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組み込み機械学習アプリケーションが、どのように5Gやクラウドから恩恵を受けるか

組み込み機械学習アプリケーションが、どのように5Gやクラウドから恩恵を受けるか 1 min Thought Leadership 編集クレジット: Anton_Ivanov / Shutterstock.com 大学で夜遅く勉強していたとき、人工頭脳を埋め込みたいと、よく思いました。そうすれば、必要な情報をダウンロードし、その後すぐに思い出すことができます。勉強しないですむし、ガールフレンドの誕生日を忘れることもなくなる。たぶん、自分の頭の中でNetflixを見ることさえできるでしょう。残念なことに、私より前に現れた優れた電気エンジニアは、代わりに、モノのインターネット（IoT）機器を設計しました。私がまだ、機械による記憶を待ち続けている間に、それらの機器は、自分の心を手に入れつつあります。機械学習と人工知能（AI）は、話題のトピックであり、おそらく、あなたのような設計者は、組み込みシステムにそれらを実装しようとしているのでしょう。1つだけ問題があります。機械学習に使用されるニューラルネットワークは、使用するエネルギーや必要な処理能力が大きすぎるのです。5Gの到来、そしてクラウドコンピューティングと5Gの組み合わせが、その難問への解決策になる可能性があります。5Gの高帯域と低レイテンシーを利用して、クラウドコンピューティングは、人工知能付きの組み込みシステムにパワーを与えることができます。組み込みシステムでの機械学習機械学習は、新しい概念ではありませんが、処理能力の継続的な向上によって、実現されようとしています。AIによって、機器は、その環境とはるかに賢くやりとりすることができます。 Future Interfaces Groupが作成した Synthetic Sensor は、機械学習がどのようにシステム運用を改善できるかの優れた例です。このモジュールには、周囲温度、EMI、ノイズなど、「スマート」デバイスに見られる一般的なセンサーのほとんどが搭載されています。そして、このモジュールは、その環境を理解するために機械学習を利用します。Synthetic Sensorは、コンロのどのバーナーに火を付けたか、どの器具が動作しているかを把握できます。これによって、ユーザーは、留守の間に自宅で何が起こっているかを正確に知ることができます。組み込みシステムにとって、インテリジェントセンシングには大きなメリットがあります。一部の機器は、既にそれらを利用しています。 Nestサーモスタットは、住人のお好みの室内温度を学習し、住人の行動を追跡します。その結果、サーモスタットは、好みやスケジュールを理解した上で、室内の温度を調節します。在宅中は温度を高く、留守中は温度を低く設定します。このように理解しスケジュールを調整すれば、自宅のエネルギー効率を改善できます。肉体にAIシステムを埋め込まないでください。

