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静電容量式タッチセンサー技術の実装方法

静電容量式タッチセンサー技術：その仕組みと実装方法 1 min Thought Leadership 静電容量式タッチセンサー技術は、電子制御インターフェースに使用される従来の機械式スイッチに比べ、安価で非常に信頼性の高い代替手段を提供します。タッチセンサーの複雑なベンダー/技術特有のパターンを手動で作成またはサイズ変更することは、困難で時間がかかることがあります。幸いなことに、複雑なタッチセンサー形状の簡単な作成と変更を可能にする自動化ソリューションがあります。静電容量式タッチセンサー技術の内部構造非常に基本的な用語で言えば、静電容量式タッチセンシングは、人間の指がPCB上の銅エッチングされたタッチセンサー電極に近づくと、センサー電極の静電容量が変化するという原理に基づいています。この静電容量の変化は、センサー電極に接続された一般的なマイクロコントローラー入力または専用のタッチコントロールデバイス入力で感知されます。マイクロコントローラーまたはタッチコントロールデバイスは、特定のセンサー電極によって感知された静電容量の変化に対する特定のプログラムされた応答として、1つ以上のデジタル出力制御信号の状態を更新します。静電容量センシングには2つの異なるタイプがあります。それらは自己静電容量センシングと相互静電容量センシングとして参照されます。自己静電容量センシングは、人間の指の存在が単一のセンサー電極の静電容量を増加させる場合です。この静電容量の増加は、上述のように処理されます。相互容量センシングは、人間の指の存在が一緒にペアされた二つのセンサー電極間の相互結合を減少させるときに発生します。この容量の低下（受信電極上）が感知されると、上述のように処理されます。自己容量タッチセンシング（左）と相互容量タッチセンシング（右） Altium Designerでの実装タッチセンサー電極、特にホイールセンサーは、非常に複雑な形状をしています。PCB設計ソフトウェアでそのような形状を手動で作成することは、最も経験豊富なPCB設計者であっても、非常に困難で時間がかかる作業です。さらに、必要に応じて既存のセンサーのサイズ変更や詳細の修正を考えてみてください。タッチセンサー電極を作成または修正する簡単で自動化された方法がなければ、タッチセンサーを実装することさえ難しいかもしれませんが、それにもかかわらず多くの利点があります。幸いなことに、簡単で自動化された方法があります。 Altium Designerで容量性タッチセンサー技術を迅速に実装する方法を無料のホワイトペーパーをダウンロードして学びましょう。

