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Altium Designerにおける周波数変調シミュレーション Thought Leadership Altium Designerにおける周波数変調シミュレーション アナログ信号を扱う際には、動作中の調和歪みのような問題を防ぐために、デバイスが線形に動作していることを確認する必要があります。アナログデバイスの非線形相互作用は、クリーンなアナログ信号を歪ませる歪みを引き起こします。アナログ回路がクリップしているかどうかは、回路図やデータシートを見ただけでは明らかではないかもしれません。信号チェーンを手動で追跡する代わりに、シミュレーションツールを使用してデバイスの挙動についての洞察を得ることができます。周波数変調シミュレーションのような、正弦波信号を用いた重要なシミュレーションは、Altium Designer®のプリレイアウトシミュレーション機能を使って簡単に実行できます。 この投稿では、 以前のシミュレーションから続けて、トランジスタを含む回路にFMソースを導入します。ここでの考え方は、アナログソースを使用してデバイスが線形範囲、つまり非線形回路が線形に振る舞うのを止める入力値の範囲を確認することです。 これは、アンプ設計やトランジスタベースのアナログ集積回路の設計において非常に重要です。一般的な非線形回路やアンプ設計に関しては、以下のようなことを知る必要があります： 飽和レベルは、コンパレータ、シュミットトリガ、オペアンプ などの回路において重要です。圧縮点は、相互変調生成物が顕著になり、信号が劣化する入力電力レベルを決定します 。バイアスあり/なしのDC成分（例えば、フォトダイオードの光導電モードや光起電力モード） に対する動作モード。非線形フィルタリングは、トランジスタモデルの寄生要素や全体の回路および半導体の非線形挙動に関連します 。このシステムで重要なもう一つの点は、回路の非線形性に加えて、整流とDCバイアスです。共通コレクタ/エミッタ増幅回路では、トランジスタの電流を完全に変調するために、時間変動信号にある程度のDCバイアスが必要になることがよくあります。そして、負荷にクリーンな波形が渡されるように、必要最小限のDCバイアスを見つけることが有用です。この記事では、これを調査し、これらのシミュレーションを一般的に設定する方法を示します 周波数変調シミュレーションの始め方 前回の投稿では、NPNトランジスタを含む回路の負荷線分析について見てきました。DCスイープの結果から、コレクター-エミッター電圧が高いレベルにランプアップされると、コレクター電流が飽和し始めるのがわかります。これにより、この回路の負荷線を抽出し、しきい値電圧の変化を見ることができました。 このシミュレーションでは、正弦波FMソースをシミュレーションに取り入れ、クリッピングが発生するタイミングを調べる方法をお見せします。この周波数変調シミュレーションでは、フーリエ成分を調べ、新しい高調波が生成されるタイミングを決定できます。次に、DCバイアスを変更してシミュレーションを修正し、FM信号がクリップする方法と、関連する周波数帯域全体で線形動作につながる入力値の範囲を特定できます。 RF信号チェーン設計の重要な側面です。 前回の投稿からシミュレーション回路図を再利用しましたが、ベースに見られるDCソースを周波数変調ソースに置き換えました。このシミュレーションソース（VSFFMと名付けられています）には、 コンポーネントパネルのSimulation Generic Components.IntLibライブラリからアクセスできます。この回路図では、V_CCからトランジスタベースへの抵抗を追加して、V_FMにいくらかのDCオフセットを適用しました。この回路図を使用して、R_Bの値を調整し、V_FMに十分なDVオフセットを適用して、R_LOADにクリーンなFM信号を渡せるかどうかを確認できます。 この回路図では、基本的な考え方は、FM波を使ってトランジスタの電流を変調することです。ここでは、R_Eを電流制限抵抗として共通コレクタ構成を使用しました。しかし、共通コレクタ構成（ベースにV_FM）を使用し、R_Eを通じて出力を測定することもできます。私たちの目標は、変調された負荷電流を線形範囲に入れるためにV_CCによって供給されるベース電流を決定することです。この追加電流は基本的に負荷線を上に移動させ、V_CCが十分に大きい限りアクティブ領域に入ることに注意してください。しかし、V_FMが大きすぎると、飽和領域に戻ってしまう可能性があります。V_CCがロジックレベルで動作する場合、十分なDCオフセットを適用すれば、負荷でクリーンなFM波を得ることができると合理的に期待できます。 FM信号パラメータ