モノのインターネットのワイヤレスセンサーネットワークがマルチセンサーのプラットフォームにより得られる利点

モノのインターネットのワイヤレスセンサーネットワークがマルチセンサーのプラットフォームにより得られる利点 1 min Thought Leadership 世の中の人々は犬派と猫派に分かれますが、私の家族は常に猫派でした。私たちの家族は、「異常な」猫派になってしまわないよう、1つの重要な規則を自らに課していました。それは、家族の人数よりも多くの猫を飼ってはならないという規則です。時にはこの制限を取り払いたいと感じたことがありますが、猫の世話が手に負えないことにならないよう、常にこの規則を守ってきました。モノのインターネット（IoT）にも同じ原則が当てはまります。多くのIoTデバイスは少々極端であるとは思いますが、これらのデバイスのセンサーは単純性を実現しています。現在では、ほとんどのIoT機器に専用のセンサーアレイが存在し、気温や振動など周囲の各種の状況を測定します。一部のメーカーはマルチセンサーのプラットフォームに取り組んでいるため、この状況は近い将来に変化すると思われます。このような統合センサーソリューションには一般的に使用されるセンサーの広範なアレイが詰め込まれ、周囲の環境を調べることができます。このような統合されたセンサーにより、デバイスは1つの物理的な場所でデータを収集でき、機器間で互いに認識を共有することも可能です。このようなセンサーのパッケージにより、複雑性、コスト、保守の手間全てを減らすことができ、エンドユーザーとIoTガジェット設計者の両方が利益を得られます。マルチセンサーのプラットフォームとは統合センサーパッケージの例の1つとして、 Future Interfaces Groupの「合成センサー」が挙げられます。これらの開発者は最も一般的に使用されるIoTセンサーを調べ、1つのプラットフォームに組み入れました。このデバイスは壁面へUSB接続され、周囲環境のデータを収集します。現在のところ、この統合センサーは、「インテリジェントでない」家庭用機器からのデータを収集し、解析することが目標です。センサーの位置が変化しないため、他の固定されたオブジェクトからの音を解析し、非常に高い精度で識別できます。例えば、合成センサーはコンロのどのバーナーが点火されているかを、周囲の熱と音から特定できます。室内のノイズの周波数スペクトルから、ミキサーとゴミ処理機とを区別することもできます。さらに、自分が仕事中に猫がカウンターからグラスを落としてしまったなどの状況を判断することさえも可能です。合成センサーは、機械学習アルゴリズムを使用して、これらを全て行います。これらは、自動運転車が新しい状況に対応するために適用されるのと同じアルゴリズムです。このプラットフォームは文字通り、家庭とその中にある物体について学習していきます。このテクノロジは、データおよびホームインテリジェンスの分野において多くの用途があることは疑いありません。Googleはこのプロジェクトに投資しているため、Googleは自社のGoogle Homeアシスタントとこのテクノロジを連携させる可能性があります。このテクノロジは、蛇口が開けっ放しである、コンロの火が点いたままになっているなどを住人に警告できます。猫に餌をやるのを忘れているという警告も可能になるかもしれません。この合成センサーのようなプラットフォームは、IoTにおいてはさらに有用な用途があるでしょう。センシングの共有やデバイスの認識などの用途が考えられます。このようなセンサーは、この写真のものより多少取り扱いやすくなることが期待できます。マルチセンサーのプラットフォームとIoT 私は現在自分の家でパズルを解いていて、猫があちこちに噛みついています。猫がパズルのテーブルに近寄ったら家の方で感知し、追い払ってくれたら便利だと思いませんか? 統合センサーを使用すると、環境のデータを送信し、各デバイスが周囲の環境と、自分以外のデバイスについて認識できるようになり、上記の対応が可能になります。ほとんどのIoT機器には、専用のセンサーが付属しています。しかしこれらのセンサーは、その機器の作業にのみ特化しており、周囲の環境を包括的に捉えるようには設計されていません。これが、スマートデバイスが真に「スマート」ではない理由です。「スマート」な呼び鈴は、誰かがドアに近付いてくることを判別できますが、その人が何を望んでいるのかを解釈できません。機械学習を行うセンサーは、例えば制服を確認し、その人が郵便配達人なのかということを認識できるかもしれません。または、誰かが冒涜的な言葉を叫びながらドアに近寄ってくると、呼び鈴は誰かが来たこと、さらにその人物が激怒していることを住人に警告できます。機械学習は平均的なIoTデバイス開発者にとっては少々複雑なため、開発者が自分でデバイスに組み入れることは期待できません。「スマート」な機器のように考え、一元化され、統合された、センサーが存在すれば、その有用性は大幅に拡大するでしょう。

各種の高周波伝送ラインの長所と短所

各種の高周波伝送ラインの長所と短所 1 min Thought Leadership デートというのは面倒なものです。私は、相手かまわずデートしたり、とにかく早くデートしようとする試みに失敗した後で、オンラインのデートを試すことにしました。年齢の合う魅力的な女性を見つけ、デートの準備をしましたが、約束の場所に到着したとき、騙されていたことに気付きました。相手は写真とはまったく違う人だったのです。言うまでもなく、デートは失敗しました。それ以来、機会に飛びつく前に、デートとオンラインの出会い系サイトについてもう少し詳しく調査することにしました。オンラインのデートサイトとその所有者の複雑さついて詳しく調査したくなるかもしれませんが、その時間はほどほどにして、私たちにとって最も重要な相手であるPCBにも時間を振り分けるようにしましょう。近い将来において設計者に特に重要になると思われるのは、高周波伝送線路（TL）です。従来は、伝送線路の複雑な問題は、最新の回路を設計する人々に任せておけば十分でした。しかし現在では、ごく普通のエンジニアも、高周波アプリケーション用の基板を設計するようになっています。高周波アプリケーションはますます一般的になりつつあり、この傾向はますます強まるでしょう。私はデートについては詳しくありませんが、最も一般的な3つのTLである、マイクロストリップ、ストリップライン、共平面形線路（CPW）の基礎と応用について解説しましょう。マイクロストリップマイクロストリップは最も基本的なTLで、言うなればありきたりの「夕暮れの浜辺を散歩しよう」というような提案です。この種のTLは一般に、基板の上に銅のストリップを1つ以上配置し、その下にGNDプレーンを設ける構造です。この方式は、オンラインデートのプロフィールのように非常に製造が簡単です。また、設計やモデルも簡単に行えます。デートの関係も、高周波電磁波伝送と同じくらい予測しやすければ問題はないのですが。マイクロストリップの電磁（EM）放射パターンから、電場のほとんどは基板に封じ込められることが分かります。同時に、わずかな部分がストリップの上へ放射されます。マイクロストリップのオープンな上部から放射される部分は、伝送における放射損失となります。オンラインデートが一般的なのは、他の人たちと無線でつながることができるためです。マイクロストリップが一般的なのも同様の理由からで、このためにパッチアンテナに使用されます。比誘電率（Dk）が低く、比較的厚い基板と組み合わせると、優れたアンテナを実現できます。ただし、RF周波数帯からマイクロ波へ、さらにそれより短い波長へ移行すると、TLの有用性は減少します。マイクロストリップは、周波数が高くなるほど基板のDk をエミュレートするようになり、損失が非常に大きくなります。比較的低い周波数を使用し、面倒な問題なしに使用できる導体を希望する場合、マイクロストリップが理想的なTLです。伝送線路といっても、このようなものは設計で使用できません。ストリップライン多くの出会い系サイトでは、過去に火事に遭ったので防護壁の影に隠れているような人々が見つかります。

