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EarthRover - Ra the Sun God - Part1

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Would you plan a trip without checking out where your going first? Well the same applies if you're going to Mars or going to the beach. So in this blog I’m going to look at the weather on Earth, more importantly the sun and the power we can get from it!

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NASA have sent quite a lot of hardware into space and all for a good reason. Its very important to carry out experiments and to find out where you're going and what to expect. When traveling to a far planet mankind has sent satellites and probes to test the environment first. Only once they know what they are letting themselves in for, do we start sending larger robots like the Mars rover, and then one day people too.

These experiments don't only make repeat trips more reliable but give vital data that can be built upon. For example knowing how much solar power you actually get can allow you to calculate the size of your solar panels, the angle to fit them at and even know what size battery you will need. So before sending EarthRover off on its mission, we also need to find out the same.

It took me less than 5 seconds to find hundreds of websites telling me how to fit a solar panel and how much money I could make. For the UK I read that a roof between 30’ and 50’ facing south is great. But that can't be the opium results can it? We know the sun is high in the summer and much lower in the winter. We also know just from stepping outside that the sun generates more power the higher in the sky it is. So my quest was to find the best results.

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To do this I’m building a probe that I’ll be talking about over the coming months. Named ‘Ra’ from the egyptian Sun God, Ra will use solar experiments to measure the amount of solar energy that can be generated. However the probe can’t move so will need a first best guess when collecting data - no point facing north after all!

So it all comes down to calculation at first, to find the first best guess for Ra. Searching the internet did not take long till I found a really nice little Excel sheet that calculates the solar power for you. This generates a table of results for any time period for any number of days.

The tool first needs some data about where you are. I found my Latitude and Longitude from a website called EarthTools which also helped me find my height above the sea too. This data I entered into the tool and hit go. To get an idea of what we are dealing with I asked for the midday results for each day of the year. Assuming this would give me the highest power reading for each day.

The tool gave me three very important data values; the Azimuth or the angle of the sun from north, the elevation in degrees from the horizon and lastly the estimated power output per square meter. The power output however assumes that the panel is facing directly at the sun, the opium power output. So I then plotted these to see what the results looked like. No surprise to find the power output was highest during the summer! However I was surprised to find that the sun, due to the earth rotation and orbit, is not exactly in the same place at noon every day. In fact it seems to swing back and forward around south. We already know that the height changes so I wondered what this movement looks like. What I found was at noon the sun over a year forms a figure eight shape in the sky. Most movement was during the winter and less during the summer. This was going to make working out which way to point the panel harder-!? For example you need to work out where on the figure eight you get the best power from the sun.

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So to calculate the angle our panel needs to be at we now need to consider two factors; direction from north and elevation. Both can be worked out using a little trigonometry. Using the COS rule you can subtract the angle of the panel (lets assume 180’ or due south) from the suns location (say 179’). This then gives you a value that you can use as a scale factor - The closer to 1 the value is the more aligned the panel and the sun is. If you then repeat this for each day of the year you will get a range of values. What we want however is the best direction for the panel that gives us the highest average over the year. You can do this in Excel using the ‘solver’ which searches a range of values to give you the best results. From this I found for my location that a direction of 180.59’ was the best - well as close to due south as you can get. Was a lot of work but atleast we confirmed our results!

This was then repeated for the angle of the panel to the sun with respect to the elevation. This time using the SIN rule we could work out what angle gives the highest average output for the year. Again for my location I got a angle of 51.3’. This fits with the information I read online about being between 30-50’ (at one end of the scale anyway) and with another article that suggested you fit the panel at the same angle as your latitude.

As you can see from the plots I generated the power dips a little mid summer but give the all round best results for the year. If you’re fitting solar panels on your house you could also do this same calculation to get the best results.

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However.... And here is the interesting bit. Will our solar panels really work best this way? Will the high temperatures in the sun lower its efficiency? Will the panel just peek out at a set light level meaning we could lower the angle? These can only be answered with real results and thats why building and get test results from Ra is so important.

Another key issue is the winter results. We can see that we will get lower than optimal results at this time. We need to be careful that we don't sacrifice power in the winter to keep the EarthRover running for more than enough power in the summer. This is what I will look at in part 2 and try and look at the effects of tuning the angle for the best power usage when we need it most - winter.

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To see more about the Earth Rover project check out the first blog here - paul-clarke-needs-you-help-me-with-my-massive-earth-rover-project, or you can follow the project on facebook and twitter.

Many Thanks
Paul
(aka @monpjc)


DesignSpark PCB bug resolution centre

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This page lists fixes to software bugs. This page is about the known issues with installation or functionality of the software and NOT about design techniques or guidance. For advice on designing with DSPCB, click here.

The bug fixes below were discovered as a result of users reporting them and actively participating in investigations. Only with your involvement our developers can track down some issues so we would like to thank you for your continued support, helping us to make DesignSpark PCB even better. As DesignSpark PCB is a very stable software, most of the issues you report are not easy to reproduce and only affect a very small proportion of the overall user base. Neverheless every improvement is important to us and every fix matters.

The fixes are incorporated in subsequent DSPCB revisions (to view 'change log' click here) so the ones listed below would only apply to the latest available software version.

1. Online DRC not appearing in tools menu
2. Invisible / nonstarting DesignSpark PCB

より進化したマイコンボード「BeagleBone Black」

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・BeagleBone Blackとは
BeagleBoneとはTexas Instruments(TI)の開発・販売している小型マイコンボードのシリーズです。初期BeagleBoneが発売された当時、パワフルなARMコアのSoC・ハッカー特性・低価格で大きな話題となりましたが、さらに安価な同種のRaspberry Pi の登場によってBeagleBoneの存在は薄れていきました。

しかし、BeagleBoneの最新作である「BeagleBone Black(以下BBB)」は価格を可能な限りRaspberry Pi(以下RPI)に近づけ、なおかつ性能もRaspberry Piよりも優れたものとなっています。
初期のものと比べると、値段が$45と約半額までコストダウン、CPUが500Hz-750Hz駆動だったものが1GHz駆動に、メモリが256MBから512MB、2GBのeMMC FLASHのSDカードがなくてもLinuxが動作するようになり、MicroHDMIポートが搭載され、単体でGUI環境が利用できるようになった点など、大幅にグレードアップしています。

以下仕様書

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CPUSitara AM3359AZCZ100, 1GHz, 2000 MIPS(?Cortex-A8)
GPUSGX530 3d, 20M Polygons/S
メモリ512MB DDR3L 400MHz
オンボードフラッシュメモリ2GB, 8-bit 埋め込み型MMC 
※ボード上についている交換不可能なUSBメモリ(2GB)という感じ
PMICTPS65217C PMIC regulator and one additional LDO
デバッグサポートOptional onboard 20-pin CTI JTAG, Serial Header
電源ミニUSBまたはDCジャック; 5VDC External via Expansion Header
PCB3.4” x 2.1”; 6 Layers
インジケータ1-Power, 2-Ethernet, 4-User Controlled LEDs
HS USB 2.0 クライアントポート1,USB0としてアクセス, Client mode via miniUSB
HS USB 2.0 ホストポート1,USB1としてアクセス, タイプA, 500mA LS/FS/HS
シリアルポートUART0 access via 6 pin 3.3V TTL Header (header is populated)
LAN端子10/100メガ, RJ45
SDカードmicroSD, 3.3V
ユーザー入力リセットボタン,起動ボタン,電源ボタン
映像出力16b HDMI, 1280×1024 (max), 1024×768, 1280×720, 1440×900 w/EDID Support 
※ビーグルボーンブラック本体側はmicroHDMI端子 
※最高解像度が1280×1024
音声出力HDMI上、ステレオ音声
拡張コネクタPower 5V, 3.3V, VDD_ADC (1.8V); 3.3V I/O on all signals; McASP0, SPI1, I2C, GPIO(65), LCD, GPMC, MMC1, MMC2, 7 AIN (1.8V max), 4 Timers, 3 Serial Ports, CAN0, EHRPWM (0,2), XDMA Interrupt, Power Button, Expansion Board ID (up to 4 can be stacked)
重さ39.68グラム
消費電力210-460mA@5V(CPU速度に応じて変化します)

 

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・Raspberry Piとの比較
プロセッサ速度・I/Oの数・内蔵フラッシュ・Ubuntuを含めた多くのLINUXとAndroidの両方をサポートしていることなど、BBBにはRPIより優れている点が多々あります。しかしBBBは残念なことにビデオのエンコード・デコード機能がありません。HDMI解像度は1280×1024に制限されており、コンポジット出力も使用できません。もしも想定しているプロジェクトで高解像度のビデオ出力が必要となる場合はRPIが優れていると言えるでしょう。しかし、ビデオ出力を必要としないのであればBBBに軍配があがります。

元々BBBはハードウェアハッキングを目的としたハードユーザをターゲットにしているので、その点は大きな問題ではないと考えられたのだと思います。BBBでは65ピンのGPIOに加え、Arduinoでいうシールドと同様のケープと呼ばれる拡張ボードがサポートされています。
また、BBBでは解像度12ビットの7つのアナログ入力に対応していますが、RPIにはオンボードADCがありません。
コストに関してはボード自体の値段はBBB$45、RPI$35とRPIの方が安くなりますが、電源やブートストレージなどの周辺機器の値段を加味すると大きな差はでません。

いろいろと比較点をあげていきましたが、結局のところはプロジェクトに合わせて使用するボードを変えるのがベストだと思います。個人用メディアプレー・生徒用の教育教材・メディアアートなど、それほど高度なパフォーマンスを必要としないプロジェクトなどの場合はRaspberry Piを、またセンサや制御モーターを多く使用したいという場合にはBeagle Bone Blackを、それぞれ選択することになると思います。

