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リソグラフィの問題がPCB製造の妨げになることを防止する方法 リソグラフィの問題がPCB製造の妨げになることを防止する方法 1 min Thought Leadership プロジェクターという技術には、本当にイライラさせられることがあります。たとえば、「昔ながらのプロジェクターを使って映画鑑賞会を開こうとバターたっぷりの美味しいポップコーンまで用意したのに、いざ投写してみると映像が歪んでいない個所が1つもない」、「同僚や上司に対して影響力のあるプレゼンテーションをしようとしたところ、映し出された画面では画像とグラフがすべて押し潰されていた」、「授業をしようとしたら、白黒の画像しか投写されなかった」といった具合です。投写された画像が話にならないものならば、すべてをスライドに収まるように何時間もかけたのは無駄だとしか思えません。プロジェクターとディスプレイの位置合わせがうまくできれば、こうした大きなストレスを伴う問題の多くが解消されるでしょう。 PCBの製造でも、プロジェクターと同じような光学的位置合わせが行われます。これはリソグラフィの一部であり、PCBの製造が進む中でパターン層が規定されます。プレゼンテーションのスライドが歪んでしまう事態は避けなければなりません。同様に、PCBの設計ではコンポーネントの配置のずれを阻止しなければなりません。リソグラフィに関して適切に計画を立て、影響を及ぼしたり、問題を引き起こしたりする可能性のある要因について把握する方法を見ていきましょう。 リソグラフィはPCBの製造にどう影響を及ぼすのか PCBの製造で使用されるエッチングや電気めっきのプロセスには、それほど種類がありません。基板が保護用のパターン層でコーティングされていないと、全体が区別なしにエッチング、めっき、またはコーティングされてしまいます。保護用のパターン層に使用されるのは、多くの場合に金属の ステンシル、ポリアミドのシート、またはレジストですが、最も適切な素材が製造プロセスで決定されます。たとえば、金属のステンシルは数枚の基板を製造しただけで損傷して使用できなくなるため、エッチングでは使用しないほうがよいでしょう。 レジストは特定の光（通常は紫外線）の波長に反応します（業界では「感光性」と呼ばれます）。 フォトリソグラフィでは特定の領域が感光され、そこで使用しているレジストが硬化します。処理の次の段階に備え、残りの部分は不純物を除外するために洗い流されます。プロジェクターの画面のように困った影響が出ないよう、どの領域がパターン化されるかを制御するためのマスク（光用のステンシルなど）は光源やPCBと位置合わせをする必要があります。これを怠ると、リソグラフィの問題が現れることになります。 角周辺の弱い光源は製造中に問題を引き起こす リソグラフィにまつわる問題の原因 プロジェクターでは正しく位置合わせできないことがありますが、それは制御できないことが存在するからです。リソグラフィにまつわる問題の潜在的な原因を把握すれば、それをもとに計画を立てることができます。ここでは、下記を念頭に置いてください。 影: 製造業者が清潔な環境を維持していれば、この問題が発生することはないでしょう。ただし、プロジェクターの前に置かれた椅子が邪魔をして画像の一部が投写されなくなるように、マスクに付着した粒子によって影が作られると、その部分のレジストが光によって硬化されません。想定どおりに硬化しなかった箇所は、次の処理段階でエッチングされることになります。 光量と感光: レジストが感光される光の量は、積分のように計算されます。これは、総感光時間に対する光の輝度ですが、タイミングがずれたり、光が弱すぎたりすると、レジストが完全に硬化できるだけの十分な光の量が得られなくなります。また、光源が均一でないこともあります。この場合はレジスト全体で硬化が一様でなくなり、結果にばらつきが出てしまいます。エッチングやめっきの工程が迅速に行われ、製造業者が硬いレジストを確保していれば問題はないかもしれませんが、そうでない場合は次の段階でレジストがはがれ落ち、基板の状態が完全ではなくなってしまう恐れがあります。 アスペクト比: 一般的な問題は、光、マスク、またはPCBのわずかな角変形です。