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ストリップライン対マイクロストリップ: その違いとPCB配線のガイドライン ストリップライン対マイクロストリップ: その違いとPCB配線のガイドライン 1 min Blog PCB設計者 電気技術者 PCB設計者 PCB設計者 電気技術者 電気技術者 筆者は、初めて高速設計技術についての説明を聞いたとき、全く頭に入ってきませんでした。これは、筆者が設計者としてのキャリアを開始したばかりだったので、困惑の原因が経験不足であったことは確かです。ストリップラインおよびマイクロライン配線の概念そのものが全く理解できませんでした。講師が、自分になじみのない全く異なるタイプのPCBについて話していると思いました。幸い、それらがストリップラインやマイクロストリップというPCBではないことを知って、この困惑はすぐに解決しました。そうではなく、ストリップラインおよびマイクロストリップは、PCBに高速の伝送線路を配線する、2つの異なる方法でした。 ストリップラインとマイクロストリップは、場合によっては理解しにくいものです。ですから、設計初心者やこのトピックについての再トレーニングを探している設計者に、この基本レビューは最適です。 ストリップラインおよびマイクロストリップについて ストリップラインおよびマイクロストリップとは ストリップラインおよびマイクロストリップは、PCBに 高速伝送線路を配線する方法です。ストリップラインは、PCBの内層の2つのGNDプレーンに挟まれた、絶縁材で覆われた伝送線路配線です。マイクロストリップ配線は、基板の外層に配線された伝送線路です。このため、絶縁材によって単一GNDプレーンから分離されます。 マイクロストリップは、基板の表面層に伝送線路を配線するため、ストリップラインよりも優れた信号特性を持ちます。1つのプレーンと1つの信号層から成るレイヤ構成で製造プロセスがより単純なため、マイクロストリップは基板の製造コストも節約できます。ストリップラインは、2つのGNDプレーンの間に組み込まれた配線をサポートする複数のレイヤが必要なため、製造がより複雑です。ただし、ストリップラインでコントロールされるインピーダンストレースの幅は、同じ値のマイクロストリップのインピーダンストレースより狭くなります。これは、2つ目のGNDプレーンによります。このようにトレース幅が狭くなると、回路を高密度にできるため、よりコンパクトなデザインが可能になります。ストリップラインの内層配線はEMIも抑え、より確実な危険防止策を提供します。 ストリップラインとマイクロストリップには異なる長所があります。どちらの方法がよいかの判断は、設計ニーズに基づいて行う必要があります。高密度の高速設計では、多くの場合、多層基板で2つの方法を併用して設計目標を達成します。 さらに、高速設計で伝送線路を配線する際、設計全体でコントロールされたインピーダンスを保持することは非常に重要です。伝送線路が配線されたPCBのレイヤー、伝送線路トレースの物理特性、絶縁体の特性は全て、 回路に最適なインピーダンス値を設定するため、一緒に計算する必要があります。インピーダンスの計算に使用するストリップラインおよびマイクロストリップのモデルが異なる、さまざまな インピーダンスカリキュレーターがあります。 PCBの設計において重要なストリップラインおよびマイクロストリップ配線 ストリップライン配線およびマイクロストリップ配線の例 以下に、ストリップラインおよびマイクロストリップの配線技術の例と、それらの特性がインピーダンス計算に及ぼす影響を説明します。 マイクロストリップ。外層に配線された伝送線路がマイクロストリップとみなされます。これらのモデルは、トレースの厚みと幅、および基層の高さと絶縁体の種類に基づきます。 エッジ結合マイクロストリップ。この技術は、差動ペアの配線に使用されます。標準的なマイクロストリップ配線と同じ構造ですが、モデルは、差動ペア用の配線スペースが加わり、より複雑です。 エンベデッドマイクロストリップ。この構造は通常のマイクロストリップと似ていますが、伝送線路の上に別の絶縁体層がある点が異なります。ソルダ―マスクは絶縁体層とみなすことができ、インピーダンス計算で考慮する必要があります。 シンメトリックストリップライン。（2つのGNDプレーンの間の）内層に配線されるストリップラインは、シンメトリックストリップライン、あるいは単に「ストリップライン」配線とみなされます。マイクロストリップと同様に、このモデルは、2つのプレーンの間に組み込まれているトレースに応じて調整された計算により、トレースの厚みと幅、および基層の高さと絶縁体の種類に基づきます。 アシンメトリックストリップライン。シンメトリックストリップラインモデルと似ていますが、このモデルは2つのプレーンの間で厳密には層間の中心にない伝送線路を考慮しています。 エッジ結合ストリップライン。この技術は、内層の差動ペアの配線に使用されます。標準的なストリップラインと同じ構造ですが、モデルは、差動ペア用の配線スペースが加わり、より複雑です。 記事を読む
