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設計プロセスの初期段階での予算見積もり 設計プロセスの初期段階での予算見積もり 1 min Blog 大量生産される新製品は常にプロトタイプから始まり、製品設計と開発プロセスを通じて複数のボードが組み立てられることになります。関連するコストは、プロトタイピングの各段階で、そして途中で厳しく検討されなければなりません。これを行う一つの方法は、設計に対する予算見積もりを依頼することです。 予算見積もりは、PCBの調達、組み立てサービス、および組み立て部品の見積もりを提供します。これらの点と予想されるプロトタイピングラウンドの数に基づいて、製品を量産に移行する前に製品開発予算を作成することが可能です。 開発予算のための予算見積もりを取得する必要がある場合は、以下に概説した情報を確実に取得してください。 予算見積もりの最も重要なポイント 予算見積もりを取得する適切な時期は、新製品の最初のプロトタイプを製造する直前です。これは、設計が最終化され、製造に送られる直前に行うことができます。予算見積もりは、設計がプロトタイプ製造に入る前に、プロトタイプのコストの合理的な見積もりを提供します。 これを行うには、製造所と組み立て所に、予備の出力ファイル（通常は ガーバーファイル、ドリル、およびBOM）を提出する必要があります。 コミュニケーションでは明確であることを心掛けてください：提供する出力は予算見積もりの目的のみに使用されます。 設計が不完全な状態で出力を生成することは全く問題ありません。通常、全ての配置が完了し、PCBレイアウトのルーティングが70-80%程度完了している段階です。予算見積もりを取得できるように、製造業者に以下の情報を提供してください： 生産する基板の種類と数量（フレックス、リジッドフレックス、 PTFE、ハイブリッド構造など） 最小エッチング特徴サイズと最小ドリル特徴サイズ ビアの種類：ブラインド/バリード、ビアインパッド、プラグ/フィル＆キャップ、ホールウォールメッキ、バックドリリングなど。 表面めっきタイプ カウンターシンク/カウンターボア、エッジめっき、カットアウトなどの特別な機能 エンジニアリングレビューなどの追加サービス 組立工場はBOMから予算見積もりを出します。ユニークなラインの数、配置の総数、最小のSMDパッケージサイズ、最小のピンピッチサイズ、リードレス部品（BGA、LGA、QFN）の数、および両面組立てが必要な特殊部品の数を使用して、組立コストを決定します。この予算見積もりの部分は、BOMが確定している限り、非常に正確になります。 品質要件は何ですか？ IPCクラス2、IPCクラス3、MIL-31032は、見積もりに含めることが重要な異なる要件と異なる価格帯を持っています。第三者によるテストの要件はありますか？これも総コストに影響を与えます。 最小のドリル穴サイズは何ですか？ 記事を読む
高速PCB設計 PCBシグナル：高速PCB設計の重要要素 2 min Blog 課題の理解 どれくらいが長すぎるのか？ インピーダンスのマッチング リターンエネルギーはどこで流れるのか？ 差動ペア ビアについては？ クロストーク 時間に合わせて踊る 基板 材料 レイヤー 可能なレイヤースタックアップ 課題の理解 この記事の目的は、高速設計の主要な要素を紹介し、それぞれの要素がAltium Designerでどのように取り組まれているかを議論することです。この記事は高速設計の完全な議論を提供しようとするものではありません。そのため、高度に経験豊富で学識深い設計者やエンジニアが、この主題に関して優れた参考文献や書籍を多数執筆しています。この記事の研究中に使用された著者や論文へのリンクについては、 参考文献 セクションを参照してください。 PCB設計が高速設計であるとは具体적にはどういうことでしょうか？確かにそれは物事が迅速に行われることに関係していますが、ボード上で使用されるクロックレートだけの話ではありません。デバイスが高速でエッジを切り替えるとき、つまり、信号がルートを伝わってターゲットピンに到達する前に遷移が完了するほど迅速に状態が切り替わるデバイスが含まれている場合、その設計は高速設計とされます。この状況では、信号がソースピンに反射され、元の信号データが劣化または破壊される可能性があります。