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高電圧PCB設計についての検討事項 高電圧PCB設計についての検討事項 1 min Thought Leadership 私は以前、高電圧の応用は電力工学だけに必要なものだと考えていました。発電所や変電所で働く気はまったくなかったので、高電圧PCBの設計について学ぶことを免れていたわけです。ところが、空間の応用に興味を持った時点で、その考えが間違っていたことに気付きました。そして、怠惰な自分と向き合わざるを得なくなってしまったのです。高電圧の応用は、製造や発電所から医療や航空宇宙まで、ほぼすべての業界に存在しています。 高電圧の応用に向けたPCBの設計では、設計や製造の全工程でさまざまな内容を検討しなければなりません。基板は過酷な状況で稼働することが条件となっており、部品や材料の寿命に大きな影響を受けます。これに挑戦しようという意気込みがある場合は、レイアウトの作成を開始する前に、いくつかの検討事項を確認しておきましょう。 動作周波数についての検討事項 製品の動作周波数は、 ESD と同様に高電圧設計に影響を及ぼし、 ノイズ管理 は基板に影響を及ぼします。これは、高周波が低い電圧でアーク放電を成し、信号線の周辺でより 厳重なスペース が必要になるからです。 周波数帯のもう一端にある低電圧DCについても、特別な検討が必要になります。特定の環境条件では、DC差動がエッチングやエレクトロ ケミカルマイグレーションの原因になることがあります。これらはどちらも望ましいものではなく、エレクトロ ケミカルマイグレーションは高電圧設計の性能や寿命により大きな危険をもたらします。というのも、導体パッドやトレースに whisker と呼ばれる微細な導電性のフィラメントが「成長」し、最終的には電位間でショートが発生する可能性があるからです。ここでは少なくとも、アーク放電を成しやすいポイントが発生し、基板の効果的な 沿面距離と空間距離 が減少します。 エレクトロ ケミカルマイグレーションはスズや銀で最も多く発生するものの、ときには銅でもフィラメントが破壊されることがあります。危険を最小限にするためには、不純物を含まないスズや銀をPCBの仕上げに使用しないことです。スズを使用する場合は、 鉛の含有量が少ないものが推奨されます 記事を読む
不十分なデータ管理に起因する開発後の問題の評価 不十分なデータ管理に起因する開発後の問題の評価 1 min Blog どのような設計者やチーム、企業にとっても、設計をリリースまで漕ぎつけたときは安堵のため息をつける瞬間でしょう。しかしながら、この瞬間が常に喜びに満ちたものになるとは限りません。プロジェクトの完了には、次の2種類があります。a）ドキュメント化プロセスに何の不備もなく無事設計を完了しており、リリースの準備を開始できるケース。b）設計は問題なく完了しているが、データ管理プロセスに小さな（または大きな）誤りがあるため、修正と製造の後戻りが必要であり、製品リリースを遅延せざるを得ないケース。データ管理プロセスに何らかの不備がある場合、開発後はすべての局面を通じて後悔し続けることになりかねません。 開発後の懸念と後戻りの可能性 開発後の局面で懸念が持ち上がるのは当然のことであり、特にデータ管理についての不確定要素がある場合はなおさらです。ECADデータ資産の管理が十分でないと、ドキュメント化の方法が時代遅れになる傾向にあります。その場合、データ管理システムでエラーが非常に発生しやすくなり、ECADプロセスの多数の要素を手動で構成し直す結果になるおそれがあります。 ECADデータの正しい保存方法 ECADデータの保存場所は、その保存方法と同じくらい重要です。いまだに数多くの企業が、Dropboxなどの一般向けネットワークドライブを利用してECAD資産を保存しています。これは一見便利に思えるかもしれませんが、体系化された信頼できるデータ管理システムが設計方針に組み込まれていない限り、以下のような問題が生じるおそれがあります。 アクセスの制限 不十分なデータコントロール 異種の複雑なデータ ライフサイクルの非対応 プロジェクトを重視して体系化されたデータ管理システムがない場合、特定のファイルにアクセスできないだけでなく、データの配置ミスや紛失につながる可能性があります。 