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IEEE P370 高速インターコネクト標準 Thought Leadership Engineering News IEEE P370 標準 高速PCBインターコネクト用 信号整合性エンジニアは、50 GHzまでの相互接続を特性評価するためのIEEE P370標準に注意を払うべきです。
差動信号のための帯域幅要件 Thought Leadership シングルエンド信号と差動信号の帯域幅要件 この記事では、差動信号の利点と、それが実際の電子製品でどのように機能するかについての概要を提供します。
2層のPCBのGNDプレーン Thought Leadership 2層のPCBのGNDプレーン 私が若くてハングリーな大学院生だった頃、最初に設計したPCBは、いくつかのセンサーからアナログ信号を収集するためのものでした。測定結果の電圧グラフを見ると、ノイズレベルがひどく、測定しようとしていた信号が完全にマスクされていました。私がすぐに気付いたのは、GNDプレーン接続で完全に失敗し、GNDループによって信号が歪められているということでした。 GNDプレーンの配置とGND接続の配線は、2つ以上のレイヤを持つPCBの設計において最も重要な手順の1つです。これらを正しく行うことで、EMI、クロストーク、GNDループを抑制できます。これらのノイズ源は信号の整合性を劣化させますが、GNDプレーンを正しい手法で設計すると、デバイスの最大性能を保証できます。 それでは、GNDプレーンはどこに配置するべきでしょうか? PCB設計を始めたばかりの人は、GNDプレーン、EMI、配線などの用語をよく耳にすると思います。最初に設計するPCBは、おそらく2層の基板でしょう。これらの用語は確かに簡単に定義できますが、これらを全て組み合わせ、高品質のPCBを設計するにはどうすればいいのでしょうか? 2層のPCBでは、GNDプレーンは一般に基板の最下位レイヤで、信号のトレースと部品は最上位レイヤに配置されます。リターントレースを基板に配置し、各トレンドを電源のGNDリードに送る代わりに、信号をGNDプレーンに配線するほうが便利です。 これには、いくつかの理由があります。まず、リターン信号がGNDプレーンを通過する場合、リターン信号は対応する信号トレースと可能な限り近くを通るようにします。これにより、電気的信号を含む回路のループ領域が最小化されます。信号トレースとリターンとの間の距離が小さければ、回路ループはEMIやクロストークの影響を受けにくくなります。 正しい配線手法によりEMIを防止する 最大の性能を実現するGNDプレーンの設計 PCBレイアウトのGNDプレーンを配置するときは、トレースと電子部品の場所に注意する必要があります。一部の設計者は、最下位レイヤの全体にGNDプレーンを配置してから、電子部品を含む部分だけ削除する方法を使う傾向があります。この方法では、GNDプレーンで電子部品の周囲に伝導性のリングが形成され、問題を引き起こすことがあります。 この場合に引き起こされる問題は、GNDプレーンが部品の周囲にリングを形成すると、GNDプレーン自体が EMI干渉を受けやすくなることです。GNDプレーンに閉じた伝導性のリングが存在すると、コイルの働きをし、外部の磁場によってGNDプレーン内に電流が発生します。この電流はGNDループと呼ばれ、PCBの他の部分に過剰なノイズを引き起こすことがあります。 これは、レイアウト段階で留意しておくべき重要な問題です。部品の配置とトレースの配線には独創性が必要です。部品間のトレースが可能な限り短くなるよう、部品の配置を考えてください。トレースの配置を計画してから、それらのトレースの完全に下になるようGNDプレーンを配置します。 トレースの下にGNDプレーンを配置するとき、一部のトレースをカバーするために、GNDプレーンにどうしてもリングが形成されることがあります。このような場合、正しいレイアウトが得られるまで、基板上でトレースと部品を移動する必要があります。これには多少の時間が必要ですが、労力に十分に見合う効果が得られます。 正しい配線手法によりEMIを防止する 最後の手順では、スルーホールビアを使用してトレースをGNDプレーンに戻す必要があります。最上位レイヤからGNDプレーンへ多くのクイック接続を直接作成したくなるかもしれません。しかし、GNDプレーンへの複数の接続を作成すると、各ビアに電圧の差分が発生し、GNDループが形成されます。