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3D PCB設計はなぜ必要なのか? 設計者にとってどう役立つのか?

3D PCB設計はなぜ必要なのか? 設計者にとってどう役立つのか? 1 min Thought Leadership 先日、幼い男の子を肩車しながらあやしている若い父親を見かけました。父親にしっかりと支えられた男の子は、父親の顔を別の角度から見ようとして体を横に動かそうとしています。愛くるしい男の子はようやく父親の顔を左側から覗きこむことができました。そして、父親の髪をもてあそんだかと思うと、また右側に体を戻したのです。そんな微笑ましい瞬間を楽しく観察していましたが、それと同時に重要なことを思い出しました。男の子は父親の顔をなんとかして違う角度から見ようと、何度も視点を変えました。PCB設計者の私たちも同じように、設計をできるだけ多くの視点から確認したいと考えます。これまでは2DのCAD環境で作業するしかありませんでしたが、現在は3Dの設計環境が利用できるようになってきました。こうしたツールを使って設計を進めない手はないでしょう。 PCB設計を3D環境で進めることには多くの利点がある 3Dの利点と従来の2Dでの設計私は、ディスプレイ装置を作っている会社でPCB設計者としてのキャリアをスタートさせました。当時はUNIXベースのCADシステムを使っていましたが、作業は2D環境に制限されていました。私が初めて手掛けた設計は、機構CADグループが3Dでレンダリングしてくれました。それは、ブロックの形状だけが表示されている単純なものでしたが、3Dで見る設計には目を見張りました。そんな風に設計を見たのは初めてのことでしたが、今でもその瞬間をはっきりと覚えています。3D環境での作業には、PCB設計者にとってたくさんの利点があります。その一部をご紹介しましょう。 3Dコンポーネントフットプリント: 3Dで表示された設計を初めて見たとき、装置のケースから大きな電解コンデンサーが飛び出していることに気付きました。これはDRCで検出されるはずのものでしたが、どういうわけかチェックをパスしていたのです。そのため、装置の後端が犬の尻尾のように垂れているのを見たときは本当に驚きました。現在のCADシステムでは、こうした問題を検出するためのDRCが標準的な機能になっています。3Dでの作業が可能な今であれば、コンポーネントの寸法についてのフィードバックもリアルタイムで入手できます。レイヤー構造の可視化: 回路基板のレイヤー構造を3Dで正確に表示できるのは非常に有益です。画像を傾けたり、回転させたり、パンやズームを行ったりして、ビアスタックの状態や周辺の他のオブジェクトとの接続などを正確に確認できます。 3Dでの編集機能: デザインの3D表示は容易で、3Dモードではレイアウトの編集も可能です。回路基板のスタックアップの昇順や降順をインタラクティブに切り替えて、部品の移動、配線の押しのけ、別のレイヤでの配線を行うことができます。 MCADとECADの連携: 3D CADシステムでは、装置のケースなどの設計にメカニカルオブジェクトを追加することもできます。この機能を活用すれば、ケースに関連する3Dのコンポーネントや他のメカニカルオブジェクトを表示して、これらの要素を対象とする3Dクリアランスチェックを実行できます。フレキシブル回路 : 3D環境での作業のもう1つの利点は、

