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高速設計での伝送線路と終端 高速設計での伝送線路と終端 2 min Blog 伝送線路は、電磁界の形でエネルギーを供給するために使う1対の導線です。大抵の人は、照明と電化製品を作動させるのに必要な電力を供給するために家庭に引かれている電線にはなじみがあります。プリント基板設計の文脈では、伝送線路とは、1つのプレーンの上または2つのプレーンの間にある1つの信号層の信号を意味します。 伝送線路と終端 このセクションの目的は、伝送線路とは何かを説明することです。それには、伝送線路上を何が移動しているのか、伝送線路上にスイッチング信号が送られた場合の伝送線路の挙動、最良の信号品質を得るために終端を付けてこれらのスイッチング信号を制御する方法が含まれます。このセクションの最後に、参考文献として読者に役立つと思われる資料の一覧を示します。 このセクションの主要部分とそれに続く部分には、有効な設計ルールとその妥当性の証拠を記載しています。筆者の考えでは、全ての設計ルールは、その限界値が何であるかはもちろんその証拠も伴っている必要があります。 伝送線路とは 突き詰めると、伝送線路は、電磁界の形でエネルギーを供給するために使う1対の導線です。大抵の人は、照明と電化製品を作動させるのに必要な電力を供給するために家庭に引かれている電線にはなじみがあります。プリント基板設計の文脈では、伝送線路とは、1つのプレーンの上または2つのプレーンの間にある1つの信号層の信号を意味します。図1に、通常の基板で使う伝送線路の4つのタイプを示します。図に示すように、2つの主な種類があります。ストリップラインとマイクロストリップラインです。前者は2つのプレーンの間に伝送線路があり、後者は1つのプレーンの上に伝送線路があります。プレーンを表すのにGNDという語が使われていないことに注意することが重要です。電磁界を議論する場合、プレーンのDC名は重要ではありません。 図1. PCB 伝送線路の種類 これらの4つの伝送線路構成のさまざまな組み合わせを使ってPCBスタックアップを作成します。信号が1つの層で並んで走る際、または隣接する信号層の信号の上に信号が走る際のクロストークの制御については、次のブロックで説明します。インピーダンスの計算についても、以下のブロックで説明します。 さまざまな実装の至る所で伝送線路を扱うことは負担かもしれません。しかし、適切なPCB設計ソフトウェアがあれば、PCBレイヤースタックアップを簡単かつ優雅に管理すると同時に、スマートなデザインルールチェック機能を使ってインピーダンスとクロストークを制御できるでしょう。Altium Designerでは、その使いやすい設計環境を設計する際に、これらを念頭に置きました。 Altium Designer の統合設計環境 伝送線路を何が移動しているのか? 伝送線路を適切に管理するため、伝送線路上で移動しているものを知ることは重要です。電子工学の初歩では、電圧と電流、信号として特定される電流の流れについて教わります。残念ながら、これは、信号がどのように発生するかという観点からはあまりにも単純すぎる見方です。電流の流れのみに注目した場合、信号の品質は損なわれる可能性があります。 多くの人は、電気信号が光速（真空中で秒速186,000マイル（300,000キロメートル））またはそれに近い速度で移動することを知っています。電流の流れ（銅の導線中の電子の移動に対応します）は毎時約 1375マイル（2200キロ）の速度で移動します。ですから、信号は電流の流れではあり得ません。信号は電磁界です。図2に、ストリップライン伝送線路の周囲の電磁界の様子を示します。線路は、ページから出てくるように2つのプレーンの間を通っています（断面図を示しています）。 図2 記事を読む