高速エッジを持つ信号は、ルートから放射して隣接するルートにカップリングすることも、さらに放射して電磁干渉（EMI）となり、製品が強制的な放射基準を満たさなくなることもあります。 信号に高速のエッジがある場合、エネルギーがルーティングを通じて移動する方法が変わります。エッジレートがゆっくりと変化する回路では、エネルギーがパイプを通って水が流れるように、ルーティングを通じてエネルギーが流れると考えることができます。はい、水がパイプを押し通される際に摩擦によっていくらかのエネルギーが失われますが、基本的にはそのほとんどが他端に到達します。DCまたは低切替え周波数の回路では、ルートの抵抗を計算し、途中で失われるエネルギーの量が回路の性能に影響を与えないようにすることができます。 高速設計ではそれほど単純ではありません。なぜなら、配線された銅を通じて電子として流れるエネルギーだけでなく、高速で切り替わる信号では、そのエネルギーの一部が配線された銅の周りを電磁エネルギーとして移動するからです。これで、あなたはもはや電子のための銅の経路を設計しているのではなく、プリント基板に埋め込まれた一連の伝送路を設計しているのです。 記事を読む
PCBデータ管理とは PCBデータ管理とは？ 1 min Blog どんなPCBでも、優れた設計と製造にはデータ管理がつきものです。各PCBプロジェクトには、コンポーネントやフロントエンド回路図、物理レイアウト、製造ファイルに関する大量のデータが含まれています。お使いのPCB設計ソフトウェアには含まれていない他のドキュメントが必要となるかもしれません。不完全なデータや古いデータを使うと想定通りの設計ができなくなるため、設計者はこれらのデータをすべて追跡、管理する必要があります。 PCBデータ管理では、複数の領域にまたがる要件と設計情報を扱います。まず、最終製品がどのように動作するか、またその仕様と許容差、動作環境についての機能要件があります。さまざまな形式（データシートや、設計ツールライブラリにデジタル保存されたものなど）で各コンポーネントに関連付けられたデータもあります。さらに、PCB自体、その材料特性、物理的レイアウト、生産要件に関するデータもあります。設計は必ずしもゼロから始まるとは限りません。以前成功した設計の一部を再利用しなければならない場合もあります。 設計者は、以下の重要事項を考慮しなくてはなりません。 必要なデータはすべて揃っているか 設計データは正確で最新のものか 自分の知らないところで、誰かが変更を加えたか この記事では、こうした事項を確認するために役立つ情報と、最新のツールがプロの設計会社やOEMのデータ管理プロセスをどのように変えているかについてご紹介します。 PCBデータ管理とは？ PCBデータ管理は、プリント回路基板の設計、製造、実装に使われるデータの取得、保存、検証、使用法、分配、維持など、幅広い範囲にわたる作業を指します。PCB設計プロジェクトにおいてデータが作成、取得されるのは、以下のような場合です。 SOWやプロジェクト要件、デバイス要件を作成するとき フロントエンドエンジニアリングにおいて、予備設計が作成され、コンポーネントデータが収集されるとき 機械設計および電気設計をCADソフトウェアで作成する、物理設計の作業中 設計が製造に転送され、最終的な設計データが製造用に準備されるとき 設計プロセスの一部における、設計に関する決定は、筐体の形の変更などといったその他の要素にも影響を及ぼします。それによって、 PCBコンポーネントが中に収まらなくなることもあります。操作環境を変更すると、異なる周囲温度やより高い振動レベルに対応できるような設計を行う必要が出てきます。論理回路セクションの設計は、異なる許容差を持つ電力供給に適したものでなければならなくなるかもしれません。想定される変更点は莫大な量となります。いかなる変更も突き止めるられるデータ管理プロセスは必須です。 これらの問題は、PCBレベルであろうと機械設計であろうと、新製品に関する共同作業を行う場合に拡大します。たとえば、仕様が変更されたことや、物理的または電気的特性が異なる別のコンポーネントが設計に入れ込まれたことなどを、設計チームの全員がプロセス内で確実に把握する必要があります。