最新の製造設備でPCBに基準マークを配置する必要はあるか 最新の製造設備でPCBに基準マークを配置する必要はあるか 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 設計における基準マークの配置忘れは、ある種の「ホラー」です。 10年前、筆者はホラー映画鑑賞をやめました。若いときは単純に恐怖感を心から楽しみましたが、技術者としてのキャリアを開始するとともに、興味はアクションやSFに移りました。これはおそらく、仕事上の単純なミスが製造後の悲惨な悪夢につながったホラーストーリーを相応に経験していたからだと思います。 筆者が電子機器設計の仕事を始めた頃、 スルーホールコンポーネント が非常に一般的で、 表面実装コンポーネント を目にすることはめったにありませんでした。マイクロコントローラー（MCU）のQFP（Quad Flat Package）が一般的になると、古い プラスチック リードチップキャリア（PLCC） のフットプリントから移行せざるをえませんでした。これは、QFPがPCBに直接実装できる一方、PLCCは追加ソケットを必要としたためです。チップ製造業者が、QFPや類似のパッケージを支持し、PLCCパッケージのMCUの製造を中止するのはもう時間の問題だと思いました。 PCB実装業者から、200枚の生産用基板のMCUを実装できないとの電子メールを受け取ったときに、悪夢が始まりました。スルーホール コンポーネントであるPLCCソケットに慣れていたため、筆者はPCBに基準マークを配置することに思い至りませんでした。基準マークを配置しないということは、狭いピッチでQFPにパッケージされたMCUを全て手作業で実装しなければならないことを意味しました。 その結果、かなりの割合の基板が不良品となり、不完全な手作業によるはんだ付けの欠陥を修正するためにとてつもない時間を費やすことになりました。それ以来、業者から、基準マークなしでも製造できる機械にアップグレードしたとの連絡を受けていても、筆者は設計に必ず基準マークを使用するようにしています。 基準マークを省略すると、ひどい基板ができあがる可能性があります。 基準マークの概要とその製造時の役割 PCB設計において、 基準マーク はpick 記事を読む
PCB製造でのシルクスクリーンに関する問題の発生を防止するには PCB製造でのシルクスクリーンに関する問題の発生を防止するには 1 min Blog 1996年のオリンピックをご覧になっていれば、最後まで奮闘したケリー・ストラグ選手のことを覚えていらっしゃる方もいるでしょう。ストラグ選手は足首を痛めた状態で最後となる2回目の跳馬を跳び、アメリカチームに金メダルをもたらしました。彼女が教えてくれたのは、最後までやり抜くことの大切さでしょう。とはいえ、私たちはそれが回路基板設計となると、プロジェクトの最後には気が緩んで油断してしまいがちです。デザインを製造にリリースする前の最後の作業の１つは、基板のシルクスクリーンとデジグネータを調整することです。しかし、この手順が他の設計作業ほど真剣にとらえられていないことは多々あります。その結果、製造業者によってデザインが却下され、修正するよう送り返されてくるケースもあります。今回は、PCBのシルクスクリーンに潜在するいくつかの問題とそれらを回避する方法について見ていきましょう。 ケリー・ストラグ選手のように最後までやり抜く PCBのシルクスクリーンに潜在する問題とは 皆さんのなかには、「問題など起こりようがない」とお考えの方がいらっしゃるかもしれませんが、デザインをリリースする前にシルクスクリーンの最終調整をしなかったことが原因で発生する問題をいくつかご紹介しましょう。 コンポーネントが正しく表示されていない : 意図するコンポーネントがシルクスクリーンで正確に表示されていないと、デバッグや修正を担当する基板技術者の混乱を招く可能性があります。たとえば、関連するコンポーネントが正しく表示されていない形状、誤ったピンの数、誤ったピンに表示されている極性指示がこれにあたります。キャップのプラス側をチェックしたときに、極性指示が逆になっていることを知った技術者がどのような不安を感じるのかについては、皆さんも想像がつくでしょう。 