パワーインテグリティーにまつわる5つの俗説

パワーインテグリティーにまつわる5つの俗説 1 min Thought Leadership パワーインテグリティーは新しいものではありませんが、現在ますます注目が高まっており、今後も関係者の一番の関心事であり続けるでしょう。製品の高速化と小型化の傾向が継続するなか、もはや1 ミリも無駄なスペースはありません。設計はこの事実を踏まえて進める必要があるでしょう。業界に2 ～3 年以上従事されている方であれば、パワーインテグリティーに関する下記の俗説を耳にされたことがあるかもしれません。銅箔を使え皆さんは、「銅箔は使えば使うほどよい」と教えられたかもしれません。銅箔の流し込みを行うだけで、パワーインテグリティーに関連する問題は、すべてとは言いませんが、その大半が解決します。ただし、これに当てはまらない場合もあります。たとえば、熱に関係する問題は解決するものの、浮島や半島が残るといった他の問題を引き起こす場合です。無害に見えるものの、浮島や半島は特定の共振周波数を持っており、一定の状況下で障害を引き起こします。こうした障害はランダムに現れることもあるため、正確に特定して修復することは極めて困難です。これを呪いか何かのせいにする前に、銅箔の流し込みによって浮島や半島が発生していないかどうかを必ず確認しなければなりません。それを怠ると、設計を断念して、レイアウトをやり直すはめになります。他に考慮すべきことはコストでしょう。これはエンジニアの頭にいつもあることではないかもしれません。銅箔は安価なものではありません。特に予算の制約がある今、やみくもに余計なプレーン層を追加するわけにはいきません。過大設計は高額になってしまいます。 IPC-2152は絶対に外さないこれは皆さんが驚かれることかもしれません。確かにIPC-2152 は重要であり、許容範囲の温度上昇に対して配線幅を最小化するという手段で問題を回避する際の手引きとなります。ただし、そのためにIPC-2152 を適用すると、電力配電回路網に必要以上のスペースを割り当てざるを得なくなります。つまり、貴重な面積が占領され、設計のレイヤーが増えてしまいます。 IPC-2152 はいつでも使える優れたツールであり、効率的な電源供給の設計には有効ですが、むやみに適用すべきではありません。パワーインテグリティーツールとともにIPC-2152 をもっと慎重に使用すれば、電力配電回路網の面積を削減しながら、製造に向けて安全に設計を進めることができます。ビアが多くなり過ぎることはない精通している方であればお気づきかもしれませんが、IPC-2152 はビアとなるとあまり適切ではありません。配線幅と同様に、IPC-2152 はかなり保守的であり、基板には大きめのビアが必要以上に形成される可能性があります。銅箔に大きな穴が開いてしまっては問題でしょう。つまり、電流が使う面積が減るために電流密度が増加し、結果として温度が上昇します。それだけでなく、残りの設計に割り当てられるはずの面積が奪われ、特に最後の10% の基板の配線を完成させるのが困難で時間のかかる作業になってしまいます。他のIPC-2152

