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PCB設計におけるDRC: 設計の失敗の防止 Thought Leadership PCB設計におけるDRC: 設計の失敗の防止 私は長年にわたって小さなボートを所有しており、水上での趣味に使用していましたが、いくつかの重要なルールに従う必要がありました。ルールの1つは、ボートを水に浮かべる前に、排水プラグを必ず取り付けるということです。新しいボートをが沈んでしまい、回収するために泳ぐくらいなら、ただ泳ぐため水に入る方がはるかに安くつきます。 ルールは自分たちを保護するためのものだということは、誰でも知っています。しかし、不注意または意図的に、ルールが無視されることもあります。回路基板の設計にも、従うべきルールがあります。さいわい、今日のPCB設計ソフトウェアにはデザインルール チェック（DRC）が組み込まれています。設計者はこれらを使用するだけで十分です。 ルールは設計の失敗を防止するためのものです。 基板のDRC 回路基板の設計のサイズや複雑性にかかわらず、デザインルールのチェックは行う必要があります。特定の設計は非常に単純なため、DRCに時間を費やす価値はないと主張する人もいます。しかし、最も単純な設計でも、予期しない設計違反を見逃したたために、大きな問題を引き起こす可能性があります。DRCにより、設計を製造のため提出する前に、設計の整合性を確認できます。回路基板設計のDRCは、ツールごとに名前や説明が異なるため、基板設計ソフトウェアでレイアウトに対してチェックすべき、いくつかの一般的な要素を以下に示します。 基板のテクノロジーのルール : レイアウトツールでは、設計の各種物理パラメーターの有効性、たとえば物理レイヤーが正しく定義され、重複していないことをチェックできる必要があります。 フットプリント : レイアウトツールは、設計に使用されているフットプリントを個別に、またはバッチモードでチェックできる必要があります。 コンポーネント : レイアウトツールを使用して、コンポーネントが適切なフットプリント用に正しく設定されているかどうかをチェックできます。また、コンポーネントの間隔や位置が正しいことや、グリッド上またはグリッド外、および基板の予想される輪郭内に正しく配置されているかどうかもチェックする必要があります。 ネット : 基板上の電気的なオブジェクト（ピン、ビア、配線、フィル、プレーン）のクリアランスや、他の電気的な制約をチェックするよう、デザインルールを設定できます。 高速
高電圧PCB設計についての検討事項 Thought Leadership 高電圧PCB設計についての検討事項 私は以前、高電圧の応用は電力工学だけに必要なものだと考えていました。発電所や変電所で働く気はまったくなかったので、高電圧PCBの設計について学ぶことを免れていたわけです。ところが、空間の応用に興味を持った時点で、その考えが間違っていたことに気付きました。そして、怠惰な自分と向き合わざるを得なくなってしまったのです。高電圧の応用は、製造や発電所から医療や航空宇宙まで、ほぼすべての業界に存在しています。 高電圧の応用に向けたPCBの設計では、設計や製造の全工程でさまざまな内容を検討しなければなりません。基板は過酷な状況で稼働することが条件となっており、部品や材料の寿命に大きな影響を受けます。これに挑戦しようという意気込みがある場合は、レイアウトの作成を開始する前に、いくつかの検討事項を確認しておきましょう。 動作周波数についての検討事項 製品の動作周波数は、 ESD と同様に高電圧設計に影響を及ぼし、 ノイズ管理 は基板に影響を及ぼします。これは、高周波が低い電圧でアーク放電を成し、信号線の周辺でより 厳重なスペース が必要になるからです。 周波数帯のもう一端にある低電圧DCについても、特別な検討が必要になります。特定の環境条件では、DC差動がエッチングやエレクトロ ケミカルマイグレーションの原因になることがあります。これらはどちらも望ましいものではなく、エレクトロ ケミカルマイグレーションは高電圧設計の性能や寿命により大きな危険をもたらします。というのも、導体パッドやトレースに whisker と呼ばれる微細な導電性のフィラメントが「成長」し、最終的には電位間でショートが発生する可能性があるからです。ここでは少なくとも、アーク放電を成しやすいポイントが発生し、基板の効果的な 沿面距離と空間距離 が減少します。 エレクトロ ケミカルマイグレーションはスズや銀で最も多く発生するものの、ときには銅でもフィラメントが破壊されることがあります。危険を最小限にするためには、不純物を含まないスズや銀をPCBの仕上げに使用しないことです。スズを使用する場合は、 鉛の含有量が少ないものが推奨されます
