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FPGA設計におけるメタステービリティの低減 FPGA設計におけるメタステービリティの低減 1 min Thought Leadership ここでは、デジタル回路、そしてFPGA設計におけるメタスタビリティの概念について見ていきます。そして、その「出現」を、その影響を軽減する実証済みの設計原則に従うことで大幅に減少させる方法についても説明します。 メタスタビリティ！これが何らかの未来的な保持容器や力場の完全性に関連していると思われるかもしれませんね。「ワープドライブのフラックストライアングレーターとクリオニックエンベロープのメタスタビリティが臨界レベルに達しています、キャプテン！」 しかし、日々デジタル電子機器と向き合っている皆さんにとって、この用語は軽蔑と尊敬の入り混じった反応を引き出すかもしれません。 ここでは、デジタル回路、そしてFPGA設計におけるメタスタビリティの概念について見ていき、その「出現」を、その影響を軽減する実証済みの設計原則に従うことで大幅に減少させる方法について説明します。 メタスタビリティの説明 メタステービリティは、デジタル回路内のレジスタ（または古い言い方をするとクロックされたフリップフロップ）の出力に関するもので、出力端子が「メタステーブル状態」に入る可能性があります。FPGAデバイスは通常、D型フリップフロップを使用します。このような状態に入る方法を見る前に、レジスタの動作に関連するいくつかの基本的なキータイミング要素を思い出すことが良いでしょう： 「セットアップ時間」 - これは、次のクロックエッジが到着する前に、レジスタへの入力が安定していなければならない最小時間です。データシートでは通常、Tsuとして表示されます。 「ホールド時間」 - これは、クロックエッジの到着後、レジスタへの入力が同じ安定した状態で続く必要がある最小時間です。データシートでは通常、Thとして表示されます。 「クロックから出力までの遅延時間」 - これは、クロックエッジが到着した後、レジスタの出力が変化するまでの時間量です。これは、レジスタの「安定時間」または「伝播遅延」とも呼ばれます。例えば、Tco、またはTphlとTplhとしてデータシートに表示されることがあります。 信号が異なる非同期クロックドメイン間で移動する場合 – 全体の設計内の異なる、または関連しないクロックで動作しているデジタルサブサーキット – メタステービリティに遭遇する可能性があります。これは、設計の非クロック領域から同期システムへのデータ転送にも当てはまります 記事を読む
PCB製造において避けるべき5つの要素 PCB製造において避けるべき5つの要素 1 min Thought Leadership PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 最後のデザインレビューが完了し、必要な承認の署名をもらい、作業がほとんど完了した状況を想定してみます。コンポーネントが調達され、基板のレイアウトが完成しても、最大の課題がまだ残っています。設計の意図を製造部門へ正しく伝えなければ、設計にかけた何か月もの時間と、チームの労力は水泡に帰すことになります。 しかし、このような設計の後段階の処理は、どのような方針で行えばいいのでしょうか? 製造部門に必要なすべてのファイルを出力するためのツールは用意されています。しかし、デジタルの情報から物理的な品物への翻訳プロセスは、それほど簡単で明瞭なものではないのは明らかです。実際のところ、何か月もかけて完璧な基板レイアウトを作成しても、設計の意図を製造用ドキュメントで明確に伝達できなかったために、大きな失敗が引き起こされることも考えられます。 ドキュメント作成プロセスにおいて遵守するべき真理が1つあるとするなら、それは従来の常識を否定し、 より多くの詳細を記載する方が、少ないよりも良いと考えることです。それでは、ほとんどのPCB設計者が一般にドキュメント作成プロセスで見過ごしている細かい詳細は何でしょうか? PCB製造業者から最も嫌われる5つの点の概要をここに示します。ドキュメント作成のプロセスにおいて、これらの点に留意すれば、設計が却下されることを防止できます。 #1 - PCBドキュメントの内容が不完全である 当然のことのようですが、PCBの設計プロセスや仕様を、製造業者が必要とする重要なファイルへ変換する作業は決して単純明快なものではありません。