リジッドフレキシブル基板設計の課題を克服する

リジッドフレキシブル基板設計の課題を克服する 1 min Thought Leadership ウェアラブル電子機器には「大ヒット商品」となる資格があることに、疑問の余地はありません。ウェアラブル機器の市場は、2016年は300億ドルになると予測されており、2026年には1,500億ドルまで成長するでしょう[1]。リジッドフレキシブルPCBの技術がなければ、これらの機器のほとんどが設計できません。つまり、エンジニアやPCB設計者は、ウェアラブルと「折り畳み型」の世界で設計、テスト、製造の専門家になる必要があります。最も身近な製品は、おそらくスマートフォンとリンクしているスマートウォッチや、同じく手首に着用するフィットネストラッカーでしょう。しかし、これら民生品の他に、ウェアラブル機器は、医療機器や軍事用途に大いに進出しています。今では、リジッドPCBを組み込むことがほとんど不可能なスマート衣服も現れつつあります。それでは、市場に遅れないように、フレキシブル基板やリジッドフレキシブル基板をうまく設計するには、何が必要でしょう? ウェアラブル技術 - 何が問題なのかウェアラブル機器は、小さくて、着ている人の注意をほとんど引かない必要があるのは、言うまでもありません。医療用ウェアラブル機器の場合、ユーザーは普通、他の人の注意も引きたくないと思います。何らかの方法で人体に取り付けるウェアラブル機器は、フレキシブル回路および非常に高密度のレイアウトを要求します。それだけでなく、多くの場合、基板の形は円形や楕円形であり、さらに変わった形の場合さえあります。設計者の観点から、これらのプロジェクトには、巧みな配置と配線が必要です。このように小さく高密度の基板では、リジッドフレキシブル設計に最適化されたPCBツールを使えば、変わった形状を非常に簡単に扱うことができます。通常、リジッドフレキシブル設計では、コンポーネントを搭載したリジッド基板同士が、フレキシブル回路によって接続されている。フレキシブル回路を使用すると、製品筐体に収まるようアセンブリを曲げることができる今日設計されるPCBの大半は、基本的に、回路を接続するためのリジッド基板です。しかし、PCB設計者にとって、ウェアラブル機器には、リジッド基板にはない以下のような問題点があります: 3Dパッケージに収まるよう、接続ポイントに負荷をかけずに、フレキシブル回路とそれぞれのコンポーネントを正確に配置する。最終製品がそうであるように、アセンブリのリジッド部分とフレキシブル部分を統合してスタックアップを設計する。フレキシブル回路を曲げることによる負荷をかけずに、製品筐体に収まるよう、リジッド基板とフレキシブル基板からなる最終アセンブリを形成する。その上、設計が完了した後、リジッドフレキシブル製造業者を選定するという課題があります。これは、標準的なリジッド基板製造業者を見つけるより少し困難な場合があります。このようなさまざまな課題が加わった中、標準のリジッド基板設計では通常遭遇しない、よくある問題を回避しながら、リジッドフレキシブル設計の整合性をどのように確保しますか? リジッドフレキシブル基板設計の技術をマスターする Altium Designer^®は、リジッドフレキシブル設計を扱う最も包括的なツール群を提供します。スタックアップを完全にマッピングし、 3Dでモデル化することができます。ティアドロップおよび信頼性向上技術を簡単に素早く使えます。さらに、製造出力データをフォーマットするためにODB++またはIPC-2581を選択し、設計意図を完全に伝達できます。 3Dモデリングを提供するPCB設計ソフトウェアによって、設計者は、PCBアセンブリがどのようにフィットするかを正確に把握できる Altium Designerの強力な技術を使用して、リジッドフレキシブル設計がもたらす多くの課題を克服する方法について、詳しくお知りになりたい場合は、今すぐ無料のホワイトペーパー

IoTアプリケーション用の各種LPWANネットワークの長所と短所

IoTアプリケーション用の各種LPWANネットワークの長所と短所 1 min Thought Leadership 現在の IoT は、市場情勢と世論という闘技場における剣闘士の戦いに例えられるでしょう。どのプロトコルやスタックを使用すべきか、どの IoT 製品が有用か（または有用でないか）、発展中の IoT エコシステムのそれぞれの要素においてどれが勝利するかというような部分について、常にラング付けが行われています。重要なのは、このような多くの小さな戦いは、設計者が次の IoT 設計において直面する、またはあらかじめ予測しておく決断の場でもあるということです。ここでは、 IoT における現在の大きな考慮事項の 1 つとして、