PCB設計ソフトウェア内のプロジェクトリリース管理 PCB設計ソフトウェア内のプロジェクトリリース管理 1 min Thought Leadership 夜も昼も頑張ってPCB設計を完成させ、ついに最後のトレースが接続され、最後のシルクスクリーンの参照が調整され、最終的なDRCが通過しました。これで週末を迎える時間ですよね？違います。製造業者に提出するための出力ファイルをすべて作成するために、まだやるべき作業が山積みです。 多くのPCBリリース設計ツールのベンダーは、出力ファイルの作成をユーザーにとって簡単にするためのさまざまなメカニズムを提供しています。 Altium Designer®は、そのジョブ出力ファイルを使用して製造出力ファイルの生成を自動化することで、ここでのトップリストに位置しています。これらのファイルを使用すると、作成したい出力を定義し、システムが従う一連のスクリプトにすべてまとめることができます。出力ジョブファイルを定義したら、製造ファイルを作成するためにそれぞれをアクティベートするだけです。このプロセスをさらに簡単にできるかと問われれば、Altiumプロジェクトが出力ジョブファイルをさらに自動化し、ファイルがプロジェクトPCBリリースプロセスによって一緒に実行されるようにすることで、それ自体を超えています。 私たちが話しているこのメカニズムは、Altiumのプロジェクトリリーサーです。プロジェクトリリーサーは、全体的なリリースプロセスの一部として既に配置されている出力ジョブファイルを使用します。 出力ジョブファイルの構築 まず、出力ジョブファイルを再検討しましょう。以前のブログで、出力ジョブファイルの 作成と使用方法について話しました。非常に似た出力ジョブファイルをいくつか取り、プロジェクトリリーサーの使用を示すために少し変更します。 私たちは、基板製造業者用の出力ファイルを作成するための出力ジョブファイルと、基板組立業者用のもう一つの出力ジョブファイルという、2つの出力ジョブファイルを扱っています。2つの出力ジョブファイルは、「Fabrication」と「Assembly」と名付けられています。これらは非常にシンプルなファイルです。製造ファイルには、いくつかのGerberファイルが定義されているだけで、組立ファイルには、組立図が定義されているだけです。 Altiumでの組立ジョブ出力ファイル 上の画像では、私たちの組み立て出力ジョブファイルの定義を見ることができます。他にも多くの出力を割り当てることができますが、私たちの場合は、組み立て図面のみを生成するための非常にシンプルなファイルセットアップをしています。また、この出力ジョブファイルは、PDF設定ダイアログの出力管理メニューで「リリース管理」の場所を対象として設定されていることにも注意してください。出力ジョブファイルを個別に実行するための手動の場所を設定することができますが、自動化されたプロジェクトリリースのために、私たちは自動の「管理」設定に設定したままにします。 下の画像では、私たちの製造出力ジョブファイルの定義を見ることができます。見ての通り、これも非常にシンプルで、Gerberファイルの生成のみを設定しています。組み立てファイルと同様に、「リリース管理」にターゲットの場所を設定しています。 Altiumでの製造ジョブ出力ファイル 上述の通り、必要な出力に合わせて出力ジョブファイルを設定することができます。こちらは、別の設計からの組み立て出力ジョブファイルの例です。この場合、PDFコンテナ用にPDFが生成されています（強調表示されています）が、強調表示されていないフォルダ構造には、Gerberファイルやその他のドキュメントが生成されています。このように複数の製造ファイルを作成する必要がある場合、ジョブ出力ファイルを使用すると、実際の時間を節約でき、後で新しい出力ファイルセットを再作成する必要があるときに重要なドキュメントを忘れることがなくなります。 多くのドキュメントと印刷物が含まれるジョブ出力ファイルの例 プロジェクトリリース管理にプロジェクトリリーサーを使用する 出力ジョブファイルから製造ファイルを作成する場合、各ジョブファイルを開いてその中のファイルを生成する必要があります。プロジェクトリリーサーは、すべてのジョブファイルをまとめてから、リリーサーの直感的なユーザーインターフェースからそれらを管理することで、このプロセスを簡素化します。製造および組み立てファイル、ソースデータ、その他必要に応じて他のドキュメントやデータを同時に生成できます。また、リリーサーは、設計に定義されている任意のバリアントの組み立てデータも生成します。 Altiumのリリースマネージャーを起動するには、プロジェクトのプルダウンメニューに移動し、「Project Releaser」を選択します。下の写真に示されています。 Altiumのプロジェクトリリーサーのためのプルダウンメニューコマンド 記事を読む
