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OnTrackニュースレター: Altium Designer 20の新機能の初公開、インピーダンスの測定、思考の材料 - 2019年11月 OnTrack Newsletters OnTrackニュースレター: Altium Designer 20の新機能の初公開、インピーダンスの測定、思考の材料 - 2019年11月 OnTrackニュースレター 2019年11月 第3巻第6号 初公開! Altium Designer 20の新機能 Altium Designer 20は2019年11月にリリースが予定されます。この製品について長年の経験を持つアルティウムのメンバーが、この最新リリースの特長について解説します。VP of Corporate MarketingのLawrence Romineと、Technical Marketing DirectorのBen Jordan（2人とも技術者）が、お気に入りの新機能と、日常的な設計作業に最も大きな影響を持つと思われる機能について解説します。 記事を読む インピーダンス計算のコントロール 動画を見る
Altium Designerによる小型DCモーターの実装 Altium Designer Projects Altium Designerによる小型DCモーターの実装 単一ICのDCモータードライバーを実装しようとしていますか? 出発点としては上々です。Mark Harrisが、製造実績のあるこのオープンソースのプロジェクトで、回路図からPCBレイアウトまでの作業を進める方法を解説します。 https://github.com/issus/Small-HBridgeGitHubでプロジェクトをダウンロードし、内容を理解したり、ご自身の設計にこのプロジェクトを組み込んだりして、ご自由にお使いください。 この記事では、回路図作成からPCBレイアウトまでの、ドライバーICの実際の実装について説明しています。このプロジェクトは、ご自身の設計にコピーアンドペーストするのみの用途でしたら、 GitHubにオープンソース ライセンスの下でリリースされていますので、そちらで入手してください。 部品の選択 ここに、駆動したい小型の高速モーターが2つあります。どちらも、負荷がかかると1Aの電流が流れ、工業用機械の30Vの電源で電流を流す必要があります。元の電子機器は加熱のため壊れ、今は使われていません。そこで新しい制御基板の開発が必要です。まずは、このプロジェクトのモーターについて説明しましょう。 各種の要件と最終的な回路基板で作業しなければならない限られた基板面積を考慮し、定格が2A/40Vの Allegro A4954と、TSSOP-16に サーマルパッド が付いたパッケージを使用することにしました。価格も非常に手頃で、 Allegro A4953などの単一モータードライバーとほぼ同額です。また、単一モーターのみ駆動する場合は、他の低価格の単一モータードライバーを使用できます。 今回の用途で単一ICドライバーを使用する主なメリットは、回路図の完成に必要な追加コンポーネントの数を減らせることです。必要な追加コンポーネントは、少数の抵抗、コンデンサー、3.3Vレギュレーターのみです。ただし、各モーター端子にもダイオードとコンデンサーを追加して、Hブリッジの損傷や電磁両立性認証の問題を引き起こすような 過渡スパイクを減らしたいと考えています。 回路図 本来はデータベース
PCB内の信号歪み：原因と解決策 Thought Leadership PCB内の信号歪み：原因と解決策 高速信号の長さ合わせは、すべて同期に関するものです... 信号の歪みは、信号の整合性や回路分析に関する多くの議論でしばしば触れられるだけのものです。より多くのネットワーク製品が高速で動作し、複雑な変調方式を使用するようになると、信号の歪みがビットエラー率に寄与する深刻な問題となることがわかります。歪みの源は、電気的な相互接続でのデータレートの速度向上を妨げる主要なボトルネックの一つとして挙げられています。 同じ問題は、特に10GHz台の周波数で動作するアナログ信号においても見られます。RF/ワイヤレス領域の設計者は、設計、テスト、測定中にこれらの信号の歪み源を理解する必要があります。 線形対非線形の信号歪み 信号の歪みのすべての源は、線形または非線形として分類することができます。それらは調和波の生成という点で異なります。非線形歪みの源は、信号が源を通過する際に調和波を生成するのに対し、線形信号歪みの源は調和波を生成しません。歪みの両方の源は、信号を構成する周波数成分の大きさと位相を変更することができます。 信号の歪みの異なる源は、帯域幅の歪み源と特定の信号の周波数内容に依存して、異なるタイプの信号（アナログまたはデジタル）に異なる影響を与えます。信号の歪みの異なる源は、変調のタイプに応じて、変調された信号にも異なる影響を与えます。 明らかに、異なる信号の歪み源の範囲は広く、すべての源を詳細にカバーすることはできません。しかし、PCBトレースとコンポーネントにおける線形および非線形の信号歪みのいくつかの重要な源を要約することができます。 線形信号歪みの源 周波数応答と位相歪み。線形回路での周波数スイープシミュレーションに慣れている場合、伝達関数が 線形回路内の信号の位相と振幅の変化を定義することを知っているでしょう。