迷いのない製品リリース 開発後の不確定要素を評価するときは、仮説のわなに陥り、自分を見失いやすいものです。しかし、使用するリソース、データ管理戦略の正しい実施方法、データの保存場所をきちんと理解していれば、不安を確信へと変えることができます。現在のプロセスに疑いを抱いたり、損失の大きいエラーのために設計データの修正を余儀なくされたりした場合、貴重な時間が無駄になります。設計から製造までのプロセスを進める中で、このような問題を回避するには、正確なデータを体系化して、はじめから正しい方法で管理することです。 無償の ホワイトペーパー を今すぐダウンロードしてください。このホワイトペーパーでは、Altium Vaultを利用して、時間と予算を重視した賢明なデータ管理システム運用について説明しています。 記事を読む
モノのインターネットのハードウェア プラットフォームのフレキシブル化 モノのインターネットのハードウェア プラットフォームのフレキシブル化 1 min Thought Leadership PCB設計者 電気技術者 ハードウェア製造業スタートアップ企業 / エレクトロニクスプロトタイパー +1 PCB設計者 PCB設計者 電気技術者 電気技術者 ハードウェア製造業スタートアップ企業 / エレクトロニクスプロトタイパー ハードウェア製造業スタートアップ企業 / エレクトロニクスプロトタイパー 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 子供の頃に熱中したり執着したりしたものを覚えていますか? 私が若かった頃、誰もがポケモンと、子供でも触れる電子機器に熱中していました。これら2つの熱狂はやがて、 たまごっち という最終的な流行に結びつきました。これは大ヒットして、携帯電子機器の人気と、小さく非現実的な動物に対しての子供たちの愛情を生み出しました。最近では、PCBにおける2つの熱狂、すわなちフレキシブル電子回路とモノのインターネット（IoT）が結合しました。自作用開発基板のようなハードウェア プラットフォームはIoTの誕生に役立ち、フレキシブル ハイブリッドエレクトロニクス（FHE）はそのIoTを成熟へ導くために役立っています。技術者は、Arduinoのような大きなブランドと互換性のあるフレキシブルな基板や周辺機器の設計を開始しています。IoT開発者が必要とするコンポーネントを搭載した、使いやすい基板を設計することで、この動向に加わることができます。 フレキシブルなハードウェア プラットフォームの利点 完全フレキシブルおよびリジッドフレキシブルPCBは長年にわたり、 航空宇宙 などハイテク産業に限って使用され、ローバーが他の惑星まで飛行するために役立っていました。しかし今日では、これらのPCBの利点は地球に戻って、開発基板やその周辺機器に利用されるようになっています。フレキシブルなハイブリッド電子機器では、従来型電子機器の低コストや性能と、フレキシブル回路の容積やフォームファクターの利点を組み合わせて活用しています。 一部の組織は 将来の完全にフレキシブルな電子回路 を構想していますが、現在のところはハイブリッドで妥協する必要があります。フレキシブル ハイブリッド電子回路は、フレキシブルな基板に従来型のコンポーネントを実装するものです。従来型の電子機器コンポーネントは長年にわたり、コスト、速度、消費電力の点で高度に最適化が行われてきました。 フレキシブルなアナログ も多少存在しますが、比較すると性能的には見劣りするものです。また、十分に使用され実績のあるチップを使い慣れていることから、デバイスで簡単に使用できます。 しかし、リジッドPCBには多くの欠点があります。主な問題点は曲がらずに折れる傾向があること、サイズ、および動的な圧力を処理できないことです。フレキシブル基板にコンポーネントを取り付けることで、これらすべての問題を解決できます。言うまでもなくFHEは曲がるように作られており、一部のFHEは 200,000回もの曲げ耐性 があります。信頼性に加えて、折り曲げ可能な基板はフォームファクターも小さく、通常のPCBでは収まらないような領域にも折りたたんで収納可能です。 記事を読む
