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組み込み型ソーラーシステム向けのPCB設計ガイドライン

組み込み型ソーラーシステム向けのPCB設計ガイドライン 1 min Thought Leadership 旅行から戻って来た直後に、もう一度旅行に出掛けたいと思ったことはありませんか? 私にはそんな経験があります。前回のビーチリゾートでの休暇が、雷雨が続いたせいで台無しになってしまったのです。旅行の計画を立てるときは、予測できない天気というものがいつもジレンマになります。アウトドアで過ごす予定があればなおのことでしょう。屋外での使用が想定される組み込み型のソーラーシステムを設計する際、私はこれと同じ慎重な姿勢で取り組みようにしています。こうしたシステムは、安定した電力供給で稼働する組み込み型のシステムとは完全に異なる難題です。例によって、私は苦労の末に慎重になることを学びました。というのも、最初に手掛けたソーラー式の試作は、1日でも雨が降ると稼働しなくなってしまったからです。組み込み型ソーラーシステムについては考慮すべき状況がたくさんあり、太陽光のない状態で何日も稼働するように計画しなければなりません。組み込み型ソーラーシステムの設計で考慮すべき要素 1. ソーラーパネル言うまでもなく、ソーラーシステムで最も重要なの要素はソーラーパネルです。これについては、多結晶や薄膜よりも効率がよく、暑い気候でも優れた性能を発揮する単結晶を選択したほうがよいでしょう。パネルの中には最大22%の太陽光を電力に変換できるものもあります。とはいえ、単結晶や多結晶の効率はサプライヤーによって異なるため、事前に詳細情報を確認しておきましょう。 2. 電池の容量組み込み型のソーラーシステムで重要なパラメーターは、ソーラーパネルの性能が0%になった場合のシステムの持続性です。環境要因によっては、ソーラーパネルに数日や数週間、太陽光が届かない場合もあります。そこで必要になるのは十分な容量のある電池です。また、ソーラーパネルの充電率が電池の使用率を上回るようにしておく必要もあります。5時間かけて充電した電池が2時間で消耗してしまっては、とても効率的とは言えません。 3. 太陽光の照射考え方によっては、ソーラー技術はいたって単純です。太陽光がなければ電力は生成されません。ただし必ずしも、8時間分の太陽光で8時間分の電力が生成されるわけではありません。「太陽光ピーク時間」という用語がありますが、これは太陽が空の最も高い位置にあって、ソーラーパネルが一番効率的になる時間帯を指します。こうした要素について認識し、太陽光ピーク時間を算出しておくことが望まれます。

