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PCB製造用設計レポートカード以前のブログで PWBコストドライバーについて話しました。プリント配線板（PWB）の価値提供チェーンに必要なのは、プリント回路基板（PCB）基板の製造コストと、PCB組立およびPCB組立テストのコストを予測する方法です。これらのツールと配線密度メトリクスを使用して、製品の初期段階でトレードオフを実行できます。多くの人がこれを製造と組立のための設計と呼びますが、私はそれをDFMレポートカードと呼んでいます。なぜなら、その創設者であるタッカー・ギャリソンがそう呼んだからです。ここで概説する2つのDFMレポートカードを使用すると、提案された設計のコストを正確に見積もることができます。スプレッドシートに入れることで、PCBパラメーターを選択し、できれば設計を最適化するための強力なツールとなります。製造のための設計（DFM）レポートカード製造レポートカード製造レポートカードは、PWB製造業者が提供する行列で、PWBのさまざまな設計選択を設計ポイントに関連付けます。これらのポイントは、製造業者がこれらの機能に対して請求する実際の価格に基づいています。 PWB製造業者がプリント配線板の価格を決定するために使用する典型的な要因は次のとおりです：ボードのサイズとパネルに収まる数レイヤーの数構造材料トレースとスペースの幅穴の総数最小穴径はんだマスクとコンポーネントの凡例最終金属化または仕上げ金メッキされたエッジコネクタ設計固有の機能など PWB製造業者が価格に影響を与える要因を収集した後、これらのコストを収集し、最小の非ゼロ量で数値を正規化します。レポートカードは図1のようになります。図1. ある会社の製造設計レポートカードの例。[1]

エンジニアとしての選択：自作するか、購入するか？既製品のSBCを購入することに躊躇していますか？適切なモジュラーハードウェア設計ツールを使えば、迅速に構築できます新しいプロジェクトに取り組むことほど楽しいことはありません。それが起業の冒険であれ、個人的な楽しみであれ。組み込みシステムのハードウェアプロジェクトに取り組むエンジニアとして、システムのどの重要な部分を自分で構築し、どの部分を購入するかという重大な決断を迫られる時が来ます。「構築するか購入するか」というジレンマはハードウェアコミュニティを切り裂いていますが、それはハードウェアに限ったことではありません。この種の決断は簡単なものではなく、この質問に対する一般的な答えはありません。プロジェクトに間違った決断をすると、ユーザーやビジネスオーナーに時間とお金を費やさせることになります。構築するか購入するかを決定することは、コスト、時間、能力を慎重に比較検討する必要がある複雑な問題です。製品の能力対スキル、経験、コストエンジニアリングチームのスキルと経験は、次の製品をサポートするためにゼロから製造するか、既製のボードを購入するかの決定に大きな影響を与えます。チームが特定のドメインにおいてより多くの知識を持っているほど、成功する製造アプローチに乗り出す可能性は高くなります。一方で、特定のプロジェクトドメインにおいて知識と経験が少ないチームは、ゼロから新しい製品を生産するまでに時間がかかる可能性が高いです。この場合、既製のソリューションを購入する道を選ぶことが最もありそうです。購入と製造の間で決定する際に考慮すべき重要な点のすべての中で、コストと必要な能力のバランスを取ることはおそらく最も重要です。自社製品を作成するビジネスにとって、コストは最終的な決定要因かもしれません。組織がクライアントのために製品を設計している場合、能力、カスタマイズ、コスト、および顧客の要件への適合性の間のトレードオフを示すオプションをクライアントに提示する必要があります。コストの内訳購入または製造に関わる総コストのトレードオフを理解することは、いくつかの段階を含む複雑なプロセスですが、利益を確保するためには重要なタスクです。完全にゼロから組み込みシステム用のカスタムボードを製造することは、以下のようないくつかのコストを発生させます：開発費用：これはPCB設計を超えたものです。これにはソフトウェア開発（ファームウェア、オペレーティングシステム、BSP、ブートローダーなど）、機械設計、オプション機能、テストと検証（性能テスト、認証、環境テスト、基板の信頼性テスト、ソフトウェアテスト、熱テストなど）、およびドキュメントが含まれます。ゼロから何かを設計して構築する予定の場合は、希望する開発プラットフォームを使用するためのライセンス料も支払う必要があります。製造費用：これにはPCB製造、組み立て、工具、部品、および送料が含まれます。長期費用：組み込みシステム用の独自のコードを開発する予定の場合、カスタムボードは定期的にソフトウェアアップデートが必要になることがあり、バグを修正する必要があります。