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Altium Designer: PCB設計でプロジェクトテンプレートを使用するメリット Altium Designer: PCB設計でプロジェクトテンプレートを使用するメリット 1 min Thought Leadership 馬の家畜化、車輪の発明、燃焼機関の開発は、人間がより効率的にあちらこちらに移動したり新しい場所を探検したりできるようなるという点で称賛できる、非常に画期的なできごとです。慣れた環境から見知らぬ場所に出ていくための自信を多くの人に与えるという点で、少なくとも同じくらいの称賛に値するもう1つの発明があります。それは地図です。自分より前に誰かが道を通ったということがわかっていると、目的地にたどり着く自信が持てます。 PCB設計は、試行錯誤で埋め尽くされる可能性のある創造的なプロセスです。このプロセスからエラーを取り除くことは実質的に不可能ですが、プロジェクトテンプレートを使用することで最小限に抑えることはできます。最も基本的なところでは、プロジェクトテンプレートは実際上、以前に設計された回路の「地図」です。自信を持って、これを新しい設計のベースとして使用することができます。Altium Designer 18ではこの基本概念が拡張されていますが、PCB設計でプロジェクトテンプレートを使用する多くのメリットに注目する前に、プロジェクトテンプレートをさらに詳しく定義し、作成方法を確認しましょう。 プロジェクトテンプレートとは プロジェクトテンプレートは単に、以前に作成された設計で、似たようなPCB、PCBモジュール、個々のコンポーネントの設計に必要とされる作業を減らすために使用されます。PCBレイアウトを通して、基板を作成することが必ずしも骨の折れる生成プロセスである必要はありません。既に回路基板が作成されている場合、作業はもっと楽になるかもしれません。テンプレートをそのまま使用することも、設計の特定要件に合致するようテンプレートを変更することもできます。 マルチチャンネルデザインでの回路の再利用と同様です。 マルチチャンネルデザインの場合と同じく、プロジェクトテンプレートは、効果的に活用できるよう、技術者、PCB設計者、チームや組織の他のメンバーが簡単にアクセスできる必要があります。回路構成、フットプリント、テンプレートのいずれで構成するにしても、以前に使用した基板設計のデータベースを用意すれば、チーム全体のプロセスを迅速化できます。 ただし、Altium Designerが提供するソフトウェアは、通常プロジェクトテンプレートが置かれるAltium Vaultのような管理サーバーの任意の場所にテンプレートを格納できる柔軟性を備えています。サーバーを使用することで、一元化されたファイル格納場所だけでなく、適切に構成された管理アーキテクチャーも提供されます。これは、セキュリティおよびアクセスレベルの特定性の維持のために重要です。 優れたPCB設計ソフトウェアにより、頼れる基板およびプロジェクトテンプレートのディレクトリにアクセスできます。以下の図1は、Altium Vaultに格納されているプロジェクトテンプレートのディレクトリ構成の例です。 図1 プロジェクトテンプレートのディレクトリ構成 上図のように、プロジェクトテンプレートは、個々のコンポーネント、シート（モジュール、回路図、PCB）、または設計全体（全てのコンポーネント、回路図、およびPCB）として分類し、格納できます。プロジェクトテンプレートは通常、履歴、リビジョン、コード、その他のドキュメントなどの関連ファイルとともに格納されます。したがって、情報およびデータは全て、テンプレートにアクセスすることで1か所から表示/ダウンロードできます。 プロジェクトテンプレートの作成方法 1回のみ使用するデザインとプロジェクトテンプレートの違いは、設計ファイルの格納場所と格納方法にあります。PCBを設計する場合、通常は、プロジェクトディレクトリの下に全ファイルを格納し、1か所から全てのプロジェクトファイルに簡単にアクセスできるようにします。コンポーネントやシートを検索するには、設計ファイルがどのプロジェクトに存在しているかを知っておく必要があります。回路基板のニーズの変化により、この方法による設計の再利用がすぐに続けられなくなることは明らかです。 したがって、再利用したい設計を検索する、より単純でアクセスが簡単な手段が必要です。Altium Designerでは、プロジェクトテンプレートはテンプレートディレクトリ構成に格納されます。実際のファイルは、具体的なプロジェクトディレクトリ名を思い出さなくても、ここから簡単に表示し、アクセスできます。プロジェクトテンプレートの作成と格納場所への追加は、3つのステップで完了できます。 記事を読む