設計の問題解決に役立つ最良のPCBレイアウトを見つける方法とは

設計の問題解決に役立つ最良のPCBレイアウトを見つける方法とは 1 min Thought Leadership アメリカ西部の賭博師は、勝負を決めるための切り札を袖口に忍ばせていた、という話をご存知でしょうか。あまり道徳的な例ではないものの、原理的には悪くありません。いつもポケットに切り札を入れておいて、必要なときに使えるとしたら素晴らしいことでしょう。設計者にとっては、これは日常生活だけでなく設計でも重要になります。設計であれ、CADツールの機能であれ、製造に関する問題であれ、誰でもどこかの時点で助けが必要になります。問題に押し流されてしまうのは簡単ですが、そうなる必要はありません。設計者がポケットに忍ばせておける有用なリソースはオンラインでもオフラインでも見つかります。優秀な設計者がこれを実践している方法をいくつかご紹介しましょう。同僚とのコミュニケーションこれは当然のことのように思われるかもしれませんが、私たちは同僚の経験がいかに貴重なものかを忘れてしまうことがあります。助けを求めるのが恥ずかしいことではない、ということも覚えておきましょう。豊富な設計経験を持つ同業者の人脈を持っている場合は、これが特にあてはまります。私はずいぶん前にプライドを忘れることを覚えました。問題を解決しようとしているときには、邪魔以外の何物でもないからです。それ以来、問題にぶつかったときに頼れる同業者の人脈は着実に増えています。それに、私は友人や家族など、同業者以外の人たちにもためらわずに助けを求めます。解決策はすぐ目の前にあることもあります。つまり、あまりにも近くにありすぎて気付けないでいる場合です。私の配偶者はPCB設計のレイアウトについては何も知りませんが、設計関係の問題の解決を時々助けてくれます。話をじっくりと聞いて、私の考えが間違っていることを指摘してくれるのです。一言で言うと、助けが必要なときは助けを求めることです。回路図のレイアウトで問題にぶつかったら、同僚に相談するあなたを待っている膨大な量の情報この記事をお読みになっているのですから、皆さんはworld wide webが設計に関する問題の答えを見つけるための素晴らしい情報源であることをご存知のはずでしょう。これを活用する秘訣は、探している答えが効率的に見つかるようにすることです。そのヒントをいくつかご紹介しましょう。具体的な検索語句を使う: PCB設計の初心者であれ、何十年もの経験があるベテランであれ、他の設計者が経験したのと同じ問題にぶつかる可能性は大いにあるでしょう。運がよければ、その問題がオンラインで共有されていることもあります。問題を具体的に検索すれば、的を絞った情報を見つけて解決までの時間を短縮できます。情報源について批判的に考える: オンラインで見つかる大量の情報は、吉と出ることも凶と出ることもあります。選べるリソースにはたくさんの種類があり、どれが最も効果的なのかは簡単にわかりません。 Web上のフォーラム: 多くの場合、Web上のフォーラムは特定の問題を解決するための有益なリソースというだけでなく、絶好の議論の場でもあります。問題をあらゆる角度から考えられるのはよいものの、偏った情報に遭遇することにもなります。これは、フォーラムに参加しているメンバーがそれぞれに違う経験をしていたり、異なる設計ツールを使っていたりするからでしょう。結論を言えば、必要な情報を手に入れたら、それについて少々調べてみる必要があるかもしれません。ブログ記事とFAQ: メタ発言になってしまう危険があるため、これらについて深く掘り下げるのはやめておきますが、専門的なサイトで公開されているブログ記事やFAQは、開始地点として優れたリソースです。設計の問題に対する解決策を見つけるための正しい軌道に閲覧者を誘導することが意図されているため、うまくいけばさらに詳しい情報が手に入ります。一番重要なことですが、ブログの記事やFAQでは公開前に見直しを行うことで信頼性が確保されています。ホワイトペーパー: このリスト内で最も徹底したリソースは、間違いなくホワイトペーパーでしょう。直面している問題によっては、完璧な解決策にも行き過ぎた情報にもなり得ます。調べるのに集中力が必要になるため、答えを入手できそうな注目すべきブログ記事や参考資料に遭遇できれば理想的でしょう。

ディープスリープSRAMにより組み込みシステムの消費電力を低減する方法

ディープスリープSRAMにより組み込みシステムの消費電力を低減する方法 1 min Thought Leadership 編集クレジット: DFree / Shutterstock.com 私の好きな音楽グループの1つは、フランスのDJデュオ、Daft Punkです。Daft Punkの癖の1つは、ロボットの振りをし、ショーの全てを見事なロボットのコスチュームで行うことです。このグループは2013年に、ロボットのテーマに沿って演じた「Random Access Memories」（RAM）というアルバムをリリースしました。しかし、正確にどの種類のRAMなのかは明らかにしませんでした。ご存知のように、組み込みシステムの世界では、使用するRAMの種類が非常に重要です。具体的には、SRAMはフラッシュメモリや、特にDRAMと比較していくつかの利点があり、エネルギー消費については特にそれが顕著です。現在では、組み込みアプリケーションに使用可能なSRAMにもいくつかのバリエーションがあります。ディープスリープ対応のSRAMは、正しく使用すれば高速性とエネルギーの節約の両方を実現してくれます。組み込みシステムのSRAM 好きなバンドやアーティストを選ぶのは難しいことです。多くの異なるジャンルに、数十万ものバンドやアーティストが存在しています。それに比べれば、組み込みシステム用のメモリ選択ははるかに単純です。まず、SRAM、フラッシュメモリ、DRAMを簡単に比較し、システムのどこにSRAMを使用するのが最適かを調べてみましょう。組み込みシステム用に設計されたメモリは各種のものが存在し、 CBRAM や Spin Waveデバイスなど新たに出現したメモリも存在します。従来型のメモリとしてフラッシュ、SRAM、DRAMが存在し、それぞれがシステムの特定の場所に適しています。興味深いことに、これら各種のメモリの物理的な場所とアクセス方法は、消費電力に影響を及ぼします

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