これらの継続的なソフトウェアメンテナンス費用は、既に広範な組み込みソフトウェア設計の経験がある場合でない限り、予測が難しい場合があります。ビルドルートと比較して、既製のソリューションを選択することは、開発費、初期段階の部品費、製造費の大部分、およびソフトウェアメンテナンス費を間違いなく節約できます。これはビルドオプションが選択肢から外れることを意味しますか？それは本当にあなたのアプリケーション、既製ソリューションのコスト、および生産する必要がある量によります。ボリューム量はコストと密接に関連しています。製造よりも購入を推奨するエンジニアは、この点に焦点を当てがちです。なぜなら、これらの人々はスタートアップや趣味の人よりもはるかに大量の製品を扱う傾向があるからです。あなたの目標が低ボリューム――数十、数百、あるいは数千単位である場合――購入する方がおそらく最良の選択です。数量が多くなるにつれて、製造ルートがより魅力的になります。購入と製造時の利益性と製造ボリューム時間とともに単位数が増加するにつれて、「製造」オプションが利益を生み出し始めるのは、既製品の製造者と独占契約を確保できる場合のみです。一度自分の組み込みシステムボードを製造し、テスト体制を通過したら、再建する必要はありません。すぐに大量注文を行い、上記のグラフに示されている交差点に近づくことができます。カスタマイズ性オフ・ザ・シェルフの製品を購入して組み込みシステムを動かす場合、見たままが手に入るものです。オープンハードウェアプラットフォーム（例えば、ArduinoやRaspberry Pi）の電子回路図をダウンロードして、基板を完全に再設計する予定でない限り、製品の性能は基板上のコンポーネントによって制限されます。

OnTrack Newsletters PianoArc: 第一人者や大スターにふさわしい円形ピアノ今年初め、私はSan Diego Altiumユーザーグループで、非常に魅力的な設計者に会う機会がありました。Dave Starkey氏は、自身がパートナーとともに設計し製作した、PianoArcという円形のピアノについて語ってくれました。このインタビューでは、Starkey氏の経歴に加えて、中東のとある宮殿に飾られており、またLady Gagaのキーボード奏者であり、このPianoArcを考案したBrockett Parsons氏によって世界各地で演奏されている、この独創的な楽器を、どのようにして彼が共同制作するに至ったのかを紹介しましょう。 Dave Starkey氏とBrokett Parsons氏のAbu Dhabi訪問 Judy Warner: Dave、あなたの技術者としてのキャリアと、どのような経緯でPianoArcの設計と開発を行うことになったかを話してください。 Dave Starkey: 私は高校で、プロの音楽家になるか、それが無理なら楽器を作る仕事に就こうと決めました。音楽家になることが無理なのは、あまりにも明らかでした。そこで、私はPurdueでBSEEを取得するため学業に勤しむかたわらで、電子楽器を可能にしたテクノロジーに注目しました。その後、多くの年月をさまざまな音楽関係の製品の設計に費やし、16の特許を取得して、自分のエンジニアリング会社をナショナル・セミコンダクターに売却しました。ナショナルを離れた後で、私はアコースティックピアノでMIDIを生成するシステムを開発しました。私は、大学の音楽教育研究室の開発および設置の仕事を行っていたChuck Johnsonと親しくなりました。ChuckとBrockett Parsonsは大学で一緒にジャズバンドを組んでいました。Chuckはキーボード、Brockettはトランペットのパートでした。Brockettはその後スタジオのキーボードプレイヤーとなり、リアリティTVで賞を獲得し、その後Lady Gagaのバンドに加わりました。Brockettは、ピアノを視覚的な表現にするという構想を抱いていました。これは、Gagaの派手なステージにおいて彼がほとんど目立たなかったためです。 Dave

PCBにおける冷却ファンの電気ノイズ低減 PCやラップトップを開けて、そのファンやヒートシンクをじっくりと見たことがない人はいないでしょう。高速コンポーネント、高周波コンポーネント、または電力コンポーネントを扱っている場合、これらのコンポーネントから熱を取り除くための冷却戦略を考える必要があります。蒸発冷却ユニットを設置するか、水冷システムを構築するという核オプションを使用したくない場合は、冷却ファンを使用すると、最小の形状で最良の結果を得ることができます。対流熱伝達を助けるために、ヒートシンクにファンを追加することは良い考えです。