高電力設計用のPCBトレース幅と電流の関係表 高電力設計用のPCBトレース幅と電流の関係表 銅は融点が高く強力な導体ですが、温度を低く保つための工夫が必要です。これは、温度を特定の制限内に保つために、電源レールの幅を適切にサイズ設定する必要がある箇所です。ただし、ここでは、特定のトレースを流れる電流を考慮する必要があります。電源レール、高電圧コンポーネント、および熱に敏感な基板のその他の部分を使用する場合、レイアウトで使用する必要がある電源トレース幅を、PCBトレース幅と電流の関係表を参照して決定できます。 もう1つのオプションは、IPC-2152/IPC-2221規格の計算機を使用することです。また、PCBトレース幅と電流の関係表は必ずしもすべてを網羅しているわけではないため、IPC規格の等価トレース幅と電流のグラフの読み方を知っておくと役立ちます。この記事で必要なリソースを確認します。 高電流設計で低温を保つ PCB設計と配線においてよく浮かぶ質問の1つは、任意の電流に合わせてデバイスの温度を特定の制限内に維持するため、またはその逆の状況で求められる推奨電源トレース幅を決定することです。典型的な運用上の目標は、基板の導体温度上昇を10～20°C以内に保つことです。また、高電流設計における目標は、温度上昇が必要とされる動作電流の制限内に収まるようにトレース幅と銅箔重量を調整することです。 IPCは、特定の入力電流に対するPCBトレースの温度上昇を適切にテスト・計算するための規格を開発しました。これらの規格がIPC-2221およびIPC-2152であり、どちらにもこれらのトピックに関する大量の情報が含まれています。明らかに、これらの規格が対象としているものは極めて広範で、ほとんどの設計者は、すべてのデータを解析してトレース幅と電流の関係を明確にする時間がありません。そこで、こちらで、電流と温度上昇を関連付けるのに役立ついくつかのリソースをまとめました。 トレース幅と電流の関係表（ 下記参照） トレース温度上昇用 IPC-2221計算機 トレース温度上昇用 IPC-2152計算機 以下の動画では、関連するIPC規格について概説し、予測力と適用性に関してそれらがどのように異なるかを説明しています。また、電流制限を計算するためのリソースや、特定の入力電流に対して予想されるトレース温度の上昇も示しています。 PCBトレース幅と電流の関係表 IPC 2152規格は、トレースとビアのサイズを決定する第一歩となります。これらの規格で指定されている式は、特定の温度上昇に対する電流制限を計算するための簡単なものですが、制御されたインピーダンス配線は考慮されていません。とは言え、PCBトレース幅と電流の関係表を参照することは、PCBトレース幅/断面積を決定する優れた方法です。これにより、トレースで許容される電流の上限を効果的に決定できます。これを使用して、制御されたインピーダンス配線用のトレースのサイズを決定できます。 高電流で動作する基板で温度上昇が非常に大きな値に達すると、基板の電気的特性が高温で対応する変化を示すことがあります。基板の電気的および機械的特性は温度によって変化し、基板は高温で長時間使用すると変色したり壊れやすくなったりします。そのため、私の知り合いである設計者たちは、温度上昇が10°C以内に収まるようにトレースのサイズを決めています。これを行うもう1つの理由は、特定の動作温度を考慮するのではなく、幅広い周囲温度に対応するためです。 以下のPCB電源トレース幅と電流の関係表は、銅箔重量1 オンス/平方フィートで温度上昇を10°Cに制限する多くのトレース幅と対応する電流値を示しています。PCBのトレースサイズの決定方法に関する説明は以上です。 電流 (A)