テキストが判読できない : シルクスクリーンのテキストが判読できない場合、基板技術者はデジグネータの確認に余計な時間を費やさなければなりません。多くの場合、これは小さすぎて判読できないフォントサイズや誤った線幅を使用していることが原因です。線幅が小さすぎると基板にうまくスクリーン印刷ができず、逆に線幅が大きすぎると膨張してしまい、同じく判読不能になります。 デジグネータが誤ったコンポーネントに配置されている : デジグネータが誤ったコンポーネントに配置されている場合があります。これは、コンポーネントを移動したもののデジグネータが移動されていない場合に発生したか、設計者側の誤りの可能性があります。いずれにしても、基板のテストを実施する基板技術者は、回路図にあるコンポーネントと一致しないものをチェックすることになります。 実装するコンポーネントでデジグネータが覆われている : 実装する部品の下に配置されているデジグネータは、これまでに嫌というほど見てきました。密集したデザインでは避けられない場合があるものの、なんとかして阻止しなければなりません。デジグネータが見えない状態で「C143」を必死に探している基板技術者の姿を想像してみてください。 シルクスクリーンのインクが金属を覆っている、または穴に流入している : シルクスクリーンのインク が表面実装ピンやメッキされたスルーホールなどの露出金属 記事を読む
RS485はワイヤレス通信テクノロジーの時代を生き延びられるか RS485はワイヤレス通信テクノロジーの時代を生き延びられるか 1 min Blog 私は、携帯電話業界に最近復帰したNokia 3310をこよなく愛しています。この製品を使ったことがないなら、あなたは近年の歴史において最も信頼性と耐久性が高い携帯電話の1つを知らないことになります。2000年初期とは異なり、現在ではくるみ割り器としても使えたり、高所からの落下にも耐えられたりする携帯電話は滅多に見られません。 電子設計において、これと同じような堅牢性と信頼性を持つのが、RS485通信です。Nokiaと同様に、私はRS485をいつまでも使い続けるつもりです。しかし、ワイヤレス通信テクノロジーが日々ますます遍在的になるにつれ、この多くの実績のあるプロトコルも過去の遺物となってしまうのであろうかという考えに駆られることがあります。 RS-485とアプリケーション 私はNokiaを愛していますが、以前に文字にも電話にも応答しない女の子とデートしたことがあります。彼女が会話さえ拒否するようになるまで、私はこれを問題とは思っていませんでした。結局のところ、人間関係も電子回路も、連絡が無ければ正しく機能しないということです。電子機器は多くの場合、互いに数百メートルも離れた場所に、理想的ではない電気的環境で設置されます。このため、電気的な干渉、距離、速度の懸念に信頼性の高い方法で対応できる通信方法が求められます。 干渉 : RS485 は半二重の差動モードでデータを伝送するシリアル通信プロトコルの電気的特性を定義する規格です。差動信号とより線ペアケーブルにより、RS485上で伝送されるデータは1200mまで伝達可能で、信号の干渉に対しても高い耐性があります。 プロセス自動化においては、RS485が今でも主流です 距離 : Nokiaによって解決できなかったもう1つの通信の問題は、欧州へ旅行中に、北米に住んでいるガールフレンドに電話したときのことです。9時間の時差があるため、私が起床して一日の行動を開始する頃、彼女は寝る前ということになり、互いに関係を保つことが困難になりました。もしも私たちがRS485のような通信の専門家であり、位置の相違の問題を解決できたならうまく行っていたでしょう。異なる場所で動作するデバイスには、それぞれ異なる接地ポイントがあり、相対電圧も異なります。RS485では、2つのデバイスが参照しているGNDの電位が異なる場合でも、データインテグリティーは無事に保たれます。これは、RS485が差動信号を使用し、論理1は一対のデータラインの中で論理0により反映されるためで、データ信号をGNDに対して参照するシングルエンドの信号とはこの点が異なります。 速度 : 最大距離における伝送速度は100kbpsと規定され、これはほとんどのアプリケーションで十分以上の速度です。これに対してRS232などの標準はシングルエンドの信号処理を使用しているため、最大で15mまでしか伝達できません。これに近い性能を持っているのはCANバスで、 1,000mの距離で50kbps までの伝送速度を実現できますが、RS485と比較して、ファームウェアレベルでの実装ははるかに困難となります。 RS485は電気的な標準のみを定義しており、インターフェイスのプロトコルは Modbus 記事を読む