簡単なプロセスのための設計：任意のコンポーネントにサプライヤーデータを作成してリンクする 簡単なプロセスのための設計：任意のコンポーネントにサプライヤーデータを作成してリンクする 1 min Thought Leadership Altium Designerを使った経験がある方なら、この強力なライブラリプラットフォームの使いやすさとシンプルさにすでに馴染みがあるでしょう。しかし、これらのライブラリを使っていると、時には自分で手を汚さなければならないこともあります。たとえば、単純な部品番号の変更であったり、いくつかの重要なパラメーターを再設計することであったりしますが、編集は瞬時に簡単に更新できます。 この具体的な例では、プロのデザイナーの設計旅路でよくあるシナリオを見てみましょう：これらの統合ライブラリ内のコンポーネントにサプライヤーリンクデータを追加します。しばしば、お気に入りのサプライヤーやベンダーから特定の部品を頭に描いています。しかし、これらのコンポーネントは現在使用しているライブラリには存在しないかもしれません。ライブラリに入り、手動で情報を追加および編集する必要があります。 アンプ回路設計を例に取り上げて作業します 以前の記事では、プロトタイピングの準備が整ったと仮定する非常にシンプルなアンプ回路設計について探求しました。 回路図を作成し、基板の形状を決め、いくつかの コンポーネントのフットプリントを配置しましたが、それらは プロトタイプ/ガーバーに適しています。今回は一歩戻って、すべてのライブラリサプライヤーデータが正しく、最新の情報で満たされていることを確認しましょう。 サプライヤー指定のデータリンクの追加 この例では、標準のAltium Designer管理データベースで一般的なLM386 ICを見つけることができると思います。しかし、使用する予定のスピーカーは特定の部品なので、手動で追加する必要があります。これをどのように行うか見てみましょう。 LM386を検索するのは簡単です。インターフェースの右下隅にある「Panels」に移動し、「Part Search」を選択します。 そこにいると、既にインストールされているライブラリを検索して、探しているものを見つけることができます。LM386の検索結果では、リンクするためのいくつかのオプションがあります。 Digikeyがファンのお気に入りであるため、「Add Supplier Link and Parameters 記事を読む
優れた回路図ソフトウェアを使って、回路図とPCBを簡単に同期する 優れた回路図ソフトウェアを使って、回路図とPCBを簡単に同期する 1 min Thought Leadership 「先人の知恵に勝る学校はない」そんな言葉を耳にされたことがあるかもしれませんが、実際のところはどうなのでしょうか? 私が子供の頃の「先人の知恵」は、ワープロではなくタイプライターに文字を打ち込むことを教えてくれましたが、今もタイプライターを使っていたら、この記事を書くのに相当な時間がかかるでしょう。それに、スペルチェックなどの使い慣れた便利な機能も利用できなければ、バックスペースキーを押して文章を書き直すこともできません。使う紙は1週間もあれば山積みになってしまうでしょう。先人の知恵が金塊よりも貴重なのは確かですが、先人が使っていた技術が必ずしも便利であるとは限りません。 たとえば、PCBの設計アプリケーションで使用する同期データについて考えてみましょう。回路設計ツールには設計のすべてのネットが含まれ、レイアウトツールでそのデータを使用して基板が設計されます。ここで重要なのは、回路図のネットデータをレイアウトツールに渡してから回路図に戻すことです。実感していただけないかもしれませんが、古い手法では1つのツールから別のツールへこのデータを転送するのが非常に厄介でした。現在でも、一部の設計ツールではこれが難しい作業になることがあります。 昔話をするのは楽しいものですが、現在の状態にたどり着くまでにどれだけ大変だったのかがわかれば、話はもっと面白くなるでしょう。優れた最新のソフトウェアでは回路図と基板の同期が自動的に能率的に実行されますが、昔はそうではありませんでした。古い技術では手間がかかったものの、今はこうした同期を行える最新アプローチの利点を活かして、作業を効率的に進められるのです。 ネットリストの抽出 昔はさまざまな回路設計アプリケーションやレイアウトツールが使用されていました。こうしたツールの中にはパッケージ化されているものもありましたが、異なるベンダーが提供するツールを組み合わせて使うほうがはるかに一般的でした。つまり、異なるシステムのレイアウトツールに同期データを渡すためには、回路アプリケーションからネットリストを抽出する必要があったのです。 当時、サービス機関でPCB設計者として働いていた私は、顧客が使用するいろいろな種類の回路図ソースのネットリストデータを使用しなければなりませんでした。ネットリストが自分が使用しているレイアウトソフトウェアでそのまま使用できる場合もありましたが、大半はなんらかの修正を加えないと機能しません。