バイパスコンデンサは回路の前に配置すべきか、後に配置すべきか

バイパスコンデンサは回路の前または後に配置できますか 1 min Thought Leadership PCB設計プロジェクトにおいてエンジニアのチームと共に働いた経験から言うと、必ずと言っていいほど、部屋の中の頭脳たちが互いに意見を異にする時が来ます。場合によっては、誰が正しいかが明確な場合もあります。しかし、技術職の場合よくあることですが、明確でない時もあります（そしてその違いは「異なるスタイル」として片付けられます）。電気エンジニア間の意見の相違で私が遭遇したことがあるのは、PCB上でのバイパスコンデンサの配置は「」の「前に」がベストプラクティスであるというものです。ある人々は「」の「前に」ルールの熱心な支持者であり、これを達成するためにPCB設計を複雑にすることさえあります。私は「シンプルイズベスト」の設計原則を固く信じており、この種のルールよりも設計のシンプルさとエレガンスを重視します。しかし、バイパスコンデンサの配置に対するこの執着には何か真実があるのでしょうか？もう少し詳しく見てみましょう。バイパスコンデンサの配置におけるベストプラクティスうまくいけば、良いエンジニアであればバイパスコンデンサが何をするかを覚えているでしょうが、念のためにおさらいしましょう。バイパスコンデンサは、交流をコンポーネントやコンポーネントのグループの周りに導くために使用されます。これはノイズに対処し、よりクリーンな直流（DC）信号を作り出すのに役立ちます。AC信号をグラウンドに短絡することにより、DC信号上のACノイズは効果的に除去されます。デジタル回路の電圧変動は品質に深刻な問題を引き起こす可能性があり、多くのマイクロコントローラ設計の失敗の原因となっています。バイパスコンデンサ、またはフィルタキャップとも呼ばれることがありますが、電圧の変動から生じるACまたはノイズを減衰させます。バイパスコンデンサの配置は重要ですが、回路の前に配置するという経験則は、一部の設計者によって確かに誇張されています。バルクコンデンサが回路に近ければ、集積回路（IC）上で発生するノイズを吸収し、供給ネット上の電圧の変動を防ぐことができます。適切な回路の順序を気にする代わりに、バイパスコンデンサの配置のベストプラクティスに従うことで、はるかにスムーズなプロセスを促進することができます。基板の裏側を使用するバイパスコンデンサは基板の底面に配置することができ、ビアやファンアウトトレースのための追加スペースを作り出します。（リマインダー：ビア（vertical interconnect access）は、隣接する層の平面を通る電気的接続です。）コンデンサのサイズを念頭に置くバイパスコンデンサは電流の予備として機能し、VCC電圧の低下時にその電荷を放出することで電圧の低下を補います。提供される電荷の量とその低下を埋める能力を決定する要因は、コンデンサのサイズです。コンデンサのサイズを増やすと、これが設計に大きな影響を与える可能性もあることを念頭に置いてください。周波数とコンデンササイズの関係を理解する設計を計画する際には、リップル（または電流変動）の周波数とコンデンササイズの逆関係を念頭に置くことが重要です。このリップルがどのようなものかを知っていれば、必要なコンデンササイズを効果的にマッピングすることができるはずです。より複雑なリップルの場合、取り扱う異なる周波数に対して異なる電源バイパスコンデンサを使用する必要があるかもしれません。好きな設計要素にもっと時間を費やすワイヤーの延長はアンテナのように振る舞い、近くの磁場からノイズを引き寄せるため、両端にキャパシタを配置するのは悪い考えではありません。これにより、混乱を制御するのに役立ちます。この話の教訓は何でしょうか？キャパシタの配置についてストレスを感じる必要はなく、実際に重要な詳細に焦点を当てることです。回路の前または後にキャパシタを配置するか？ほとんどの場合、冷静を失うほどのことではありません。代わりに、IC上のリップルの性質について真剣に考え、バイパスキャパシタのサイズ、数、配置に応じて計画を立ててください。あなたが「回路の前」タイプの設計者であろうと「回路の後」タイプの設計者であろうと、 Altium Designer^®は、あなたが楽しむ設計要素にもっと時間を費やすのを助けることができます。

回路図とPCBレイアウトの同期によって効率と納期順守を改善

回路図とPCBレイアウトの同期によって効率と納期順守を改善 1 min Thought Leadership 画像ソース: Flickr user bittbox ( CC BY 2.0) しばらく前に、私は、スマート潅漑と環境モニタリングを自動化するためのシステムを設計、設置する会社で働いていました。業務に特有のニーズに対応するため（または、製造業者から戻ってきた後に、特定のモデルでの設計の欠点や見落としを補正するため）、どたん場で基板に「ハック」（ピンスワップやゲートスワップなど）を行うのが習慣になっていました。この即席の方法は、短期的には効果があり、その会社は、プロジェクトから期待された要件を必ず満たすことができましたが、この「直感に頼る」方法には、拡張性がありませんでした。問題の一部は、 PCBレイアウトの微調整に時間を使いすぎて（製造業者から基板が戻ってきて初めて、一部の詳細を無視していたことに気付いたのです）、詳細な回路図を通じて設計に全体的にアプローチするための時間が十分になかったことです。統合データモデルによるアプローチについて私たちが知っていれば、その時、役に立ったでしょう。統合データモデルによるアプローチで回路図とPCBレイアウトの同期を維持統合データモデルによるアプローチでは、回路図シンボル、PCBフットプリント、サプライヤー調達情報、SPICEモデルなど、設計プロセスの複数の側面をシームレスに統合できます。統合データモデルによるアプローチを通じて、回路図とPCBレイアウトの同期を維持することには、利点がいくつかあります: 同時設計: 回路図の作成は、効果的な計画に重要です。一方、PCBレイアウトを通じて回路設計の詳細に深く入り込むことは、多くの設計者にとって有益です。ファイルのリンクや更新の自動化によって、回路図とPCBレイアウトを統合することで、設計プロセスは自由に、「全体像」アプローチと詳細な「実世界」アプローチとの両方に同時に取り組むことができます。時間の節約: 回路図を効果的に計画するのに必要な手段を取ることによって、結局は貴重な時間を節約できます。過去に、チームが直接ボードに即座に設計を行っていたときは、時間を浪費していました。多くの場合、工場からプリントが戻ってきて、修正に何時間もかかる「細かな」詳細を見逃していたことに気付きました。PCBレイアウトと回路図を同期すれば、製造業者に送られる前に、設計資産に整合性があり検証されていることを確認するのに役立ちます。コストの節約: 時間の節約に加えて、統合データモデルによるアプローチを採用すると、結局はコストも節約できます。会社が、もっと早くこのアプローチを設計プロセスに採用していれば、元上司は、コストが節約できることを聞いて喜んだだろうと思います。そうした方が、はるかに費用効率が高く、簡単に避けることができたミスの修正に費やす、全ての時間や労力を節約するのに役立ったでしょう。