複数のデザイン構成にPCB実装バリアントを使用すべき理由

複数のデザイン構成にPCB実装バリアントを使用すべき理由 1 min Thought Leadership 何年も前、筆者は既存の基板からコピーしたデザインを扱っていましたが、問題が1つありました。レイアウト上のいくつかの回路が、技術者が作成した回路図の回路と一致しませんでした。これによって多くの混乱が生じました。最終的には、設計が承認されて製造部門に送られた後で基板に加えられた編集が問題だったことが判明しました。実装バリアントを作成したことで、回路図との同期が失われたと同時に、基板に不用意な変更が行われたのです。手作業で実装バリアントを管理しようとした場合、このような問題が忍び寄ってくる可能性があります。これにより、設計が遅れたり、さらに悪いことには、発覚していないエラーのため不良基板が製造されるかもしれません。 PCB実装バリアントとその必要性同じ基板を、複数用途のため、実装時に異なる構成にできるよう回路基板を設計することは一般的です。これらの異なる構成は実装バリアントとして知られています。例えば、異なる電圧で動作させることができるよう電源供給を設計するケースがあります。どの部品を使用するか、使用しないか、あるいは変更するかを変えることで、実装時に異なるバージョンの電源供給基板を作成する方法が決まります。実装バリアント用の回路基板を設計する場合、金属の電気回路構成要素（パッド、トレース、領域フィルなど）が、提案された全ての構成で機能するようレイアウトされることが重要です。このように、異なる構成が全て、未加工の同一基板設計から作成可能です。これにより、設計者の作業負荷を減らすだけでなく、基板製造と在庫の費用を減らすことができます。各PCB実装バリアントにはドキュメントが必要です手作業による実装バリアントの作成とドキュメント化従来、PCB設計者は、複数のバリアントを扱う場合、各基板の実装構成に対応するため、別々のデザインデータベースを作成する必要がありました。これは、各実装に専用のドキュメントが必要だからです。ただし、この方法でも設計エラーが生じる可能性がありました。各デザインデータベースは、未加工の基板設計を含んでいるので、全てのバリアントデータベースにコピーされます。未加工の基板設計のマスターコピーを1つ持つことは優れた設計慣習ですが、そのマスターコピーが各バリアントのコピーに含まれる場合は問題が生じる可能性があります。これは、たとえ偶然でも、未加工の設計がいずれかのバリアントコピーで変更された場合、未加工の基板設計の異なるコピーが作成されることになります。こうなると、どれが正しいマスターコピーか分らなくなる可能性があります。未加工の基板が全ての異なる実装バリアントの基本デザインである場合、これは問題です。何年も前に経験済みですが、変更の結果、回路図とのリンクが切断された場合、状況はさらに悪化します。最終的には、これらの潜在的な問題と、同じデザインデータベースでの複数コピーの管理は、作業負荷を増やします。未加工の基板が意図的に変更されるたびに、各バリアントデータベースに編集内容をコピーする必要があります。これは、時間のかかる作業であり、データベース間でデザインの一貫性を確実に保つために高い集中力が求められます。 PCB実装バリアントにより、同じ基板を異なる用途のために構成できます。バリアント管理ツールによるプロセスの簡素化 CADアプリケーションのバリアント管理ツールは、1つの基本データベース内で全ての作業を行えるようにすることで、異なる実装バリアントの作成と管理のプロセスを簡素化します。バリアントを作成する際、特定部品を使用する、使用しない、あるいは値を変更するなどを指定することができます。また、バリアント管理ツールにより、実装図面などの出力や部品表を変更して、変更された部品の状態を反映できます。

電子機器のアクティブ冷却技法の比較

電子機器のアクティブ冷却技法の比較 1 min Thought Leadership 電子機器にとって、冷却は極めて重要です。私がこれを痛感したのは、使っているノートパソコンのマザーボードが溶けたときでした。私は2010年に、グラフィックを多用するビデオゲームを試すため、当時最新のコンピューターを購入しました。その機械は非常に優れたグラフィックカードが搭載されていましたが、熱管理システムが小さすぎました。ゲームを遊び始めたとき、キーボードが触れないほど熱くなったことで、問題があると気付くべきでした。その直後、私のコンピューターは動かなくなりました。コンピューターを修理店に持って行ったところ、内部で何かが溶けていると告げられました。幸い保証期間内だったので、修理代は製造業者持ちでした。もしもこのコンピューターの設計に、もっと強力な冷却システムが組み込まれていたら、この事故は最初から避けられたかもしれません。機械が溶けてしまうような設計をしたくない場合、回路を常に適切に冷却できるよう、各種の冷却技法を検討するのがいいでしょう。選択肢として、ファン、イオン風発生器、圧電性ふいごなどがあります。それぞれの熱管理プロセスには長所と短所があり、アプリケーションに最適な方式を決定するために役立ちます。最適な冷却基板が燃えることを防ぐだけでなく、最適な方法で冷却を行うべきでしょう。組み込みシステムや、その他の低消費電力アプリケーションを設計するときは、最も効率的な冷却システムが必要です。また、冷却プロセスが多くの領域を占めたり、多くのメンテナンスを必要としたりするのも望ましくありません。このため、それぞれのシステムの消費電力、サイズ、メンテナンスについて以下で解説します。この冷却システムはお勧めしません。ファン私のノートパソコンが溶けてしまった後で、修理店は発熱を減らすため、グラフィックカードを性能の低いものに交換しました。しかし、依然として私のコンピューターでは過熱状態が発生しました。そこで私は、コンピューターがオンのときにはデスク用のファンを横に置くことにしました。コンピューターに内蔵されるファンについて解説しましょう。消費電力 - ファンは単純で、初期投資が安価なため、アクティブ冷却方式として最も一般的なものです。しかし、ファンは比較的多くの電力を消費します。低消費電力のPCBを設計する場合、普通のファンによる冷却はお勧めしません。ただし、この規則についてはいくつかの例外、例えばSandia Laboratoriesの Sandia Cooler などがあります。このファンは非常に効率が高く、通常のファンと比べて消費電力を最大 7%削減できます。サイズ - サイズの小さい冷却方式が必要な場合、ファンは適していません。ファンは外形が大きく、取り付け用のフレームやモーターも必要となるため、比較的大型の回路用の手法です。メンテナンス -

