールのフルレンジが必要です。レイアウトに取り掛かる前でさえ、回路を作成しシミュレートするのに役立つ回路図ツールがあれば、後での設計のサプライズを最小限に抑えることができます。レイアウトに入ったら、操作が簡単で複数の配置オプションを提供するツールが必要になります。これにより、部品を一貫して配置し、整列させることができます。また、ルーティング時間を簡単に計算し、実行できるように、インテリジェントなトレースルーティング機能も必要です。最後に、予定された時間内に最終製造ファイルを作成できるように、自動化された出力機能が必要です。 始めから終わりまで、すべてをこなせる設計ツールのセットが必要です。良いニュースは、これらの機能をすべて備えた完全なツールスイートを提供するPCB設計システムがあるということです。それがAltium Designerです。 コンポーネント配置 PCBレイアウトツールは、レイアウトの準備を助けるべきです。Altium Designerは、ボードサイズとレイヤースタックアップを完全に制御できるため、開始前に利用可能なボードスペースの量を確認できます。Altium Designerでは、回路図からレイアウトへのパーツのクロスセレクト機能を使って、フロアプランニングが簡単です。 スキーマティックで論理的なグループに部品を簡単にグループ化して、どの部品がどこに必要になるかを正確に確認できます。部品の配置を始めると、Altium Designerは、設計のニーズに応じて部品を迅速に配置・整列させるためのさまざまな配置機能を提供します。 コンポーネント配置を直感的かつ簡単にするPCBレイアウトツール 回路基板上やその層内でどのような温度上昇が発生しても、設計プロセスと設計ルールはそれを考慮するべきです。レイヤーの管理、熱源、熱抵抗、ピン、コストはすべて、PCB製造の層を通過し、回路がプリント回路になるために必要です。Altium Designerの配置ツールは、コンポーネントの正確な配置計画と実行に必要な制御を提供します。 Altium Designerの異なるコンポーネント配置機能は、ボード上に部品を整然と迅速に配置し、完成の見積もりを支援するのに役立ちます。 Altium 記事を読む