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OnTrackニュースレター - 2019年6月第3巻2号 OnTrack Newsletters OnTrackニュースレター - 2019年6月第3巻2号 Forward to a Friend Friend's First Name: Required Friend's Last Name: Required Friend's Email: Invalid email address Successfully Sent CANCEL
5:40 Videos Part 1 - See What You're Missing - Altium Designer 19
Altium Designer 統合プラットフォームの機能 Altium Designer 統合プラットフォームの機能 プリント基板CADのAltium Designer統合プラットフォームは、各ツール共通のユーザーインターフェイスとしての機能を、包括的に提供します。ユーザーが対話編集を行ったり自動機能を利用したりする為に必要なドキュメントウィンドウやコマンドメニューなどの画面要素に加え、ライセンスとエクステンションを管理する為の機能を備えています。 ライセンスの管理 [License Management] ページでAltium Designerのライセンスを管理できます。このページには購入したライセンスの種類やコンディションなどの明細がリストされます。ユーザーはこのリストから使用するライセンスを選んで認証します。 [License Management]ページ：ユーザーアイコンをクリックしてメニューから [Licences…]を選択すると、[License Management]ページが開きます。 Altium Designerをお使いの方は、すでにこの [License Management] ページでライセンスを認証されているはずですが、単にライセンスを有効にするだけでなく、ライセンスタイプの変更やローミングモードへの切替えなど、より便利に使用するために役立つ機能を備えています。また、無償の評価版やビューワのライセンスもここで管理できます。 Altium Designerでは、On-Demand(オンデマンド)、Private Server(プライベートサーバー) 、Standalone(スタンドアロン)の3タイプのライセンスが用意されており、On-DemandとStandaloneのライセンスをここで管理できます。このうちのOn-Demandにはローミングというモードが用意されており、このモードの切り替えもこの画面で行います。
なぜ、そしてどのようにして次の設計でアルミニウムPCB基板を使用するか Thought Leadership なぜ、そしてどのようにして次のスタックアップ設計にアルミニウムPCB基板を使用するか アルミニウムは、ただのソーダ缶以上のものに使えます 30代になってからはあまりソーダを飲まなくなりましたが、コーラの缶を作る以外にもアルミニウムには多くの用途があることを知っています。その一つが、PCBのコアとしての熱管理のための材料としての使用です。アルミニウムは高い熱伝導率を持ち、他の受動的または能動的な冷却手段ではコンポーネントの温度を十分に低下させることができない場合に、PCB上のアクティブコンポーネントから熱を運び去るために使用することができます。 熱管理のためのアルミニウムPCBの使用 アクティブコンポーネントは大量の電力を消散させるため、CPUや大量のスイッチングトランジスタを持つ他のコンポーネントに冷却ファンを使用します。周囲温度が過度に高い場合、能動的な冷却手段は、基板の温度を周囲のレベルに近づけるためにのみ有効です。さらに、能動的な冷却で放散できる熱量には限界があります。これが、アクティブコンポーネントから熱を逃がすために追加の戦略が必要とされる場所です。 アルミニウムは、PCBのコアに使用できる代替材料の一つであり、一般に誤って「アルミニウムPCB」と呼ばれることがあります。PCBの金属コアとしてアルミニウムを使用することで、その高い熱伝導率のおかげで、アクティブコンポーネントから熱を容易に逃がすことができます。アルミニウムまたは他の金属をPCBのコアに使用することで、熱がボード全体により均一に分散されます。 これをFR4と比較すると、FR4はPCB基板用の 代替材料の中でも比較的熱伝導率が低い方です。PCB上のアクティブコンポーネントの近くにホットスポットが形成されることがあり、熱を逃がし、温度を安全なレベルに保つためにアクティブおよびパッシブの冷却手段が使用されます。アクティブコンポーネントから発生する熱は、熱ビアやランドを使用して、コンポーネント層から内部のグラウンドまたは電源プレーンに運ばれることもあります。 これを、PCB基板用の他の 代替材料と比較して、比較的熱伝導率が低いFR4と対比してください。 