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ロックスターのようなPCB設計者でありシグナルインテグリティーの専門家であるリック・ハートリー氏(Rick Hartley)

ロックスターのようなPCB設計者でありシグナルインテグリティーの専門家であるリック・ハートリー氏(Rick Hartley) 1 min Thought Leadership ワーナー: またお出でいただきましてありがとうございました、リック。では今回もよろしくお願いします。私たちが最初に会ったとき2人とも強く感じていたのは、もっと多くの設計者が基板サプライヤーを訪問して基板の製造過程を理解するべきだということでしたよね。今日は、技術者やPCB設計者に対してどのようなアドバイスをいただけるでしょうか? ハートリー: あなたもそう感じておられたことが興味深いですよね。私が初めてプリント回路設計者になった77年から78年頃のことですが、会社が委託していた製造技術者の1人が、私と、下請け会社のもう1人のプリント回路設計者を座らせて説明してくれました。「会社の技術者たちは、プリント回路設計者になる道を選んだ君たち技術者2人を大切に思っている」と言いました。私たちは微笑みながら「ええ、それは分っています」と頷きました。すると彼は私たちを見て言いました。「君たちは、回路や回路の動作については理解しているが、製造については全然分っていない。君たちがこれほど分っていないということは、驚くべきほとだ。君たちが設計するものは、私たちには実際に作れないものばかりだ」。私のプライドは叩きのめされました。プライドが床に投げつけられたどころではなく、床にめり込むほどのショックでした! このショックから立ち直るのに文字通り1週間も掛かったほどです。でも、よくよく考えてみると彼らの言うことが正しいことが分りました。私は製造については何も知りませんでした。会社は、ノーム・アイナーソン(Norm Einarson)氏を雇うことにしました。ノーム・アイナーソン氏は、当時プリント基板の神様と言われた人物であり、このインタビューをお読みになっている方で年配の方であれば皆さん懐かしく思い出される名前ではないでしょうか。彼は、本当に設計というものを理解している製造技術者でした。彼が会社に来てくれた期間は1週間です。電気工学部門を含む設計部門の全員に対し、この1週間の研修期間の全期間にわたって出席することが義務付けられました。彼は、設計者が製造に与える影響と、製造が設計者に与える影響を教えてくれました。ワーナー: 皆さんにとっては本当に貴重で素晴らしい機会だったんでしょうね。ハートリー: ええ。私がこれまでに受けた研修の中では最も充実した1週間でした。それ以降、私は、製造業界での方法の前年からの進化、新技術、予想される新技術などを知りたいと思い、製造関係の雑誌を複数購読しています。製造部門で採用されている工程を知らずして回路基板を正しく設計することはできません。ワーナー: 私も、率先的にそのような方向で取り組んでくれる設計者が増えてくれることを願っている製造技術者が大勢いることを知っています。本当に大事なことですよね。ハートリー: ええ、そうなんです。私が言いたいことの一つもそのことで、電気工学やプリント回路の設計者なら、あるいはプリント基板設計での意思決定に何らかの形で関与する担当者なら、製造工程を理解しておく必要があるんです。基板の製造、組み立て、試験について理解するだけでなく、この3つの工程に対して設計者が与える影響も理解する必要があります。ワーナー: まったくそのとおりです。私もエレクトロニクス業界の製造/組み立て部門出身ですので、その点は同感です。問題や遅延が発生した場合、事前にちょっとした打ち合わせができていれば容易に防ぐことができたのにと思える経験は、私にとっても日常茶飯事でした。ハートリー: もう一つ提案したいのは、PCB設計者と電気工学技術者がもっと密に連携作業したらどうかということです。つまり、お互いの作業内容を理解し合うということです。基板設計を複雑にしている要因は本当は技術者たちのやり方にあることを技術者が知る必要があると思うのですが、私には、彼らが実際にそう考えているようには思えません。技術者がうまく連携して作業できるようにするためには、お互いの分野を良く理解する必要があります。互いの理解が足りないと丸投げ状態になってしまい、「回路図がこうなってるんだからそちら側で解決すべき問題だろう」というようなことになってしまいます。これではうまくいくはずがありません。そのことを私は何年も前に学習しました。私がL-3や通信業界で一緒に仕事をした技術者のほとんど、あるいは70年代後半や80代の技術者は、私とうまく連携作業できましたし、私も彼らとはうまく連携作業できるよう努めました。この記事の発表後に彼らが読んだら、きっと頷きながらこう言うでしょう。「そうだ、俺たちの時代は連携し合ってうまくやったもんだ」と。そうなんです。私たちはお互いに理解し合えるんです。そして、それが重要なことなんです。