どんなプロジェクトでもベストな選択となるようなボードは存在しません。それを踏まえた上であなたのニーズに合致するボードを選びましょう。

参照サイト
http://www.cnx-software.com/2013/04/25/beaglebone-black-vs-raspberry-pi-features-and-price-comparison/

ARMのCortexコアについて

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かつて、電子工作におけるプロセッサ選びはさほど難しいことではありませんでした。当時は選択肢もあまりなく、Intel8080、Motorola6800、CBM6502、H8 といった主要なものを使用していればよかったのです。これらのチップは、現代のものとは異なり、メモリ未搭載のシンプルな8bitプロセッサーでした。

それが現在では非常に複雑な構成をもつようになってきました。特にNXP製マイクロコントローラを搭載したmbedモジュールは
クラウドによる開発環境を提供するにまでに至りました。今回の記事では、プロセッサの選び方を考えるとともに、このmbedモジュールの優位性をお話します。

mbed cortex-m0

近年、独自の命令セットとアーキテクチャを持った、8・16・32、さらには64bitのプロセッサが、多くのチップメーカーからリリースされています。さらに、ほとんどのマイクロコントローラーファミリーは、クロック速度、メモリサイズ、周辺制御などの部分で幅広い商品ラインナップを持っています。ここに、近年普及が著しいARM社製コアを搭載したモデルを考えると、状況はさらに複雑になっています。実質的にメインチップメーカーの主要製品にはARMのコアを使用している状況です。

一見選択が容易になるように思われますが、ARMコアには非常に多くのバリエーションがあり、フラストレーションが溜まり、頭をかきむしりたくなります。ARM7,ARM9,ARM11、そして新しいCortexシリーズとそれらすべてに亜種が存在しています。

これら全てを見ていくことは難しいので、今回はARM製品の中のCortexシリーズだけを見ていきましょう。CortexにはCortex-M、Cortex-A、Cortex-Rの3つの主要なグループがあります。他のARMコアからCortexデバイスに分ける主な共通の特徴は、組み込み制御システムにより適した内蔵の割り込みコントローラーです。

Cortex-A
Cortex-Aベースのデバイスは、プログラム用の外部動的RAMを使用しているため、非常に速いマイクロプロセッサです。RAMが使用されているのは、フラッシュメモリ技術では、ハイエンドのマルチディアや通信システムに必要な500MHzを超過するプロセッサのクロック速度には十分な速度が出せないからです。

Cortex-R
Cortex-Rベースもまたプログラム用に外部メモリを使用した高速なプロセッサです。さらにリアルタイム制御だけではなく、信頼性を確保するためエラー訂正などの機能を持っています。これにより自動車などの高信頼性を求められるアプリケーションに用いられます。Texas InstrumentsのHerculesのfault-tolerantマイコンはCortex-R4Fに基づいています。このテーマに関しては、こちらの記事を参照してください

Cortex-M
Cortex-Mベースのデバイスはその応用範囲の広さが武器です。最も汎用の組込みアプリケーションに適したオンチップ・フラッシュ・プログラム・メモリ・を搭載したマイコンです。ほとんどのメーカーはそのラインナップにCortex-Mデバイスを採用しています。Mシリーズ内のそれぞれの違いを詳しく見ていきましょう。

最も人気のシリーズは、効率的で包括的な32bit命令セットを持つM3でしょう。Cortex-mデバイスは、32bitの力を使わずに効率を向上させる、"Thumb"と呼ばれる16bit命令セットを備えています。mbed 「NXP LPC 1768デバイス」などに採用されており、性能的にはマイクロチップ社のPIC32とほぼ同等であると考えられます。

つぎに、M3の命令セットにDSP用のセットを追加したM4。リアルタイム・デジタルFIRフィルタを実装したり、高速フーリエ変換(FFT)を用いて周波数分析を行うとき、遙かに効率的なコードをつくることができます。M4コアを持つ製品には、フリースケールのKinetis K40があります。

続いてM4セットに浮動小数点数学の命令が追加されたM4Fを見てきましょう。これらの命令を使用するコードは、ソフトウェア・ルーチンを使用した時、他のものよりも5~6回分高速に実行できます。STマイクロエレクトロニクス社がSTM32F4デバイスでこのコアを使用しています。

次にmbedモジュールの話に戻りましょう。mbed NXP LPC11U24は、Cortex-M0を採用したNXPのLPC11U24プロセッサを搭載しています。16bitのThumb命令セットを搭載したRISCマシンで、非常にシンプルで、安く、省電力で動作します。したがって、携帯機器・バッテリ駆動システムといったアプリケーションに用いられます。複数のスリープモードがあり、割り込みと次の割り込みの間をスリープ状態に戻ることで、消費電力を抑えています。詳しくはこちらの記事をご覧下さい

DesignSpark PCB - Setting Component Height for IDF export

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Setting Component Height for IDF export

Components in DSPCB contain precise dimensions in 2D domain and the third dimension is not present. All components will be assumed to be of zero height during the export. It is therefore up to an engineer to identify the components that require precise height set. A good example is a relay as it is likely to be taller than the rest of component that could go on that board and could collide with enclosure.This is when the component datasheet comes handy. If you don't have it opened, the easiest way to get to it is to right click the component, select 'values', and copy the RS Part Number. This can be then searched on RS-online to guarantee a correct datasheet for the part. Once datasheet open, find the dimensions. For our relay is is 8.4mm. Endure your PCB design units are set to mm if you choose to use this unit type for 3D export.

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To set the height for a component edit values in library by right-clicking on the component:

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Note: When assigning Component Values to define the height of components, it is advised they are defined in the Component Library and not local Value attributes on component instances. Each device would then have a height assigned to it. This avoids having different values on different instances of a component, which the export cannot handle. This tutorial shows the correct way that will save you from making mistakes.

A component edit view will show, fro mthe menu select Edit>Values>Add:

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Make sure to save changes to the component in the library. The last step is to update the component. Right click > Update Component. The velues can be checked at any time by right click>Values:

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Note: this only need to be done for a handful of distinctive component on a board like connectors, etc - vast majority of components are low profile and do not need any manual intervention.

Raspberry Pi Pip-boy, Personal arm Computer

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I would like to present my first raspberry-pi project.

A Pip-boy ! :

It is a Raspberry-pi model B froom RS with Raspbian OS + a 2.8" LCD 8bits parallel TouchScreen connected on GPIOS.

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It is powered with a 5/1A 2200mAh battery which gave approx 3h of autonomy (about 2h if wifi dongle is used) :

XWindow Desktop session can be controlled with Touchscreen or Keyboard :

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Everything is mounted on a self-made case, so the Raspi Pip-oy can be attached to arm.

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  • It supports USB wifi dongle and Bluetooth mini-keyboard and many other USB devices
  • It can connect to video stream (like IP network cameras) and run AdvanceMame Arcade Game Emulator.
  • 2 switches are connected to GPIOS : the first to switch between displays (console/Dektop) and to command and the second to perform a safe shutdown.


For more details - photos - videos about this project, 

El_Panda -

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DesignSpark PCB Glossary of Terms

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This tutorial lists the terminology that is used in the wider Electronics Industry and therefore used in the DesignSpark PCB software

The glossary is arranged in an alphabetical order. Please click on a letter below or scroll down the page.

A¦ B¦ C¦ D¦ E¦ F¦ G¦ H¦ I¦ J¦ K¦ L¦ M¦ N¦ O¦ P¦ Q¦ R¦ S¦ T¦ U¦ V¦ W¦ Z

 

 

A

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Acid Trap - Describes an area in a PCB where the acid used in the manufacturing process cannot escape. This can cause problems of under-etching or over-etching.

Active Components - Semiconductor devices, such as transistors and diodes, that can change its basic characteristics in an powered electrical circuit, such as amplifiers and rectifiers. See also Passive Components.

Analogue Circuit - An electrical circuit that provides a continuous quantitative output as a response from its input. See also Digital Circuit.

Annotation - The adding of notes to a schematic.

Annular Ring - The width of the conductor pad surrounding a drilled hole.

Aperture - A description of the shape and size of the tool used to create a pad or track.

Aperture List - A list of the shapes and sizes for describing the pads and tracks used to create a layer of a circuit board.

Array - A group of elements that are arranged in rows and columns.

Artwork - Artwork for printed circuit design is photoplotted film (or merely the Gerber files used to drive the photoplotter), NC Drill file and documentation which are all used by a board house to manufacture a bare printed circuit board.

ASIC - Application Specific Integrated Circuit. Semiconductor circuits specifically designed to suit a customer's particular requirement, as opposed, for example, to a DRAM or micro-controller, which are general purpose parts.

ASCII - A basis of character sets used in almost all present day computers. US-ASCII uses only the lower seven bits (character points 0 to 127) to convey some control codes, space, numbers, most basic punctuation, and unaccented letters a-z and A-Z.

ATE - See Automatic Test Equipment.

Automated Test Equipment (ATE) - Equipment that automatically tests and analyses functional parameters to evaluate performance of the tested electronic devices.

Automatic Placement - A program that places components on the board depending on various factors such as length of connections and size of components.

Automatic Routing or Autorouter - A program that takes the connections paths between component pins and automatically places tracks in an orderly pattern. This automates what can be a time-consuming stage in the design of the PCB.

Axial leaded component - Axial leaded components are flat down type discrete components (i.e. resistors).

Back Annotation - The carrying back into the schematic from PCB of name changes that occur after the components are renumbered in the PCB, usually following placement.

 

 

B

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BGA - see Ball Grid Array.

