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77 GHz レーダー用自動車用PCB：ルーティングと信号整合性

77 GHz レーダー用オートモーティブレーダーPCB：ルーティングとシグナルインテグリティ 1 min Thought Leadership 最近の技術は急速に進化しており、自動車用レーダーは導入後間もなく、主に24 GHz近辺で動作していたものが、77 GHz波長へと移行しました。最近の規制変更により、77 GHzへの移行が可能となり、これには多くの利点があります。短い波長はより広い帯域幅を可能にし、より良い解像度、より小さいデバイスの形状、そしてより長い範囲を提供します。この帯域は偶然にも二原子酸素の2つの吸収帯の間に位置しており、24 GHz帯は水の吸収帯と重なっています。高い周波数の使用は、77 GHz波長レーダーモジュールの設計、シミュレーション、およびテストに一連の課題を生み出します。レーダーモジュール自体の設計に加えて、デバイスレイアウト、より小さい形状への統合、および車両内のより大きなエコシステムへの統合は、完全自動運転車への長い道のりでの設計上の課題です。長距離対短距離 77 GHz波長レーダー前回の投稿で説明したように、チャープされたGHzパルスは、レーダーシステムの視野内の複数のターゲットを識別するために使用されます。チャープパルスの使用により、参照オシレータからの信号に対するドップラーシフトとビート周波数を測定することで、複数のターゲットの速度と距離の検出が可能になります。位相配列アンテナ（3 Txおよび4 Rx SFPAs）の使用により、方向性の放射が可能となり、前述の2つの量とともに進入角を決定できます。自動車用途の77 GHz波長レーダーで使用されるアンテナアレイのジオメトリチャープ長（周波数範囲として測定）は、特定の自動車レーダーシステムの適用可能性の主要な決定要因です。長距離レーダー（LRR）は1 GHzの線形チャープパルス（76〜77 GHz）を使用し、高解像度短距離レーダー（SRR）は最大4

RF PCBで位相同期ループICをレイアウトする方法

RF PCBで位相同期ループICをレイアウトする方法 1 min Thought Leadership 通信システム、無線システム、および周波数合成が必要なその他のRFデバイスの一部として、位相同期ループはPCB設計において重要な役割を果たします。高周波トランシーバーや高速デジタルデバイスには、安定した内部制御可能なクロック信号を提供する統合VCOレイアウトとともに、統合された位相同期ループが含まれています。しかし、一部のPLL ICは、パッケージ内に統合VCOレイアウトを含む、個別のICとして利用可能です。合計すると、PLLはRF PCB設計において、復調、位相ノイズの除去、周波数合成におけるクリーンな波形の提供など、いくつかの重要なタスクを可能にします。 PCB内の位相同期ループは、他のRF PCBと同様に、寄生効果の影響を受ける可能性があり、設計者は個別の位相同期ループを使用している場合、賢明なレイアウト選択を行うべきです。位相同期ループの使用目的は何ですか？位相同期ループには、アナログ（RF）システムや、ボード全体で正確なクロックおよび信号同期が必要なシステムにおいて、いくつかの重要な機能があります。ここでは、位相同期ループの基本的な機能と、それらがRF PCBにおいて重要である理由をいくつか紹介します。フェーズノイズの除去：フェーズロックループは、電圧制御発振器（VCO）によって提供される基準と同期することで、基準信号からフェーズノイズを除去するためにも使用できます。過去には、これらのタスクにいくつかの別々のコンポーネントを使用していましたが、現在のフェーズロックループはVCOのレイアウトをICに統合しています。周波数合成：アナログまたはデジタルのフェーズロックループは、ある基準よりも高いまたは低い周波数での周波数合成にも使用できます。デジタル合成の観点からは、フェーズロックループを使用してデジタルパルスの繰り返し率を減少または増加させることができます。どちらの場合も、商用および実験用のフェーズロックループでGHzの10倍の振動/繰り返し率に達することができ、多くのRFアプリケーションをサポートできます。 FM信号の復調：フェーズロックループにFM信号が供給されると、VCOはその瞬時周波数を追跡します。ループフィルターステージ（下記参照）からの誤差電圧出力、つまりVCOを制御するものは、復調されたFM出力と等しくなります。低速/低周波数では、特定のドライバーの位相ノイズは通常、それを補償するために位相同期ループを利用する必要がないほど低いです。主な原因は、PCBレイアウトレベルで修正できる他の問題によるものです。位相同期ループの各コンポーネントの役割位相同期ループは、アナログアプリケーションではVCOからの負のフィードバックを使用し、デジタルアプリケーションでは数値制御オシレータ（NCO）を使用します。アナログアプリケーションでは、VCOまたはNCOからの出力周波数は、それぞれ入力電圧またはデジタル入力に依存します。いずれの場合も、PLLからの出力は、参照入力信号との位相差に比例します。位相差（そして出力）が時間とともに変化しない場合、その二つの信号は同じ周波数でロックされます。 RFシステムでは、アナログVCOからの出力は入力電圧に依存するため、参照クロック信号を変調するのに役立ちます。位相同期ループ内では、VCOはループフィルターを使用して特定の参照に効果的にロックします。アナログ位相同期ループでは、ループフィルターが所望の参照信号にロックするまでに時間がかかります（約100 nsに達します）。ループフィルターからの出力は、位相同期ループ内でも特別な位置を占めます。VCOを使用して所望のキャリア信号にロックする場合、周波数または位相変調信号は通常、位相同期ループのロック時間よりもはるかに速い速度で変調されます。この場合、ループフィルターは、参照とVCO信号の瞬時位相差に比例するエラー信号を出力します。変調された参照信号がキャリアとして位相同期ループに入力されると、このエラー信号は実際に復調された信号です。位相同期ループのブロック図位相同期ループのためのPCBレイアウト