統合されたコンポーネントライブラリを使用した電子部品の調達 統合されたコンポーネントライブラリを使用した電子部品の調達 1 min Thought Leadership 私たちの家では週末は食料品の買い出しの時間で、次の2週間に必要なものすべてと、それをどこで買うかを徹底的にリストアップします。食料品の購入に関して私たち夫婦ほど細かくないかもしれませんが、PCBの材料表を作成する際には徹底することが報われます。 設計が完了したら、自分に問いかける必要があります：これらの配置したコンポーネントを全部どこで手に入れるのか？これらのコンポーネントがなければ、あなたのPCBは決して実現しません。ここで、統合されたコンポーネントライブラリを備えた設計ソフトウェアが大きな時短になります。 自分でコンポーネントを調達する 「電子部品の供給業者」で検索を試みると、安全に扱える以上の結果が表示されます。誤解しないでください、もしそうしたいのであれば、配布業者のウェブサイトから必要な情報をすべて得ることは確かに可能です。コンポーネントの選択肢と配布業者の数は膨大で、ウェブサイトで情報を検索し、供給業者情報を探す時間は誰にもありません。この情報を一か所でまとめる何らかの方法が必要になります。これにより、時間と精神の節約になります。 一つの選択肢は、調達の問題を 製造業者に任せることです。製造業者は好んで使用するディストリビューターを持っており、これらの会社と良好な関係を築いています。また、一般的な部品を大量に注文する傾向があり、その価格の節約を顧客に還元します。一般的な部品を使用し、低ボリュームを要求している限り、問題を避けて厳しい納期を守ることができるでしょう。 これは安全な選択肢のように思えるかもしれませんが、いくつかの問題による生産遅延のリスクを自ら負うことになります。大手の製造業者は多くの顧客を抱えており、あなたの大量生産のためだけに部品を注文する必要があるかもしれません。これは、製造が始まる前にすでに遅延を引き起こす可能性があります。 もし特殊な部品が必要な場合、製造業者がそれらを在庫しているとは限りません。さらに悪いことに、偽造部品は思っているよりも一般的です。製造業者が厳格な品質管理を行っていない、または怪しい供給業者と取引している場合、あなたのPCBは誤ってマークされた部品や完全な偽造品の犠牲になる可能性があります。 顕微鏡でPCBを検査する 統合ライブラリと調達 独力で進むことを決めた場合、コンポーネントの選定と調達において時間を節約するのに役立つコンポーネント情報と管理ツールが必要です。PCB設計ソフトウェアにコンポーネントライブラリの検索機能と比較機能が含まれている場合、コンポーネントの利用可能性を完全に把握し、適切な代替品を選択し、予算を決定することができます。 コンポーネント情報ツールは、コンポーネントの 陳腐化を管理するのにも役立つべきです。完全なライフサイクル情報へのアクセスにより、設計に新しい部品を採用するかどうかを決定し、生産を開始する前に必要な変更を加えることができます。可能な代替品を並べて比較できることで、コンポーネントの選択肢を完全に把握し、最適な代替品を簡単に選択して、デバイスが設計通りに機能することを確実にすることができます。 このすべての情報は、材料表に統合する必要があります。コンポーネントの部品番号、サプライヤー情報、数量、適切な代替品、さらには製造業者のための価格やリードタイム情報まで含める必要があります。材料表を準備する際には、製造業者に確認することが重要です。ここに記載されていない他の情報を含める必要があるかもしれません。 