Ball Grid Array (BGA) - A flip-chip type of package in which the internal die terminals form a grid style array, and are in contact with solder balls ( solder bumps ), which carry the electrical connection to the outside of the package. The PCB footprint will have round landing pads to which the solder balls will be soldered when the package and PCB are heated in a reflow oven.

BBT - Bare Board Test. The testing of an unpopulated PCB.

Bandolier - Components mounted in a double sided strip used for feeding Pick and Place machines.

Bare Board - An unpopulated PCB.

Bed of Nails - A test that contacts many points on a PCB to provide Automatic Test Equipment machines access to internal nodes of a PCB.

Bill of materials (BOM) - A comprehensive listing of all sub-assemblies, components, and raw materials that go into a parent assembly, showing the quantity of each required to make the assembly.

Bitmap - A rectangular set of pixels.

Blind via - A via extending from an interior layer to only one surface of a printed board.

Board - A printed circuit board.

Board Outline - The physical outline of the PCB. Is is formed from an unfilled closed space on a dedicated layer.

Board Profiling - Cutting a PCB board to the required shape.

BOM - see Bill of Materials.

Boundary Scan - An approach to the testing of printed circuit board assemblies that can be used to diagnose individual circuit failures by embedding the test circuits into the board and in the most failure prone integrated circuits.

Breakout - Describes poor registration between the hole and the pad on a printed circuit board such that the hole is not within the area of the pad.

Bridging - Where build-up of solder between tracks or pads causes a short circuit.

Buried via - A via that connects two or more interior layers of a printed circuit board and does not extend to either surface of the printed circuit board.

 

 

C

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CAD - Computer-Aided Design. The use of computer aids (hardware and software) in the electrical and physical design and verification of new things.

CAE - Computer-Aided Engineering. The use of computer aids (hardware and software) in electrical design.

CAM - Computer-Aided Manufacturing. The use of computer aids (hardware and software) in planning, tracking, analysing, and implementing the construction of manufactured items.

Capacitor - A two pin device providing electrical capacitance.

Capture - To draw (schematics) in such a way that data, especially connectivity, can be extracted electronically. Also see Schematic Capture.

Card - A printed circuit board of smaller dimensions is commonly referred to as a card. A card is generally one level lower than the printed circuit board in the hierarchy of packaging. A card is also referred to as a daughter board.

Card edge connector - A connector which is fabricated as an integral portion of a printed circuit board along part of its edge.

Ceramic Ball Grid Array (CBGA) - A ball grid array package with a ceramic substrate.

CERDIP - Ceramic Dual In-line Package. A package assembled with the leadframe sandwiched between two ceramic layers and sealed with a glass.

CERPACK - Ceramic Package. A CERDIP like package with the leadframe extended out on two or four sides, typically in surface-mounting format. Characteristics similar to CERDIP.

Chamfer - A corner that is shaped to remove an otherwise sharp edge.

Chip - The uncased and normally leadless form of an electronic component part, either passive or active, discrete or integrated.

Chip and wire - Assembly technique which uses discrete wires to interconnect backbonding die to lands, lead frames, etc.

Chip carrier - A low profile, usually square, surface mount component semiconductor package whose die cavity or die mounting area is a large fraction of the package size and whose external connections are usually on all four sides of the package.

Chip-on-Board (COB) - One of the many configurations in which a chip is directly bonded to a circuit board or substrate. These approaches include wirebonding, TAB, or solder interconnections, similar to the C4 structure. In low end consumer systems, Chip-on-Board generally refers to wirebonding of chips directly to board bonded and subsequently protected with a bit of resin material.

Chip Scale Package (CSP) - Chip scale package not much greater than the chip itself (typically not greater than 20% larger).

Circuit - The interconnections of electrical elements and devices that perform a desired electrical function.

Circuit Layer - A layer, on or within, a printed board containing conductors, including ground and voltage planes.

Clearance Rules - The required clearances between unconnected conducting structures on the PCB (for example track to pad).

CMOS - Complementary Metal Oxide Semiconductor. The primary technology in the design of Integrated circuits for digital circuitry.

Component - An element of equipment which unto itself does not form a complete system. Components can be integrated circuits, semiconductors, resistors, etc.

Component density - Quantity of components per unit area of printed circuit board.

Component lead - A wire or formed conductor that extends from a component and serves as a mechanical and/or electrical connection.

Component Side - The side of a PCB on which most of components are mounted.

Conductor, electrical - A class of materials -- usually metals -- that easily conducts electricity. Examples include silver, copper, gold, and super conducting ceramics.

Conductor, thermal - A class of materials, usually metals, that easily conduct heat. Examples include copper, aluminium, and beryllium.

Connectivity - The intelligence inherent in PCB CAD software which maintains the correct connections between pins of components as defined by the schematic.

Connector - A plug or receptacle which can be easily joined to or separated from its mate. Multiple contact connectors join two or more conductors with others in one mechanical assembly.

Coordinate - A position relative to an origin.

Conductor - Something that carries electricity with very little resistance. e.g. A Copper track on a PCB.

Connectors - A component mounted on a PCB that is used to provide electrical connection with external equipment.

Copper (Cu) - A metal used in semiconductor technology to form the interconnects between devices on a chip.

Copper Fill - Filling an area of a PCB with copper not directly needed for carrying a signal. This can provide for control of electrical noise (Susceptibility and emission), to provide a Heat Sink, and/or to prevent warping of the board.

Copper Pour - An enclosed area, usually defined by a polygon, flooded with copper, with solid/hatch pattern to create copper plane or section of copper plane. This is then connected to all instances of a given signal, usually O volts or 5 volts, by thermal relief pads. See also Thermal Relief.

Copper Sharing - Using a single section of track to carry a signal to more than one pin.

Crosshatch - Filling an area with two sets of parallel lines at an angle to one another.

Circuit - The interconnections of electrical elements and devices that perform a desired electrical function.

Cursor - The indicator on the screen.

 

 

D

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Daughter board - A PCB mounted, (piggy backed), onto another circuit board

Design entry - The process of creating a new design of any type chip, board, module, or system using schematic capture. Also referred to as design capture.

Design Rules Check - A program used to check the manufacturability of the circuit board. The checks include track to track gaps, track to pad gaps, track to board edge gaps, etc

Device - Any type of electrical component on a PC board. It will have functions and properties unique to its type

Digital Circuit - A circuit comprised of mostly integrated circuits which operates like a switch (i.e., it is either on or off).

Dielectric - Material that does not conduct electricity. Generally used for making capacitors, insulating conductors (as in crossover and multi-layered circuits) and for encapsulating circuits

DIL or DIP - Abbreviation for Dual In-line Package. A type of housing for integrated circuits. The standard form is a molded plastic container of varying lengths and 0.3 inch wide (although there are other standard widths), with two rows of through-hole pins spaced 0.1 inch between centres of adjacent pins

Diode - A two pin component conducting current in one direction only.

Dimension - To annotate a drawing or PCB with sizes, distances between critical positions.

Discrete Component - A component which has been fabricated prior to its installation (i.e., resistors, capacitors, diodes and transistors)

Double Sided - PCB assembly with components on both sides of the substrate but no inner layers. See also Single Sided and Multi-layer.

DRAM - Dynamic Random Access Memory

DRC - See Design Rules Check

Drill Table - A description of the drill sizes used to create the circuit board. The drill equivalent of an aperture list

Drilled Size - The size of the drill used to make a hole in a PCB

Dual-in-Line Package (DIP) - A package having two rows of leads extending at right angles from the base and having standard spacing between leads and between rows of leads. DIPs are made of ceramic (CERDIP) and plastic (PDIP)

DXF - Data Exchange Format originated for import/export of mechanical designs

 

 

E

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Earth - Another name for Ground

ECL - Emitter Coupled Logic - A type of unsaturated logic performed by emitter coupled transistors. Higher speeds may be achieved with ECL than are obtainable with standard logic circuits. ECL is costly, power hungry, and difficult to use, but it is four times faster than TTL

EDA - Electronic Design Automation: has largely taken the place of the term CAD in electronics, to cover all areas of electrical / electronic design and simulation using computer aids

Edge Connector - A connector on the circuit board edge in the form of gold plated pads or lines of coated holes used to connect other circuit board or electronic device

Edge Clearance - The smallest distance from any conductors or components to the edge of the PCB

EEPLD - Electrically Erasable Programmable Logic Device. A CMOS PLD made by using EEPROM technology. It can be erased and re-programmed

Effort - The resources applied to produce a suitable route. The higher the effort, the more resources router applies to routing the track. The lower the resources required, the shorter will be the time taken, and the neater the result.