なぜ、そしてどのようにして次の設計でアルミニウムPCB基板を使用するか

なぜ、そしてどのようにして次のスタックアップ設計にアルミニウムPCB基板を使用するか 1 min Thought Leadership アルミニウムは、ただのソーダ缶以上のものに使えます 30代になってからはあまりソーダを飲まなくなりましたが、コーラの缶を作る以外にもアルミニウムには多くの用途があることを知っています。その一つが、PCBのコアとしての熱管理のための材料としての使用です。アルミニウムは高い熱伝導率を持ち、他の受動的または能動的な冷却手段ではコンポーネントの温度を十分に低下させることができない場合に、PCB上のアクティブコンポーネントから熱を運び去るために使用することができます。熱管理のためのアルミニウムPCBの使用アクティブコンポーネントは大量の電力を消散させるため、CPUや大量のスイッチングトランジスタを持つ他のコンポーネントに冷却ファンを使用します。周囲温度が過度に高い場合、能動的な冷却手段は、基板の温度を周囲のレベルに近づけるためにのみ有効です。さらに、能動的な冷却で放散できる熱量には限界があります。これが、アクティブコンポーネントから熱を逃がすために追加の戦略が必要とされる場所です。アルミニウムは、PCBのコアに使用できる代替材料の一つであり、一般に誤って「アルミニウムPCB」と呼ばれることがあります。PCBの金属コアとしてアルミニウムを使用することで、その高い熱伝導率のおかげで、アクティブコンポーネントから熱を容易に逃がすことができます。アルミニウムまたは他の金属をPCBのコアに使用することで、熱がボード全体により均一に分散されます。これをFR4と比較すると、FR4はPCB基板用の代替材料の中でも比較的熱伝導率が低い方です。PCB上のアクティブコンポーネントの近くにホットスポットが形成されることがあり、熱を逃がし、温度を安全なレベルに保つためにアクティブおよびパッシブの冷却手段が使用されます。アクティブコンポーネントから発生する熱は、熱ビアやランドを使用して、コンポーネント層から内部のグラウンドまたは電源プレーンに運ばれることもあります。これを、PCB基板用の他の代替材料と比較して、比較的熱伝導率が低いFR4と対比してください。 PCBのホットスポットはアクティブコンポーネントの近くに形成される可能性があるため、熱を放散して温度を安全なレベルに下げるために、アクティブおよびパッシブ冷却手段を使用します。アクティブコンポーネントによって生成された熱は、熱ビアやランドを使用して、コンポーネント層から内部のグラウンドまたは電源プレーンに移動させることもできます。アルミニウムPCBスタックアップアルミニウムPCBを製造の観点から見ると奇妙な選択に思えるかもしれませんが、アルミニウムPCBで使用できるスタックアップは、FR4基板で使用できるスタックアップに似ています。以下の画像に示すスタックアップの例です：アルミニウムPCBの例示レイヤースタックアルミニウムPCBスタックアップは、以下の考慮事項で設計されるべきです：表面層：これは標準の銅箔層です。一部のメーカーは、FR4で使用されるよりも重い銅（最大10オンス）の使用を推奨します。誘電体層：内部の誘電体層は、プリプレグとして機能する任意の熱伝導性層です。これはポリマーやセラミック層であることができます。特に熱伝導率に対する電気伝導率の比率が高いセラミックを選択することで、熱管理を助けつつ十分な絶縁を提供します。誘電体層の典型的な厚さは0.05から0.2 mmです。アルミニウム膜層：アルミニウム膜層は、望ましくないエッチングからアルミニウムコアを保護する保護的な役割を果たします。これは非常に薄い絶縁層であり、コアを通してドリルされた任意のビア（下記参照）にとって重要な役割を果たします。