この道を選ぶと、最初は大変に思えるかもしれません。製造業者のために多くの下準備をしなければならず、時間を投資する必要がありますが、製造業者の調達に関連する多くの問題を避けることができる可能性が高くなります。 電子部品が付いた緑のPCB 材料表を超えて PCB設計ソフトウェアの統合された部品ライブラリは、部品調達データや電気仕様を材料表に渡すだけでなく、設計ツールと直接統合するべきです。部品のフットプリントはCADツールに直接渡され、部品の配置やトレースのルーティングを前例のない精度で行うことができます。 部品のモデルも、部品ライブラリからシミュレーションツールに簡単に渡され、デバイスを損なう可能性のある信号問題を診断することができます。統合された設計とシミュレーションツールは、回路図から直接デバイスのモデルを構築し、これらの重要なシミュレーションを実行するために外部プログラムを使用する必要はありません。この情報は、次のPCBで代替部品を選択する必要があるかどうかを決定するのに役立ちます。 独自のコンポーネントを使用する場合、標準コンポーネントと直接仕様を比較することができ、コンポーネントオプションの全体像を把握できます。情報は力であり、この情報を一つの直感的なインターフェースで提示することで、設計オプションを比較・対照することが容易になります。 記事を読む
マルチボード設計の基礎 - AltiumLive University マルチボード設計の基礎 - AltiumLive University 2 min Altium Live 設計方法論 新規プロジェクトとソースファイルの作成 新しいマルチボードプロジェクトを作成する： ファイル >> 新規 >> プロジェクト >> マルチボード設計プロジェクト (*.PrjMbd) ソースファイル： 論理設計 - マルチボード回路図ドキュメント (*.MbsDoc) 物理設計 - マルチボード組立ドキュメント (*.MbaDoc) 記事を読む
未配線のネットをどこにもつながらないトレースにしないでください 未配線のネットをどこにもつながらないトレースにしないでください 1 min Thought Leadership 映画で、列車が線路を走っていて、橋を渡り始めるものの、先に進むと線路が途切れて橋がどこにも繋がっていないことに気づくシーンを見たことがありますか？それは怖い状況で、以前は列車技師と呼ばれていた機敏な列車の運転手だけが大惨事を防げます。同じくらいの大惨事ではありませんが、基板上に未配線のネットがあると、PCBの動作に大きな混乱を引き起こす可能性があります。 未配線のネットは、接続が必要な場所に開いた回路のことです。コンポーネントのパッドやパッドとビアの間に完成した経路がないと、回路が不規則に動作したり、差動ペア間でインピーダンスの不一致が生じたり、熱を保持してコンポーネントや基板が損傷する可能性がある部分で熱を保持してしまうことがあります。PCB製造業者が未配線のネットを認識できない場合があるため、これらの不完全または欠落している接続を設計中に特定して解決することが、使用できない基板の製造を防ぎ、不必要な追加コストを避けるために不可欠です。Altium Designerを使用すると、回路図上の電気的接続をチェックし、PCBレイアウト上のネット接続を確認し、必要な変更を簡単に行うことができる包括的な統合設計パッケージを手に入れることができます。設計に存在する可能性のある未配線のネットを特定して解決するためのこれらのツールを探ってみましょう。 未配線のネットを特定する方法 あなたの回路図が完全に接続されていることを確認する責任はあなたにあります。もし、あなたの設計に集積回路（IC）が含まれている場合、外部に接続されていないピンや使用されていないピンがある可能性が高いです。このため、回路図の接続を行う際には、コンポーネントのドキュメントに依存すべきです。役立つかもしれないヒントとして、コンポーネントの接続を示す図面やブロック図を作成し、回路図のガイドとして使用することが挙げられます。単純な回路の場合、この図面は回路図の未配線ネットを視覚的にチェックするためにも使用できます。