Engineering Change Order (ECO) - A change in design

Embedded - Of a micro-processor(s), or system controlled by such) Dedicated to doing one job or supporting one device and built into the product

EMC - electro-magnetic compatibility - (1) The ability of electronic equipment to operate without degradation in an intended electro-magnetic environment (2) The ability of equipment to operate in its electro-magnetic environment without creating interference with other devices

EPROM - Erasable Programmable Read Only Memory. Can be erased and re-programmed

Etch - A process using a chemical bath (wet etch) or a plasma (dry etch) that removes unwanted substances from the wafer surface

Excellon - The de-facto standard for Computer Numerical Control CNC data for PCB drilling data originated for use with Excellon drilling equipment

 

 

F

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Fab - Short for fabrication

Failure - The temporary or permanent functional impairment of a component or device caused by physical, mechanical, chemical, or electrical damage

FC - Flexible Circuit, flexible circuitry

FET - Field Effect Transistor

Fibreglass - A common material for the Substrate of a PCB

Fiducial mark - Faducial marks are dots etched on board panel for which SMD assembly is required (provide viewing targets for camera to locate correct position)

Fillet - Applying a radius to an otherwise sharply angled edge

Fine Pitch - Fine pitch is more commonly referred to surface-mount components with a lead pitch of 25 mils or less Also, a general term for a PCB design where spacings of pads, tracks etc. is close to manufacturing limits

Fixed - Routes or tracks which may not be changed by the Router

Flash memory - Flash memory is a non-volatile memory device that retains its data when the power is removed. The device is similar to EPROM with the exception that it can be electrically erased, whereas an EPROM must be exposed to ultra-violet light to erase

Flat pack - An integrated circuit package with leads on two or four sides. The leads on these packages are either gull wing or flat, and have standard spacing. Packages with a lead pitch below 50 mils are referred to as fine pitch packages

Flex circuits - Flexible printed circuit boards made using thin polyimide or polyester film with copper circuitry on one or both sides of the flex. Flex circuits can be single or multi-layer

Flip - In PCB CAD context:- moving a component onto the opposite side of the PCB

Flip Chip - Unpackaged silicon dies that have been supplied with solder balls directly on the active side of the die. They are called flip chips because they are flipped upside down, compared to a conventional wirebonded chip

Flux - A chemically or physically active formulation capable of cleaning oxides and enabling wetting of metals with solder

Folder - A disk file, or the bottom level of a disk drive, that contains the names, dates, sizes, and filing system references to files and/or further folders. Also called a Directory

Footprint - The physical layout required for a PCB mounted component, including its pads and outline

Footprint Library - A ready built, or user built, selection of Component Footprints

Font, True Type - A Character or symbol Typeface designed to be easily scaled to different sizes

Forward Annotation - The process of applying the changes made to a schematic 'forward' to the PCB design. See also Backward Annotation

FPC - Flexible Printed Circuit, or flex circuit

FPGA, Field Programmable Gate Array - A type of logic device that allows its operation to be modified by means of on board programming

FR-4 - A NEMA grade of Flame-Retardent industrial laminate having a substrate of woven glass fabric and resin binder of epoxy. FR-4 is the most common dielectric material used in the construction of PCBs in the USA. Its dielectric constant is from 4.4 to 5.2 at below microwave frequencies. As frequency climbs over 1 GHz, the dielectric constant of FR-4 gradually drops

Free Pad - A pad not associated with a component. For example, a mounting hole.

Functional test - A test to verify product's behaviour after the components are mounted on board. Generally, functional test are performed as an alternative to in-circuit test in most application

 

 

G

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Gate - An part of the component representation. A component can be single-gate (one schematic symbol) or multi-gate (for example an Operational Amplifier IC in which each circuit is represented as a separate gate. Power supply can become yet another gate).

Gate Swapping - Exchanging pins in multi-gate packages, or between similar packages, to make routing easier

Gerber Data - A type of data that consists of graphics commands, usually describing how to draw a picture of a circuit. Intended for directing a photoplotter, it is the most common format for data transfer from PCB CAD systems to the manufacturing process

Glue Spot - What is used to hold Surface mount devices in placed on a bare PCB until soldering takes place

GND - See Ground

Grid - A two-dimensional network consisting of a set of equally spaced parallel lines superimposed upon another set of equally spaced parallel lines so that the lines of one set are perpendicular to the lines of the other

Ground - The nominal voltage reference, often called GND or 0V

Ground Plane - A conductive plane as a common ground reference in a multi-layer PCB for current returns of the circuit elements and shielding

Gull wing lead - A lead configuration, usually found on small outline packages, where the leads are bent. The end view of these packages resembles a gull in flight

 

 

H

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Hatch - The filling of an area with a set of parallel lines, Normal chosen to be horizontal, vertical or at 45 degrees

Heat sink - A structure, attached to or part of a semiconductor device that serves the purpose of dissipating heat to the surrounding environment; usually metallic. Some packages serve as heat sinks

Hertz or Hz - The unit for frequency of oscillation

 

 

I

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In-circuit test (ICT) - Combination of hardware and software that identifies manufacturing induced faults of printed circuit board assemblies (PCBAs) by isolating and individually testing devices using a bed-of-nails fixture. Potential faults include shorts, opens, wrong components, missing components, etc

Inner Layer - The layers of a circuit board that are sandwiched in between the outer layers. These may be tracking layers or plane layers

Insulators - A class of materials that do not conduct electricity and are characterised by high resistivity

Integrated Circuit (IC) - A miniature or micro-electronic device that integrates such elements as transistors, resistors, dielectrics and capacitors into an electrical circuit possessing a specific function. Form the basis of all modern electronic products

Interconnect - The conductive path required to achieve connection from one circuit element to another

I/O - Input/Output. Generally refers to the external connections of an IC that tie it to the outside world. Supply pins and control pins are usually not considered I/O

 

 

J

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J-lead - A lead configuration usually used on plastic chip carrier packages. J-leads are bent underneath the body of the package, with a side view resembling the shape of the letter "J"

 

 

K

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Kitting List - The list of parts needed to populate a bare PCB with components

 

 

L

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Laminate - A composite material made by bonding together several layers of same or different materials

Land - A portion of a conductive pattern that is usually used for making electrical connections or for component attachment, or both. See also Pad

Laser Photoplotter (also laser plotter) - A photoplotter which simulates a vector photoplotter by using software to create a raster image of the individual objects in a CAD database, then plotting the image as a series of lines of dots at very fine resolution. A laser photoplotter is capable of more accurate and consistent plots than a vector photoplotter

Laser soldering - A method of soldering in which the heat required to reflow a solder interconnection is provided by a laser

Layer - Is a side of copper foil. In a standard 2 layer board there are copper tracks and copper areas only on both sides of the laminate; 4 layer would mean there are 2 additional sides of copper track and copper areas "sandwiched" on internal layers between the exterior sides of the board. On more complex boards more layers may be sandwiched to improve the routability: 6 layer, 8 layer, and so on. Also see Multi-layer

Layer direction - Routers works most effectively when routes on a specific layer are biased to one axis. Routes requiring tracks in the different axis would be routed on another routing layer

LCC - Leadless Chip Carrier. A surface-mounted package having metallised contacts (terminals) at its periphery. Usually made of ceramic material

Lead - A wire that connects two points in a circuit; it is usually self-supporting

Leadless device - Electronic devices which do not have electrical leads extending from the body of the package. These packages could have solder bumps or lands located on the package

Lead pitch - The sum of the lead width and lead spacing. Typically stated as the distance between the centre of one lead to the centre of an adjacent lead

LED - Light Emitting Diode

Legend - Silk screened component identification marks or component outlines

 

 

M

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Manufacturability - A term defines the ability of meeting manufacturing requirements

MHz or Megahertz - a measurement of clock cycles in millions of cycles per second

Micro-controllers - Similar to micro-processor, but dealing with a simpler information set

Micro-processor - A standard circuit design that provides functions similar to central processing units by interpreting and executing instructions, usually incorporating arithmetic capabilities

Micron - A unit of measure equivalent to one millionth of a meter

Microvia - Small holes (0.002 - 0.004) that connect an outer layer of PCB to the nearest inner layers

Micro ball grid array - A fine pitch ball grid array. Fine pitch for BGAs is anything less than 1.27 mm

Mil - One thousands of an inch.

Mitre - Applying a straight edge at 45 degrees cut across an otherwise sharply angled 90 degree corner or edge. Quite common on PCB at right angled track junctions to improve manufacturability, reduce electrical reflections, and sometimes for purely cosmetic purpose

Misregistration - The lack of conformity between two or more patterns or features

Mixed Signal Products - Products that can process both digital and analog data

Mixed Technology - When pin through hole, surface mount, and other mounting technologies are processed on the same printed circuit board

MOS - Metal-Oxide-Semiconductor. Layers used to create a semiconductor circuit. A thin insulating layer of oxide is deposited on the surface of the wafer. Then a highly conductive layer of tungsten silicide is placed over the top of the oxide dielectric

Mother Board - Also called the Back Plane, or Matrix Board. A relatively large Printed Circuit Board on which modules, connectors, sub-assemblies or other Printed Circuit Boards are mounted and interconnections made by means of traces on the board

Multi Chip Module (MCM) - A module or package capable of supporting several chips in a single package

Multi-layered PCB - PCB layers are referred to as number of sides of copper foil used. PCBs with more than 2 sides of copper are defined as multi-layered, generally 4 layers, 6 layers and sometimes up to 16 layers

 

 

N

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NC drill or Numeric Control drill machine - A machine used to drill the holes in a printed board at exact locations, which are specified in a data file

Net - A line linking equipotential points in a design. It may branch, and form loops. Each net has a unique designation, and is linked to a net class which defines the style.

Net Class - Defines the minimum and nominal (desired) widths for a net when converted to a track by the Router

Netlist - A list of all the nets on a circuit board generated from a PCB's design data. This is known as a physical netlist in that it provides information on electrical connectivity between points on a board. This facilitates the testing of the PCB. This is distinguishable from the more general CAD sense of a netlist, which specifies component connectivity with no regard to actual physical locations of the points

Node - A pin or lead which will have at least one track connected to it

Non-plated-through - A type of holes on circuit board generally used as mounting holes

 

 

O

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ODB++ - A format for PCB manufacturing data developed by the Valor Corporation

Open - A circuit interruption that results in an incomplete path for the current flow. (e.g. an open wire which opens the path of the current)

Optimise - The re-organising of the connections too find the shortest length

Orthogonal Routing - A style of routing with horizontal and Vertical tracks

Origin - Some nominal starting point for a coordinate system

Output - A pin on a component that consistently drives the signal to a level determined by the component

 

 

P

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Package - 1) a printed circuit board component. 2) A type of PCB component which contains a chip and acts to make a convenient mechanism for protecting the chip while on the shelf and after attachment to a PCB

Packaging density - The quantity of components, interconnections, and mechanical devices per unit volume

Pad - A shape of copper used for mounting components

Padstack - A collection of the shape and size information of the subject pad

PAL - Programmable Array Logic. A device that can be programmed to do certain logic functions. Then a fuse inside of the device can be blown so the programmed information can never be changed. Sometimes called a PLD (Programmable Logic Device) Language

Panel - Material (most commonly an glass/epoxy-copper laminate known as core) sized for fabrication of printed circuit boards. Panels come in many, many sizes, the most common being 12 by 18 and 18 by 24. Subtract 1/2 to 1 margins (check with your board house) from the panel size to arrive at the space available for printed circuitry

Panelisation - A general term in CAM editing refers to step/repeat and other CAM editing to prepare data in panel format

Part - Component located by a manufacturers name or other unique identifier rather than the the logical or electrical function or package type identifier. A part may be a combined Schematic symbol and relevant footprints or, it can be just a schematic only part, or pcb footprint only part.