ハイパーループの栄光に向けてのBadgerloopの活動、イーロン・マスクの関心を惹く

ハイパーループの栄光に向けてのBadgerloopの活動、イーロン・マスクの関心を惹く 1 min OnTrack 6月のポッド2号機公開時のBadgerloopチームイーロン・マスクがハイパーループ方式の輸送システムの構想をホワイトペーパー紹介したのは2013年のことです。彼は完全なオープンソース方式による開発を提案し、ポッドコンテストに参加する大学を募集しました。コンテスト用のポッドを試運転で走らせる1マイル近い縮小版の真空チューブの建設資金は、スペースXが負担しました。スペースXが定めた一連の要件に適合しスペースXが強く望んでいるチューブ走行を第1回のコンテストで実現するチャンスを獲得できたポッドは、3つだけでした。すべてのチームにとって最初の関門は構想と設計でした。選出されたいくつかの設計案が、2016年1月のデザイン週間の週末にテキサスA&M大学で採用され審査されることになっていました。1,000件の設計案のうち120のチームのものだけが選出され、デザイン週間の週末に参加できることになりました。目標を達成できたのはBadgerloopチームだけではありませんでしたが、Badgerloopチームは、「設計製作全般」のカテゴリーで印象的な世界レベルの競争相手たちの中で第3位を獲得しました。これにより彼らは、ポッドを製作し2017年1月の第1回コンテストで競争するチャンスを確立できました。通常の学年期間や夏季期間でBadgerloopチームの陣容は変化しましたが、メンバー数は30 ～ 80名でした。キャッスルは12人ほどのリーダーの1人で、電気担当チームの重要人物です。電気システムチームは、Altium Designerを使用して、STMのNucleoを採用した1枚のマイクロコントローラー基板とシールドを設計しました。この基板は次回新たなポッドを開発する際にも再利用できるようになっています。また、彼らはバッテリー安定化基板と電磁弁制御基板も設計しました。ワークフローを簡素化するため、彼らは、チームメンバーが2つの大陸と3つのタイムゾーンに分散してしまう夏季期間中でも密に連携しながらプリント基板設計を行えるよう、サブバージョンネットワークを開発しました。 2017年6月17日に公開されたポッド2号機 Badgerloopチームは2016年12月にポッド1号機を公開し、1月下旬の第1回ハイパーループポッドコンテストに向けて国内を輸送しました。彼らの目標は高く、ポッドのチューブ内走行を目指して週40