設計ドキュメントの主要なPCB設計要素の捕捉 設計ドキュメントの主要なPCB設計要素の捕捉 1 min Blog ハードウェア製造業スタートアップ企業 / エレクトロニクスプロトタイパー ハードウェア製造業スタートアップ企業 / エレクトロニクスプロトタイパー ハードウェア製造業スタートアップ企業 / エレクトロニクスプロトタイパー 設計ドキュメント作成のうち最も重要でありながら、多くの場合に回避される要素の1つは、正式な設計ドキュメントです。設計を完了し、製造、実装、検証ドキュメントを生成しただけで、業務が完了したとみなしてしまうことは珍しくありません。システム仕様、設計の意図、設計プロセス、仕様の追跡可能性を正しく捕捉することは、時間を要し、骨の折れる作業ですが、極めて重要です。設計ドキュメントでは、システムの設計のあらゆる側面を捕捉し、関連するすべての設計情報へ簡単にアクセスできる必要があります。しかし、製造や実装の図面に含まれない設計の詳細をどのように捕捉すればいいのでしょうか? 設計の全ての側面を設計ドキュメントに表現する あらゆる設計において、設計ドキュメントの作成は計画段階で開始し、仕様から始める必要があります。設計ドキュメントの対象である設計が、より大きなシステムのサブシステムである場合、システム全体の仕様を提示してから、システム全体からそのサブシステムまで、システムがどのように分割されるかの仕様を記載する必要があります。設計プロセス全体を通して、設計ドキュメントは生きたドキュメントとなり、設計プロセスにおいて、それぞれの部分の回路が設計され、実装されていきます。 設計の仕様段階は、時間や予算の制約のために多くの場合見逃されたり、回避されたりする部分です。そこで、仕様を正しく開発するため、前もって時間とリソースを割り当てておくことが必要です。起動環境での作業に従事したことがあるなら、おそらくは仕様が不明瞭、またはまったく存在しない設計プロジェクトに直面したことがあり、この手法が危険であることを理解しているでしょう。仕様が存在しない、または固定されていない場合、その仕様に合わせて設計を行おうとすると、終わりのない開発のやり直しにはまり込むことになります。仕様の目的は、何を達成すべきかを明確にし、設計が完成したことを検証できるようにすることです。「もっと良いものを作れるはずだ」という考えから、プロジェクトが予算を超過し、スケジュールが遅延することは珍しくありません。このような結果が起きるのは、最初の時点で仕様を明確に決定しておかないことが主な原因です。 設計ドキュメントにおいて対象としているデバイスの仕様は、より大きなシステムのサブシステムであることも珍しくありません。システム全体の仕様が提示され、その後で設計対象のデバイスに適用される部分のシステムの仕様が、論理的で整った形式で示されます。 仕様には次の内容を含める必要があります（これで全部とは限りません）。 機能（サブシステムがどのような動作を目的としているか） 動作環境（温度、湿度など） 他のサブシステムとのインターフェイス パワーバジェット 利用可能な電源電圧 機械的な制約: サイズ、重量、形状 衝撃や振動に関する要件 熱（利用できる冷却、放射熱の放出制約など） EMIの放射、伝導、および感受性 信頼性 仕様ステージ以後にも、設計フェーズが完了したことを判定するため、関連する設計情報を捕捉する必要のある他の分野が存在します。正式な設計ドキュメントの作成には時間を要しますが、回路図、製造図、実装図の範囲を超えて、設計の全ての側面を捕捉するためには不可欠なことです。 正式な設計ドキュメントに、その他に何を含めるべきかについては、無料のホワイトペーパー 「設計ドキュメントによる設計の捕捉」 記事を読む