こうした修正では、ネットリストにコンポーネント情報を追加したり、正しいデジグネータを割り当てたりします。お察しのとおり、ネットリストを手動で編集して使用可能な形式に変更すると、データの入力エラーが発生しやすくなります。一度、同僚が10個ではなく100個の部品を注文してしまい、会社を破産させそうになったことがあります。 レイアウトが完成すると、レイアウトツールからネットリストを抽出して顧客に戻します。レイアウト中にピンやゲートがスワップされるため、ネットリストは開始した時点のものとは違います。顧客にはすべてのスワップの現在と過去のリストも提供する必要がありました。そのため、私たちの側ではさらに手動での編集が必要になり、顧客側でも手動で変更を行う必要がありました。すべてを正しく完了できていたことが不思議になるほどです。 PCBのレイアウトに送信するネットリストデータが保存されたフロッピーディスク 2つの異なるツールをつなぐインターフェース 幸いにも、現在の大半のCADシステムでは、回路図とレイアウトの同期がはるかに容易になっています。とはいえ、回路図ツールとレイアウトツールでシステムの設定が異なるケースは、今もたくさんあります。これらのツールをやり取りさせるために、こうしたシステムの同期プロセスでは多くの場合にインターフェースが使われています。 このインターフェースには、2つのツールが一緒に機能する1つの統合ツールとして表示されます。ただし、いずれかのツールに加えられた変更が原因でインターフェースが中断すると、問題が発生することになります。インターフェースの一部が中断したためにいくつかの機能が使用できなくなることもあれば、インターフェースが完全に機能しなくなってユーザーが足留めを食らってしまうこともあります。また、他のツールからアクセスできなくするために、ソフトウェアのベンダーがインターフェースの機能を廃止することも考えられます。この場合、顧客は立ち往生することになり、通常の設計作業を継続できなくなります。 優れた回路図ソフトウェアによる同期 回路設計ツールとレイアウトツールが1つのソフトウェア会社によって構築されると、その統合設計環境では同期プロセスの信頼性が向上するほか、設計で最良の結果を出すことができるようになります。ツールが同期されるうえ、多くの場合に選択肢と機能が充実し、インターフェースも提供されます。また、それぞれのツールが更新、改善される中で、設計の一部として回路図とレイアウトの同期プロセスも改善されるため、正確性と効率性が高まることになります。 同期データの転送にインターフェースや手動で編集したネットリストを使用している場合は、こうした作業を統合設計環境で自動的に処理してくれる PCB設計ツールの検討をおすすめします。手動の編集には人的エラーが潜在し、インターフェースでは役立つ機能の一部を利用できない可能性があります。一方、回路設計ツールと基板のレイアウトツールが連携するように設計されている PCB設計システムを活用すれば、最良の結果を挙げることができるでしょう。 優れたソフトウェアによる回路図の同期は、両方のツールが連携する1つの統合設計環境で実行される 私はタイプライターを使ってこの原稿を書きたくはありません。味わいがあるのは確かですが、皆さんもPCB設計を手作業で進めたり、データを郵便で送ったりしたくはないでしょう。私がお伝えしたい先人の知恵とは、「最新のPCB設計ソフトウェアを活用すれば作業が簡単になる」ということです。 1つの統合された設計環境で回路設計ツールと基板のレイアウトツールの両方をお使いになりたい場合は、 記事を読む
自動配線が可能なPCB設計ソフトウェアで時間を節約できる主な理由 自動配線が可能なPCB設計ソフトウェアで時間を節約できる主な理由 1 min Thought Leadership 私は長年にわたってPCBの設計に携わっていますが、自宅よりも職場で過ごす時間のほうが長くなっていました。残念ながら、家族はそんな私の日常にすっかり慣れっこです。締め切りが迫っている設計があると、私が夜遅くまで仕事をすることになるのを家族全員がわかっています。ストレスを解消したり、家族といる時間を増やしたりするためには、設計時間を短縮する方法を見つけなければいけないのはわかっていました。 つい数週間前のハロウィンも、設計の締め切りと重なってしまいました。ところが、作業は前倒しで完了し、早い時間に帰宅することができました。家族はみんな大喜びです。私たちはトリック・オア・トリートやゲームをして遊び、大笑いしながら楽しい時間を過ごしました。私は家族のヒーローになれただけでなく、その夜は久しぶりにぐっすりと眠れました。予定より早く仕事を終えられたことで家族全員が救われましたが、そこで私が感謝したのはそれまで避けてきたあるもの - そう、オートルーターです。 私は何年もオートルーターを使っているため、この機能に対する反論についてもよくわかります。ただし、最近では考えが変わりました。