しかし、ほとんどの回路の複雑さを考慮すると、回路図に対して電気的または電子的なルールチェック（ERC）を実行する必要があります。 回路図上の未配線ネットの特定 回路図の設計が完了し、PCBに変換する前に、ERCを実行する必要があります。一般的に、ERCは電気的接続を評価します。これには、パス、ラベリング、パラメータが含まれ、違反のリストを提供します。これらの違反は、ERCの設定時に選択したルールと報告レベルオプションに基づいています。ただし、一部のPCB設計ソフトウェアパッケージでは、ネットリストの作成やERCの実行が追加の設計ステップとして別になっていますが、Altium DesignerではERCはPCBレイアウトを生成する変換またはコンパイルの一部です。可能なチェックと違反の数は広範であり、ネットを特に扱うチェックがいくつか含まれています。成功したコンパイルを妨げる可能性のある 可能なネット違反の中で、未配線ネットを特定するのに最も役立つものを以下に挙げます。 接続されていないワイヤー ネット内の接続されていないオブジェクト フローティング入力ピンを含むネット ピンが1つだけのネット ドライバーのない信号 負荷のない信号 差動ペアの正のネットが欠けている 差動ペアの負のネットが欠けている 上記のリストには、誤ってラベル付けされたネット、不正確または欠落しているパラメータを持つネット、およびERCで検出可能なその他のネット違反が含まれておらず、PCBレイアウトを生成する前にこれらも修正する必要があります。 PCBレイアウト上の未配線ネットの特定 回路図がERCを違反なしで正常に通過することを、設計がPCBレイアウトに進むための要件とすべきです。Altium 記事を読む
AltiumLive 大学の日 - マルチボード設計の基礎 AltiumLive 大学の日 - マルチボード設計の基礎 2 min Altium Live 設計方法論 新規プロジェクトとソースファイルの作成 新しいマルチボードプロジェクトを作成する： ファイル >> 新規 >> プロジェクト >> マルチボード設計プロジェクト (*.PrjMbd) ソースファイル： 論理設計 - マルチボード回路図ドキュメント (*.MbsDoc) 物理設計 - マルチボード組立ドキュメント (*.MbaDoc) 記事を読む
ライブラリの部品作成と3Dモデルの関連付けによる無駄のない設計の実現 ライブラリの部品作成と3Dモデルの関連付けによる無駄のない設計の実現 1 min Thought Leadership 競合他社のツールをご利用のユーザー 競合他社のツールをご利用のユーザー 競合他社のツールをご利用のユーザー カスタムコンポーネントと標準コンポーネントをつなぐコンポーネントライブラリは、SPICEモデルから基本的な2Dフットプリントまでのあらゆる要素を追跡して、レイアウト中に使用するために役立ちます。プリント基板設計の2Dから3Dへの移行を受けて、最新のコンポーネントライブラリは3Dモデルを備えています。 独自コンポーネントのメカニカルクリアランスをチェックするつもりなら、3Dモデルを構築しておくのは良い考えです。しかし、ほとんどの基板設計ソフトウェアプラットフォームはこの機能を提供していないので、機構設計と電気設計のソフトウェア間を行ったり来たりすることになります。そこで求められるのが、MCAD、ECAD、高度な基板設計ツールを1つのプラットフォームに統合したソフトウェアです。 基板設計におけるCADツール カスタマイズしたコンポーネントや独自コンポーネントを基板で使用すると、ほかにはない機能を、大抵の場合はより小さいフットプリントで提供できます。優れたプリント基板設計CADであれば、3Dモデルを含む独自仕様のカスタマイズコンポーネントを構築して、メカニカルクリアランスのチェックに使用できます。 基板でカスタムコンポーネントや独自コンポーネントを使用する場合、3Dモデルをコンポーネントに関連付けて、後から使用できるようにライブラリに保存する可能性が高いでしょう。