超低電力の不揮発性メモリの誕生を予測させるスピン波技術の飛躍的な前進 超低電力の不揮発性メモリの誕生を予測させるスピン波技術の飛躍的な前進 1 min Thought Leadership 私の大学では、量子力学が必修須科目ではありませんでした。何かを真に「理解する」ことは不可能で、わかるのはその確率だけだ、というのが前提だったのです。私には少しばかげた考えのように思えました。その後、私は上級電磁気学と信号処理を学びましたが、意味のわからない膨大な量の数字に対処しなければなりませんでした。一部の学生がこの講義を選択してくれたのは本当にうれしいことです。現在の量子技術を飛躍的に進展させてくれているのは、彼らにほかならないのですから。最近、ある研究チームがスピントロニクス（スピン波エレクトロニクス）での発見を詳述した論文を発表しました。この発見によって、メモリなどの実際のスピントロニクス デバイスのための道が切り開かれるかもしれません。こうした記憶装置には、不揮発性や超低電力駆動といったいくつかの強みが備わることになるでしょう。これらの利点は、モノのインターネット（IoT）などの組み込みアプリケーションにとっては最適な選択肢になる可能性がありますが、フラッシュメモリにとっては手ごわい競合になるでしょう。 スピン波技術 最近の大躍進の話に進む前に、まずはスピン波技術がどういうものなのかを確認しておきましょう。その後で、研究者チームが発見した内容についてご紹介します。 従来の電子機器では、電子電荷を使って情報の保存と操作が行われます。 トランジスタには、電流を流すオンの状態と電流を流さないオフの状態 があります。スピントロニクスでも電子が利用されますが、情報は電荷特性ではなくスピンを使って 保存されます 。電子スピンにも2つの状態がありますが、これらは放射される小さな磁場を測定することで識別されます。この研究チームは、エレクトロニクスのベースをトランジスタからスピンに置き換える方法を見つけたのです。 最近、シンガポール国立大学のチームは、スピン波の分野を 飛躍的に進展させました。スピントロニクスの問題の1つは、異方性が原因で波信号の方向がバラバラになってしまうことのようですが、Adekunle Adeyeye教授が率いるこの研究チームは 新しい構造 を使って、同じ信号を複数の方向へ同時に伝搬させました。この構造では外部の磁場が必要ないため、実装がより簡単になります。チームは以前、外部の磁場がない状態で スピン波信号を送信、操作する方法を発見しました。これら2つの発見を組み合わせれば、スピントロニクス デバイスの誕生にさらに近づけるでしょう。 電子は次のトランジスタになるかもしれない スピントロニクスの強み 新しいからといって、それが必ず役に立つとは限りません。では、スピン波の技術は何を実現してくれるのでしょうか？ スピントロニクスにはメモリの応用に活用できる 記事を読む
高齢者向けのお洒落で機能的なウェアラブル テクノロジー 高齢者向けのお洒落で機能的なウェアラブル テクノロジー 1 min Blog 電気技術者 電気技術者 電気技術者 最近、スマートウォッチで年を確認したことがありますか? 2017年現在、私は若い人たちがウェアラブルを身に付けて歩き回っているのはよく見かけますが、年配の人が付けているのはあまり見かけません。これは、 アメリカ人が高齢化 し、さらに多くの人々が今後数年間に統計上の高齢者に加わることによる 新たな機会を示して います。年配の人たちは、若い人たちとは異なる理由でウェアラブルを必要としています。年配の人たちは、自分たちの安全を保ち、健康状態を監視してくれるデバイスを探し求めています。ただし、他の人たちと同じこともいくつか気にしています。具体的には外観と利便性です。現在市場に存在するデバイスのいくつかは、高齢者向けのウェアラブル テクノロジーがどのような外観であるべきかを的確に示しています。 高齢者を対象にする PCBおよび製品の設計者の大多数は高齢者ではないと考えていいでしょう。我々はまだそれほど年をとっていないため、高齢者の必要や要求を予測するのは多少困難です。ほとんどの人たちと同様に、高齢者も見た目と利便性については気にしています。また、ウェアラブルを使用して自分たちの健康状態を確認し、健康を保つことにも関心を持っています。 私の祖母は、見た目に気を使っています。アルツハイマー病にかかった後でさえ、祖母はほぼ毎日、きれいなシャツと宝石類を身につけています。高齢者は同様に、ウェアラブルの 外観が良いことも 望んでいます。