オートルーターは進化し、以前よりもはるかに便利になっているのです。洗練された現在のオートルーターでは、これまでのように紛らわしくて使えない配線だらけの基板が作成されることはなく、特定のニーズに対応します。こうしたルーターの活用方法を一度覚えると、それがどれほど便利か驚かされることでしょう。自動配線によってPCB設計ソフトウェアの世界は変わりました。ぜひ、新しい視点からこの機能を見直してみてください。 かつては謎のブラックボックスだったPCB の自動配線 オートルーター: ブラックボックスからPCB設計ソフトウェアへ 多くの設計者は自動配線のことを、自分たちではコントロールできないある種の謎めいたブラックボックステクノロジーだと考えてきました。得体の知れないルーターに設計データを送っても、出てくる結果にがっかりするだけだったのです。ルーターで行われる不適切な配線のせいで、何時間もかけて手動できれいに修正するはめになるのはよくある話でした。こうした問題のせいで、私も含めて多くの設計者がオートルーターを信用できなくなりました。 ところが今は話が違います。以前よりも格段に改良されているのです。多くのオートルーターは、サードパーティー製のブラックボックスアプリケーションではなく、PCB設計ソフトウェアに組み込まれています。つまり、すでに設定してあるデザインルールを使えるため、別のアプリケーションと整合させる必要はありません。また、現在のオートルーターはさまざまなモードで機能するため、作業する領域を絞って配線することもできます。その一部をご紹介しましょう。 Point-to-point の自動配線: ネットを単純にPoint-to-pointで接続できます。配線対象のネットを選択すると、デザインルールに従ってトレースが自動的に配線されます。 一括自動配線: 私たちが覚えている以前の「ブラックボックス」のオートルーターと似ているものの、最新の一括ルーターでははるかに多くの設定ができます。通常はPCB設計ソフトウェアに組み込まれているため、すでに設定してあるデザインルールを使用すれば、格段に管理しやすくなります。 設計に役立つ自動配線機能を備えるPCB 設計ソフトウェア 自動配線機能を備えるPCB設計ソフトウェアはどう設計に役立つのか 同僚から自動配線を見直してみるようにすすめられたとき、私はまずそれを拒みました。ところが、助けが欲しかった私は最終的に必要に迫られ、自動配線にもう一度目を向けてみることにしたのです。そこで見つけたものに私は驚きました。きっと、皆さんも驚かれるはずです。下記は、その中でも本当に役立っている配線機能です。 記事を読む
マイクロコントローラーの故障モード: 発生理由と回避方法 マイクロコントローラーの故障モード: 発生理由と回避方法 1 min Thought Leadership 設計の成功の大部分は大学にかかっています。実験室の実験でコンデンサーを誤って爆発させる原因を学んだからではなく、思いもよらないときにマーフィーの法則が当てはまることがあると学んだからです。Warcraftゲームに参加して終わりのない任務の遂行に明け暮れていた私は、常にコンピューターに依存して活動していました。 その当時、コンピューターの性能はかなり低く、悪名高いWindowsの「死のブルースクリーン」ポップアップが時々表示されるのは珍しいことではありませんでした。Warcraftゲームが中断されることはイライラの種であり、遂行した任務がシステムに保存されず数時間が無駄になる一方で、私はコンピュータークラッシュにより重度のパニック発作を引き起こしたものです。設計者であれば、現場でマイクロコントローラーに障害が発生した場合に、同様のパニックを経験したことがあるかもしれません。 マイクロコントローラーの故障モードがシステムに与える影響 組み込みシステムでは、マイクロ コントローラー（MCU）の障害は、業務の締め切りに遅れた場合よりも悪い影響が出る可能性があります。多くの場合、MCUは、決済端末、医療機器、セキュリティーシステムなどの用途における心臓部です。これらのシステムは高い安定性を必要とし、たいていはシステム障害に強くありません。 MCUが故障すると、場合によってはシステムの稼働が完全に停止します。この状況は、ユーザーに迷惑をかけたり、重要な使用現場において安全上のリスクを引き起こす可能性があります。クライアントにとって、信頼性の低いシステムは運用能力に影響を与え、収益の損失につながる可能性があります。設計者にとっては、何百もの製品が現場で常に故障していることは、私たちの誇りに大きな打撃を与え、評判に影響することが考えられます。 マイクロコントローラーの故障の理由とその責任 信頼性のある組み込みシステムには、ハードウェア設計者とファームウェア プログラマの協力が必要です。一部の設計エラーは開発段階で検知されず、導入後にやっと問題が顕在化します。この場合、その責任の大部分を誰が負うべきなのでしょうか。 指をさす前に、マイクロコントローラーが故障する一般的な理由を考えてみましょう。 1. メモリスタック オーバーフロー マイクロコントローラーの メモリスタックは、一時的な使用を目的とした内部RAMの指定領域です。メモリスタックのサイズは制限されており、MCUによって異なります。ファームウェア プログラマがスタックサイズより大きい変数を割り当てると、ランタイム中にスタックオーバーフローが発生し、ファームウェアに問題が生じる場合があります。 2. 不正なポインター MCUファームウェア プログラミングでは、変数、またはプログラム関数のアドレスを示すために、通常 記事を読む