パーキンソン病との闘いにスマート技術がどのように使用されているか

パーキンソン病との闘いにスマート技術がどのように使用されているか 1 min Thought Leadership 先週、私は、両親に会うためトロントに帰省しました。私の87歳の祖父は最近、認知症と診断され、運転免許証を取り上げられました。祖父が運転できなくなって家族は安心した一方、好きなように動けなくなった祖父はショックを受けていました。しかし、それは、ある日変わりました。祖父を迎えに行った日のことです。到着すると家に誰もいませんが、祖父の車はあります。祖父がUberを注文したのでした。アプリの中には、初期の退行性神経疾患の患者に機会を与えるソリューションになるものもありますが、これらの病気の治療を目的に作成された、さまざまな分野のスマートデバイスがあります。ここでは、ハイテク食卓用金物やウェアラブル電子機器が、パーキンソン病患者の病気の影響を軽減するのに、どのように役立つかを探求します。現在、約 6万人の米国人が毎年、パーキンソン病（PD）と診断されており、その数字には、まだ発見されていない場合は含まれません。しばしば退行性神経疾患は高齢者の疾患であると考えられますが、PDと診断された患者の4%は50歳以下です。IoTが急成長する時代、技術とヘルスケアが、PD患者の生活の質に大きな影響を与えるようになっています。 IBMやPfizerのような企業が、これに気づき、患者データを追跡、測定する新しい方法を探しています。理想的には症状の治療に役立ち、病気全体に新しい洞察をもたらす、リアルタイムのデータを研究者や医師に提供したいと考えています。一方、パーキンソン病患者の支援を目的とし、他の病気にも適用できる、有望なデバイスが3つあります。電気スプーンは、何の味なのかを脳に伝えることができる電気スプーン私たちのほとんどが、味覚を当たり前だと考えています。パーキンソン病の影響と比較して小さいと思えるかもしれませんが、味覚を失うことは、その人の生活の質に大きな影響を及ぼす可能性があります。2013年、シンガポール国立大学の Nimesha Ranasinghe のグループは、舌の味覚受容体をだまし、銀の電極を使用して塩味や甘味、酸味、苦味といった感覚を生成できることを示しました。電極は、舌の先に触れ、さまざまな交流電流や小さな温度変化を使って、受容体を刺激します。今日、Ranasingheや、ロンドン大学のグループなど、他の研究グループは、スプーンの形式でこの技術を応用し、パーキンソン病や認知症の患者の味覚を取り戻すのに役立てています。スマート台所用品には、あまり実用的でないものもありますが、この研究は印象が良好です。 Liftware 発売を楽しみにしているスプーンには、

NASAにより計画されている3Dプリント回路基板テクノロジーの使用方法

NASAにより計画されている3Dプリント回路基板テクノロジーの使用方法 1 min Thought Leadership 編集クレジット: Tony Craddock / Shutterstock.com 3Dプリントがどのように社会現象となったのか、注目していましたか? 今では、人々は可能なら何でも3Dプリントにしようとしているようです。もしかしたら、3D印刷の熱狂はモノのインターネットと重なり、そのうちにプリントされたスマートフォークなどというものが出現するのかもしれません。他の人は3Dプリントで作って使い捨てにできる 50の最高の製品について記事を書いているようですが、私はNASAがどのように3Dプリントを活用しようとしているかについて紹介したいと思います。ここだけの話、NASAは宇宙船と回路を印刷しようとしています。NASAは、プリント回路をどのように、そしてなぜ使用するかを詳細に示す科学的ミッションを計画しています。また、NASAはその将来を現実化できる現行のテクノロジーのレビューも行っています。 NASAのミッションにおけるプリント回路の使用法最後の開拓地である宇宙は極めて過酷な環境で、宇宙のかなたを探検するには尋常でない革新が必要となります。NASAは過去にも多くの途方もないミッションを達成してきましたが、宇宙旅行をさらに推進するには、ミッションを完遂するため、さらに進歩した道具が必要となります。フレキシブル基板は、NASAが遠大な目標を達成するため検討しているテクノロジーの1つです。NASAの理論的な StANLE ミッションは、プリント回路がなぜ利点があるのか、どのようなものになるのかを示すため計画されたものです。 StANLEは、プリントされた宇宙船の可能性を示すために考えられたものです。私は「