これはプロジェクターが不適切な角度で置かれているために、スライドの上部と下部の幅が異なってしまうのに似ています。PCBでは、レジストのマスクに正しくないアスペクト比（開口部の幅に対するステンシルの厚さ）が適用されたためにこの問題が発生します。基板でこれが起きると、完成した基板の半田接合の品質が低下する可能性が高くなり、これが多くの場合に開回路となります。基板が適切に硬化しないと、内層と外層で 収縮、膨張、反りが異なる割合で発生する場合もあり、アスペクト比の問題を引き起こします。これはフォトリソグラフィにのみあてはまるものではなく、後で基板に反りが発生することもあります。多くの場合、こうした収縮や膨張はPCBの全体的なサイズに影響を受けたCTEの不一致が原因ですが、基板が大きいと問題が発生する傾向が高くなります。 整列: 整列ミス（位置合わせミス）は、パターンが本来の場所からミリメーター単位、またはそれ未満でずれた場合に横方向または縦方向で発生します。要素のサイズが縮小すると、半田パッドやビアがずれてしまいやすくなるため、整列ミスのわずかなずれが大きな影響を及ぼします。許容差が小さい場合は、製造業者が基板の仕様に一致するだけの微細加工能力があるのか、位置合わせを行えるのかを確認するようにしてください。 許容差 記事を読む
優れた回路図ソフトウェアを使って、回路図とPCBを簡単に同期する 優れた回路図ソフトウェアを使って、回路図とPCBを簡単に同期する 1 min Thought Leadership 「先人の知恵に勝る学校はない」そんな言葉を耳にされたことがあるかもしれませんが、実際のところはどうなのでしょうか? 私が子供の頃の「先人の知恵」は、ワープロではなくタイプライターに文字を打ち込むことを教えてくれましたが、今もタイプライターを使っていたら、この記事を書くのに相当な時間がかかるでしょう。それに、スペルチェックなどの使い慣れた便利な機能も利用できなければ、バックスペースキーを押して文章を書き直すこともできません。使う紙は1週間もあれば山積みになってしまうでしょう。先人の知恵が金塊よりも貴重なのは確かですが、先人が使っていた技術が必ずしも便利であるとは限りません。 たとえば、PCBの設計アプリケーションで使用する同期データについて考えてみましょう。回路設計ツールには設計のすべてのネットが含まれ、レイアウトツールでそのデータを使用して基板が設計されます。ここで重要なのは、回路図のネットデータをレイアウトツールに渡してから回路図に戻すことです。実感していただけないかもしれませんが、古い手法では1つのツールから別のツールへこのデータを転送するのが非常に厄介でした。現在でも、一部の設計ツールではこれが難しい作業になることがあります。 昔話をするのは楽しいものですが、現在の状態にたどり着くまでにどれだけ大変だったのかがわかれば、話はもっと面白くなるでしょう。優れた最新のソフトウェアでは回路図と基板の同期が自動的に能率的に実行されますが、昔はそうではありませんでした。古い技術では手間がかかったものの、今はこうした同期を行える最新アプローチの利点を活かして、作業を効率的に進められるのです。 ネットリストの抽出 昔はさまざまな回路設計アプリケーションやレイアウトツールが使用されていました。こうしたツールの中にはパッケージ化されているものもありましたが、異なるベンダーが提供するツールを組み合わせて使うほうがはるかに一般的でした。つまり、異なるシステムのレイアウトツールに同期データを渡すためには、回路アプリケーションからネットリストを抽出する必要があったのです。 当時、サービス機関でPCB設計者として働いていた私は、顧客が使用するいろいろな種類の回路図ソースのネットリストデータを使用しなければなりませんでした。ネットリストが自分が使用しているレイアウトソフトウェアでそのまま使用できる場合もありましたが、大半はなんらかの修正を加えないと機能しません。こうした修正では、ネットリストにコンポーネント情報を追加したり、正しいデジグネータを割り当てたりします。お察しのとおり、ネットリストを手動で編集して使用可能な形式に変更すると、データの入力エラーが発生しやすくなります。一度、同僚が10個ではなく100個の部品を注文してしまい、会社を破産させそうになったことがあります。 レイアウトが完成すると、レイアウトツールからネットリストを抽出して顧客に戻します。