PCBのホットスポットはアクティブコンポーネントの近くに形成される可能性があるため、熱を放散して温度を安全なレベルに下げるために、アクティブおよびパッシブ冷却手段を使用します。 アクティブコンポーネントによって生成された熱は、熱ビアやランドを使用して、コンポーネント層から内部のグラウンドまたは電源プレーンに移動させることもできます。 アルミニウムPCBスタックアップ アルミニウムPCBを製造の観点から見ると奇妙な選択に思えるかもしれませんが、アルミニウムPCBで使用できるスタックアップは、FR4基板で使用できるスタックアップに似ています。以下の画像に示すスタックアップの例です： アルミニウムPCBの例示レイヤースタック アルミニウムPCBスタックアップは、以下の考慮事項で設計されるべきです： 表面層：これは標準の銅箔層です。一部のメーカーは、FR4で使用されるよりも重い銅（最大10オンス）の使用を推奨します。 誘電体層：内部の誘電体層は、プリプレグとして機能する任意の熱伝導性層です。これはポリマーや セラミック層であることができます。特に熱伝導率に対する電気伝導率の比率が高いセラミックを選択することで、熱管理を助けつつ十分な絶縁を提供します。誘電体層の典型的な厚さは0.05から0.2 mmです。 アルミニウム膜層：アルミニウム膜層は、望ましくないエッチングからアルミニウムコアを保護する保護的な役割を果たします。これは非常に薄い絶縁層であり、コアを通してドリルされた任意のビア（下記参照）にとって重要な役割を果たします。
Altium Designer 統合環境とは Altium Designer 統合環境とは 回路図を描く時には回路図エディタを起動し、プリント基板をレイアウトする時にはPCBエディタを起動する。これはプリント基板CADを利用する場合のごく普通の手順です。しかしAltium Designerでは違います。 Altium Designerではプラットフォームを起動するだけでよく、回路図を書く場合でもPCBをレイアウトする場合でも個々にプログラムを起動する必要はありません。何故なら、Altium Designerが真の統合ツールだからです。 Altium Designerのユーザーの皆さんは、このような独自性を意識することなく利用されていると思いますが、実はこの統合環境は他には見られない極めてユニークなものなのです。 Altium Designer統合環境のしくみ Altium Designerのプログラムは他とは異なり、クライアントとサーバーの 2つのパートに明確に分離されています。 例えば回路図エディタを例にとると、ユーザーが画面を見ながらマウスやキーボードでツールとのやり取りを行う為のユーザーインターフェイスと、回路図の編集機能を提供するアプリケーションロジックの部分が分割され、それぞれ独立したプログラムとして実装されています。このユーザーインターフェイス部はクライアントモジュールとして実行ファイル（.exe）形式で用意され、アプリケーションロジック部はサーバーモジュールとしてダイナミックリンクライブラリ（.dll）で用意されています。このサーバーモジュールにはAPIが用意されており、クライアントはこのAPIを介してサーバーが持つ回路図編集機能にアクセスし、回路図エディタとしての機能を包括的に提供します。 このクライアント部とサーバー部との分離は、PCBエディタ等の他のアプリケーションでも同様に行われています。そしてさらに重要なのは、一つのクライアントが全てのサーバーの共通のユーザーインターフェイスとして使用されるという事です。 この構造をクライアント側から見ると、一つのクライアントに複数のサーバーが接続される形となり、接続された全てのサーバーをクライアントが単一のユーザーインターフェイスで束ねています。これはまさにツールの統合を意味します。そしてこのクライアントモジュールは統合プラットフォームとしてAltium Designer統合環境の根幹を成しています。 Altium Designerでは一つのクライアントに複数のサーバーがプラグインされる事によって統合環境が実現されます。クライアントモジュールは実行ファイル（exe）で提供され、サーバーモジュールはDLLで提供されます。DLLで提供される全てのアプリケーションはクライアントを起動するだけで利用できます。また異なるタスクに移行（例えば回路図編集からPCBレイアウト）する場合でも、オープンしたドキュメントの種類に合った画面が自動的に呼び出される為、恣意的なアプリケーションの切り替えは不要です。また、各サーバーのAPIは公開されており、ユーザーが独自に作成したアプリケーションからサーバーにアクセスする事ができます。この先進的な統合環境は、1995年にEDA/Clientという名で登場し、その後の改良に伴いDesign explorer、DXPプラットフォームと名を変え現在のX2プラットフォームに至ります。 サーバーの分類