デザインルールによるコンポーネントの電力定格の最適化

デザインルールによるコンポーネントの電力定格の最適化 1 min Thought Leadership 私は、自分が最初に設計した回路が認定に失敗したことを今でも覚えています。それは証明済みの設計で、既に以前の認定に合格していたものなので、テストが失敗したことをマネージャーから聞かされたときには非常に驚きました。「火がついた」と噂が広まりました。電子回路が実際に発火することは稀です。ほとんどの場合は、多少煙が出るだけです。どちらにしても、PCB上の焼け焦げが事実を物語っていました。トランジスタが過熱し、暴走して発煙したのです。しかし、なぜそのような結果になったのでしょうか? それは証明済みの設計でした。何が変わったのでしょうか? 簡単な調査の結果、回路は同じであることが証明されました。同じコンポーネントで、同じ入出力で、ロットや製造業者さえも同じでした。1つだけ変化したのはレイアウトでした。私がこの基板をレイアウトしたとき、機械的アセンブリの部品の周囲に収まるよう、フォームファクターを調整する必要がありました。パワートランジスタの周囲の銅箔は、元々は約1平方インチでした。この設計では、その1/3に切り詰められました。面積の制約のため、電力を生成する他のコンポーネントは、PCB上で理想よりも近くに配置されました。この両方の要因から、狭い面積の銅箔では放散できない大量の熱が発生し、トランジスタが早期に破壊されることになりました。重要なコンポーネントを定量化するデザインルールのリストを維持知識の移行はほとんどの場合、現場において最大のボトルネックで、多くの時間を必要とします。理想的には、全ての設計者が元の設計を構築するときにきちんとノートを作成し、思考プロセスを保存するべきです。しかし、a) 面倒である、b) ノートが消失することから、実際にはほとんどの場合これは行われません。問題なのは、机上では実証済みの設計を再利用するのが効率的ですが、ノートが十分に作成されなかった、または知識の移行が不完全であったために、重要な設計パラメーターの多くが忘れ去られている場合、設計パラメーターを推量してチェックするために時間を浪費するということです。いくつかのデザインルールを組み込むと、小さな変更により設計が不良になることを回避し、チームの設計時間を節約できます。これを最初からうまく行うには、次のような方法を使用します。デザインルールを作成して組み込み、恒久的に引き継がれるようにする私は、意味のあるルールを好みます。このため、管理を行うデザインルールを割り当てる前に、消費電力についての制約を定義することが重要です。このための最良の方法は、データシートを作成することです。適切に作成されたデータシートには一般に、電力定格についてベストからワーストまで、最低でも3つの区分の条件が含まれます。最初の定格は、コンポーネントのみが、自由な空間で消費する電力です。これは、ワーストケースの消費電力と考えられます。 2番目の定格は、コンポーネントが「一般的な」形式でFR-4銅箔のPCBに半田付けされたときの消費電力です。この「一般的」とは主観的な用語です。この電力の値は平均値と考えられますが、可能なら経験的に検証する必要があります。 3番目の定格は、ベストケースの消費電力です。これは、コンポーネントが 1平方インチ、2オンスの銅箔上に完璧に取り付けられた場合に達成されます。この値は、実際に達成することは困難な理論値と考えるべきです。計算に使用する消費電力の値は、一般的な値とベストケースとの間での主観的な判定となります。どれだけの電力を消費する必要があるかが判明したら、ルールを作成します。これによって、その設計を誰かが使用するとき、元のデータシートをチェックする必要もなくなります。ただしこれは、注意を払う必要がなく、データシートの文書化がいい加減でもいいという意味ではなく、バックアップや、設計をさらに明確化するために使用するということです。今日の設計ソフトウェアにはコンポーネントライブラリが付属し、コンポーネント評価の時間を節約できると同時に、ユーザーが特定のコンポーネントにルールを添付できます。レイアウトに十分なヒートシンクが使用されていない場合、まだ仮想の設計であるうちに「デバッグ」する方が、実際に火を吹いてからやり直すよりもはるかに楽です。