WS2812B LEDの設定とインターフェイスの方法

WS2812B LEDの設定とインターフェイスの方法 1 min Thought Leadership 笑いたい気分ですか? こんな話があります。私は数十年の経験を持つ設計技術者ですが、最近のLEDプロジェクトでほとんど絶望しそうになました。私はLEDというものが、制限用の抵抗と電源に接続された発光ダイオードと同様に単純なものだと思っていました。違うでしょうか? 数年前に私がアーキテクチャモデルの照明プロジェクトに従事していたとき、まさにそう考えていました。このプロジェクトでは、ビルディングと周囲をWS2812B LEDで照らすことになっていました。これは、その当時では新しく、一般的なタイプの統合LEDでした。しかし、従来のLEDとは異なり、このLEDを動作させるのは単に電源をオンにするだけでは終わりませんでした。これは、LEDが独自の方法でマイクロコントローラーと接続されるためです。マイクロコントローラーとLEDとの間の通信インターフェイスは単線式ですが、標準のUART シリアルインターフェイスとは異なり、厳密なタイミングが要求されます。リアルタイムプロセッサーを使用してLEDの実行を望む私たちのようなナードの興味を引く以外に、WS2812B LEDは大量の赤、緑、青（RGB） LEDを必要とするプロジェクトに有用です。WS2812B LEDには、ストリップ内のLEDの数にかかわらず、接点が3つしかないため、配線が複雑化することを避けられます。 WS2812Bと従来型LEDとの相違点私たちのような電子設計者にとって、 LEDという単語は多くの場合、回路図のダイオードのシンボルを想起させます。このシンボルにはいくつかの矢印があり、それが発光ダイオードであることを示します。電子回路の設計において、ほとんどの技術者はアノードとカソードの接続を持つデュアルピンのLEDを使い慣れています。組み込みシステムの設計において、これらのLEDは簡単に制御でき、多くの場合に視覚的なインジケータとして使用されます。しかし、WS2812Bは一般的なLEDとは異なります。これはRGB LEDで、単一の5050フォームファクタ内で、インテリジェントな制御チップと統合されています。単一ラインでの伝送プロトコルを対応し、LEDのRGB値を制御するため、クロックやデータ信号が最低で毎秒400kbitの速度でWS2812Bへ送信されます。WS2812Bは、LEDの「データ出力」ピンを別のLEDの「データ入力」ピンへ接続することにより、カスケード接続できます。このため、WS2812Bを点灯するのは、LEDを5VのDC電源へ接続するだけでは終わりません。これを行っても何も起こりません。WS2812B LEDを動作させるには、コントローラーからWS2812B LEDへ有効なコマンドを送信する必要があります。WS2812B LEDの色を変えるのはコマンド1つだけで実行できますが、データパケットを送信するのが複雑です。時間固有のインターフェイスを使用しているため、ロジック0とロジック1のコマンドは対応する方形波パルス長により定義されます。このチュートリアルでは、各パルスの対応する長さについて、視覚的な例で示します。これに対して、従来型のRGB LEDは一定のパルス幅変調（PWM）信号を送ることで、輝度と色を維持します。クロック信号のデータパラメーターを変調する必要から、十分なコーディング能力と、マイクロコントローラーへの理解が必要となります。ストリップ上の複数のLEDに適用するときは、問題がいっそう複雑になります。参考までに、標準的なWS2812B