レイアウト中にピンやゲートがスワップされるため、ネットリストは開始した時点のものとは違います。顧客にはすべてのスワップの現在と過去のリストも提供する必要がありました。そのため、私たちの側ではさらに手動での編集が必要になり、顧客側でも手動で変更を行う必要がありました。すべてを正しく完了できていたことが不思議になるほどです。 PCBのレイアウトに送信するネットリストデータが保存されたフロッピーディスク 2つの異なるツールをつなぐインターフェース 幸いにも、現在の大半のCADシステムでは、回路図とレイアウトの同期がはるかに容易になっています。とはいえ、回路図ツールとレイアウトツールでシステムの設定が異なるケースは、今もたくさんあります。これらのツールをやり取りさせるために、こうしたシステムの同期プロセスでは多くの場合にインターフェースが使われています。 このインターフェースには、2つのツールが一緒に機能する1つの統合ツールとして表示されます。ただし、いずれかのツールに加えられた変更が原因でインターフェースが中断すると、問題が発生することになります。インターフェースの一部が中断したためにいくつかの機能が使用できなくなることもあれば、インターフェースが完全に機能しなくなってユーザーが足留めを食らってしまうこともあります。また、他のツールからアクセスできなくするために、ソフトウェアのベンダーがインターフェースの機能を廃止することも考えられます。この場合、顧客は立ち往生することになり、通常の設計作業を継続できなくなります。 優れた回路図ソフトウェアによる同期 回路設計ツールとレイアウトツールが1つのソフトウェア会社によって構築されると、その統合設計環境では同期プロセスの信頼性が向上するほか、設計で最良の結果を出すことができるようになります。ツールが同期されるうえ、多くの場合に選択肢と機能が充実し、インターフェースも提供されます。また、それぞれのツールが更新、改善される中で、設計の一部として回路図とレイアウトの同期プロセスも改善されるため、正確性と効率性が高まることになります。 同期データの転送にインターフェースや手動で編集したネットリストを使用している場合は、こうした作業を統合設計環境で自動的に処理してくれる PCB設計ツールの検討をおすすめします。手動の編集には人的エラーが潜在し、インターフェースでは役立つ機能の一部を利用できない可能性があります。一方、回路設計ツールと基板のレイアウトツールが連携するように設計されている PCB設計システムを活用すれば、最良の結果を挙げることができるでしょう。 優れたソフトウェアによる回路図の同期は、両方のツールが連携する1つの統合設計環境で実行される 私はタイプライターを使ってこの原稿を書きたくはありません。味わいがあるのは確かですが、皆さんもPCB設計を手作業で進めたり、データを郵便で送ったりしたくはないでしょう。私がお伝えしたい先人の知恵とは、「最新のPCB設計ソフトウェアを活用すれば作業が簡単になる」ということです。 1つの統合された設計環境で回路設計ツールと基板のレイアウトツールの両方をお使いになりたい場合は、 記事を読む
多層PCB設計の『パーフェクト・ワールド』を見つける 多層PCB設計の『パーフェクト・ワールド』を見つける 1 min Thought Leadership 私はずっとクリント・イーストウッドの大ファンです。20世紀の都会にいた私としては、 ダーティーハリーが銃を少々使いすぎだという印象がありましたが、名無しの男のほうは手に負えない無骨さが時代にぴったりとマッチしていました。言うまでもなく、私は彼がごろつきを打倒したり、やくざ者よりも先に銃を抜いたり、女性を射止めたりするのをいつだって応援していましたが、最も興味をそそられたのは、彼が何でもあっという間に決断を下すことでした。もちろん、結果はそのときどきで違います。 良いときもあれば悪いときもあります。それどころか、かなり悲惨なときもあります。 PCBの設計でも、多層PCBを選択するかどうかによって結果が変わります。多層PCBを無用に使用する設計者は大勢いますが、それによって設計が複雑になったり、製造コストが上がったり、現場での修正や修復が実質的に不可能になったりします。 名無しの男が登場する大半の映画の筋書は、善人に対する悪人のむごい仕打ちや卑劣な行為から始まり、ヒーローが悪を正してエンディングを迎えます。