回路、特定のコンポーネント、または相互接続の伝達関数は位相シフトを適用し、信号の大きさを調整します。位相と振幅のこれらの変化は周波数の関数であり、ボード線図で視覚化されます。これは、異なる周波数成分が異なる量だけ遅延され、これらの異なる周波数成分が異なる量で増幅または減衰されることを意味します。 不連続。 この広範な歪み源には、相互接続に沿ったインピーダンスの不連続（例：ビアやトレースのジオメトリ）や材料特性の不連続（例： ファイバーウィーブ効果から）が含まれます。 分散歪み。これは、基板、導体、およびボード内の他の材料における 分散によって生じます。この歪み源は避けられませんが、相互接続の長さが短い場合には気付かない程度に小さくすることができます。基板内の分散は、デジタル信号の異なる周波数成分がトレースを異なる速度で移動する原因となります。分散はまた、トレース上の信号によって見られる損失角度に影響を与え、信号歪みに寄与します。これにより、パルスが伸びる（つまり、群速度が周波数依存になる）ことが起こり、分散補償がない超高速レーザーで起こるのと同様です。 PCB相互接続で分散を補償する一つの解決策は、 DSPアルゴリズムを使用するか、正と負の群速度分散を交互に持つ層状基板ウィーブを使用して、関連する周波数範囲での正味の分散がゼロになるようにすることです。この特定のトピックは十分に広範なため、独自の記事に値します。 この優れた記事をSignal Integrity Journalで、PCBトレースの分散に関する完全な議論をご覧ください。
Altium Designerでアンプのシミュレーションを作成する方法高速信号の配線長の一致は、すべて同期に関連する テストと測定の段階は迅速に済ませたいものです。最終的に設計段階が完了すると、試作のテストを行えるようになります。これは同時に、システムに必要なコンポーネントを絞り込み、システムで計画している機能を評価することでもあります。回路のテストと測定は非常に重要ですが、これらは比較の基礎がなければ意味を成しません。 シミュレーションの役割 アンプでも他のどのような回路でも、シミュレーション ツールは基板をレイアウトする前に回路を検証する際に重要です。多くのコンポーネント製造業者は特定のアプリケーションに特化したIC、SoC、SoMを製造していますが、コンポーネントによっては要求に対処できない場合もあります。次のシステムで使用する革新的な機能を実現するためには、多くの場合に各種のICや別々のコンポーネントからカスタム回路を構築する必要があります。 このような場合は、設計を評価するためにシミュレーション ツールが有用です。シミュレーションの結果は、後で試作のテストを開始するときや、特化したコンポーネント Thought Leadership Altium Designerでアンプのシミュレーションを作成する方法 高速信号の配線長の一致は、すべて同期に関連する テストと測定の段階は迅速に済ませたいものです。最終的に設計段階が完了すると、試作のテストを行えるようになります。これは同時に、システムに必要なコンポーネントを絞り込み、システムで計画している機能を評価することでもあります。回路のテストと測定は非常に重要ですが、これらは比較の基礎がなければ意味を成しません。 シミュレーションの役割 アンプでも他のどのような回路でも、シミュレーション ツールは基板をレイアウトする前に回路を検証する際に重要です。多くのコンポーネント製造業者は特定のアプリケーションに特化したIC、SoC、SoMを製造していますが、コンポーネントによっては要求に対処できない場合もあります。次のシステムで使用する革新的な機能を実現するためには、多くの場合に各種のICや別々のコンポーネントからカスタム回路を構築する必要があります。 このような場合は、設計を評価するためにシミュレーション ツールが有用です。シミュレーションの結果は、後で試作のテストを開始するときや、特化したコンポーネント用の評価基板を使用するときに、比較用の参照として使用されます。今日では新しい マイクロ波やミリ波のシステムが一般的になりつつあり、特に5Gやレーダー アプリケーションがあらゆる場所で使用されるようになっているため、RFアンプを中心に特化されたシステムの設計が必要になることが増えるでしょう。このようなシステムではシグナルインテグリティーが特に重要で、設計者は性能を評価するためにシミュレーションを行うことになります。 Altium Designer®には大規模なコンポーネントライブラリがあるほか、解析ツールも内蔵されているため、アンプの正確なシミュレーションを作成して多くの解析を実行できます。必要なシミュレーション ツールはAltium Designerの回路図エディタ―に内蔵されており、回路の設計時に簡単に利用できます。 Altium Designerでアンプのシミュレーションを作成する 新しいシミュレーションの作成は、アンプ回路や信号処理ブロックなど、どんな回路も回路図レベルで開始されます。最初の手順は Altium Designerで新しい回路図を作成し、必要なシミュレーション ソースを見つけることです。空白の回路図を作成してから、アンプとそれに関連する回路用のコンポーネントを見つける必要があります。[Components] パネルに移動してSimulation