シームレスで便利な未来のウェアラブル技術 シームレスで便利な未来のウェアラブル技術 1 min Thought Leadership 若い頃、私はある種のオタクでした。今でもそうかもしれません。最も目につくオタクの兆候は、ファッションセンスの欠落でした。ワードローブにあったのは、夏以外いつも着ていたハイソックス、カーゴショーツ、茶色いパックマンのパーカーだけでした。私の関心は、自分の見た目より小さな機器や装置にありました。今でも、洋服より電子機器に興味はありますが、この2つの間の境界線は消えつつあります。現在のウェアラブル技術は、時としてかっこ悪く、流行遅れの感があります。そのような理由で、将来のウェアラブル技術は、私たちが既に身につけているものにシームレスに統合されることになるでしょう。ただし、見た目だけが問題というわけではありません。ウェアラブル界では使い勝手も重要な要素です。次世代のデバイスは、現在の製品より簡単に操作できる必要があります。 シームレス Heelysのローラーシューズ を覚えていますか? 私は1足も持っていませんでしたが、ローラーシューズを履いた子供たちはとにかく最高にクールでした。最も印象的なことは、Heelysがホイールをどれほどシームレスに靴に埋め込んだかという点でした。この靴を履いた人が夕日に向かって滑り始めるまで、この靴が他の靴と違っているようには見えませんでした。同じように電子機器は衣服に組み込まれるでしょう。衣類に回路を組み込むことを試みたデバイスは既にいくつか存在しますが、立派に機能しているものばかりではありません。企業が不格好路線からおしゃれ路線へ迅速に切り替える際、フレキシブル回路のようなものが役立ちます。 目新しいものは何もないと言われますが、明らかにウェアラブル技術も例外ではありません。ウェアラブルは最近の技術とみなされていますが、コンピューターが普及し始めた頃のある例から、やってはならないことが思い浮かびます。それは、 任天堂のパワーグローブ です。これは全ての機能がウェアラブルでしたが、大き過ぎ、不格好、使いにくい、ファッション性に欠けるなどの欠点がありました。それはそれとして、もしこのパワーグローブを持っていれば1回は使ってみるでしょう。より最近の電子機器でファッション性が欠落している例は、「 Beauty and the Geek 」のキーボードパンツでしょうか。基本的には、ズボンの股部分にキーボードを配置したかったようです。技術が衣類に組み込まれてはいますが、シームレスと呼べるものではありません。 非常にかっこよくもあり、かっこ悪くもあるパワーグローブ。画像著作権: Flickrユーザー mmechtley ものごとの正しい/誤った実行方法の例を提示してくれる企業として、 Sensoria があります。少し前に、 同社のスマートソックスについての記事 記事を読む
PLCと組み込みシステムとの比較: ユニット単価が高くてもPLCを選択すべき場合 PLCと組み込みシステムとの比較: ユニット単価が高くてもPLCを選択すべき場合 1 min Thought Leadership 評判の高い、豪華なレストランで夕食を取ったことがありますか? そのときは、かなりの金額を支払ったことでしょう。しかし、素晴らしい夕食を希望し、それを楽しめたなら、その金額は十分に価値のあるものだったはずです。これに対して、平均的な地元のレストランで、サンドイッチが予想額より20ドル高かったら、馬鹿げた話だと思うのが当然です。このような場合は、そのお金で料理教室に通い、自分で料理を作った方がずっとマシというものです。 私は電子機器設計者として、プログラマブル ロジックコントローラー(PLC)やローカライズされた組み込みシステムで同様の経験があります。PLCを、ローカライズされた組み込みシステムに置き換えることで、コストを大幅に削減できます。しかし、豪華な夕食が支払い金額に見合う価値があるように、より高価な選択肢であるPLCの方が適切な選択となる状況もあります。 PLCとその応用 プログラマブル ロジックコントローラー は産業用に特化したコンピューターです。入力信号(デジタルまたはアナログ)を監視し、論理演算を実行し、特定の出力信号を出力するようカスタムプログラムされています。PLCは堅牢であることが知られており、産業用の極端な環境や、障害がほとんど許されないようなアプリケーションで一般に使用されます。 PLCが一般的なのは、モジュール構造のためです。これによって、プラグアンドプレイの手法で簡単に組み入れできます。最も基本的な構造は、中央処理装置(CPU)、電源、入力/出力（I/O）モジュールで構成されます。PLCのプログラミングは、マイクロコントローラーのコーディングよりも簡単です。