この筋書きに沿って、PCBの設計と開発を失敗させ得る要因と、多層PCBを使用するかどうかの決断に組み入れるべき要素について見ていきましょう。 多層PCBのハートブレイク・リッジ／勝利の戦場 PCB設計の観点から見ると、多層PCBはつい使いたくなってしまうものです。結局ところ、「小さければ小さいほうがよい」という考え方は現在の電子設計全体に広がっているようです。ただし、小さいことが設計の主な検討事項でない限り、その罠を避けるべき大きな理由があります。その例をご紹介しましょう。 設計の複雑性: 多層PCBを設計する際は、すべてのスルーホールやビアを正しく整列させることが不可欠です。ここにミスがあると電流に影響が及び、取り付けに関する問題が発生することがあります。また、奇数のレイヤーや厚さの異なる内層を使用すると、基板の湾曲やねじれが生じることがあります。この場合は基板が取り付け不可能になったり、テスト用に格下げされたりします。 これはまずい事態です。さまざまな種類の信号が多層PCBで配線される通信アプリケーションでは、一致しないインピーダンスやクロストークが原因で性能の問題が発生する場合があります。 これもまずい事態です。 製造コストの増加: 多層PCBの製造には、他の基板よりもはるかに高額なコストがかかります。必要になる材料も時間も増えるうえ、技術者は高度な技能を持っていなければなりません。レイヤー数を2つから4つに増やしただけで、製造コストが100%増加することもあります。 これはまずい事態です。 ベンチの修復が困難または不可能: 製造プロセスでも見られるように、小さなエラーは発生するものです。レイヤー数が奇数であったり、レイヤーのサイズが異なっていたりする基板の場合は、これが特にあてはまります。通常、シングルレイヤー（またはダブルレイヤー）のPCBでは、こうしたエラーを容易に修復して基板を使用できる可能性があります。ところが、内層に問題がある場合は修復が実質的に不可能で、基板は使い物になりません。 これはまずい事態です。 見落とされてしまうことがあるもう1つの問題は、レイヤーの増加による熱の上昇です。これは、製品を現場でしばらく稼働させないと表面化しません。製品が機能停止にいたるほど問題が深刻な場合は、Recall（リコール）、Redesign（再設計）、Remanufacture（再製造）の「3R」になってしまいます。 これは悲惨な事態です。 おわかりのように正しい選択をしない限り、多層PCBは重大な問題を引き起こす原因になります。ただし、長所もあります。選択と設計のプロセスについて慎重に検討すれば、クリント・イーストウッドのようにさっそうと夕陽の中へ去って行けるでしょう。 記事を読む
PCBの実装図を作成して設計の意図を明確に伝える PCBの実装図を作成して設計の意図を明確に伝える 1 min Thought Leadership 「一部、組み立てが必要です」この文言は、買ったばかりのものに心を躍らせていた人を恐怖に陥れます。実は、私にもそんな経験があります。それは、子どもたちへのクリスマスプレゼントとして購入したサッカーのテーブルゲームでした。サイズが大きかったために、私はゲームを箱に入れ、クリスマスイブの夜遅くまでガレージに隠しておきました。「それほど難しくはないはずだ」そう高を括った私は、子どもたちがベッドに入ってから、テーブルゲームを組み立て始めました。何杯ものカフェインを摂取し、指の節に痣を作り、部品を失くし、私を「行儀の悪い人リスト」に載せてしまうようないくつかの罵りを口にしながら、夜が明ける直前になってようやくベッドに入りました。クリスマスの朝の家族写真には、テーブルゲームで楽しそうに遊ぶ子どもたちと、もう1杯のカフェインにしがみつくゾンビのような父親が写っていました。 組み立てが必要になるものはたくさんありますが、PCBの世界では実装が必ず必要になります。設計者は部品の配置やトレースの配線中に、実装について常に考えているわけではありません。ただし単純な事実は、設計者が設計したものを誰かが実装しなければならないということです。そこで必要になるのが、製造業者に基板の実装方法を伝えるための実装図です。 これまでに実装図を作成したことがない場合は、この投稿を入門として活用できます。ご安心ください。これは分厚いマニュアルではありませんし、幼稚園に通う私の子どものお絵描きのような設計の見取り図も含まれていません。