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Lidar用パルスレーザーダイオードドライバー回路レイアウト Lidar用パルスレーザーダイオードドライバー回路レイアウト 自動運転車のセンサースイートの一部として、ライダーの範囲マップは、車載レーダーや他のセンサーやイメージングシステムと並んで、周囲の環境での物体識別に重要な役割を果たします。小型フォームファクターとスリークなパッケージングを備えた機能的なドライバーサーキットを構築することは、自動運転車の周囲でライダーイメージング/測距を可能にするために重要です。 これらの同じ回路は、大気モニタリング、汚染プルーム追跡、航空機の乱気流測定、その他の精密測定など、他のライダー応用にも適応できます。特定のライダーシステムの有用性を決定する主要な要因は、出力パワー、パルス時間、および繰り返し率です。適切なドライバーサーキットを設計するか、またはダイオードを適切に駆動ICに適応させることができれば、ライダーシステムが高解像度および範囲で動作することを保証できます。 パルスレーザーダイオードの駆動 - 送信側 パルスレーザーダイオードは、100 nsまたはそれ以下のパルス幅に達するために、高電圧、低デューティサイクルのPWMパルス（通常は数百kHzで約1%のデューティサイクル）で駆動されます。立ち上がり時間が短いパルスレーザーダイオードを駆動することで、より高解像度の画像を得られ、より高速なスキャンレートが可能になります。ドライバICやカスタム回路で必要とされる短い立ち上がり時間は、長いパルスにはGaAsデバイスの使用を、短いパルスにはGaNが最適な選択です。 自分自身のドライバ回路を設計する場合、重要なコンポーネントはFETドライバと送信アンプステージです。パルスレーザーダイオードを駆動する信号は、最初にFETドライバで増幅され、その後、高電流FETトランスインピーダンスアンプリファイアを高いゲインでスイッチオンして、必要な駆動電流を供給します。この回路のブロック図を以下に示します。 パルスレーザーダイオードドライバ回路のブロック図 この回路は、電流モードのパルスドライバ回路として設計されています。電流制御デバイス（LEDやレーザーダイオードなど）は、定格順方向電圧を超えると低インピーダンスになることを覚えておいてください。ドライバ回路は、低インピーダンス負荷に対して全ての電力を落とす必要がある電流源として機能します。これは基本的にパルス電力増幅器であるため、レーザーダイオードを横切る電圧がコンプライアンス電圧を超えないようにする必要があります。 パルスレーザーダイオードをどのように駆動するかにかかわらず、出力のジッターが非常に低いことを確認する必要があります。これは、光速で移動する信号を扱う場合、1 nsのジッターが30 cmの距離誤差に相当するため、非常に重要です。正確な距離測定を保証するために、そのジッターを約10分の1に減らす必要があります。ジッターの削減は通常、電力、インピーダンス、及び寄生要素の3つの領域に焦点を当てます。 低インダクタンス電力経路 以下に示すのは、単一のMOSFETスイッチング要素を用いた容量性パルス電流駆動の簡略化された例です。このトポロジーでは、FETはロジックレベルでスイッチングできるように選ばれるべきですが、望ましいパルスの歪みを防ぐために可能な限り寄生要素が最小限であるべきです。必要なパルス立ち上がり時間と形状で安定した電力供給を実現するには、レーザーダイオード（以下「LD」と記されている）に至るまでのPDN/信号チェーン全体で低インピーダンスを維持することが重要です。 このトポロジーは非常に基本的に見えるかもしれませんが、コンポーネントの選択とレイアウトが主な課題です。すべてのコンポーネントは慎重に選ばれる必要があり、コンポーネントとレイアウトの寄生要素が組み合わさってパルス形状を決定し、リンギングや過剰なノイズのような問題を引き起こす可能性があります。これには、すべてのコンポーネントリード、PCBのトレース、プレーン上のインダクタンスが含まれます。より一般的なのは、FETをアンプに置き換えることです。アンプの フィードバックループにインダクタンスが最小限であることを確認してリンギングを防ぐ必要があります。そうでない場合、レーザーダイオードからの光出力にこれが重畳される可能性があります。 インピーダンスマッチングは必要ですか？ この質問は、ジッターとレーザーダイオードの振る舞いに関連しており、非線形負荷コンポーネントとしてのそれについてです。非線形信号チェーンに精通している場合、パワーアンプ（飽和近くで動作）と非線形負荷の間の最大電力伝達は、わずかなインピーダンスの不一致がある場合に通常発生します。インピーダンスの不一致の正確な量は、ロードプル分析と呼ばれる技術を使用して決定されます。 レーザーダイオードと直列に、完璧なインピーダンスマッチングの量を得るためには、インピーダンスマッチング回路をレイアウトする必要があります。残念ながら、これにより新たな寄生インダクタンスが追加され、アンプ回路内で減衰不足の振動の可能性が生じます。その代わりに、入力インピーダンスを異なる値に変換しようとするのではなく、適切にPDNを設計し、必要な低出力インピーダンスを提供するアンプ/FETを選択することで、低インピーダンスの電流供給にのみ注意を払います。