PDNにおけるデカップリング、インダクタンス、および抵抗の役割

PDNにおけるデカップリング、インダクタ、および抵抗の役割 1 min Thought Leadership RFデカップリングキャパシタの役割とは何ですか？私のPCBにデカップリング回路が必要ですか？一部の設計者は、電力分配ネットワークを設計する際に、デカップリング、インダクタンス、および抵抗の役割を見落とすことがあります。

多層PCB基板用のFR4代替材料の選択

多層基板用のPCB基板材料としてのFR4代替品の選択 1 min Thought Leadership PCB設計者

PCB設計者

PCB設計者

PCB設計者次の多層PCBにFR4を選ばなくても大丈夫です。他のPCB基板材料の選択についてもっと読む。

次の多層PCBでの非対称ストリップライン

次の多層PCBでの非対称ストリップライン 1 min Thought Leadership 芸術、科学、そして一般的に自然における対称性の美しさは、何か不思議なものがあります。絵画や図面の要素間の視覚的なバランスは、芸術作品の成否を左右することがあります。PCB設計は、工学であると同時に芸術でもあり、対称性は技術的な役割と同じくらい美的な役割を果たします。高周波同軸ケーブルや導波管の代替品としての謙虚な始まり以来、ストリップラインは多層RFおよびHDI PCB設計者の間で主要な存在です。これらの導体は、周囲の誘電体が放射を抑制し、分散補償を提供する多層PCBの内層に密接に配置することができます。ロバート・バレットに感謝します！対称対非対称ストリップライン配置対称ストリップラインは、埋め込まれたマイクロストリップの次に単純な埋め込みトレース配置です。マイクロストリップや埋め込みマイクロストリップトレースとは対照的に、ストリップライントレースはPCBボード層に埋め込まれ、トレースの上下には固体の銅グラウンドプレーンが配置されます。多層PCBの内層には通常、ストリップライントレースが含まれています。これらのトレースはグラウンドプレーンの間に埋め込まれているため、特に望ましい EMI耐性を持ち、PCB上の他のコンポーネントはストリップラインによって生成されるEMIの影響を受けません。対称ストリップラインとは対照的に、非対称ストリップラインは基板の中央に埋め込まれていません。非対称ストリップラインは、周囲のグラウンドプレーンの一方に近い位置に配置されます。非対称ストリップラインを使用して信号をルーティングする場合、より近いグラウンドプレーンをストリップラインの参照として使用する必要があります。これにより、グラウンドプレーンにより強いリターン信号が誘導されることが保証されます。より複雑な配置では、ストリップラインを単一層内の導体のカップルされた並列ペアとして配置することができます。このエッジカップル配置では、同じ層にトレースのペアを同じグラウンドプレーン間の距離で配置します。この配置により、特定の層内で差動ペアのルーティングが可能になります。より興味深い配置は、ボードカップル配置を使用することです。ここでは、2つの非対称ストリップラインが対称配置で互いの上に積み重ねられます。これには、積み重ねられたストリップラインを収容するためにより厚い基板が必要になるかもしれませんが、横方向の基板スペースを節約し、2つのグラウンドプレーン間のより高い相互接続密度を実現します。この配置は、2つのストリップラインが並列であるため、差動ペアのルーティングにも使用できます。緑色の多層PCB上のマイクロストリップとビアの相互接続複数の計算機、複数の値すべての可能なトレース配置に対するインピーダンス方程式をすべて暗記していなくても恥ずかしいことはありません。ストリップライン配置のためのインピーダンス計算機をインターネットで探している場合、結果をよく見て、他の計算機の結果と比較する必要があります。また、さまざまな計算機で使用されている方程式を比較することも重要です。単一の非対称ストリップラインのインピーダンスを計算する方法はいくつかあります。一部の計算機は対数関数の差を使用し、別の計算機は幾何学的パラメータの数に対して約6次の依存性を持つべき乗関数を使用し、インターネット検索を通じて見つけることができる他の公式も間違いなく存在します。これらの計算機は、ストリップライン配置を定義する構造パラメータによって、大きく異なる結果を生み出すことがあります。異なる2つの計算機は、5から10オームの差を生じさせることがあります。真のインピーダンス値は、これらの値の間のどこかにある可能性が高いです。これは、PCBでのインピーダンスマッチングに大きな問題を引き起こします。高速または高周波信号を扱う際、5オームのインピーダンス不一致は、特定の周波数で共振によるリンギングなどの問題を引き起こすのに十分な影響を与えます。高周波信号では、伝送線上の共振は大きな放射を引き起こします。非対称ストリップラインでは、これがHDIボードで問題を生じさせる可能性があります。幸いなことに、周囲の誘電体のため、ルーティング密度が低いボードはこのEMIの影響を受けません。インピーダンス計算機を使用する際に生じうるこれらの潜在的な問題を考慮すると、インピーダンスを決定するために数値シミュレーションを使用することが最善です。ほとんどの人はこのタイプのソフトウェアにアクセスできませんが、投資する価値はあります。代わりに、別の設計戦略を検討してリンギングを防止または抑制することを考えてください。パラメータ変調と差動ペア