全てのトレースを単一のビアでGNDプレーンに接続するほうが適切な方法です。 2のPCBで複数のGNDプレーンを使用する 前に述べたトレース配線とGNDリングの問題があるため、PCBレイアウトで複数のGNDプレーンを使用するほうがよい結果になることもあります。これにより、配線と部品の配置が簡単になります。これは、ほとんどの 多層PCB設計で一般的な方法です。 複数のGNDプレーンを使用する場合、互いにデイジーチェーン接続しないよう注意します。GNDプレーンがデイジーチェーン接続し、リターン場所を各プレーンに接続すると、単一のGNDプレーンの異なる場所にトレースの複数のリターンを配置するのと同じことになります。 スター型トポロジーを使用し、各GNDプレーンを別々に電源に接続するほうが適切な方法です。これにより、GNDプレーンは互いに絶縁され、GNDループが回避されます。
階層回路設計はPCB回路図のレイアウトにどう役立つのか Thought Leadership 階層回路設計はPCB回路図のレイアウトにどう役立つのか 皆さんが働いている会社の構造は、組織図で明確にされていますか? だとすれば、階層構造がいかに便利なのかをご存知でしょう。誰が誰の部下で、どの部門が上下関係にあるか、といったことを把握していれば、特定の質問や仕事について誰と話をすればよいのかがわかります。一方で会社にそういった組織構造がない場合は、たくさんの混乱を招きかねません。 PCB設計の回路図の組織は会社の組織と似ています。小さな回路図であれば、1つや2つのシートに表示して簡単に作業できます。ただし、複数のシートで構成される回路図になると、異なるシートに分散した部品や機能を見つけるのが困難になることがあります。会社の構造を示す組織図と同じように、階層回路図では設計の構造が組織化されて表示されます。 階層回路図のレイアウトがもたらす利点は莫大になる可能性があります。そこで、回路図を階層化して設計に役立てるさまざまな方法をご紹介します。その前にまず、階層回路図がどのようなもので、CADシステムでどう機能するのかについて確認しておきましょう。 典型的なPCBの回路図 階層回路設計とは 階層回路設計（ブロック設計）では、異なる回路図の設計がメインデザインのトップシートにブロックシンボルで表示されます。大規模な設計では、ブロックシンボルのあるトップシートが複数になる場合もあります。一部のケースでは、トップシートのブロックシンボルが、ブロックシンボルの追加された 別のシートを示すこともあります。 トップシートのそれぞれのブロックシンボルは、回路図を表します。このよい例は、電源のあるプロセッサーの回路図でしょう。電源のブロックシンボルはプロセッサーデザインのトップシート上にあり、その電源の回路図を表しています。ブロックシンボルを選択して開くと、電源の回路図が表示されます。 階層回路図の作成と管理 設計で回路図の階層ブロックを作成するには2つの方法があります。 新しいブロックシンボルから子デザインを作成する: トップシートにブロックシンボルを作成し、そのブロックシンボルから新しい設計を開始します。このデザインは個別の回路図として保存されますが、新しい回路図はブロックシンボルによってメインデザインに組み込まれます。 既存のデザインをメインデザインに取り込む: 既存の回路図を取り込んで、メインデザインのトップシートに作成したブロックシンボルと関連付けます。 個別の回路図が組み込まれると、回路図エディターでデータの不一致が管理されます。もう一度プロセッサーデザインを例にしてみましょう。電源は個別の回路図ですが、そのブロックシンボルは、メインデザインの一部になっているプロセッサーの回路図に取り込まれます。また、すべてのネット名とデジグネータが一致するように管理されます。 階層は回路図レイアウトの整理に役立つ 階層回路図のレイアウトはどう役立つのか 階層回路図では、トップシートで設計のシステムレベルの機能を表示し、個々のブロックシンボルからそれぞれの機能領域へと降りていくことができます。これは工学技術者、テスト技術者、現場技術者が活用できる、回路図を整理するために極めて有益なツールです。また、階層回路図には下記の利点もあります。 回路の同一ブロックの作業負荷が軽減されます。たとえば、8つのチャンネルのデザインに対して、回路で同じ8つのチャンネルを作成する必要がなくなります。つまり、チャンネルの回路の回路図を一つ作成し、同じチャンネルのデザインに紐づく8つのブロックシンボルを配置するだけで済みます。また、回路図エディターでネットとリファレンスの名前が変更され、それらの不一致が解消されます。