そして、製造業者へ送るドキュメントに1つの間違いがあっただけでも、製造業者で大きな混乱を招き、生産プロセス全体を停止させてしまう可能性があります。不完全な内容のPCBドキュメントが製造業者の手に渡ることを防ぐため、次のようないくつかのガイドラインを頭に留めてください。 使用しているPCB設計ツールで、出力ドキュメントを手作業で生成する必要がある場合、出力するファイルに注意し、それらが単一のリポジトリ内で整理されていることを確認します。 製造業者に製造用のファイルを送付する前に、製造業者がどのようなファイルを、どのフォーマット（Gerber、ODB++、その他）で要求しているのかを正確に確認しておきます。 単一の社内用CADファイルを製造業者に送り付け、そのファイルを読み取れるソフトウェアを相手が持っていることに期待してはいけません。 簡単に言うと、完全なPCBドキュメントパッケージには、製造業者に必要なすべてのファイルが、推定作業の必要なしに簡単に解釈できるようなファイル形式と構造で、整理されて含まれている必要があります。製造業者に冗長なファイルや、エラーの含まれているファイルが渡った場合、製造プロセスの遅延を引き起こすことになり、是非とも回避すべき事態です。 完全なドキュメントデータパッケージ（出力ジョブファイル） #2 - クラスの種類が示されていない クラス2はPCBドキュメントの業界標準ですが、もし別のクラス（1または3）で設計を行った場合、マスター図面は大幅に変化します。このため、次のガイドラインに従って、正確にどのクラスが使用されているのかを明確にすることが重要です。 製造業者が、標準のクラス2プロセスが必要なものと想定しないよう、PCB製造および組み立て図面の両方に、必要なクラスで推奨される構築標準を明確に示しておくことをお勧めします。 記事を読む
ルーティング技術を向上させる方法 ルーティング技術を向上させる方法 1 min Thought Leadership ルーティングプロトコルは、最も時間がかかるボードレイアウトのタスクの一つであり、設計者は今日の複雑な設計要件に対して可能な限り多くのツールが必要です。しかし、広範なコンポーネントのサポート、WiFi信号、製造技術を取り入れ、さらに特定のルータービットを要求するような小さなコンポーネントエンクロージャーサイズでボードレイアウトが進む中、この時間がかかるプロセスをどうやって自動化できるでしょうか？ルーティング技術を向上させる方法に焦点を当てる方法を見ていきましょう。 設計効率の向上 ルーターソフトウェアは年々進化し、プロセスをより少ない労力で非効率的でないものにするための機能が追加されてきました。現代の電子設計者に利用可能な機能の深さを示す3つの特徴があります： 動的クリアランス境界 は、混雑したコンポーネントエリアをルーティングする際に役立つツールです。クリアランス境界機能は、利用可能なチャネルだけでなく、プリント回路トレースが収まらないスペースにウェブを配置します。 ピンスワッピングルーティング中にサブネットスワッピング機能を使ってルータータスクの一部としてピンをスワップできます。これは、接続のクロスオーバーがない順序が必ずしも最適でないため、ルート最適化のためにピンをスワップするよりも効果的です。 Tune Accordionsは、PCBルーター技術に追加できます。そのエリアをカーソルで移動すると、このツールは自動的に利用可能なエリアを埋めて、トレースを正確に調整します。 デザイナーは、今日の複雑なプリント回路の設計要件を満たすために、できるだけ多くのツールが必要です。ルーティングは設計プロセスの特に労力がかかる側面であるため、これらのプリント回路ツールは体験を改善し、効率を向上させることを目指しています。 これらのインタラクティブなルーターツールが設計プロセスの時間を節約するのにどのように役立つかについてもっと学びたいですか？今日、無料の PCBツールの幅と深さ パート1 – インタラクティブルーティングホワイトペーパーをダウンロードしてください。 記事を読む