PBGA (Plastic ball grid array) - generic name for a BGA component constructed on organic substrate material, such as FR-4, overmolded with plastic

Parts List - A list of the parts required to build specific quantities of one or more PCB

Passive component - A device which does not add energy to the signal it passes. Examples: resistor, capacitor, inductor

PCB - see Printed Circuit Board

PCB design - 1) The creation of artwork for the manufacture of bare PCBs. 2) The artwork so created. 3. A computer database used to generate such artwork as data files ( CAM files ). Also called PCB layout

PCB designer - One who creates the artwork for printed circuit boards

PCB design bureau - A business engaged in PCB design as a service for others

PGA - See Pin Grid Array

Photoplotting or photoplot - Photoplotting is an electronic optical process to scan rasterised image data on films. Some times refer to as laser plotting

Photoplotter - A device for generating photographic images by directing a controlled light beam that directly exposes a light-sensitive material

Photoresist - A light sensitive liquid or a film, which when selectively exposed to light, masks off areas of the design that can then be etched away

Pick and Place - A manufacturing operation of assembly process in which components are selected and placed onto specific locations according to the assembly file of the circuit

Pin - a terminal on a through-hole component

Pin count - Number of pins any component, whether through-hole or SMT

Pin-Grid Array - A packaging technology for high pin count packages. Name derived from the array of pins at the bottom of the package. The pins go through holes in a printed circuit board. I/O lead counts as high as 600 can be achieved with PGA designs

Pin-out - Pin number assignment, the relation between the logical inputs and outputs of an electronic device and their physical counterparts in the PCB package

Pin Swapping - Exchanging signal connections to a device (with equivalent functions) so that routing is easier

Pitch - The centre to centre spacing between conductors, such as pads and pins. Pads for example of a 100 mils pitch will be spaced 100 mils between the pad centres. This can also be related to the pitch of screen grid dots

Pixel - Short for Picture Element, each 'dot' element of an image is a pixel

PLA - Programmable Logic Array. An array of logic elements that can be programmed to perform a specific logic function. It can be as simple as a gate or as complex as a ROM and can be programmed (often by mask programming) so that a given input combination produces a known output function

PLCC - Plastic Leaded Chip Carrier - An SMT chip package that is rectangular or square- shaped with leads on all four sides. The leads are spaced at 0.050 inches, so this package is not considered fine pitch

Placement - The arranging the components on a PCB to fit the required board outline

Placement, Automatic - See Automatic Placement

Plated-through hole - A hole in a PCB with metal plating added after it is drilled. Its purpose it to serve either as a contact point for a through-hole component or as a via

Polygon - An open or closed, non-intersecting figure formed from a continuous line on a single layer. One form of a 'Shape'. Closed polygons may be filled

Polyimide - A material used as a Substrate for a PCB

Populated board - A PCB with components

Powerplane - A layer of a multi-layer PCB that is used to provide an earth reference or Power feed. Connections to the plane may need to provide a Thermal Break

Powerplane, Split - A Powerplane that carries more than one power supply or ground on a single layer. As the name denotes this is split on the same layer

PQFP - Plastic Quad Flat Pack. A square, flat package with gullwing leads located around all four sides of the package

Programmable Logic Devices - Devices with 10-100 times higher level of integration than a TTL; called programmable because they can be customised in software rather than in hardware.

Printed circuit board (PCB) - A printed circuit board is a component carrier that contains etched copper patterns that connect the leads of one component to the leads of other components. PCBs are often composed of a glass fabric impregnated with a resin (usually epoxy), cured, and clad with metal (almost always copper) upon which a pattern of conductive traces is formed to interconnect components. PCBs can be rigid or flexible and composed of single, double, or multi layers

Printed circuit board assembly (PCBA) - Second level integration of active and passive devices (electrical, electronic, optical and/or mechanical) on a rigid substrate

 

 

Q

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QFP - Quad Flat Pack, a fine pitch surface mount package that is rectangular or square with gull wing shaped leads on all four sides

QSOP - Quarter Size Small Outline Package. An SO style IC package that has leads on a 25 mil pitch. The name derives from the fact that the package is approximately half the length and half the width of a standard SOIC

 

 

R

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Radial Lead - A lead extending out the side of a component, rather than from the end. Radial leaded components are standing type discrete components; examples are disc capacitors and TO-92 type transistors

Rats-nest - A bunch of straight lines (unrouted connections) between pins which represents graphically the connectivity of a PCB CAD database. [Derived from the pattern of the lines: as they crisscross the board, the lines form a seemingly haphazard and confusing mess similar to a rat 's nest.

Reference designator - Component ID use in schematic and PCB, such as C1, C2, R1, R2, etc.

Reflow - The application of heat to a surface containing a thin deposit of a low melting point metal or alloy (e.g., solder paste tin lead alloy), resulting in the melting of the deposit, followed by its solidification

Reflow soldering - The process of joining metallic surfaces through the mass heating of solder/solder paste to form solder fillets at the metallised areas. Reflow soldering creates a mechanical and electrical connection between the components and the PCB

Registration - A term frequently used in the PCB industry. It refers to layer alignment of data, artwork, films, imaging process, screening, lamination, drilling, routing, etc

Resist - A coating material that is used to mask or protect selected areas of a circuit board from etching or plating processes

Resistor - A two pin component that nominally 'resists' electrical current flow in a linear manner

Route (or Track) - A layout or wiring of an electrical connection

Routing - The process of converting connections into tracks without crossing tracks, going outside the board area, entering disallowed areas, etc. This can be accomplished manually - i.e. by explicitly arranging signals interactively, or by using Automatic Routing

RS-274D - The basic specification of data for Gerber Photoplot output. See Gerber Data.

RS-274-X - A variant of Gerber data which contains aperture shape information in addition to the usual tool selection and movement commands. See Gerber Data.

 

 

S

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Schematic - A diagram which shows, by means of graphic symbols, the electrical connections, components and functions of an electrical system. The components are represented by agreed-upon symbols, and the conductors connecting them by lines

Schematic Capture - The capture of circuit design by graphical means. The symbols representing functional blocks or individual circuit elements and interconnected by graphical representations of wires, pins, etc

Screening - Providing an earthed, conducting box, outer sheath, or area of copper on a PCB to protect from external electrical interference, or from generating such interference

SDRAM - Synchronous Dynamic Random Access Memory

Semiconductor - Components that amplify, switch, or rectify electronic signals. These devices, also known as active components, include transistors, diodes, and integrated circuits

Short or Short circuit - An abnormal connection of relatively low resistance between two points of a circuit. The result is excess (often damaging) current between these points. Such a connection is considered to have occurred in a printed wiring CAD database or artwork anytime conductors from different nets either touch or come closer than the minimum spacing allowed for the design rules being use

Silkscreen - The decals and reference designators in epoxy ink on a printed wiring board, so called because of the method of application, the ink is squeezed through a silk screen, the same technique used in the printing of T-shirts

Signal - A Digital or Analogue voltage or current that passes between components. More casually, the pieces of track that join together 2 or more pins.

SIMM - Single In-line Memory Module: a high-density DRAM package alternative consisting of several components connected to a single printed circuit board

Simulation - The process of using software to model an electronic system

Single in Line - A component with all its pins in a single row

Single Sided Board - A printed circuit board that contains tracks and pads on one side of the board and no plating in the through holes

SMD - Surface Mount Device

SMT - Surface Mount Technology

SMSO or Surface Mount Small Outline - a standardised footprint

Small outline J-leaded (SOJ) - An integrated circuit surface mount package with two parallel rows of J-leads

Small outline transistor (SOT) - Discrete surface mount transistors with a molded plastic outline that serve small and medium power applications

SO or Small Outline - A package resembling a flat pack with leads on only two sides

SoC (System on Chip) - A single chip on which multiple specialised blocks of logic have been combined

SOIC - Small Outline Integrated Circuit. A plastic IC package for surface mounting applications that has leads on two opposite sides

SOP - Small Outline Package. Similar to SOIC

Solder - A low melting point alloy used in numerous joining applications in micro-electronics. The most common solders are lead-tin alloys. Typical solder contains 60% tin and 40% lead - increasing the proportion of lead results in a softer solder with a lower melting point, while decreasing the proportion of lead results in a harder solder with a higher melting point

Solder Mask - A coating applied over selected areas of a circuit board thereby permitting soldering only of the exposed (uncoated) areas, usually only the pads

Solder paste - Form of solder to be printed on SMD pads by using a stencil in assembly

Solder Resist also known as Solder Mask - A coating that during manufacturing prevents solder wetting undesirable areas

Solder Side - On printed circuit boards with components on only one side, solder side describes the side of the PCB that is opposite to the component side