プリント基板製造プロセスにおけるガーバーファイルとは？ Thought Leadership プリント基板製造プロセスにおけるガーバーファイルとは？ ごちそう、セーター、それと歓声はさておき、ホリデーパーティーで 本当に一番大事な要素は何でしょう？もちろん、写真を撮ることですよね。そこで私は、ホリデーパーティーの準備をしている時に、携帯電話よりも質の高い写真を撮ろうとHDカメラを取り出しました。しかしカメラを取り出した時、以前に使用して以来、実にどれほどの時間が経っているのか気づいたのです。それに、しばらく使用していないテクノロジーと同じように、画像ファイルをどうやってコンピュータに転送したらいいかをすっかり忘れてしまっていました。 横に隠れたUSBポートが付いていることをすぐに思い出しましたが、おかしな考えが浮かびました。プロセスのバックエンドを理解することなくプリント基板設計の世界に関わっている人のことを想像したのです。CADシステム内のこれらのパッドとトレースは全て、何らかの方法でプリント回路基板に変換する必要があります。私が撮影しようとしていた写真へのアクセス方法を思い出せなかったのと同じように、設計データを製造業者に送ることに何が関わっているのかを理解していない人は、何人ぐらいいるのでしょうか。 設計データを製造業者に渡す最も一般的な方法は、「ガーバー」と呼ばれるファイル形式を使用することです。ホリデーパーティーの最初の数時間をどのように過ごすのか、去年のパーティーのおふざけを回想するのと同じ具合に、ガーバーファイルはちょっとした背景知識があると最適です。ガーバーファイルの由来を知ることで、それがどのように成長してきたか、また将来どのようになるのかについての理解が深まります。そのプロセスと発展を理解した後には、製造業者と設計チームの橋渡し役となるための最適な準備が整っていることでしょう。 プリント基板製造プロセスの最初のステップである、ガーバーファイル CADシステムでプリント回路基板を設計すると、様々なスタイルの線や形状で表される回路基板の金属が表示されます。これらのグラフィック画像は何とかして、基板製造業者が回路基板の作成に使用できるデータに再フォーマットする必要があります。これが、ガーバーファイルの仕事です。 ガーバーファイルは、 4つの要素で構成されているASCII テキストファイルです: 構成パラメータ アパーチャ定義 ドローコマンドとフラッシュコマンドのXY座標値 ドローコマンドコードとフラッシュコマンドコード ほとんどのプリント基板CADシステムは、設計データからガーバーファイルを生成する機能を備えています。スルーホールピンの丸パッドは、いくつかの位置座標と共に、フラッシュコマンドによってガーバーファイル内で表されます。クロックライントレースは、トレースの各頂点に対する一連の座標置と共に、ドローコマンドコードによって表されます。 これらのコマンドコードの理由は、フィルム上に基板レイヤーを作成するプロッタを駆動するように、元々ガーバーファイルが設計されていたためです。このフォトプロッタは、ランプまたはレーザーからの光を使用してフィルムを露光し、それを使用してPCB製造者が必要とするツーリングを作成します。その種々のコードは、光を点滅させるか、光で描写するか、光なしで移動するかのどれかです。また、アパーチャとして知られている光のサイズと形状を決定するためのコードもあります。従来のフォトプロッタは今日もまだ広くつかされていますが、ガーバー情報が回路基板材料上に直接画像化される レーザ直接描画（LDI）技術によって、取って代わられ始めています。 ガーバーファイルによってプリント基板CADシステムから データを取り出し、製造業者に手渡す ガーバーファイルの過去、現在、そして未来 元々のガーバーファイルは、RS-274-Dフォーマットとして知られていました。初期のファイルは、XY座標位置とドロー＆フラッシュコマンドのみで構成されていました。基板設計者は、ガーバーファイルの作成プロセス中、手動でアパーチャコードを割り当てる必要がありました。その後、全てのアパーチャデータを構成パラメータと共に個別のファイルに抽出しました。正確なガーバーファイルを作成するには、正確なコードの割り当てに入念に取り組む必要がありました。
PCB試験 Thought Leadership PCB試験101：重要な方法と評価指標 PCB試験は、ファブリケーション、アセンブリおよび基板の立ち上げ時に行う必要があります。ここでは、試験および検査中に成功する計画を立てる方法を説明します。