超低電力の不揮発性メモリの誕生を予測させるスピン波技術の飛躍的な前進 Thought Leadership 超低電力の不揮発性メモリの誕生を予測させるスピン波技術の飛躍的な前進 私の大学では、量子力学が必修須科目ではありませんでした。何かを真に「理解する」ことは不可能で、わかるのはその確率だけだ、というのが前提だったのです。私には少しばかげた考えのように思えました。その後、私は上級電磁気学と信号処理を学びましたが、意味のわからない膨大な量の数字に対処しなければなりませんでした。一部の学生がこの講義を選択してくれたのは本当にうれしいことです。現在の量子技術を飛躍的に進展させてくれているのは、彼らにほかならないのですから。最近、ある研究チームがスピントロニクス（スピン波エレクトロニクス）での発見を詳述した論文を発表しました。この発見によって、メモリなどの実際のスピントロニクス デバイスのための道が切り開かれるかもしれません。こうした記憶装置には、不揮発性や超低電力駆動といったいくつかの強みが備わることになるでしょう。これらの利点は、モノのインターネット（IoT）などの組み込みアプリケーションにとっては最適な選択肢になる可能性がありますが、フラッシュメモリにとっては手ごわい競合になるでしょう。 スピン波技術 最近の大躍進の話に進む前に、まずはスピン波技術がどういうものなのかを確認しておきましょう。その後で、研究者チームが発見した内容についてご紹介します。 従来の電子機器では、電子電荷を使って情報の保存と操作が行われます。 トランジスタには、電流を流すオンの状態と電流を流さないオフの状態 があります。スピントロニクスでも電子が利用されますが、情報は電荷特性ではなくスピンを使って 保存されます 。電子スピンにも2つの状態がありますが、これらは放射される小さな磁場を測定することで識別されます。この研究チームは、エレクトロニクスのベースをトランジスタからスピンに置き換える方法を見つけたのです。 最近、シンガポール国立大学のチームは、スピン波の分野を 飛躍的に進展させました。スピントロニクスの問題の1つは、異方性が原因で波信号の方向がバラバラになってしまうことのようですが、Adekunle Adeyeye教授が率いるこの研究チームは 新しい構造 を使って、同じ信号を複数の方向へ同時に伝搬させました。この構造では外部の磁場が必要ないため、実装がより簡単になります。チームは以前、外部の磁場がない状態で スピン波信号を送信、操作する方法を発見しました。これら2つの発見を組み合わせれば、スピントロニクス デバイスの誕生にさらに近づけるでしょう。 電子は次のトランジスタになるかもしれない スピントロニクスの強み 新しいからといって、それが必ず役に立つとは限りません。では、スピン波の技術は何を実現してくれるのでしょうか？ スピントロニクスにはメモリの応用に活用できる
PCBレイアウトソフトウェア比較に最も重要な機能 Thought Leadership PCBレイアウトソフトウェア比較に最も重要な機能 掘り出し物を見つけようと思って、中古車販売店に行ったことがありますか? 整備工でもなければ、ほとんど不可能です。私の場合、値段を除いて、自分にはほとんど同じに見える2台の車から選ぶことになりました。安い方を選んで、近くの整備工場に持って行くと、ぽんこつを選んだことが分りました。PCB設計ソフトウェアを選ぶときにも、同じ気持ちになることがあります。無料のプログラムを使用して、または中級のプログラムを購入して、自分が必要とするものには、ほど遠いことが分ったときです。電子設計自動化（EDA）ツールを決める前に、基板の設計に必要な高度な機能をサポートするか、確認する必要があります。また、自分特有のニーズに合うようカスタマイズできる統合環境で、これらの全ての要素が利用できることも重要です。 探すべき機能 私は、値段だけで車を選びました。