Solder Wave - One technique for soldering Surface Mount and the primary technique for conventional components, is to arrange that a 'wave' of molten solder ripples along back side of the board. See also Solder Paste

SOIC or Small-Outline Integrated Circuit - A miniature plastic flat pack designed for surface mount with gullwing leads

SOP or Small Outline Package - Similar to a miniature plastic flat pack, but with gullwing leadforms primarily or wholly constructed for surface mounting

SPICE or Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis - Simulator used to model electrical circuits at the transistor level

SSI (Small Scale Integration) - An integrated circuit (IC) having fewer than 100 elements

SSOIC - Shrink Small Outline IC. An SO style IC package that has leads on a 25 mil pitch

Step & Repeat - A process where the printed circuit board layout or component placement is repeated many times in evenly spaced rows

Stroke Font - A stroke font is made up of small 'drawn' line segments of a given width

Stripline - A technique to tightly control the Transmission Line characteristics of a PCB trace by running parallel tracks for signal and return path, or differential pair

Substrate - The base material of a PCB onto which the Copper tracks and subsequent coating (e.g. Solder Resist) are applied. Examples of these materials are Fibreglass, SRBP, FR4, CEM1, Polyimide, Duroid and Teflon. Specialist ceramic materials are often used for Hybrids

Surface Mount - See surface mount technology

Surface Mount Technology (SMT) - A method of assembling hybrid circuits and printed wiring boards where component parts are mounted onto, rather than into, the printed wiring boards, as in the mounting components on substrates in hybrid technology

Symbol - A graphical representation of a component that contains information about the ports of the component

 

 

T

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T-Junction - The point (in Schematic or a PCB Layout) where a connection is made to another by contacting it at some position along a line (as in the upright of a letter T contacting the top bar)

Teardrop Pad Shape - A basically circular Pad with one side stretched out to provide a connection point

Terminal - A point of connection for two or more conductors in an electrical circuit; one of the conductors is usually an electrical contact, lead or electrode of a component

Testing - A method for determining whether sub-assemblies, assemblies and/or a finished product conform to a set of parameter and functional specifications. Test types include: in-circuit, functional, system level, reliability, environmental

Test board - A printed circuit board deemed to be suitable for determining the acceptability of a group of boards produced with the same fabrication process

Test Point - A specific point in a circuit board used for specific testing for functional adjustment or quality test in the circuit based device

Test Strategy - Defining a test methodology for a given product that translates into test requirements and test development

Thermal Analysis - Estimating the thermal (temperature) performance of a design to determine whether changing layout would reduce 'hot spots'

Thermal Break - Used for improving soldering of holes connected to a powerplane

Thermal Relief - A wagon wheel shaped relief pad etched in the copper of a ground plain around a through hole. It connects to the plane through one or more narrow track across an opening in the plane, rather than connecting directly to the plane, so that heat transfer to the plane is minimised during soldering

Thermal Cutout - See Thermal Break

Through-hole - Refers to a component having pins designed to be inserted into holes and soldered to pads on a printed board. Contrasts with surface mount

Tooling hole - Manufacturing tooling holes are used for PCB fabrication, assembly and other test purposes. These holes serve the purpose of holding PCB panel to fixture during manufacturing

TQFP - Thin Quad Flat Pack. Essentially the same as a QFP except low profile, that is, thinner

Track - A copper 'line' on a PCB to conduct signal current

Track Clearance - The minimum permitted close approach to another signal

Transistor - A three terminal active semiconductor device that serves as a switch or provides current amplification. Comprised of a base, emitter, and collector (bipolar transistor) or gare, source, and drain electrodes (field effect transistor). Invented by Shockley (Bell Labs) in 1947

TrueType Font - These are fonts that may be scaled on the system jointly developed by Apple and Microsoft

TSOP - Thin Small Outline Package. It is thinner and slightly smaller than an SOJ and with gullwing shaped leads. A thin, rectangular package with leads sticking out the sides of the package

TTL - Transistor - Transistor Logic. Also called multiple emitter transistor logic. A widely used form of semiconductor logic

 

 

U

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Unfixed - Tracks and routes which the autorouter may edit when routing nets to improve the finished design

 

 

V

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Vapour phase reflow - A solder reflow technique in which the solder joints are heated by the condensation of an inert vapour

Vector Image - An image stored as a series of lines. The benefit being they can be scaled up and down without distortion.

Vector Photoplotter (also vector plotter, or Gerber photoplotter) - named after Gerber Scientific Co., which built the first vector photoplotters for commercial use)

Vcc - A name for a power net meaning voltage collector, usually +5V for TTL circuits

Via - A plated through hole used as a through hole connection between the layers on a circuit board. These holes are generally the smallest as no components are inserted in them

VSP or Vapour Phase Soldering - Soldering accomplished by using heat generated by the condensing of a vapour ion a cooler assembly.

VSOIC - Very Small Outline IC. An SO style IC package that has leads with a pitch of 30mils or less

 

 

W

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Warping - Warping generally refer to finished board warp and twist. All boards may have certain degree of warp as result of manufacturing

Wave Soldering - A manufacturing operation in which solder joints are soldered simultaneously using a wave of molten solder

Wire bonding - The method used to attach very fine wire to semiconductor components (dice) to interconnect these components with each other or with package leads

WYSIWYG - What You See Is What You Get

 

 

Z

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Zero width - Zero width represents a outline shape drawn by thickness line width

 

 

If you have any suggestions on how to improve this tutorial please drop us a comment below

DesignSpark Team (RS Components/Allied Electronics)

ISO-TECH Oscilloscopes, How to capture a signal event / glitch / transient

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Tutorial: How to use an Oscilloscope #3 - How to capture a signal event / glitch / transient .

In this tutorial Martin Lorton uses our ISO-TECH IDS 6072A-U oscilloscope and a bench power supply to demonstrate how you can use the single shot feature with triggering to capture a signal event / glitch / transient.  He also demonstrates the use of the cursor feature to measure a signal.

More about Iso-Tech Oscilloscopes

RS Components has expanded its test and measurement portfolio with the introduction of the ISO-TECH IDS-6000A-U Series of general-purpose 2-channel digital storage oscilloscopes.

With bandwidths ranging from 70MHz to 150MHz, the IDS6000A-U Series offers a 5.7-inch colour TFT LCD display to enhance the measurement experience of the user. Compact and ergonomic in design, and weighing just 2.5kg, the IDS6000A-U Series features sampling modes, 4000-point record length, a real-time sampling rate of 250MSa/s, and an equivalent-time sampling rate of 25GSa/s to enable user flexibility when processing incoming signals. Several acquisition modes and up to 27 auto measurement functions allow the user to quickly measure the accurate property of the waveforms.

The IDS-6000A-U Series provides complete remote control or data capture over USB host and device interfaces. It supports PictBridge which, when connected to a compatible printer with a USB cable, facilitates push-button printing. It is designed to optimise balance of performance between memory length and sampling speed. Its MemoryPrime technology allows 2Mega points of waveform data. Full advantage of this capability can be taken using Horizontal Page Skip and Set Time functionalities.

Incorporating user-friendly menu tree operations, the IDS-6000A-U Series has been designed for ease-of-use in applications spanning laboratories and educational facilities, product testing and quality assurance, service operation and post-sales support, and product development and debugging.

The IDS-6000A-U Series is part of the ISO-TECH range of test and measurement products, an RS private label brand offering exceptional value for money with the same specifications and performance as many higher priced brands, says the company.

Find out more about ISO-TECH products at our Google+ page
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ISO-TECH + Arduino bundle offer

I want one of those... August 2013

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As a self confessed Geek and Gadgeteer i'm always being sent links by my friends and colleques, with the "have you seen this!" tagline.

So, knowing that many of you are probably as tech hungry as I am, I'd thought I'd start to share some of this stuff with you on a regular basis.  If you have something you'd like to share, please feel free to click on my avatar and send me a message, post it in the comments below, tweet us @designsparkrs or Facebook at www.facebook.com/DesignSparkRS


Devkits/Add-on Boards

There are so many add-on boards now available for Raspberry Pi's and Arduino's, however, this one really caught my attention. It's by a company called SparqEE and is tiny Cellular development board that gives you Wireless Worldwide. That means internet to anything anywhere!  Great for remote applications.  This is their kickstarter video below.  You can also find out more about this great product on their KickStarter page.


New Technologies


No batteries?... no problem!  Ambient Backscatter is Wireless Communication out of thin air.  Like a sponge, it basically collects surrounding wireless signals and uses them as a source of power and communications medium, allowing two battery free devices to communicate with each other.



Gadgets

PeterJFrances posted this one recently in his DesignSpark blog. It's a great new inexpensive little gadget from Leapmotion that allows you to interact with a PC/Mac and regular screen, using your hands and nothing else.


Tools

I bumped into Saar Drimer at a recent Open Source meetup (OSHUG) in London.  Saar is a developing a new kind of a PCB layout tool called Boldport.  It's probably really a tool you would use for your day to day circuit design, but what's different about Saar's PCB Tool is that your not restricted to straight tracks...it's kind of art on a PCB. Here's an example of the kind of things Saar has created.


Websites/Podcasts

Having fallen out with radio lately, I've started listening to more podcasts.  I bumped into these guys at a recent event for the 100th Birthday of the Radio Society of Great Britain.  Frequency Cast UK  is a monthly podcast about all things tech and is a quite entertaining in the morning rush hour.


Gaming

This is one of my favourite KickStarter projects to date!. Having grown up on a gaming diet of Doom, Duke Nukem and Quake, I'm a big fan of First Person Shooter games. Finally an affordable set of Immersive virtual reality technology that's wearable and affordable.  It's designed by a company called Oculus VR, and will certainly appear on my Christmas list this year.  Check these out!