ファンの電気ノイズと放射EMI システムを冷却するためにどの方法を使用するにしても、または冷却システムを構築している場合でも、ファンを駆動するために使用される方法に応じて、特定のEMI/EMCの点を考慮する必要があります。 AC駆動 AC駆動ファンは、周波数制御なしでは速度制御ができないため、コンパクトなシステムではあまり使用されません。また、これらのシステムは一般的に高AC電圧で動作するため、工業システムで見られることが多いです。これらのファンは、基本周波数および高次高調波で顕著な伝導EMI（共通モードおよび差動モード）を発生させ、これが電源/グラウンド線を通じて伝播します。これは通常、共通モードフィルタリング（LCネットワーク）に続いて差動フィルタリング（別のLCネットワーク）、そして直列のRCフィルターで除去できます。 DC駆動 DCファンは電気的にノイズがないように見えるかもしれませんが、音響的および電気的ノイズを発生します。異なるタイプのファンは、それぞれ独自のEMIを発生させ、 EMCテストの合格を困難にします。DCモーターを駆動しても、ローターを引き寄せたり反発させたりするために使用される回転する磁石のおかげでEMIを発生させます。これは、整流時に強いスイッチングノイズを生じます。DCファンから発生するEMIは、通常、ファンの電源リード内の伝導EMIに限定されます（2線式DCファンの場合）。このファンの電気ノイズは通常、共通グラウンドに注入され、ファンを駆動する任意のアンプの出力で再現されます。シンプルな単軸DC冷却ファンこれは、DCファンが放射されるEMI（電磁干渉）を発生させないという意味ではありませんが、放射されるEMIは、永久磁石とステータ巻線からの未封じ込め磁場（UMF）により、回転速度と同じ周波数になります。UMFはほとんどのファンにある程度存在しますが、UMFに対処する最初のステップはメーカーの責任です。一部のメーカーは、少なくとも2つの取り付け面でUMFを抑制するために、ファンに薄い鋼のエンクロージャを設置します。これは、放射されるEMIがファンの向きに強く依存することを意味します。 UMFからの放射されるEMIは、近くの高インダクタンス回路に低周波のリップル電流を誘導することがあります。一般に、大きなファンは駆動のためにより強い磁場を必要とするため、与えられた回転速度でより強いEMIを示します。しかし、数千RPMの回転速度でさえ、この放射されるEMIの周波数は数百Hzの範囲内にしかなりません。 PWM駆動 PWM駆動ファンは、デューティサイクルとPWM信号を変化させることで速度制御を提供します。PWM駆動では、スイッチングMOSFETや他のデューティサイクルが変化する回路を扱っています。速度制御は、適切なデューティサイクルとパルス周波数を設定することで提供されることに注意してください。これは、非常に低いパルス周波数の極端な場合、PWM信号が低い間にファンが停止するまで遅くなる可能性があるため、実際にはかなり重要です。PWM信号が非常に速い（高周波）場合、ファンを速くしすぎようとすると、エイリアシング効果による興味深いノイズが聞こえます。 PWMで駆動されるファンの場合、ほとんどのPWMドライバーは、MHz範囲に達する高周波で共通モードノイズを発生させます。PWMで駆動される誘導モーターは、導電性EMIとして電源線を通じて近くの回路に共通モードノイズを誘導することがあり、これはEMC評価に影響を与える可能性があります。このタイプのファン駆動は、速度制御が必要なコンピューターでより一般的です。この場合、ファンが安定した速度を維持するために温度制御および速度調整回路の使用が必要であり、コントローラーが必要に応じてデューティサイクルを増減できるようにする必要があることに注意してください。シンプルな単軸DC冷却ファン PWM回路自体もオーバーシュート/リンギングによって伝導EMIを発生させることに注意してください。これは平滑化またはフィルタリングされるべきですが、バイパスコンデンサやフェライトビーズをファンの入力に追加する前に、ファンメーカーのガイドラインを確認するべきです。この問題に対処するための推奨事項には、LCフィルターの構築、リンギング信号を除去するためのバンドストップフィルター、出力にRCフィルターを使用することなどが含まれているのを見たことがあります。いずれにせよ、フィルタリング戦略がメーカーの推奨事項を満たしていることを確認してください。 PWM信号の立ち上がり時間が速い場合、スイッチング信号が近くの回路にクロストークを誘発するスイッチングモード電源で見られるような類似の問題が発生することがあります。大型ファンを駆動するために高電流PWM信号を使用している場合、PWM信号のスイッチング動作が近くのデジタル回路に不随意のスイッチングを引き起こすことがあります。これは、PWMパルス列の周波数やデューティサイクルに関係なく発生します。この時点で、PWM回路に