わずか4つのステップで電源分配ネットワークを最適化する方法 わずか4つのステップで電源分配ネットワークを最適化する方法 1 min Thought Leadership 最近の設計者は、電源分配ネットワーク（PDN ）インテグリティという、従来考える必要のなかった問題に直面しています。私たちは皆、何十年もの間、シグナルインテグリティーの必要性を感じてきましたが、その間、パワーインテグリティーは、脇に置かれてきました。従来は、専用の電源プレーンを使用するスペースが多くありました（動作に必要なものをデザインに容易に含めることができました）。 しかし、設計の物理的な制限を押し広げ、より小さなフォームファクターに、より多くのコンポーネントを詰め込み続ける中、フォームファクターの縮小を続けながらPDN を最適化する方法が必要となっています。物理的な試作やシミュレーションのエキスパートに頼らないで、設計環境で直接、電源プレーンの形を最適化できれば、どうでしょう? PDN Analyzer powered by CST® は、Altium Designer ワークスペース内でPDN インテグリティーへの道を提供します。従来は非常に長く骨の折れた解析プロセスを、単一の設計環境で完了できる複数のステップに分割できるようになりました。リアルタイムで変更を行い、解析を再実行できます。 PDN Analyzer を使って、わずか 4 つのステップで簡単に PDN を最適化できる方法を説明します。 記事を読む
設計の問題を手遅れになる前に対処する方法 設計の問題を手遅れになる前に対処する方法 1 min Thought Leadership 製造後の問題に悩まされることがないように、PCBの品質テストを超えてどのような対策を講じていますか？その鍵は分析の自動化にあります。続きを読んでさらに詳しく学びましょう。 “ 現在製造中のボードでPDN Analyzer™を実行し、自分が犯したミスをすでに発見しました。ビアで覆われたフットプリントを持っていて、それらをブラインドビアにするのを忘れていました。その結果、パワープレーンが消費されてしまっていました。製造に入る前にこれらの問題を特定するのに非常に役立つツールであることが証明されています。” RFエンジニア - 政府契約業者 誰もが同じ悪夢を見ます。新しくリリースした製品が、高価なエラーのために現場での対応が必要になったり、何時間もかけて設計した製品がリコールされなければならなくなったりするニュースの悪い側で目覚めることです。 これらの状況は、会社全体に悪影響を及ぼす可能性があります。そして、消費者が声を上げるこの時代には、世界中の人々が見ることができるヘイトフィルドのハッシュタグを着地させるかもしれません。このシナリオを考えると、現場でのエラーの影響を軽減するために何かできることはあるのか、それともそれが運が味方しない時のエンジニアリングの性質なのかと疑問に思います。 現場での災害への伝統的な道 あなたはボードの加速寿命試験の最終結果を受け取ったばかりで、すべてが良好で生産の準備が整っているように見えます。この寿命試験プロセスの背後にある前提はかなり単純です - 生産に相当するプロトタイプが品質テストフェーズを通過すれば、信頼性の高いPCBを持つことになるはずですよね？間違いです。 実際には、PCBが現場でさまざまな条件と使用ケースの下で耐える長期間のストレスをテストすることは不可能です。今日私たちが設計する製品は、主に密度と速度によって駆動される増加したICの消費電力を持っています。そして、この増加した密度と速度のニーズを、電力需要の削減と組み合わせると、電力分配ネットワーク（）は、増加する電流速度でより低い電圧を供給する電圧レールの複雑な迷路になります。 この高電流密度の混合物を投げ合わせると、次のような状況に自分自身を見つけるかもしれません： ピンチポイントからのPCBの剥離と融合。 熱による銅の抵抗の増加が起こり、電圧の低下を引き起こす。 熱の影響により、ますます複雑な電力管理の課題が増加。 増加したボード密度と速度を低消費電力でナビゲートすることは容易な作業ではありません。では、保守的な経験則や限定的なプロトタイプシミュレーションに頼ることなく、ボードに十分な金属を提供したことを確認するためには、どうすればよいのでしょうか？ 生産前ではなく、生産後の変更を理解する 記事を読む
3D STEPモデルを使用してデザインの再設計を減らす 3D STEPモデルを使用してPCBデザインの再設計を減らす 1 min Thought Leadership 機械設計のワークフローを電気設計ツールに統合することは、今日の成功したPCB設計プロセスにおいて必要不可欠な要素となっています。しかし、ECADとMCADの世界の間で不正確な設計データを行き来させることは、設計チームの双方にフラストレーションを感じさせるだけでなく、PCBを最終組み立てに適合させるために必要な設計の回転数を劇的に増加させる可能性もあります。電気設計ツールの3D機能に関わらず、正確なコンポーネントの3Dモデリング情報はこのプロセスの成功にとって重要です。 なぜ3D STEPモデルなのか？ 