Toys not for the kids

I'm a major Back to the Future fan, and I recently learnt that Lego has released a Lego DeLorean.  I couldn't wait until Christmas for this one, so I've aready made a purchase.

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Image from lego website

So thats it for this time, and don't forget to tell me about things that you've found and want to share.

COSCUP注冊有禮活動

機械設計ツール(2)

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こちらの英語記事の翻訳です。

前回の記事では、機械設計ツールの概要について紹介しました。今回は、機械設計を行う手順と、設計ツールの使い方について説明していきます。

機械設計は、新規設計・継承設計・変異設計の三種類に分類することができます。

新規設計とは、今までに製作されたことがない、新しい種類の部品や機械を開発することです。

継承設計は、これまでの経験や、既存の機械設計を改善するために開発された技術に基づいて、既存部品の性能を向上させたり、生産コストを削減するために行われる設計です。

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変異設計とは、市場の新しい需要を満たすために、既存部品を修正したり、標準型の部品とは異なる新しい部品を開発することです。

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機械設計ツールを用いる際には、以下のようないくつかの手順があります。

1. 初期設計

ここでは、初期計画や最初のレビューを立てたり、動作・構造設計を行ったりするために、機械の動作原理や基本的な構造を確認します。この段階では、次のような手順で作業を行う必要があります。まず最初に、機械がきちんと可動するような適切な構造を選び、主要な部品の力・強度・形状・大きさ・重さについて計算し、スケッチを描きます。

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部品のスケッチ

2. 技術設計

ここでは、設計の修正や、全部品の作図や新しい計画の策定、計画の再見直しなどを行います。この段階では、主要なパーツや部品に対して正確な応力解析を行い、その解析結果に基づいて部品の形状や寸法、その他の詳細部分を修正し、材料の種類決めや熱処理を行います。次に、注油や電気設計(駆動制御)を行い、最後に基本計画を再び立てます。

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3. 作業図面設計

このステップでは、最終修正や、全ての作業図面(部品図、部品組み立て図、全体図など)の描画や、全ての技術的な資料(部品の一覧表、修理部品の一覧表、説明書など)の作成を行います。部品図を作成し終わったら、今後の作業がスムーズに遂行されるよう、図面を確認・校正します。

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作業図面

4.モジュール設計

この設計方法は、バッチ生産(同じ段取りの注文をまとめて生産する方式)、もしくは大量生産で用いられています。生産し始める前に、まずプロトタイプを作製し、それを用いて機械の機能評価を行った後に、ようやく大量生産を行うことができます。

単純な設計作業(新規・継承・変異型の単純な機械設計など)を行う場合は、一番初めに紹介した初期設計のプロセスを除くこともできます。

下の動画で、solidworksを用いて機械設計を行う方法を見ることができます。

 

次の記事では、主要な機械設計ソフトの紹介およびレビューを行う予定です。

機械設計ツール(1)

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こちらの英語記事の翻訳です。


新しい部品の設計や、既存の部品の修正・更新に利用できる機械設計ツールは、近年ますます重要な技術となってきました。本記事では、機械設計ツールの概要と、その機能についてご紹介します。

機械設計は、機械工学の分野において重要な部分であり、同時に機械や部品生産の最初の段階でもある、部品の解析・設計を行いたいという要求に基づいています。

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これは機械の設計図です。

既存の機械設計ツールは、おもにコンピュータ用のソフトウェアが中心となっています。これらのソフトウェアは、CAD(コンピュータ支援設計)として知られている技術から派生しています。インタラクティブ、画像変換、サーフェスモデリング、ソリッドモデリングなど、いくつかの基本的かつ重要なCAD技術が存在します。

インタラクティブ機能は、人間と機械の間にある情報をリアルタイムに交換する機能です。全てのステップごとの結果を、スクリーン上で直接確認することができます。例えば、スケッチ画を、実用性を持った設計図などへと変換することができます。

画像変換技術の主な機能は、座標系や図を利用して、図の中の各部位と平面・空間上の座標を関連付けることができます。

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ソリッドモデリングおよびサーフェスモデリングは、3D のソリッドモデルを作成する際に鍵となる技術です。工学的なソリッドモデルは、通常スケッチ画から形成されており、2Dのスケッチ画が3次元の特徴を形成するために組合わせられています。これらのモデルは切断・延伸することもできます。

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元々CADにはソリッドモデルを作成する機能がありませんでしたが、開発が進むにつれて、ソリッドモデリングの機能が発展していきました。

CAD技術が応用可能なのは機械設計の分野だけではありません。CADは現在、建築や電子・電気、科学的調査、ソフトウェア開発、ロボット工学、服飾、出版業界、工場の自動化、都市設計、地理学、コンピュータアートなど、数多くの分野で利用されています。

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これは、建築デザインにCADを用いた場合の一例です。

ソリッドモデリングやサーフェスモデリングは、機械設計において最も重要な技術です。

これはCADを使用してソリッドモデルを構築しているデモ動画です。

機械設計に関するイントロダクションはこれで終わりにして、次の記事では、機械設計ツールを利用する際の基本的な段階や、現在人気の高い機械設計ツールについて紹介します。

3Dモデル(1)

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こちらの中国語記事の翻訳です。

近年、3Dモデルをオンラインのデータベースから簡単に探すことができるようになりました。しかし、ネット上で入手できる3Dモデルのほとんどはゲーム用のものとなっています。機械設計・電子工作・建築物の設計モデルのような専門性が高いモジュールは、ほとんど見つけることができません。もちろん、CADソフトの製作会社が提供しているデータベース上で、公式の3D モデルを探すことは可能です。

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3D モデルのライブラリ:

3D モデルには多くのデータベースが存在しますが、これら全てのモデルをダウンロードして、CADソフトにインポートすることは可能なのでしょうか?前回の記事では、Solidworks・AutoCAD・Pro / ENGINEER・SpaceClaimの4種類のCADソフトを紹介しました。さて、これらのソフトで、ダウンロードした3Dモデルを使うことはできるのでしょうか?

ネットからダウンロードしたモデルは、各ソフトウェアが対応しているフォーマットに依存している場合があります。先に挙げた4種類のソフトウェアが対応しているフォーマットは、下記の公式サイトから調べることができます。

それぞれのソフトは、個別のストレージフォーマットを持っています。SolidWorksの場合はSolidWorks Files (*. Sldprt, *. Sldasm, * slddrw) であり、他のソフトについてはそれぞれ、AutoCAD's. Dwg、Pro / Engineer's Render (*. Slp)、SpaceClaim's. Scdocとなっています。また、これらのフォーマットに対応する他のソフトウェアも存在するため、それらを用いてインポートを行うことができます。

もし、これらのソフトウェアに対応していないフォーマットだった場合は、ソフトウェアの製造元や他のソフトウェアを作成している企業が、いくつかのアドオンやサードパーティのプラグインを提供しています。例えば、SolidWorks用の3DS Importを使うと、Solidworksに3D Studio ® (.3 ds) ファイルをインポートすることが可能です。

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ファイルをインポートした後は、以下のように元のファイルとインポートされたファイルが異なるため、インポート後に修正を行う必要がある点にご注意ください。

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非公式のアドオンの多くは有料です。しかし、ほとんどの3D モデルのライブラリは、複数のフォーマットでファイルを提供しており、上に挙げた4種類のソフトウェア、特に主要な3Dモデルのフォーマットに最も対応しているSolidworksで開くことが可能です。

また、ソフトウェアが対応しているファイルの種類に加えて、いくつかのライブラリは一つのモデルに対して複数のファイルフォーマットを提供しています。Designsparkが良い例で、このサイトでは複数のソフトウェアに対応したフォーマットで、ファイルを配布しています。

以下のリンクは、利用可能なアドオンのダウンロードサイトです。

今回の記事はここまでにしますが、次回の記事では最も汎用性・人気の高い3Dモデルのライブラリを紹介します。

New Panasonic LED Drivers


Importing board outlines from Mechanical CAD to DesignSpark PCB

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This Tutorial demonstrates how to import PCB outlines from 3D CAD software to DesignSpark PCB

It is often the case that a board is designed for a known enclosure, for example one of the standard boxes available on the market or a box designed for a previous product. One way to create a PCB outline is to measure the enclosure and reproduce the dimensions in DSPCB. Alternatively dimensions can be taken from a datasheet (if one exists). The most reliable method though is to import dimensions from a 3D model of the enclosure, this is especially true for more complicated shapes. Simple shapes should not be underestimated though, it becomes apparent why when we imagine a produced prototype where mounting holes are several milimeters off and the board no longer fits the casing. 

An example enclosure

For this tutorial we will import a PCB outline for the part BOCUBE IP67 enclosure, RS Part Number 7739461. It had been edited in a Mechanical CAD tool and a PCB outline was isolated and saved as AutoCAD DXF file

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Importing the Board Outline file

In DSPCB select File>Import...

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In the dialog browse to the DXF file with your PCB outline and click 'Open'

A DXF import dialog will appear. Ensure to select Import As 'Board', ensure units are consistent with your MCAD software (DXF format does not carry units) and the scale is set to '1' for most of the cases. You can save these settings with a Map File especially if your DXF file contains more layers

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Note: if you are getting warinings or errors it means the DXF file you are trying to import is not suitable. Try to keep the import DXFs simple and you will get it working every time! Board outlines must be closed, non-intersecting (convex) shapes. For example they should not include segments that actually don't join up, DSPCB will not be able to convert these to a board shape.