ここで必要になるのは、実装図のさまざまな要素のほか、PCBのレイアウトツールが実装図の作成にどう役立つのかについて理解することだけです。一番よいところは、ここに含まれる情報が読んでいただくものであり、実際の実装は必要ないという点です。 PCBの実装図には、部品の外形やデジグネータなどの要素が記載される PCB実装図の項目 連携する製造業者にとって使いやすく正確なものにするために、実装図は複数の形態で作成できます。設計中はPCBが実際にどのようになるのかについて、必ず実装図で製造業者に伝えるようにします。自分が連携している製造業者に留意することは重要ですが、大半の実装図に共通する下記の基本的な要素を理解しておく必要があります。 実装図の形式: CADシステムには、図面の形式が自動的に生成されるものと、個別のライブラリーの形状として図面を手動で作成する必要があるものがあります。いずれを使用する場合も、形式と設計データベースを組み合わせて実装図を作成することになります。 基板外形: 製造図と同様に、基板外形を表示します。基板のサイズに応じ、画像を縮尺して実装図の形式に合わせたり、画像を拡大して詳細を表示したりすることができます。 部品の形状: 基板外形内には、基板に半田付けされるすべての部品の形状とそれらのデジグネータを含めます。 機械部品: 取り付け工具を使って基板に配置する機械部品も表示します。こうした部品は標準的なPCBフットプリントではないかもしれませんが、形状を個別に追加または描画しなければならないことがあります。機械部品の例としてはejector handleが挙げられます。これは電気部品ではないため、回路図に表示されない場合もありますが、実装図と 部品表には含める必要があります。 実装の注記: 基本的な実装の詳細、業界の標準や仕様に関する参照、特別な要素の位置が記載される指示の一覧です。 識別ラベルの位置: バーコードや実装タグなどの識別ラベルは、実装の注記に含まれる特定のラベルへの参照や描画ポインターを使って含めます。 記事を読む
マルチボードPCBシステム設計に対応する最良のツール マルチボードPCBシステム設計に対応する最良のツール 1 min Thought Leadership PCB設計者 システムエンジニア/アーキテクト PCB設計者 PCB設計者 システムエンジニア/アーキテクト システムエンジニア/アーキテクト 楽しい時間は早く過ぎると人は言います。私がマルチボードPCBを設計しているときに、時間がなかなか過ぎないように感じるのはそのせいかもしれません。 EMIの回避、 すべての正しい接地、 静電放電の軽減、 配線の最適化などを考えると、単一基板の設計でさえ大変なのに、物理的にも電気的にもすべてを適合させなければならないPCBシステムの設計となると、苦痛の限界が試されているように感じるときもあります。ところが幸いなことに、マルチボードの回路図の作成を懲罰から楽しみに変えてくれるツールが登場しています。このツールには基板間の接続、MCADインテグレーション、モジュールの組織化という 全般的なPCB設計に役立つ3つの機能がありますが、これらは特にマルチボードのPCBに有用です。まず、基板間のルールチェックは悪夢のような作業になるばかりでなく、基板を台無しにしてしまう可能性もあります。ところが、このツールを使用すると、異なる基板全体でのトレースの接続が単純化され、土壇場の変更があったときにも大いに役立ちます。次に、インタラクティブなモデルによって煩わしいクリアランスチェックが容易になり、すべてを整合させて筐体に収めることができます。最後に、モジュールの組織化では、過去に設計した基板やコネクターを使って、新しい回路を作成できます。 MCADとの統合 使っているプログラムに3Dモデリングツールを組み込んだところで大したことはないようにも思えますが、実際には設計プロセスに大きな違いをもたらすことができます。PCBのモデリングにMCADを使用することで、巨額なコストにつながるミスを回避できるほか、試作や製造に基板を安心して送れるようにもなります。別の場所にいる機構技術者が使っているツールがご自分の手元にあれば、基板を設計する方法が激変するでしょう。それがどのように実現するかを見ていきましょう。 3Dクリアランスチェック 基板を設計した後に試作品が高額になったり、製造の工程で基板が筐体に収まらなかったりしたことはありませんか? 