コンポーネントの配置と配線により、PCBをESDから保護する方法

コンポーネントの配置と配線により、PCBをESDから保護する方法 1 min Thought Leadership 私は、周りの人に言わせると、驚くべき神経質で特定の事物を整理するそうです。大学院で、机の私側の端と、隣の席の端から始まるサンプル容器と論文の山との間には境界線がありました。この傾向は、特にバスルームにはおよばなかったため、同級生やボーイフレンドを困惑させましたが、PCBのコンポーネント配置の最適化では私を名人に仕立て上げてくれました。この傾向は、物事を整頓された状態に保つだけでなく、基板全体の静電放電保護も向上します。よいコンポーネントの配置が明らかに意味するところは、基板上の配線に影響するということです。つまり、配線は、ESDの影響が、PCB全体や、影響を受けやすいコンポーネント、保護されていないコンポーネントにどのように広がるかを決定します。コンポーネントの配列を調整する場合、配線を改善し、PCBおよび影響を受けやすいICを最善の方法で保護するための基本的ガイドラインがあります。可能な限り最も安全な場所へのコンポーネントの配置ときとして、設計要件のため、静電気の影響を受けやすい全てのコンポーネントに対して保護回路を使用できないことがあります。その場合、それらのICの状況を改善するために実行できるステップがあります。 TVS保護回路とコネクター入力の間のトレースから、あるいはESDが予期されるその他の場所から、保護されていない回路を離します。この方法で、ESDパルスから生じる電磁場の急速な変化よって誘導される電流にコンポーネントをさらすリスクを最小限にできます。コンポーネントの配置は、ICを保護配線に配置できない場合でも、ESDからICを保護できます。保護配線上にあるデバイスでも、配置に関する事前の考慮から恩恵を受けることができます。影響を受けやすいコンポーネントは、保護配線上にある場合、基板の中央付近に配置する必要があります。これにより、保護回路の最高のパフォーマンスを得られるよう、寄生インダクタンスのバランスを調整することができます。配線長の最短化トレースやワイヤが長いと、ちょっとしたアンテナの役割を果たします。意図しない放電を伝達したり受けたりする可能性があります。ESDパルスがある場合、それらは火花から「出力」を受け取り、配線長全体に伝達します。配線長を最小にする最も簡単な最初のステップの1つは、全てのコンポーネントを、距離が近い相互接続を多用して配置することです。これにより、配線長を最小にし、うまくすれば相互接続する線の数も最小にできます。整理名人は、類似の要素をまとめる必要があることを知っています。

フェライトビーズの機能と適切な選択方法

フェライトビーズの機能と適切な選択方法 1 min Thought Leadership PCB設計者

PCB設計者

電気技術者

PCB設計者

電気技術者

電気技術者ときどき、電磁波が目に見えたらいいと思います。もし見えたら、EMIをはるかに簡単に検知できるでしょう。複雑な設定やシグナルアナライザーをむやみにいじり回す代わりに、私なら一体何が問題なのかを見極めます。EMIを見ることはできませんが、場合によってはオーディオ回路を通じて音を聞くことはできます。この種の干渉に対して可能な解決方法の1つがフェライトビーズです。困ったことに、フェライトビーズにはちょっと不可解なところがあります。フェライトビーズを適切に使用するためには、その電磁特性と使用中にそれがどのように変化するかを理解する必要があります。フェライトビーズの原理を理解したら、自分の基板に適したものを注意深く選択する必要があります。適切なフェライトビーズを選択しないと、最終的には手に余る問題が生じる可能性があります。フェライトビーズの原理フェライトビーズは、高周波信号を減衰するために使用されます。このように説明すると、コイルと同じだとお考えになるかもしれませんが、フェライトビーズはコイルよりやや複雑です。簡素化したフェライトビーズの回路モデルは、その周波数特性を理解するのに役立ちます。ただし、その特性は、電流と温度の関数として変化します。フェライトビーズは、直列抵抗体の後にコイル、コンデンサー、抵抗器を全て並列したコンポーネントとしてモデル化できます。直列抵抗体は、DC電流に対する抵抗です。コイルは、高周波信号を減衰する主要コンポーネントです。並列された方の抵抗器は、AC電流の損失を示します。コンデンサーは、寄生容量を示します。フェライトビーズのインピーダンス対周波数の曲線では、大部分が抵抗であるインピーダンスが、狭い帯域でのみ極端に高くなります。ここでは、フェライトビーズのインダクタンスが優位です。この帯域より上では、寄生容量が引き継ぎ、高周波インピーダンスはすぐに低くなります。フェライトビーズには、通常、特定のDC電流に対する定格電流があります。アンペア数が指定された電流値より大きいとコンポーネントが損傷する可能性があります。問題は、この制限が熱により大きく影響を受けるということです。温度が高くなると、定格電流がただちに下がります。定格電流は、フェライトビーズのインピーダンスにも影響します。DC電流が大きくなると、フェライトビーズは「電磁飽和」してインダクタンスを損失します。電流が比較的大きい場合は、飽和により、インピーダンスを最大90%減らすことができます負荷電流はフェライトのインピーダンスを変える可能性があります。適切なビーズの選択方法ここまでで、フェライトビーズの原理を理解できたことと思いますので、次に、自分の回路に適したビーズを選択します。これはそれほど難しくはありません。ビーズの仕様に注意するだけです。多くの設計者は、フェライトビーズが「高周波を減衰する」ことを知っています。ただし、フェライトビーズは、特定範囲の周波数成分を除去できるのみで、広帯域のローパスフィルターのようには機能しません。不要な周波数成分が抵抗帯域内にあるフェライトビーズを選択する必要があります。不要な周波数成分が抵抗帯域よりやや低い/高いものを選択すると、期待する効果が得られません。ビーズの製造業者が、ビーズのインピーダンスに対する負荷電流曲線を提供可能かどうかも確認してください。負荷電流が非常に大きい場合は、電磁飽和してインピーダンスを損失することなく電流を処理できるビーズを選択する必要があります。注意事項フェライトビーズは、高周波では基本的に抵抗負荷ですので、回路で若干の問題を起こす可能性があります。ビーズを配置する場合は、電圧降下と放熱を考慮する必要があります。