機械設計のワークフローを電気設計ツールに統合することは、今日の成功したPCB設計プロセスにおいて必要不可欠な要素となっています。しかし、ECADとMCADの世界の間で不正確な設計データを行き来させることは、設計チームの双方にフラストレーションを感じさせるだけでなく、PCBを最終組み立てに適合させるために必要な設計の回転数を劇的に増加させる可能性もあります。電気設計ツールの3D機能に関わらず、正確なコンポーネントの3Dモデリング情報はこのプロセスの成功にとって重要です。 ここでの問題は何ですか？ MCADツールは伝統的にすべての機械データを提供しますが、一部は古い方法であるDXFやIDFファイルを使用してそのデータを交換に依存しています。IDFはコンポーネントボディの単純な押し出しを作成するのに役立つ場合がありますが、IDFファイルの制限のために多くの詳細が見逃されます。STEPモデルの統合は、3次元データのはるかに高いレベルを提供し、それはMCADの世界に渡すことができるだけでなく、直接ECADツールで使用することもできます。 STEPモデルの統合方法はツールセットによって異なる場合があります。モデルをフットプリントに簡単にインポートできるだけでなく、3D環境で視覚的に操作できる能力も重要です。PCBツールと異なる3Dビュー環境との間を切り替える必要があると、このプロセスにさらに障害が加わる可能性があります。 3D環境でのステップモデル 解決策 Altium Designer®のようなネイティブ3D™設計環境で3Dモデルを追加して操作することで、ECADとMCADの世界をできるだけ効率的に統合します。 フットプリントに3D STEPモデルを埋め込むホワイトペーパーを無料でダウンロードして、設計の回転数を減らしながら、初めてボードが正しくフィットすることを確実にする方法を確認してください。 記事を読む
PCB設計における上位6つのDFM問題とDFMの課題 PCB設計における上位6つのDFM問題 1 min Thought Leadership PCBデザイナーとして、さまざまな要件と期待を管理する必要があります。電気的、機能的、および機械的な側面を考慮する必要があります。さらに、PCBレイアウトは、可能な限り最高の品質で、可能な限り低いコストで、タイムリーに生産されなければなりません。そして、これらの要件をすべて通じて、DFM（製造可能性のための設計）も考慮する必要があります。これは PCB設計 プロセスの大きな部分であり、適切に行われない場合、頻繁に問題を引き起こすことがあります。PCBデザインにおける3つのDFMの問題を見てみましょう。 PCBレイアウトにおける一般的なDFMの問題 CADツールに安心を見出すのは簡単ですが、CADツールが簡単に解決できないDFMの問題を作り出すことを許してしまうかもしれません。回路基板がすべての電気的ルールチェックに合格し、電気的に正しい場合でも、製造可能でない場合があります。なぜこのようなことが起こるのでしょうか？PCB設計ツールは、電気的に機能的 かつ大量生産で製造可能な回路基板レイアウトを作成するのに役立つはずではないでしょうか？ PCBのレイアウトが非常に複雑になり、DFM（設計製造統合）の問題を多く隠してしまうことがあります。これらのDFMの問題のいくつかは、組み立て、電気テスト、または製造に問題を引き起こしますが、製造プロセスについてより多くを知っていれば、これらを克服することができます。製造プロセス全般についてもっと学ぶには、 Altium PCB Design Blogのこの記事をご覧ください。設計レビュー中に製造業者が何を探しているかをもっと知りたい場合は、ここにPCBレイアウトで彼らが特定しようとする最も一般的なDFM問題がいくつかあります： 不均一なSMDパッド接続 SMDパッドの誤ったはんだマスク開口部 SMDパッドのオープンビア アシッドトラップ クリアランス 一般的な信頼性標準違反 これらの問題を防ぐためには、PCBレイアウトツールの設計ルールに依存することが重要であり、これにより回路基板を最小限の設計レビュー時間で製造に移行できるようになります。 不均一なSMDパッド接続 小型のSMD部品、例えば0402、0201などは、リフローはんだ付け中のトゥームストーニングを防ぐために均一な接続が必要です。BGAパッドにも同様のことが当てはまり、信頼性の高いはんだ付けを保証するためです。これは、コンポーネントのフットプリントに正しいパッドサイズを配置することによって簡単に実現できます。一般的なコンポーネントには定義されたパッドサイズ（例えば、 記事を読む