最良のPCB設計ソフトウェアの考慮すべき機能とは 最良のPCB設計ソフトウェアの考慮すべき機能とは 1 min Thought Leadership 家の購入を決意する前には、おそらくたくさんの質問をするかと思います。自分にとって大事な施設やサービスが近所にありますか? 近隣の環境に問題がなく、安全ですか? 家の間取りが自分のニーズに合っていますか? これらはいずれも、そこに住むと決める前に解決する必要がある重要な質問です。 同様に、PCB設計ソフトウェアの購入も同じレベルの詳細な検討が必要です。そのソフトウェアが自分に必要な処理を行ってくれるかどうか、どのようなサポートが受けられるかなどを確認する必要があります。また、会社の将来や、それらのツールが設計ニーズの変化にともなって設計者とともに成長できるかどうかなども考慮する必要があります。 新しい家の購入と全く同じように、新しいソフトウェアへの移行は大変な作業になる可能性があります。設計者を手助けするため、Altiumは、PCB設計ソフトウェアについて質問する時に設計者がガイドとして使用できるトピックリストをまとめました。 PCB設計ソフトウェアが必要な処理を行ってくれるか 最初に確認すべきことは、検討しているPCB設計ソフトウェアが、自分に必要な処理を行ってくれるかどうかです。この質問に答えるためには、どのような設計技術のためにそのソフトウェアを使用するかを明らかにする必要があります。設計するのは片面、両面、または 多層基板 ですか? それらの設計の用途は、 電源 、 アナログ 、 デジアナ混在信号 、 高速 、あるいは RF 記事を読む
自動インタラクティブルーターの配線がオートルーターより整然としている理由 自動インタラクティブルーターの配線がオートルーターより整然としている理由 1 min Thought Leadership 少年の頃、私の部屋は常に散らかっていました。あらゆるものがどこにあるかわかっていると思っていたので、掃除する理由はありませんでした。最終的には、両親と友人からの強いプレッシャーに屈し、私は部屋を掃除しました。違いは驚くべきものでした。足の踏み場ができて、はるかに歩き回りやすくなりました。 オートルーターによるPCB配線についても同じことが言えます。オートルーターの配線は、 見た目が悪く雑然とする ことが知られています。そのような基板は、場合によっては追加設計が難しく、またいいかげんな設計に見える可能性もあります。こういった望ましくない配線は、通常次の3タイプのいずれかに分類されます。 1) バス配線の分割 2) 長く曲がりくねった配線 3) 望ましくないコーナーやスタブがある配線 何年もの間、PCB設計者は、オートルーターのスピードを必要とするたびに、配線に関するこれらの問題に対応してきました。自動インタラクティブルーターは、代替ルーターとしてはあまり知られていませんが、オートルーターに付き物の配線の問題はなく時間を節約することができます。 均一なバス配線 オートルーターは、PCBの配線時に多くの問題を引き起こす可能性があります。最初に目を引く問題は、バス配線の分割です。 バス配線は、類似するネットをグループ化した、均一な配線パターンです。例えば、8ネットのデータバス（D0からD7）はできる限りすき間なく配線する必要があります。このような配線は、トレースの長さとトポロジーを一致させることで、データバスの信号特性を維持します。 オートルーターは、バスをグループとして配線せず、バス内のネットを別々のものとして認識します。各ネットを配線するため、オートルーターは、そのバス配線から他のネットの配線を押しのけます（push & shove）。全てのネットの配線が完了したときには、オートルーターは、均一なバスを完全に分割しています。 これに対して、 自動インタラクティブルーター は、デザイン内の全てのネットではなく、ユーザーが選択したネットを操作します。また、パターン幅、クリアランス、レイヤー、およびトポロジ―についてユーザーが設定したネットおよびネットクラスのデザインルールに従います。その結果、整然として緻密なパターンのバス配線になります。さらに、自動インタラクティブルーターでは、オートルーターが配線方向を決定するのとは異なり、ユーザーがバス配線の経路を指定します。 記事を読む