すべてのデータで、変更や新しい情報が追跡され、それが設計チームの全員が見られる共有システムにコンパイルされると、すべてのプロジェクト関係者が表示およびアクセスできるようになります。 この概念についてもう少し詳しくご説明します。データ自体の管理について取り上げる前に、どんな情報を取得すべきか、またこの情報をどこでどのように取得するのかについて見ていきたいと思います。 PCB業界にしばらくいた方なら、PCB設計の一般的なプロセスについてはほとんどご存じでしょう。ほとんどのPCB設計では始めに同じか非常によく似た情報を使い、ソースは多くの場合同じものです。栄養豊かな地面に植えられたどんぐりが大きな木に成長するようなものです。また、最初の情報こそプロジェクト全体の成功に大きくかかわってきます。PCB設計の最初に使う情報が正確でなければ、その設計も正確なものにならない可能性が高くなります。この段階で注力すべきは、情報の量よりも質であるということをしっかりと覚えておきましょう。 データの作成と取得 データは、PCB設計チーム、製品メーカー、外部請負業者、最終顧客を含むすべてのプロジェクト関係者によって作成、編集されます。このようなデータには以下が含まれますが、必ずしもこれだけに限定されるわけではありません。 記事を読む
直列終端抵抗の計算 直列終端抵抗の計算 1 min Blog 伝送線路に関しては、簡単に思えることがあまりありません。終端技術の決定や終端ネットワーク内のコンポーネントの値を決めることは難しい作業であるべきではありません。ほとんどのPCB設計プログラムでは、計算機をオンラインで探すか、手計算をしなければなりません。代わりに、設計ソフトウェアは終端ネットワーク内のコンポーネント値の範囲を簡単にテストできるようにするべきです。 一部のコンポーネント、トレース、差動ペア、およびビアを介してルーティングされる相互接続は、高速または高周波回路で伝送線路効果が生じるのを防ぐためにインピーダンスマッチングされるべきです。小さなインピーダンスの不一致は許容できるかもしれませんが、いくつかの信号ドライバーは、信号トレースで一般的に使用される標準の50オーム値と一致しないインピーダンスを持つことがあります。ルーティングおよびコンピュータアーキテクチャの標準（例えば、 PCIe Gen 2およびGen 3）も差動ペアインピーダンスに異なる値を使用していることに注意すべきです。 トレースが伝送線路効果を示し始めると判断した場合、この記事では、Altium Designer®の信号整合性ツールを使用してシリーズ抵抗の正しい値を決定する方法を示します。 どの終端ネットワークを使用すべきか？ この質問にはいくつかの答えがあります。なぜなら、 いくつかの可能なネットワークや終端装置が存在するからです。デジタル信号については、抵抗器が広帯域コンポーネントであるため、抵抗終端を好みます。ICのドライバーピンに直接配置された場合、非常に高い帯域幅までのドライバーを終端するために使用できます。対照的に、RF出力やアンテナは、抵抗性の電力損失を避けたいため、LCネットワークを好むでしょう。そして、インダクタとキャパシタ（直列またはシャント要素として）の正確な配置は、インピーダンスをシフトして共振周波数に合わせる必要がある方法に依存します。 抵抗終端に関しては、一般的に使用される2つの方法があります。シリーズ終端（ドライバーピンに配置）と並列終端（受信機からGNDに配置）。 シリーズ終端の効果について覚えておくべき重要なことが2つあります： シリーズ終端は、ドライバーの電圧レベルが受信機の電圧レベルと一致する必要がある場合に自体で使用されます。この場合、並列終端を使用しないでください。また、シリーズ抵抗をソースインピーダンスと伝送線インピーダンスと完全に一致させる必要があります。 シリーズ終端は並列終端と共に使用することができますが、それらは一般的ではない特殊なケースでより多く使用されます。 終端は、それが必要であることを確認し、使用しているインターフェースに目標とするインピーダンスの仕様がない場合にのみ適用すべきです。 ドライバーに直列終端抵抗を使用する理由には以下のようなものがあります： 終端されていない負荷からの反射が予想されるほど線が長い場合、終端されていないドライバーとトレースの間には必要です。そして、信号ドライバーのインピーダンスがトレースのインピーダンスよりも小さい場合 出力で見られる減衰を増やして、グラウンドバウンスを抑制するのに役立ちます。 次に、SSN、または 記事を読む