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Altium 365: クラウド対応電子機器実現の最先端 OnTrack Newsletters Altium 365: クラウド対応電子機器実現の最先端 このインタビューでは、Altiumのチーフソフトウェア設計者であるLeigh Gawneに、 Altium 365と、クラウド対応電子機器の実現が設計技術者と業界全体に与える影響について考えを聞きました（2019年のPCB設計サミット「AltiumLive 2019 San Diego｣で、Leigh Gawneがチームと共同で、Altium 365を使って基板をライブで設計する様子は こちらのビデオでご覧いただけます）。 Judy Warner: Leighさん、これまでの経歴とアルティウムでの現在の役割についてお聞かせください。 Leigh Gawne: 私の肩書は年を追うごとに少しずつ変わり、自動車業界の組み込みソフトウェアとシステムの開発に携わったり、さまざまな分野のハードウェア開発技術者や、独立した設計コンサルタントとして働いてきました。 2010年に組み込み用コンピューターモジュールを提供するToradexに最高技術責任者として入社した後、BOM管理に特化した企業であるCiivaを共同で設立しました。Ciivaは2013年にToradexから独立し、2015年にアルティウムに買収されました。 ここ4年ほどは、Ciivaの多くのテクノロジーとサービスをAltium Designerに統合し、Altium 365プラットフォームを支える基盤の構築や提供を担当してきました。現在は、アルティウムのチーフソフトウェアアーキテクトをしています。
Altium Concord Pro™をはじめる Whitepapers Altium Concord Pro™をはじめる 業界の事実: 技術者の調査では、89%の技術者がコストの問題にこれまで以上に関心があると回答し、 74%の技術者がより少ないリソースでさらに多くの成果を出すようにという会社からのプレッシャーを感じたと回答しました（UBM Tech「技術者の考え方」調査）。 業界の目標: 技術者のPCB設計者としての責任は重くなる一方です。当社の最近の調査では、「PCB設計」の肩書を持つユーザーはたった14%であることが分かっています。さらに、技術者とPCB設計者の両者には、以前は購買担当者が処理していたサプライチェーンの決定を設計段階で行うことが求められています。さらなる設計サイクルの短縮化、および機能の堅牢化と相まって、設計者と技術者には、より高度な製品の設計、プロセスにおけるより多くの役割の担負、かつてないほど迅速なリリース目標の達成が求められています。 “コンポーネントの仕様の誤りは製品リリース後のECOを招 き、開発時の修正にかかるコストの5倍以上のコストがかかる可能性があります。” 設計者と技術者への影響: コンポーネント管理に時間がかかることで、製品の設計に時間がかけられなくなります。コンポーネントの検索と検索ツールに多くの時間がかかり、時間を費やしたとしても一貫した結果が得られない可能性があります。コンポーネントの選択後に、コストとリードタイムに優れたサプライ ヤーを決定することができるでしょうか？おそらく、よりコストがかからな い代替部品が存在しますが、それらを見つけることができるでしょうか？コンポーネントの一部に在庫がある場合すらありますが、以前のBOMで簡単に見つけられなければわかりません。 コンポーネントを選択してからも、コンポーネントの作成と検証にさらに時間がかかります。最終的には、製品の製造に入ります。ですが、ここでも製品のライフサイクル全体を通じて変更が発生すると、コンポーネントの管理というさらに時間がかかる可能性のあるタスクを管理しなければなりません。そして、会社が成長すると、これらの問題は深刻になります。(※続きはPDFをダウンロードしてください) 今すぐ Altium Concord Pro の無償評価版をリクエストして、世界最高のPCB設計ソリューションをお試しください！
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