Intelは、オリンピックで未来の電子通信技術を披露します

Intelは、オリンピックで未来の電子通信技術を披露します 1 min Thought Leadership 編集クレジット: lazyllama / Shutterstock.com 私は、オリンピック観戦が大好きです。各国代表の一流アスリートがお互いに自身のスキルを試す姿は実にエキサイティングです。また、オリンピックは、開催国が自国の手腕を発揮するフォーラムでもあります。2018年のオリンピックで注目を集めるのは参加国ばかりではありません。先日、Intelがオリンピック委員会（IOC）とパートナーシップを結んだことを発表しました。これにより、Intelは、同社の優れた最新技術を公開できるようになります。公開される主な先進技術は、5Gと機械学習です。多くのハイテク企業が現在これらの技術開発でしのぎを削っています。2018年のオリンピックは、自動運転車、スマートシティー、モノのインターネット（IoT）などを実現するシステムにおける金メダリストの地位を確立する機会をIntelに与えます。 5G Michael Phelpsが北京でいくつもの世界記録を更新した年を、私は決して忘れないでしょう。誰かが人類の速さの限界に近づくのを目にすることは、本当にワクワクします。とはいえ、Intelの5Gへの期待と比較すると、世界記録に関する私の興奮は冷めてしまいます。5Gは、2018年に利用が開始されることになっており、Intelは、5G技術のデモンストレーションとしてオリンピック競技会を活用することを計画しています。実際のところ、デモンストレーションは、Intelのパートナーシップ契約の発表とともに始まりました。Intelは、契約発表のライブ配信に、同社の 28GHz帯の実験基地局を使用しました。Intelは、この基地局が現在最高3Gbpsの速度を達成できると主張しています。このレベルの速度は、自動運転車やスマートシティーを可能にします。自動運転車は、周囲の自動車に接続するため、5Gの速度が必要になります。また自動運転車は、クラウドベースの機械学習

社内で放射電解強度の事前準拠テストを実行する方法

社内で放射電解強度の事前準拠テストを実行する方法 1 min Thought Leadership 素敵な瞬間が臭いによって台無しになった、そういう経験をお持ちでしょうか? かつて、少し前から気になっていた女性とデートをしました。全ては順調に運び、デートの最後に私は彼女を家まで送って行きました。彼女にキスしようとして身をかがめると……、口臭予防のミントキャンディを1粒渡され、おやすみのハグをされました。自分は良い雰囲気を出していると思っていても、実際には別のものが出ているということはよくあります。ワイヤレス回路にも同じことが言えます。設計とテストを行って、基板をEMCラボに送ったところ、基板からまるでニンニク臭のような電子的放射が出ていることが判明した、というような場合です。社内で事前準拠テストを実行すると、このような面目ない却下を避けることができます。機器に多少の費用がかかりますが、それによって何度もやり直さずに済みます。必要な機器が揃ったら、その使用法を学び、出力を読み取ります。幸い、スペクトラムデータは女性より理解しやすいものです。事前準拠テストの利点外出するとき、デオドラント剤を使い忘れることがあります。そして、日中の臭いチェックでそのミスに気付き、家に戻ってデオドラント剤をつける羽目になります。今では、家を出る前に臭いチェックをしています。事前準拠はこの朝の臭いチェックのようなもので、ふりだしに戻ることを防いでくれます。製品を市場へ送り出す過程において、これによって多くの時間とコストを節約できます。製造サイクルの終わりが近づくと、物事が混乱をきわめていく傾向があります。ここでEMI準拠に失敗し、大きな修正が必要になる事態は最も避けたいことです。それだけでなく、テストラボは問題がどこにあるのかについて十分に示唆してくれないことがあり、この場合はさらに別のサイクルで問題の場所を推定し、チェックする必要があります。もし自分用の機器があれば、設計段階で社内で事前準拠チェックを行うことができます。これによって、最終検査が1回で合格する可能性を大幅に高めることができます。基板に対して準拠テストを繰り返し行うのは、時間とコストを必要とします。最終評価には、1回で5,000ドル以上が必要になることもあります。また、問題は設計フェーズの間に修正する方が、後からの修正よりもはるかにコストが低くなります。基板が最終化した後で解決策を探すよりも、 PCBを変更して問題を修正する方が安価に解決できます。事前準拠用の機器はそれなりに高価ですが、EMCチェックを2回も3回も行うよりは、はるかに安価です。複数の製品の開発を計画しているなら、社内で事前準拠を行えるようにするための投資は十分に引き合うものです。このデバイスではとてもFCCを突破できないだろう。必要な機器口臭を解決する方法は色々とありますが、放射電解強度のテストを行う方法はそれほど多くありません。絶対に必要な機器がいくつかあり、予算が潤沢なら揃えておいた方がいい機器もいくつかあります。ツールには最低3,000ドルの投資を予測してください。テストの場所（必須） - まず必要なのは、テストを行うための場所です。専門家は高価な無響室で評価を実行します。専門家でなければ、市街地を離れた屋外、会議室、地下室などでも大丈夫です。このような場所は、実験と干渉する恐れのある外部からの信号を低減するため役立ちます。