コンポーネントの選択を容易にするためのライブラリ検索機能

コンポーネントの選択を容易にするためのライブラリ検索機能 1 min Thought Leadership コンポーネントは、基板を機能させるのに不可欠な要素です。コンポーネントライブラリには、利用可能なコンポーネントに関する全ての情報が1つの場所に含まれているため、コンポーネントライブラリを使うことで、簡単にコンポーネントを基板に追加し、シミュレーションおよびルールチェック機能でコンポーネント情報を使うことができます。他の設計ソフトウェアパッケージの多くでは、これらの機能を別のプログラムに分離しています。または、コンポーネントを検索し調達情報にアクセスするために外部のサードパーティー製ツールを使う必要があります。複数の独立したプログラムに頼るのでも、サードパーティーのサービスをワークフローに統合するのでもなく、設計およびコンポーネント選択ツールは1つの統合されたインターフェースに表示されるべきです。このようなツールを使えば、次の基板に必要なコンポーネントを簡単に検索および選択できる検索機能を使って広範なコンポーネントライブラリに簡単にアクセスできます。基板に必要な重要コンポーネントを検索するだけのために複数のプログラムを切り換える必要はありません。 Altium Designerのコンポーネントライブラリはコンポーネント検索および選択機能を備えているため、必要なコンポーネントを見つけ、基板に追加し、コンポーネント調達情報を部品表に含めるのは簡単です。設計の全ての側面が1つのプログラムに統合されているため、異なる機能の間で設計データを簡単にやり取りできます。ルール駆動型の設計エンジンと一貫性のあるデータ形式は、他の設計プログラムでは避けられないエラーを防ぎ、設計のあらゆる側面を追跡するのに役立ちます。回路図へのコンポーネントの追加基板を作成するには、最初に回路図を作成する必要があります。統合設計プラットフォームで設計する場合、回路図とレイアウト図の同期が維持されるようにその設計ツールは作られています。レイアウト図での変更は回路図に反映されます（逆も同様です）。このように重要な設計ドキュメントが同期されるため、同じ設計変更を手作業で2度行う必要はありません。Altium Designerはこれらの作業を全て簡単にします。コンポーネント選択は、回路図に必要なコンポーネントを検索することから始めます。必要なコンポーネントが見つかると、それらのコンポーネントを回路図に追加し、接続作業を開始できます。作業を進めるうちに、使用しているデバイスには別のコンポーネントの方がよりよい選択肢であることに気付く場合があります。その場合、代わりのコンポーネントを見つける必要があります。ここで、代わりのコンポーネントを見つけ、レイアウト図と回路図に簡単に追加するのに、コンポーネント検索および選択機能が役立ちます。基板を製造に払い出す準備ができたら、基板の部品表を作成します。手作業でこれを行う必要はありません。コンポーネントのリストを標準化された部品表にコンパイルし、各コンポーネントの調達情報をコンパイルできます。販売業者のWebサイトを検索し手作業でこの情報を追加する必要はありません。代わりに、回路図とレイアウト図に表示されたコンポーネントに基づいて設計ソフトウェアがこの情報を自動的にインポートします。 Altium Designerで開いた空の回路図にライブラリからコンポーネントを追加するのが次のステップです。外部の供給源から多数のコンポーネントライブラリをダウンロードした場合、コンポーネントにアクセスするにはそれらをインストールする必要があります。Altium Designerは画面の右側に[Libraries]タブを表示します。[Libraries…]ボタンをクリックするとインストール済みのライブラリが表示され、コンポーネントライブラリを追加できます。 [Libraries…]ボタンをクリックすると、以下のようなウィンドウが表示されます。複数のライブラリをインストールした後に、別のライブラリをプログラムに追加する必要がある場合、[Install…]ボタンをクリックすると、ハードディスク内を検索しAltium Designerに追加するライブラリを指定できます。1つのウィンドウから複数のライブラリを追加できることに注意します。 Altium Designerで提供しているライブラリビューワー作業を進め、「Freescale Microcontroller