オンボードの供給電圧を不安定化しないMicroSD電源回路の設計方法

オンボードの供給電圧を不安定化しないMicroSD電源回路の設計方法 1 min Thought Leadership PCB設計者は多くの場合、完璧な設計とコスト削減との間で適切なバランスを選択するという困難な課題に直面しています。MicroSDのようなデータ保存メディアを扱う設計では、「動作中挿入」や「突入電流」のような単純な概念を見落としたために、試作が不完全で高価になる可能性があります。私は、ハードウェア設計を単純に保つことを美学にしてます。設計する上で本質的な必要性がないコンポーネントはすぐに取り除くことにしています。残念ながら、多くの失敗の結果、このように設計を単純化することにより、かえって問題が複雑化することもあるという教訓を得ました。10年前に、SDインターフェイスを使用するプロジェクトに取り組んだことがあります。当時はSDカードというのはよく知られていないコンポーネントで、技術資料もほとんど存在しませんでした。突入電流を見落とさない MicroSDやSDカードのピン配列は、一見複雑ではないように見えます。十分な経験のないエンジニアでも、各ピンの機能を簡単に判別できるでしょう。一般的なMicroSDは3.3Vにおいて最大100mAを消費するため、3.3V電源に接続すれば問題はないと、私も考えていました。しかし、自分が設計した実用試作にSDカードを再挿入したときに問題が発生しました。これまでの多くのエンジニアと同じように私も、SDインターフェイス用の回路を設計するとき、重要な概念を見落としていました。すなわち、突入電流を考慮に入れていなかったのです。そのため、私たちのマイクロコントローラはSDカードを挿入するごとにリセットされる結果となりました。この結果から、現在にまで通用する教訓が導き出されます。SDカードは、フォームファクターの小型化されたMicroSDカードと電気的特性はほぼ同じです。すなわち、私が10年前に犯した過ちは、今日のPCB設計でも同じように発生するということです。コンデンサーを使用して問題を回避できます。デカップリングコンデンサー: プロトタイプ構築後の迅速な修正それでは、MicroSDカード用に設計したボードでこの過ちを犯してしまった場合にはどうすべきでしょうか?ほとんどのMicroSDコネクターにはカード検出ピンが搭載されており、マイクロコントローラーはこのピンを使用してMicroSDカードの存在を検出できます。システムは、MicroSDが正しく挿入されているときにのみ電源をオンにし、MicroSDが取り外されたときに電源をオフにします。問題を素早く解決するには、MicroSDカードの電源ピンの近くにデカップリングコンデンサーを追加します。これによって、回路に必要な安定性を得ることができます。この解決策は、MicroSD挿入時の突入電流の問題を解決するのに有効なことが判明しました。完成したPCB上にコンデンサーを人手でハンダ付けするというのは、洗練された解決策ではないのは事実ですが、急いで問題を解決しなければならないときに可能な唯一の方法です。ここで考慮すべき最も重要な要素は、突入電流を低減し、供給電圧の不安定化を防ぐために十分な電荷を保持できるコンデンサーの選択です。デカップリングコンデンサーの最適な値は、合計負荷容量と、MicroSDカードのVddとVssとの間の容量を超えている必要があります。ほとんどの場合、45uFを超える値が適切です。ここで重要なのは、コンデンサーを可能な限りMicroSDの近くに配置することです。場合によっては、PCB試作でこれを行うのが不可能なため、基板の修正が必要なこともあります。問題は、単一のコンデンサーを使用する単純なソリューションを使い続けるか、より洗練された手法に変更すべきかです。メモリメディアに関する私の過去の経験から、MicroSDカードの電気的特性はブランドによって異なるため、今後行う設計については、特定の特性を想定しないことをお勧めします。洗練された手法は、設計開始時点からMOSFETを使用することです設計フェーズにおける洗練されたソリューション MicroSDカードによる内部的な供給電圧の乱動を防止する、デカップリングコンデンサー以外の最良の方法は、電気的スイッチを使用して突入電流を制限することです。より具体的に言うと、FDN340P MOSFETを使用して、MicroSDの電源をコントロールします。この方法では、電子回路とファームウェアロジックとの連携により、MicroSDの電源が効率的に管理されます。 MOSFETを使用すると、電圧の増大率を制限し、突入電流の問題を回避するため役立ちます。アプリケーションに応じて、許容される電圧スルーレートを持つMOSFETを選択します。このスルーレートにより、電圧の急激な変動を抑えることができます。また、下流方向の最大突入電流も制限できます。この両方により、MicroSDの正しい動作を維持できます。