私は一度そのような経験をしましたが、それは試作に送る直前に電解コンデンサーを設計に追加したときのことでした。後になって、クリアランスの計算が少し間違っていたことがわかったため、機構技術者に設計データを送ってモデリングとチェックをしてもらってから、モックアップに戻しました。製造の工程でそのようなミスが見つかってしまったら、上司に何と説明すればよいでしょう。クリアランスチェックはリスクが高くなりますが、特にマルチボードのPCBの場合はそれが顕著です。非常に高額な3Dパズルのようにすべてを適合させ、それを筐体に収める必要があります。筐体は社内のスタッフが設計する場合もあれば、そうでない場合もあります。私は自分のことを出来の悪い設計者だとは考えていませんが、使っているシステムの3Dモデルがなければ、気付きにくいミスをしてしまうでしょう。 いつでも可能なモデリング 今では大半の設計者が基板のコンピューターモデルを使っていますが、それらを構築するのは設計者ではなく、通常は機構技術者の仕事です。とはいえ、別の人に変更を何度も送ることなく、設計者自身がモデルを作ってクリアランスチェックができるとすればどうでしょう? これは、MCADプログラムを勉強して文字通りにすべて自分で作業をする、という意味ではありません。私が言いたいのは、 回路基板ソフトウェアに仕事をしてもらうということです。これを実現するのは、高度に統合されている優れたMCADツールです。現在では、個々のコンポーネントの3Dモデルを生成し、すべての要素を含む基板のモデルを作成できるツールが提供されています。高度なツールであれば、筐体の3Dモデルをインポートし、クリアランスチェックを実行できるものもあります。こういった機能があれば、誰かを間にいれることなくMCADを自分で進めることができます。たとえば、電解コンデンサーが適合しているかどうかも、ボタンを数クリックするだけで確認できます。 基板間のエレクトリカル ルールチェック エレクトリカル ルールチェックはソフトウェアによって自動的に基板レベルで実行されるため、通常はそれほど面倒なものではありません。とはいえ、接続が複数の基板にまたがる場合、接続を追跡するのはほぼ不可能です。システム全体をチェックし、電気的にも機械的にもすべてが適合しているかどうかを確認できるプログラムはごくわずかです。これが可能なツールでは、さまざまな基板にまたがってルールチェックを実行できるため、設計中のすべての準備を整えることができます。また、筐体の変更や他の外部的な要因によって、PCBで大幅に接続を修正しなければならない場合の再設計にも大いに役立ちます。 開発中のエラーチェック 記事を読む
必須のPCB設計のヒント：PCB設計にウォッチドッグタイマーを実装する方法 必須のPCB設計のヒント：PCB設計にウォッチドッグタイマーを実装する方法 1 min Thought Leadership 在宅勤務には仕事のメリットがいくつかあります。自分で食事を作ることができ、昼休みに洗濯をすることができ、好きなだけお茶を飲むことができます。私はお茶のために水を沸かすためにストーブトップのケトルを使用しているので、執筆に没頭しているときは、高い音のホイッスルでお湯が沸いたことを知らせてくれるのを頼りにしています。 時々、不注意で蓋をきちんと閉めないことがあります。その結果、ケトルは静かなままで、中の液体の水が急速にガスに変わっていても音を立てません。このシナリオでの私の不注意な行動は、お茶を少なく飲むことを意味するだけですが、組み込みシステムでは、ウォッチドッグタイマー（WDT）の操作方法を知らない場合、その結果ははるかに重大です。タイマーの操作に失敗すると、停止したマイクロコントローラーは停止したままとなり、組み込みシステムがダウンしたままになります。ウォッチドッグタイマーの仕組み、ウォッチドッグタイマー回路の実装方法、そして最初の試みで正しく機能させる方法を見てみましょう。そうすることで、このシナリオを避けることができます。 組み込みシステムがWDTを持っていても回復できなかった理由 ウォッチドッグタイマーは、ハードウェアまたはソフトウェアのウォッチドッグ回路がクラッシュした場合にマイクロコントローラーを再起動するための、電子機器におけるシンプルなフェイルセーフ機能です。