伝導放出のテスト機器と低減のガイドライン

伝導放出のテスト機器と低減のガイドライン 1 min Thought Leadership 私が大学に通っていた頃、クラスの1つが非常に難しかったため、教授はいつも1週間前にテストの問題を渡してくれました。試験の前に何を勉強すべきか正確に教えられていても、多くの学生が不合格に終わりました。電磁両立性（EMC）の伝導放出解析も同じようなものです。デバイスが電源を通して、電力網に多くのノイズを返していないかどうかをチェックする必要があります。これを行わないとFCCにより、公共電源を破壊する存在と見なされます。電源を経由して電力網へ返されるEMIに関して、デバイスの事前テストを行うことは難しくありません。しかし、最終的なチェックを行うとき、多くの製品は不合格になります。最終段階で不合格になると、時間と費用の両方に大きな損失となります。適切な機器を用意し、いくつかの事前準拠テストを行うことで、このような事態をすべて回避できます。また、PCBの設計と電源を調べ、発生源で伝導の問題を完全に解決しておくのも良い考えです。事前準拠テストの利点大学の頃の話に戻りますが、試験で教科書を参照しても良いクラスがいくつかありました。多くの学生は、教科書を参照できるならテストは簡単に解けると思い、事前に勉強しませんでした。それは大きな間違いで、多くの学生が落第しました。多くの人々は、EMCの伝導放出の部分は放射放出に比べて単純だと想定しますが、その考え違いから同じように多くの失敗が引き起こされます。伝導放出の最終テストで不合格になった場合、作業をやり直す必要があり、何千ドルも無駄に費やすことになります。大学の試験に落第することはまずいことですが、このようなテストでのしくじりは、クラス全員が落第するようなものです。事前準拠用の機器は高価ですが、認定テストのやり直しほど高価なものではありません。EMC評価に失敗すると、製品の市場投入も遅延する恐れがあります。大きな修正が必要になった場合、プロジェクトが大幅に遅延することが考えられます。開発の初期段階、問題を比較的簡単に修正できるうちに洗い出すのが賢明です。大学のテストは実際の設計ほど難しくはありません。事前準拠用の機器伝導放出のテストに必要な機器は、放射放出のテストとほぼ同じです。このようなキットは一般に数千ドルの価格です。スペクトラムアナライザー（必須） - スペクトラムアナライザーは事前準拠テストの基幹です。この機械を使用して、基板から発生するあらゆるEMIを解析できます。これはおそらく最も高価な機器で、価格は1,000ドル以上です。ソフトウェア（必須） - 本の読み方を知らなければ、テストで教科書を参照することが許可されても意味がないのと同様に、スペクトラムアナライザーはソフトウェアが無くては役に立ちません。一部のスペクトラムアナライザーにはソフトウェアが付属していますが、そうでない場合は、無料のプログラムと互換性のあるアナライザーを選択しましょう。ラインインピーダンス安定化ネットワーク（LISN） - この装置は、伝導放出には必要ですが、放射放出には必要ありません。LISNは電源のノイズからデバイスを絶縁し、インピーダンスを一致させて、スペクトラムアナライザーが正確に動作できるようにします。正確なテストを希望する場合は、この装置が2つ必要なこともあります。