もう一方の車と見た目は同じなのに、数千ドル安かったのです。結局、値段相応だと分りましたが、このことは、ECADソフトウェアにも当てはまります。たぶん、PCBの設計に、より安い、できれば無料のソフトウェアを使用したいと考えるでしょう。オプション機能の足りない点が、安い類似ブランドの問題点です。PCB設計が複雑になるにつれて、これらの「オプション機能」が必要になってくるのです。設計プログラムを選ぶ際に探すべきものをいくつか示します。 基板サイズ - これは当然ですが、挙げておきます。無料ツールの多くでは、基板スペースが厳しく制限されています。ソフトウェアが、回路に十分なスペースをサポートしているか確認してください。 高度なビア設計 - 高密度相互接続（HDI）基板や高速基板などを設計している場合、これは非常に重要です。 ブラインドビアやベリードビア 、 ビアインパッド（VIP） 、 マイクロビア 、 バックドリル加工 などの使用が必要になります。これらの機能のサポートは、低価格帯のソフトウェアには含まれない場合があります。必要であれば、利用できることを確認してください。 レイヤーの数 -
電力ネット管理 - 第2弾 電源ネット管理 - 第2弾 最近のブログ投稿「パワーネット管理」について、非常に興味深く、有益なコメントが多数寄せられました。多くの人が議論に参加してくれるのを見ると、私にとって心温まることです。これらの貢献は、パワーマネジメントの領域がいかに広大で複雑であるかを理解するのに役立ちました。 最近のブログ投稿「 パワーネット管理」について、非常に興味深く、有益なコメントが多数寄せられました。多くの人が議論に参加してくれるのを見ると、私にとって心温まることです。これらの貢献は、パワーマネジメントの領域がいかに広大で複雑であるかを理解するのに役立ちました。皆さんにとって、どのようなタイプの設計を行っているにせよ、明らかに非常に重要な領域です。 これらのコメントの多くは素晴らしい提案やアイデアを提供しています。これらを一つにまとめ、整理し、前進するための明確で有用な方法を示すことを試みたいと思います。 この問題に取り組むにあたり、まずは対処すべき問題をより明確に定義し、分類することから始めたいと思います。そうすることで、電力管理を「エネルギー消費」（言葉遊びをお許しください）が少なくなるようにするために、各問題または問題のクラスごとに、可能な解決策のアプローチを提案しようと思います。その際、これらを実装するために必要な開発努力を見積もろうと思います。 最初のタイプの問題は基本的なものです。 各電力ネットワーク（コンポーネントに電力を供給するために関与するネットのセット）は、最終的には何らかの外部電源に接続されるべきです。また、任意の外部電源もどこかに電力を供給するべきです。特定の電力ネットワークでは、基本的な予算制約を守るべきです（生成される電力は消費される電力以上であるべきであり、共通のネットに接続するデバイスの動作電圧範囲は一致するべきです）。また、電力ネットワークが信号（プルアップやプルダウンを指します）と相互作用する場合、実際のエラーを覆い隠すような偽のエラーが生成されるべきではありません。 次に、より複雑な性質の問題があります。 各電力ネットワークの予算は、供給されたものが適切に分配され（各部品が正しく機能するため）、最終的にはあらゆる可能な運用状況下で収集されるように、正確に管理されるべきです。懸念されるのは、供給側でどの電圧の下でどれだけの電流が提供され、それがどのように収集され返されるかです。 最後に、もっと高度な問題があります。 最終的には、使用される部品の電力要件を物理的に満たす方法でPCBを設計する必要があります。繰り返しの作業やエラーを避けるために、これらの設計制約は回路図情報から自動的に計算されるべきです。そして、結果が適切であることを確認するために、最終的なPCB設計をシミュレートする必要があります。これらは、電力および分割面の設計、ルート管理、熱管理、部品のストレスなどの問題領域に関するものです。 単純な電力接続のチェック 最初の一連の基本的な問題については、電力ネットワーク、そのノードとその基本的な特性を定義する手段があれば、基本的なチェックを比較的簡単に実行し、設計者の注意を潜在的な問題に集中させることができると思います。 