STM32ウォッチドッグタイマーは、別の集積回路（IC）として、またはマイクロコントローラー自体に組み込まれた機能として利用可能です。組み込みシステム設計においてWDTを使用しないことは、しばしば許されない過ちです。 ウォッチドッグタイマーの動作方法はシンプルです。設定されたウォッチドッグタイムアウト間隔でカウントダウンするようにプログラムされます。通常の操作では、マイクロコントローラーは定期的にタイマーのカウントダウンタイマーをリフレッシュして、それが期限切れになるのを防ぎます。マイクロコントローラーが応答しない場合、ウォッチドッグタイマーをリフレッシュしません。その結果、ウォッチドッグタイマーが期限切れになると、マイクロコントローラーをリセットするためのパルスまたは信号をトリガーします。このシンプルな機能は、マイクロコントローラーがクラッシュする可能性がある設計ミスや環境要因を補償します。 しかし、WDTが失敗した場合、組み込みシステムが誤った状態から回復する可能性は低いです。これが、ウォッチドッグタイマーがマイクロコントローラーをリセットできない原因を特定することが重要である理由です。最も明白な答えは、ウォッチドッグタイマーチップが故障していることです。しかし、複数のユニットで組み込みシステムが回復できないと繰り返し発生する場合、設計に何か問題がある可能性があります。 実際に、私が設計し展開してきた数百のマイクロコントローラーベースのデバイスの中で、STM32ウォッチドッグタイマーが故障したという事例には一度も遭遇したことがありません。根本的な原因は、しばしば単純に人為的なミスです。 WDTが正常に動作しない可能性がある理由 内蔵WDTを使用する組み込みシステムでは、実行中のコードがウォッチドッグタイマーを無効にする可能性があります。これは、設定ビットが意図せずに上書きされた場合です。 外部ウォッチドッグタイマーチップは、全く異なる問題に直面します。この場合、ファームウェアエンジニアがプログラムを開発およびデバッグしているときに、外部ウォッチドッグタイマーからのリセット信号を切断できるジャンパーピンが一般的に存在します。しばしばこれらのジャンパーピンは、現場に展開する前に手動で接続する必要があります。接続されていない場合、WDTのリセット信号は切断されたままとなり、マイクロコントローラーをリセットできません。 ウォッチドッグタイマーが機能しない一般的な理由の一つは、コーディングエラーによるものです。WDTタイマーをリフレッシュする関数がプログラムの間違った部分に配置されている場合、それらは本来機能すべき時に動作しません。 リアルタイムオペレーティングシステム（RTOS）では、異なる優先順位を持つ複数のタスクがあると、マイクロコントローラのファームウェアが複雑になります。優先度の高いウォッチドッグ回路タスクは、優先度の低いタスクが異常な無限ループにある場合でも実行を続けることがあります。ウォッチドッグタイマー回路のリフレッシュが最優先タスクである場合、マイクロコントローラは正しく機能していないときにリフレッシュされません。 WDTが信頼性を持って機能することを確実にする方法 WDTがその役割を果たすことを確実にするには、ファームウェア開発者、システムインストーラー、およびハードウェアウォッチドッグ設計者が関与します。ファームウェア開発者は、内部WDTをオフにするコードオーバーランを避けるために プログラミングのベストプラクティスを適用するべきです。ファームウェア開発者は、マイクロコントローラのメモリアーキテクチャと、コード内でメモリポインターと割り当てを正しく使用する方法をよく理解していなければなりません。 その他にも、プログラムの構造は、ウォッチドッグタイマーがプログラムの適切な位置でリフレッシュされるように設計されるべきです。これは、プログラムのどこかで無限ループが発生した場合にプログラムがウォッチドッグリセットをトリガーすることを意味します。また、WDTの機能を現場でチェックするテストユーティリティを開発することもできます。これにより、外部ウォッチドッグタイマーとマイクロコントローラーの間の接続されていないジャンパーピンを見逃すリスクも排除されます。 高品質な製造可能な回路基板を構築するために必要なすべてを含む使いやすいPCBレイアウトツールにアクセスする必要がある場合は、 CircuitMakerをご覧ください。使いやすいPCB設計ソフトウェアに加えて、すべてのCircuitMakerユーザーは Altium 365プラットフォーム上の個人ワークスペースにアクセスできます。設計データをクラウドにアップロードして保存し、安全なプラットフォームでウェブブラウザを介してプロジェクトを簡単に閲覧できます。 記事を読む