基板をESDから保護するための正しいPCB配線とPCBレイアウト

基板をESDから保護するための正しいPCB配線とPCBレイアウト 1 min Thought Leadership 私がランニングを始めた頃、既に何回かウルトラマラソンを完走した友人と一緒に走っていました。彼女は家から何マイルも遠くまで走り、私と一緒に短いループを走ってから、私と離れてさらに走り続けました。私が速くなると、彼女は早く家に帰る代わりに、ループを長くしました。彼女はこれに関して巧妙でもありました。彼女は常に、私が早く引き返すと退屈なルート、または私が知らない新しいルートで、近道をできないように計画していました。彼女は都市計画家として、ランニングのルートも意図的に好きなルートを選択していました。私は技術者として、まったく異なるもの、通常は走りやすい場所を望んでいましたが、彼女の意図も理解していました。結局のところ、私がPCBを設計するときも同じことが成り立ちます。私はコストや性能に関して特定の目標を達成するような配線を希望します。配線は ESD保護においては特に重要で、ESDで引き起こされるEMIからコンポーネントを安全に保護するため役立ちます。回路のループの最小化私たちのランニングのルートは多くの場合に回り道のループでしたが、PCBにおいてはその逆を行うべきです。回路のループを最小限にすれば、ESDがPCB上で伝搬されることによる損傷を大幅に低減できます。これは、変動する磁束を囲むループには誘導電流が発生するためです。この磁束がESDによるものであれば、誘導される電流が予期せずコンポーネントへ流れ込むことにより、極めて破壊的な損傷が発生する恐れがあります。場合によっては他の選択肢がなく、レイアウトにどうしてもループが必要な場合もあります。このような場合、ループの面積を最小限にします。誘導電流の大きさは、ループのサイズに比例します。 GNDプレーンの使用多層基板を設計するときは、必ず GNDプレーンを使用すべきです。PCB上に形成される最も一般的なループは、電源からGNDへの配線です。これらのループは非常に遍在的なため、見逃されがちです。 GNDプレーンを実装できない設計者は、ビアのグリッドパターン（格子状パターン）を使用して電源とGNDとを接続します。これは基本的に配線のあるGNDプレーンをエミュレートするものです。これは格子と考えることができ、1つの線に沿ったいくつかのポイントで電源の接続が発生し、GNDの配線が直交した線に沿って接続されます。 Semtech は非常に適切な例を用意しており、同社は6cmごとに接続を行うことを推奨しています。同社は、電源とGNDとの配線を近くに保持することも推奨しています。ただし、これによって基板に、特にAC電源との間にエッチングが発生する可能性もあります。グリッドパターンを使用して、電源とGNDとを接続すると、GNDプレーンを使用できないときに回路ループを最小化するために役立ちます。配線経路の最適化ループを最小化する以外に、互いに並列している配線を除去するよう心がけてください。これは、相互接続されているデバイス間の並列配線について特に重要です。並列した配線は互いに簡単に結合します。