私が考えている基本的なチェックは次のとおりです： ネットワーク上に少なくとも一つの電力の生産者が存在する。ネットワークで生成される電力は、消費される電力以上である。 ネットワークに接続されたデバイスの電圧範囲は、少なくとも交差するべきである。 重要な問題は、これを実装する実用的な方法は何かということである。 まず、電力ネットワークを「構築」する方法を考えてみましょう。電力ネットワークとは、単にそれが必要な部品に電力を提供するために関与するネットのセットに過ぎません。 私は、これを定義する目的を達成するための良いメカニズムとして、部品の透視図を見つけます。 前の投稿で提案されたグラフィカルな表現が適切でないことを理解しており、完全に指摘された点を理解しています
PCB製造において避けるべき5つの要素 Thought Leadership Engineering News PCB製造において避けるべき5つの要素 最後のデザインレビューが完了し、必要な承認の署名をもらい、作業がほとんど完了した状況を想定してみます。コンポーネントが調達され、基板のレイアウトが完成しても、最大の課題がまだ残っています。設計の意図を製造部門へ正しく伝えなければ、設計にかけた何か月もの時間と、チームの労力は水泡に帰すことになります。 しかし、このような設計の後段階の処理は、どのような方針で行えばいいのでしょうか? 製造部門に必要なすべてのファイルを出力するためのツールは用意されています。しかし、デジタルの情報から物理的な品物への翻訳プロセスは、それほど簡単で明瞭なものではないのは明らかです。実際のところ、何か月もかけて完璧な基板レイアウトを作成しても、設計の意図を製造用ドキュメントで明確に伝達できなかったために、大きな失敗が引き起こされることも考えられます。 ドキュメント作成プロセスにおいて遵守するべき真理が1つあるとするなら、それは従来の常識を否定し、 より多くの詳細を記載する方が、少ないよりも良いと考えることです。それでは、ほとんどのPCB設計者が一般にドキュメント作成プロセスで見過ごしている細かい詳細は何でしょうか? PCB製造業者から最も嫌われる5つの点の概要をここに示します。ドキュメント作成のプロセスにおいて、これらの点に留意すれば、設計が却下されることを防止できます。 #1 - PCBドキュメントの内容が不完全である 当然のことのようですが、PCBの設計プロセスや仕様を、製造業者が必要とする重要なファイルへ変換する作業は決して単純明快なものではありません。そして、製造業者へ送るドキュメントに1つの間違いがあっただけでも、製造業者で大きな混乱を招き、生産プロセス全体を停止させてしまう可能性があります。不完全な内容のPCBドキュメントが製造業者の手に渡ることを防ぐため、次のようないくつかのガイドラインを頭に留めてください。 使用しているPCB設計ツールで、出力ドキュメントを手作業で生成する必要がある場合、出力するファイルに注意し、それらが単一のリポジトリ内で整理されていることを確認します。 製造業者に製造用のファイルを送付する前に、製造業者がどのようなファイルを、どのフォーマット（Gerber、ODB++、その他）で要求しているのかを正確に確認しておきます。 単一の社内用CADファイルを製造業者に送り付け、そのファイルを読み取れるソフトウェアを相手が持っていることに期待してはいけません。 簡単に言うと、完全なPCBドキュメントパッケージには、製造業者に必要なすべてのファイルが、推定作業の必要なしに簡単に解釈できるようなファイル形式と構造で、整理されて含まれている必要があります。製造業者に冗長なファイルや、エラーの含まれているファイルが渡った場合、製造プロセスの遅延を引き起こすことになり、是非とも回避すべき事態です。 完全なドキュメントデータパッケージ（出力ジョブファイル） #2 - クラスの種類が示されていない クラス2はPCBドキュメントの業界標準ですが、もし別のクラス（1または3）で設計を行った場合、マスター図面は大幅に変化します。このため、次のガイドラインに従って、正確にどのクラスが使用されているのかを明確にすることが重要です。 製造業者が、標準のクラス2プロセスが必要なものと想定しないよう、PCB製造および組み立て図面の両方に、必要なクラスで推奨される構築標準を明確に示しておくことをお勧めします。