自動配線が可能なPCB設計ソフトウェアで時間を節約できる主な理由 自動配線が可能なPCB設計ソフトウェアで時間を節約できる主な理由 1 min Thought Leadership 私は長年にわたってPCBの設計に携わっていますが、自宅よりも職場で過ごす時間のほうが長くなっていました。残念ながら、家族はそんな私の日常にすっかり慣れっこです。締め切りが迫っている設計があると、私が夜遅くまで仕事をすることになるのを家族全員がわかっています。ストレスを解消したり、家族といる時間を増やしたりするためには、設計時間を短縮する方法を見つけなければいけないのはわかっていました。 つい数週間前のハロウィンも、設計の締め切りと重なってしまいました。ところが、作業は前倒しで完了し、早い時間に帰宅することができました。家族はみんな大喜びです。私たちはトリック・オア・トリートやゲームをして遊び、大笑いしながら楽しい時間を過ごしました。私は家族のヒーローになれただけでなく、その夜は久しぶりにぐっすりと眠れました。予定より早く仕事を終えられたことで家族全員が救われましたが、そこで私が感謝したのはそれまで避けてきたあるもの - そう、オートルーターです。 私は何年もオートルーターを使っているため、この機能に対する反論についてもよくわかります。ただし、最近では考えが変わりました。オートルーターは進化し、以前よりもはるかに便利になっているのです。洗練された現在のオートルーターでは、これまでのように紛らわしくて使えない配線だらけの基板が作成されることはなく、特定のニーズに対応します。こうしたルーターの活用方法を一度覚えると、それがどれほど便利か驚かされることでしょう。自動配線によってPCB設計ソフトウェアの世界は変わりました。ぜひ、新しい視点からこの機能を見直してみてください。 かつては謎のブラックボックスだったPCB の自動配線 オートルーター: ブラックボックスからPCB設計ソフトウェアへ 多くの設計者は自動配線のことを、自分たちではコントロールできないある種の謎めいたブラックボックステクノロジーだと考えてきました。得体の知れないルーターに設計データを送っても、出てくる結果にがっかりするだけだったのです。ルーターで行われる不適切な配線のせいで、何時間もかけて手動できれいに修正するはめになるのはよくある話でした。こうした問題のせいで、私も含めて多くの設計者がオートルーターを信用できなくなりました。 ところが今は話が違います。以前よりも格段に改良されているのです。多くのオートルーターは、サードパーティー製のブラックボックスアプリケーションではなく、PCB設計ソフトウェアに組み込まれています。つまり、すでに設定してあるデザインルールを使えるため、別のアプリケーションと整合させる必要はありません。また、現在のオートルーターはさまざまなモードで機能するため、作業する領域を絞って配線することもできます。その一部をご紹介しましょう。 Point-to-point の自動配線: ネットを単純にPoint-to-pointで接続できます。配線対象のネットを選択すると、デザインルールに従ってトレースが自動的に配線されます。 一括自動配線: 私たちが覚えている以前の「ブラックボックス」のオートルーターと似ているものの、最新の一括ルーターでははるかに多くの設定ができます。通常はPCB設計ソフトウェアに組み込まれているため、すでに設定してあるデザインルールを使用すれば、格段に管理しやすくなります。 設計に役立つ自動配線機能を備えるPCB 設計ソフトウェア 自動配線機能を備えるPCB設計ソフトウェアはどう設計に役立つのか 同僚から自動配線を見直してみるようにすすめられたとき、私はまずそれを拒みました。ところが、助けが欲しかった私は最終的に必要に迫られ、自動配線にもう一度目を向けてみることにしたのです。そこで見つけたものに私は驚きました。きっと、皆さんも驚かれるはずです。下記は、その中でも本当に役立っている配線機能です。 記事を読む