デジタルICにはどのサイズのデカップリングコンデンサを使用すべきですか？ デカップリングコンデンサの計算：デジタルICにはどのサイズを使用すべきですか？ これらのデカップリングコンデンサは適切なサイズですか？ PCB設計ガイドライン、特に高速デジタル設計の「専門家」が繰り返し指摘することの一つに、適切なデカップリングコンデンサのサイズを見つける必要性があります。これは、これらのコンデンサがPDNで何をすることが期待されているのか、また電源の整合性を保証する上での彼らの役割を完全に理解せずに対処されることがあります。また、デジタル集積回路の電源ピンとグラウンドピンをブリッジするために、3つのコンデンサ（通常は1 nF、10 nF、100 nFなど）を配置するという数十年前のガイドラインをデフォルトとするアプリケーションノートも多く見かけます。過去には、これで十分だったかもしれません。高速デジタルコンポーネントで生じる電源の整合性の問題は、コア電圧に干渉するほど悪くなかったので、3つのコンデンサが行う仕事は十分でした。 今日の高速集積回路は、複数の出力を持ち、コア電圧が低い（1.0Vまで低い）ため、昔の遅いコンポーネントよりもはるかに厳しいノイズ制約を持っています。厳しいノイズ制約とは、より正確なデカップリングが必要であることを意味します。このため、今日の比較的強力なMCUやその他多くのデジタルコンポーネントを扱う設計者は、デカップリングキャップを適切にサイズする方法を知っておく必要があります。では、最良の方法は何でしょうか？一般的に、これを行う方法は2つあります。それぞれを見て、デカップリングキャパシタの値を計算する方法と、なぜ古い「3つのデカップリングキャパシタの神話」が現代の高速デジタル設計では関係ないのかを見てみましょう。 等価キャパシタモデルの理解 デジタル設計に必要なデカップリングキャパシタのサイズを決定する前に、キャパシタの基本的な回路モデルを理解する必要があります。キャパシタが理論通りに振る舞うと思いたいところですが、実際にはそうではありません。すべてのキャパシタには、そのインピーダンススペクトルを定義するリード上にある程度のインダクタンスがあり、これは実験的に直列RLCネットワークとしてモデル化されます： キャパシタをモデル化するための等価RLC回路 このモデルでは、ESRとESLはそれぞれ等価直列抵抗と等価直列インダクタンスです。Cの値は、コンポーネントのデータシートに記載されているキャパシタンスとして取ることができます。最後に、Rの値はキャパシタを形成する誘電体の導電率を考慮しています。これは、キャパシタが充電されて回路から取り外された後に発生する一時的な漏れ電流を考慮しています。この値は通常、無視できるほど大きいです。 このモデルでRを無視すると、値（ESR/(2*ESL)）は、回路の端に接続された負荷が0オームであると仮定した場合の等価回路の減衰定数です。これは、回路がフル充電/放電下で入力電圧の変化に対応するために必要な最小時間です。キャパシタのデータシートには減衰定数は記載されていませんが、代わりに下記のようなインピーダンススペクトルグラフを示しています。必要であれば、データシートのESLとESRの値を使用して減衰定数を計算することができます。 最後に、 すべての実際のキャパシタには自己共振周波数があり、任意の直列RLC回路の値と等しく、この場合は次のとおりです： 自己共振周波数は、インピーダンススペクトルグラフで確認できます。以下に、実際のAVXキャパシタの例を示します。 デカップリングキャパシタは実際に何をするのか？ これは、デジタル集積回路の電力整合性を保証するためにデカップリングキャパシタが必要な理由を理解するのに非常に役立つ素晴らしい質問です。全てのキャパシタは、直流電源に接続されたときに平衡状態で電荷を蓄えます。キャパシタ内の板は充電され、総電荷量はQ = CVに等しくなります。もしVが変動したり少し落ちたりすると、その電荷Qの一部が放出され、小さな電池のように負荷に供給されます。 デジタル回路に接続された実際のコンデンサーで生じる問題は、電圧降下が単一の周波数で発生しないことです。ソース電圧の時間依存の変動や回路への突然の電流バーストは、オシロスコープ上で鋭いエッジレートを持つスパイクのように見えることがよくあります。これは、その信号に関連するパワースペクトラムが一連の周波数にわたって広がり、自己共振と重なることを意味します。結果として、コンデンサーは応答して放電し、 電源バス上に一過性の振動を引き起こします。この電力が電源バス上のデジタルコンデンサICによってPDNに引き込まれる場合、電源バス上の一過性は電源ピンでのリンギングとして現れます。しかし、適切なデカップリングコンデンサのサイズと数が選択されれば、この変動は最小限に抑えることができます。これが、3つのコンデンサの持続的なガイドラインがある理由です。それは、安定した電力を確保しようとする際に、最も悪くない配置とサイズ付けです。