使用する設計ソフトウェアが包括的なコンポーネント情報管理システムを備えていれば、カスタムコンポーネントに3Dモデルを関連付けて、全てのデバイス間でこのコンポーネントの一貫性を維持することができます。例えば、ある設計でコンポーネントモデルを更新すると、その更新が全ての設計に同期されます。 しかし、ほとんどの設計ソフトウェアでは、依然として、機構設計と電気設計の環境がそれぞれ孤立しています。MCADはECADから切り離されているので、設計者はMCADソフトウェアとECADソフトウェアの間でプロジェクトを移動する必要があります。MCAD、ECAD、高度な基板設計ツールの間で、コンポーネントライブラリ内の3Dモデルを同期してくれる基板設計プラットフォームがあれば、設計中の基板を1つの設計インターフェースで最も正確に表示できます。 Altium Designerによる3Dの面付け 問題の発生元の把握 3Dコンポーネントモデルを構築して別の基板設計プログラムで使用できるようにするには、依然として、独立したMCADモジュールの使用が必要です。CADプログラムで求められるワークフローはMCAD設計モジュールとは異なることが多いので、大抵はコンポーネントモデルを設計中の基板にインポートするためだけに、STEPモデルの作業が必要になります。さらに、この基板を3Dで表示するには、もう一度MCADプログラムにインポートし直す必要があります。このプログラム間での行ったり来たりは生産性を妨げるだけでなく、不適切なクリアランスの原因にもなりえます。 カスタムコンポーネントの3Dモデルを作成する場合、この3Dモデルと互換性のある包括的なコンポーネントライブラリ管理ツールが、基板設計プログラム側に必要になります。コンポーネントモデルを管理するための統合コンポーネント情報システムがない場合、その場限りの方法を使用して、設計ツール間でカスタムコンポーネントモデルを管理するしかありません。このような管理手法では、コンポーネントモデルを1つ変更する場合、設計間での手動による更新が必要であり、エラーが発生する可能性が非常に高くなります。 基板レイアウトを構築および表示するためのCADプログラムがすべて、簡単にその他の設計ツールと同期できるわけではありません。たとえば、回路図ツールとレイアウトツールの動作が一致しないことは珍しくありません。また、回路図向けのCADツールとレイアウト向けのCADツールでは、同じタスクを実行するのに必要なコマンドセットが異なる場合もあります。このため、初めてのプログラムを使用する際の習得期間が長くなり、インターフェースの切り替え時にはコマンドを覚え直す必要があります。 3Dコンポーネントモデリングと標準設計ツールの統合 コンポーネントライブラリと連動してECAD機能とMCAD機能を統合する設計ソフトウェアがあれば、デバイスの電気的ビューと機械的ビューを3Dで同時に表示できます。ECAD設計とMCAD設計の統合によって、3Dでの設計ツールの使用が実現し、電気設計チームと機構設計チームが本当の意味で連携できるようになります。コンポーネントライブラリでは、カスタムコンポーネントとその他のコンポーネントを同じように扱うことができ、コンポーネントの3D STEPモデルをライブラリに直接読み込むことができます。 その他のPCB設計ソフトウェアパッケージも、MCADおよびECAD設計でSTEPモジュールを使用しています。統合設計パッケージに切り替えるとき、 カスタムコンポーネント向けの独自STEPモデルを構築し、必要に応じて既存のSTEPモデルをインポートできます。しかし、旧式の設計プロセスでは、基板を表示してカスタムコンポーネントの3Dモデルを作成するだけのために、ECADプログラムとMCADプログラムを行ったり来たりしなくてはなりません。 設計が完成したら、基板設計ソフトウェアで、シミュレーションおよび解析ツールに加えて、製造業者成果物を生成するためのツールと直接通信することができます。これらのツールがすべて1つのインターフェースに表示され、ワークフローにも一貫性があるので、複数のモジュールを切り替える必要がなく、高い生産性を維持できます。 Altium Designerによるマルチボードのアセンブリ 記事を読む