シャツから大きなペンダントがはみ出しているようなものはお洒落ではなく、便利でもありません。若い人たちにとって使いやすさは長所ですが、必須ではありません。若い人たちはメニュー操作やリストのスクロールを簡単に扱えます。しかし、重度の関節炎を患った人にとっては、小さなタッチスクリーンの小さなボタンをクリックすることは 簡単ではありません 。高齢者向けのデバイスを設計するときは、高齢者の物理的な機能障害を考慮し、使いやすさを最優先にする必要があります。また、この巨大な市場に参入するには、外観の良さも求められます。 ウェアラブルがこのくらい見た目が良ければ申し分ないでしょう。 機能に関する限り、高齢者は歩数を数えることは考えていません。これらの人たちは、自分たちの健康上の問題点をトラッキングするために役立つデバイスを求めています。高齢者の90%以上は最低1つ、 77%は2つ以上 の慢性疾患を抱えています。ウェアラブルは、睡眠習慣、脈拍、ストレスレベルなどを記録し、これらの疾患の管理に役立つことが可能です。病気と関連して、転倒も高齢者にとっては大きな心配点です。高齢者にとっては腰の怪我が 死を意味する 場合もあるため、転倒を記録し、可能なら予防することが重要です。自社のデバイスが機能の点で他社のものを凌駕することを期待するなら、創造的になる必要があります。創造性からどのような製品が生み出されるか、いくつかの例を紹介しましょう。 記事を読む
IBMの5nmトランジスタにより可能になる、モノのインターネット、深層学習、その他のテクノロジー IBMの5nmトランジスタにより可能になる、モノのインターネット、深層学習、その他のテクノロジー 1 min Thought Leadership 私の曽祖母が生まれた頃、普通の人々はまだ馬と馬車で移動していました。彼女は人生の間に、ジェット機、コンピューター、宇宙船を見ることになりました。前世紀にはテクノロジーが急速に発達し、今世紀も同様に急速に発展することは間違いないでしょう。ムーアの法則は、進歩のペースについて1つの指標となってきました。多くの専門家が、ムーアの法則の終焉を予測したにもかかわらず、この法則は現在も続いています。エレクトロニクスの発展の最も新しい証拠は、IBMにおけるトランジスタのサイズの躍進です。IBMは最近、5nmのトランジスタの製造に成功しました。これによって、コンピューターの速度が大幅に増大し、電力の要件が低減するでしょう。この発見は、処理と電力の制限により、いくつかの新しい産業の発展が抑えられている時期にありました。この新しい種類のトランジスタにより、人工知能（AI）、モノのインターネット（IoT）、自律走行車などの新しいテクノロジーが可能になるでしょう。 5nmトランジスタ IBMは先週に発行されたブログ で、自社で新たに開発された5nmトランジスタのアーキテクチャーについて詳説しています。同社は現在の垂直方向のFinFET配置から離れ、水平方向の積層方式を採用することでこの革新を実現しました。この新しい配置により、チップ上のトランジスタの最大数は 200億から300億 にまで増大します。5nmトランジスタには、特に消費電力と処理速度において、現在のテクノロジーと比較して大きな利点が存在します。 あらゆる種類の業界で、低消費電力のチップが熱望されています。 IoTの爆発的な増大 に伴い、小さなバッテリーを使用して高度な計算を実行できるチップが、組み込みシステム用に要求されます。専門家たちは、これらの新しい5nmチップは今日行われている計算を、75%低い電力で実行できると予測しています。これは、携帯電話が 1回の充電で2 ～ 3日 動作することを意味します。 電力削減にそれほど興味がないなら、速度の増大に関心があるかもしれません。IBMのトランジスタは最大の能力で使用した場合、現在のプロセッサーよりも 40%高速 に計算を実行できます。このような計算能力があれば、機械学習や自動運転車などが現実的な可能性となります。 つまり、電力を75%削減するか、処理を40%高速化することを選択できます。このような利点が最も役立つ応用を見てみましょう。 IoTには、5nmチップのような低消費電力プロセッサーが必要です。 人工知能 1950年代にAlan 記事を読む