これは、製造業者から供給されるラダー図、機能ブロック図、およびソフトウェアについての構造化テキストを中心としてプログラミングが行われるためです。 PLCは産業用アプリケーションにおいて珍しいものではありません。生産ライン、交通信号、エスカレーター、HAVAシステムなどに一般的に使用されています。これらのPLCは基本的なデータ操作機能があり、 Modbus や DeviceNet など各種の通信プロトコルを対応できます。これらの機能から、自動制御システムに好んで使用されています。 PLCの設定はほとんどプラグアンププレイで行われます。 ローカライズされた組み込みシステムがPLCに置き換わることがある理由 一般に、組み込みシステムとは、ハードウェアとソフトウェアが連携動作し、アプリケーション固有の機能を提供するものと定義されます。電子機器設計者の視点からは、これはマイクロコントローラー(MCU)、メモリチップ、 電源管理回路 、通信モジュール、入力/出力機能で構成されます。 これはPLCと似ていますが、両者の間には明確な相違点があります。 記事を読む
1つのGND接続によって100台のMP3プレイヤーに問題が発生した理由 1つのGND接続によって100台のMP3プレイヤーに問題が発生した理由 1 min Thought Leadership テクノロジーは偉大なもので、確かに人生の特定の部分を楽にしてくれました。しかし、子育て、コーディング、電子機器の設計、そして時にはこのような記事を書いていると、最高のアプリを使用しても、日々のストレスを低減できなくなることがあります。例えば、私は今朝塩と砂糖を間違えて、子供の大好きなお粥に混ぜてしまいました。私の小さなミスにより、私の5歳の子供はGordon Ramseyと張り合えるくらい騒ぎ立ててしまいました。 同様に、ごく小さなミスにより、優れた設計が台無しになることもあります。非常に運が良ければ、そのミスは子供の癇癪に10分間付き合う程度の問題で済むかもしれません。残念ながら、PCB設計の世界では、これは数百もの欠陥のある設計を処理することになるのが普通です。私は5年前に、まさにこのような例を経験しました。小さな設計ミスのせいで、きっかり100台のカスタマイズされたMP3プレイヤーが、左チャンネルの音声に障害を持つことになってしまったのです。このミスは大きな苦痛であったため、今でも詳しい点を全て覚えています。 GNDが同じであっても異なる場合 MP3プレイヤー、またはオーディオをベースとする他のPCBプロジェクトの設計を開始する前に、何が重要なのかに集中する必要があります。そして、場合によってはこれは十分に明確ではありません。私は今朝、息子にお粥をあげることが目的だと考えていましたが、本当に肝心なのは正しい砂糖を入れることだったわけです。それと同様に、どのような種類の特化した集積回路（IC）を使用するかに気を取られていたところ、本当に決定的なのは電子回路における各種のGNDの重要性を知ることだったということが考えられます。大学の回路設計の講義では、電力GND、デジタルGND、アナログGNDについて学びます。 全てのGNDが同じではありません。 オーディオプレイヤーを設計するときは、アナログとデジタルのGNDを取り扱う必要があります。これらのGNDは回路図に、異なるシンボルで表示されますが、PCBレイアウトでは互いに接続されているように見えます。 GND配置 についてのいくつかのベストプラクティスを見ると、ほとんどの場合にこれらを単一の点、たとえばスター型GNDに接続することが推奨されています。 この助言を無視することは許されませんが、オーディオ設計の全体で最もやってはいけないことは、 単一のGNDプレーン を持つことです。オーディオGNDとデジタルGNDを単一の点で接続すると、オーディオチャンネルに干渉が起き、しかも原因がそこにあると判別するのは困難です。 私は、オーディオICをマイクロコントローラー（MCU）に接続している シリアルペリフェラルインターフェイス （SPI）の信号が干渉を引き起こしていることに気付かなければ、数万ドルの損失を引き起こし、大幅な修正を必要としたかもしれない経験があります。しかし、それに気づいても、100台のMP3プレイヤーに影響を及ぼす問題点を手作業で修正するため、私のチームは長時間の作業を余儀なくされました。 GNDの接続場所が重要な理由 この失敗から、私は電子機器の設計における最も大きな教訓の2つを得ました。まず、 テクニカルユーザーガイドは常に全部読む ことです。次に、各種のGNDプレーンをどこに接続するかは重要だということです。最初の教訓に従っていれば、この惨劇は避けられたでしょう。元の設計で私が失敗したのはこの部分です。 GNDプレーンでの失策は惨劇を招くことがあります。 記事を読む