標準的なPCBの厚さとレイヤースタック 標準的なPCBの厚さとレイヤースタック 1 min Blog 1990年代のシットコムが大好きだと白状します。もしジェリー・サインフェルドがPCBデザイナーだったら、「1.57 mmの基板厚さって何のこと？」と聞くかもしれませんね。実に妥当な質問ですし、PCB設計やその他のエンジニアリングの分野でなぜ特定の標準値（例えば、 RFシステムの50オームのインピーダンスなど）が使われるのか不思議に思うこともあります。 これらやその他の設計値がPCB設計で標準化された良い理由がありますが、それらが業界標準で明確に定義されているわけではありません。PCBの厚さに関しては、その理由は主に歴史的なものですが、すぐに見ていきます。しかし、標準の基板厚さ1.57 mmだけがアクセスできる厚さではありませんが、ほとんどのメーカーはこの値を収容するように製造能力を中心にしています。もし 1.57 mm基板厚さの歴史 Lee Ritcheyは、事実上の標準である1.57 mm基板厚さの歴史を うまくまとめています。Leeが回路基板の厚さの値について述べているすべてを繰り返すことなく、この数字が業界内で事実上の標準になった理由を簡単に要約します。 電子デバイスがトランジスタや集積回路へと移行していた時代、基板は合板の作業台でブレッドボーディングによって組み立てられていました。その際、合板の表層をバケライトと呼ばれる材料に置き換えていました。合板に詳しい方なら、合板の一枚の厚みが1/16インチ、つまり1.57mmであることをご存じでしょう。この厚みは、基板間の接続が必要になった際に何らかの標準となり、新しい材料に適応されていきました。初期の基板間接続には、エッジコネクタを使用したラックユニットが用いられ、これらのエッジコネクタはこの標準厚みに合わせる必要がありました。現在では、バケライトの代わりにエッチングやめっきが可能な材料や、 FR4エポキシ積層板を使用しています。 代替のPCB厚み値 今日、一部の製品（例えば、PCIeアドインカード、Mini-PCIeカード、またはSODIMMスティック）やアプリケーションノートの配線ガイドラインでは、1.57 mm（またはあまり一般的ではない値の1.0 mm）が指定されることがあります。しかし、よく考えてみると、製造可能性や、高い 層数や高い銅の重さを収容するため以外に、このPCBの厚さが他のボード厚さの値よりも好ましい理由はないことに気づくでしょう。多くのメーカーは、低層数のこの回路基板の厚さを選択しています。それは、常にそうであり、ほとんどの顧客から一般的に期待されているからです。 1.57 mmの値は、事実上の標準となっているため、任意のメーカーにとって必要な能力の一つですが、多くのメーカーはこの厚さのさまざまな倍数のボードを製造できるように能力を適応させています。一部のメーカーから見つかるかもしれない他のPCBの厚さの値には、2.36 記事を読む
PCB設計に必要な基本ツール PCB設計に必要な基本ツール 1 min Blog 家を建てるのもPCBを作るのも、道具箱に適切な道具が必要です。すべての設計者は、コンポーネントの配置にCADツールを持っている必要がありますが、コマンドラインベースのCADソフトウェアでも正確なコンポーネント配置が可能です。現代の電子デバイスがあらゆるレベルで複雑になるにつれて、設計者は重要な設計作業を迅速に進めるのに役立つツールが必要です。 適切なPCB設計ツールのセットを選択するには、いくつかの可能性のあるオプションを比較検討する必要があります。市場にはさまざまな機能を持つソフトウェアパッケージが多数あり、誰もがすべてのソフトウェアパッケージの無料トライアルを試す時間はありません。これらの設計プラットフォームの中には、20年前と同じ時代遅れのワークフローを使用しているものもあります。これを踏まえて、設計者がPCB設計ソフトウェアに必要とするいくつかの重要なツールを見てみましょう。 回路図設計とキャプチャ 電子回路図は、家の基礎のようなものです。ボード上に配置するすべてのものは、この基礎文書に基づいています。この重要な文書は、ボードに必要なコンポーネント、それらがどのように接続されているか、電源とグラウンドの接続位置を示しています。適切な回路図エディターを使用すれば、レイアウトを簡単に計画し、ボードに注釈を付けることができます。 スキーマティックエディタを使用すると、ボードを整理できますが、設計が複雑になり始めると、単一のスキーマティックで作業するのが扱いにくくなります。ボードに複数の機能を含め始めると、階層的なスキーマティックで作業することで、物事を整理できます。これにより、コンポーネントを機能ブロックにどのように適合するかに基づいて異なるスキーマティックに分けることができ、スキーマティック間の親子関係を定義できます。 マルチチャネルPCB設計ツールを使用することは、整理された状態を維持するだけでなく、階層的なスキーマティック内のコンポーネントのグループを簡単に複製することを可能にします。初期レイアウトとして スキーマティックをキャプチャすると、これらの複製されたコンポーネントのグループは新しいボードに転送されます。その後、コンポーネント間でトレースのルーティングを開始し、電源およびグラウンド接続を配置できます。 階層的なスキーマティックは、PCB内の異なるブロック間の関係を定義するのに役立ちます ルーティング機能 回路図が初期レイアウトとして取り込まれると、CADツールがコンポーネントの配置やトレースのルーティングを支援する準備が整います。ルーティングは、ボード上のコンポーネント間の物理的な接続を定義する重要な作業です。シンプルな設計では、各接続を手作業でルーティングし、レイアウトを設計ルールと照らし合わせてチェックするのは簡単なことです。しかし、ボードが複雑になり、必要な相互接続の数が増えるにつれて、ルーティングプロセスを自動化できるツールは膨大な時間を節約してくれます。 オートルーターとインタラクティブルーターの利点に関する議論は永遠のようです。差動ペアを含まず、多数の信号ネットや相互接続上のビアの数に制約がないシンプルなボードでは、オートルーターでもまともなレイアウトを生成できます。これらの場合、適切なルーティング戦略を定義できれば、オートルーターがより良いレイアウトを生成することに注意してください。 ここで、オートインタラクティブルーティングが重要なPCB設計ツールとなります。 オートインタラクティブルーターは、オートルーターとインタラクティブルーターの最良の側面を組み合わせます。特定の信号ネットの相互接続に沿って手動でウェイポイントを定義でき、ツールは自動的にソースコンポーネント、これらのウェイポイント、および負荷コンポーネント間のネット内のトレースをルーティングします。 このタイプのレイアウトを作成することは、自動対話型ルーターを使用するとはるかに簡単です。 信号完全性と電力供給分析 信号完全性に関して言えば、現代のデジタルICは非常に高速で切り替わるため、ほぼすべての設計者にとって信号がクリーンな状態を保つことが重要な考慮事項となります。信号完全性を確保するには、特定のアプリケーションに適した 適切なレイヤースタック、トレースの形状、およびグラウンドプレーンを設計することが本当に必要です。これらはすべて、CAD、ルーティング、およびボード設計ツールのタスクです。 適切な信号完全性パッケージを使用すると、異なるネットでの反射とクロストークの波形を調べることができます。これにより、終端が必要なタイミングと、異なるトレースで使用すべきマッチングネットワークを決定するのに役立ちます。 電力供給と熱管理に関しては、電力供給ネットワークアナライザー（PDNA）を使用することで、トレース、電力およびグラウンドプレーン、ビア全体のIR損失を特定できます。PDNAは、直感的な出力形式を使用して電圧および電流密度の結果を生成する必要があります。最高のツールは、対話型のカラーマップを表示し、潜在的な電力熱問題や過度のIRドロップについてボードを視覚的に検査できるようにします。 PCB全体の電力供給を示すカラーマップ 記事を読む
フレキシブル回路の補強オプション フレキシブル回路PCBスティフナーオプション 1 min Blog 柔軟な回路のスタックアップにはPCBスティフナーが含まれることが一般的です。こちらで異なるPCBスティフナーのオプションについて読んでください。 記事を読む