Note 2: DesignSpark PCB will try to import DXF files as well as possible, you might get a warning similar to this: Warning (line 9298): Board Outlines must be closed and non-intersecting. Some shapes of these types have been created. These have been removed and replaced by open shapes on a non-electrical layer. If not possible to import as PCB outline, DSPCB will still import as shapes on all layers - which can be used as a template to manually draw a PCB outline on top

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Checking & housekeeping

It is a good practice to verify the imported PCB outline dimensions against the original DXF file. Click on selected edges and view the bottom right corner od the screen:

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We want to keep the Board shape (green) only for the true board outline so let's add pads for the mounting holes:

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On the opposite sides of the holes there are some rectangular keepout areas for board supports, these can be drawn on the bottom silk layer to ensure no components go in these areas. The next step is to disable all layers from the Interaction Bar (shortcut F9) and delete the unwanted green PCB outline shapes. The end result is:

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This can be exported to Mechanical CAD software with the IDF export from DesignSpark PCB (click here for instructions) to gain absolute confidence all important dimensions are in agreement with the enclosure

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If you have any suggestions on how to improve this tutorial please drop us a comment below

DesignSpark Team (RS Components/Allied Electronics)

LAKE MONSTER SURVEILLANCE SYSTEM

金型産業とCAD・CAM発展の歴史

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現代の機械製造産業において、金型産業は国家経済を支えるための基盤産業となりつつあります。多くの新製品開発・生産は、金型製造技術に依存しており、特に、自動車産業・軽産業・電気・航空宇宙産業において、その傾向は顕著に見られます。金型産業の水準と対応する技術のレベルは、国家レベルでの機械製造技術の重要な指標となっています。それは、国家経済の多くの分野に影響を及ぼします。金型用のCAD・CAMは、金型産業向けに特化して基礎部分から開発がおこなわれてきました。これは、コンピュータ技術と金型製造の包括的な応用に新たな飛躍をもたらします。

CAD/CAM技術の急速な開発と、ソフトウェア・ハードウェアのレベルのさらなる向上は、金型産業に対して強力な技術的なサポートを提供すると同時に、製品デザインの品質・製造・製品レベルに飛躍をもたらしました。これは、現代の企業の情報化・統合・ネットワーキングにおいて、最適な選択肢となっています。

1. 旧来の金型設計・製造

旧来の金型設計・生産は複雑なプロセスを経て行われるものでした。設計の手順は図1に示すように、
・製品企画
・ソリューションデザイン
・技術設計
の3つのプロセスに分けることができます。成型加工は、金型の設計が終わった後に行われます。このプロセスは、主に手作業に依存しており、精度が低いだけでなく、製造期間の長期化・製造コストの増加という課題も抱えています。

従来の金型設計・製造は手作業に依存しており、ソリューションの設計も経験に頼っています。また、ソリューションの数を最適化して最小にするのも困難であることがわかります。さらに、複雑な機械分析や動的・正確な計算を行うのも不可能でエラーが出やすいため、設計段階における多くの時間は、部品の図面や組み立て図に費やされ、最終的に設計期間の長期化や効率・生産性の低下が引き起こされてしまいます。

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図1. 伝統的な金型生産のフローチャート

2. 金型用CAD・CAMの説明

2.1 金型用CAD・CAMの設計フロー

コンピュータ技術・製造技術の急速な発展にともない、金型の設計時間・機械製造期間を短縮させる方法や、製造品質を向上させる方法への関心が高まっています。金型技術は、エンジニアの経験や標準的な機械加工技術に依存した手作業での設計から、金型用のCAD・CAE・CAM技術を用いたものへと徐々に移行しています。アメリカは、金型産業におけるコンピュータ技術の実装を進めており、金型用CAD・CAE・CAMの統合システムの開発と、設計効率と製造品質の向上・生産期間の短縮を達成しています。

現在の金型設計手順は図2のようになっています。

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図2. 現在における金型設計のフローチャート

これまでに説明したとおり、現代の金型設計産業のプロセスは、人間の関与・意思決定を大きく減らしたものとなっています。金型分野においてCAEシステムが導入されたことにより、金型設計・製造は以下のメリットを享受しています。

  • a) 設計効率の向上(Increased design efficiency)
  • b) 設計品質の向上(Increased design quality)
  • c) グループ設計による恩恵(Benefitted group designing)
  • d) 簡単な設計変更(Easy design modification)
  • e) 統一された設計・解析(Unified design and analysis)
  • f) 容易な製品仕様の標準化(Easy to standardize product specification) 
  • g) 容易なネットワークの共同設計(Easy to achieve network collaborative design)
  • h) 紙を使用しない製造(No-paper manufacturing)

図3は、金型設計・生産のCAD手順です。シミュレーションや検証のような分析を通じて、効果的にCADソフトを用いることにより、製品の信頼性を向上させることができます。また、設計コストや設計期間を短縮することも可能です。

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図3. 現代の金型設計プロセスにおけるCADのフローチャート

CADを使用したことによって、自動化された金型生産はさらに高度なものとなりました。CAPPの製造仕様を通じて、工具位置の仕様書がCAMへと生成され、NCドリルを利用した自動製造がおこなわれることにより、製造プロセスはより便利かつ正確なものとなりました。ラピッドプロトタイピングのような金型設計プロセスの応用は、設計期間の短縮・製造コストの削減をさらに実現します。

2.2 金型用CAD・CAMの開発の歴史

1945年に、アメリカが世界初の真空管コンピュータENIACを開発して以来、コンピュータを利用したCADのような製品設計技術の開発は次の5段階に分けることができます。

1. 養成期(1940年代後半~1950年代後半)

この時期には、コンピュータエンジニアが電子管を使用するのに対し、プログラマはマシン言語を利用していました。基本的なグラフィック機能しかなかったため、通常はグラフィカルディスプレイユニット・ローラー描画機器・タブレット描画機器などを用いていました。当時コンピュータは低精度の単純な形しか描くことができませんでしたが、この時期からCADが出現し始めます。

2. 急速な開発期(1950年代後半~1960年代後半)

この時期におけるCADは2Dシステムが中心であり、3D のCADシステムは単純な大規模かつ高価なものでした。アウトラインシステムは、初歩的なポリゴン情報のみを表現し、ポリゴン同士の位相を効果的に表現できませんでした。このため、当時はCAM・CAEを実現することができませんでした。

3. 成熟・拡大期(1970年代)

曲率の再現機能の出現は、この10年間のCAD技術におけるブレークスルーとなっています。これは、第一次CAD技術革命とも呼ばれています。1970年代初期には、IBMとフランスのダッソー社が共同で、曲面を持つ部品を自由に作成し、3次元での設計を行うことができるCATIAシステムを開発しました。カーブ・サーフェスモデリング機能は、CAMにおける表面処理の課題を解決しましたが、質量・重心・体積などのポリゴンの特徴を表現することができず、CAEの開発には至りませんでした。

4. 応用期(1980年代)

CADシステムは、小規模なコンピュータ向けから、さらに小型のコンピュータに対応し始め、CAD技術の応用範囲を広げるためのハードウェア環境を生み出しました。

同時期に、CADソフトの開発において、エンティティ・モデリング理論やポリゴンの押し出し手法の構築、空間領域構成法(Constructive Solid Geometry)の幅広い利用、参照境界表現(B-rep)によるモデリング手法などが、CAD技術の特徴となってきました。CAD・CAE・CAMで利用可能なエンティティ・モデリングが台頭したことによって、CAEがついに実用化されることとなりました。

1988年には、可変モデリング技術に基づいた、世界初のCAD・CAEソフトであるPRO/Eが成功を遂げました。可変エンティティ・モデリングは、設計する製品の仕様に関連して、次元数を変化させることができるという特徴を持っています。

5. 標準化・人工知能の導入・統合期(1980年代から現在)

核となるポリゴンや実装関連の規格、ポリゴンの保存や変換に関する規格、そして仮想空間上での使用法の規格は、CAD技術を推進するにあたって非常に重要な役割を果たしました。

CADシステムに対する人工知能の導入は、CADの技術開発において必然的な傾向となっています。これにより、自動化の重要性が飛躍的に向上しました。また、CAD技術とCAM・CAE技術の統合は、各情報と機能の統合を実現する、一般的なCAD・CAMを形成しました。

3. 主な金型用CADソフトの紹介

AutoCAD

AutoCADは、米国のAutodesk社によって開発されたソフトで、2Dでの描画や編集、寸法表示機能など、対話形式の強力な2D機能を持っています。また、2D機能に加えて、3Dでの開発機能も搭載しています。AutoCADは現在世界でもっとも幅広く利用されているCADソフトであり、CAD・CAE・CAMソフト市場において約37%のシェアを占めています。

Solidwork

Solidworkは、Windows用の世界で最も初期に開発された3DCADであり、使いやすいインターフェース、学習の容易さ、低価格、そして費用対効果の良さが特徴となっています。

Pro/E

Pro/Engineerは、設計から製造段階までをカバーするマシンオートメーション用のソフトです。製品の特徴に基づくエンティティ・モデリングを用いており、これまでの製品モデリング機能の概念を一新したソフトでもあります。エンジニアはモデルを作成する際に、インテリジェントかつ設計する製品が持つ特徴に基づいた機能を用います。

このソフトは、共通の規格を持つデータベース上に構築されています。製品を構築する全ての情報は、同じライブラリから派生しています。設計プロセスにおけるいかなる変更も、他の関連している部分に反映されます。

Pro/Engineerは3Dのアウトライン設計という概念を開発しました。データム平面上に2Dのスケッチを描画したあと、3Dモデルを押し出すためにスイープ機能を使います。次に参照平面へと切り替え、平面交差・トリミングの計算を避けることができる表示手法を用います。

Pro/Engineerは、各要素の作成など全ての操作履歴を記録しており、寸法ラベルを編集した後は、対応する2Dでのアウトラインの編集に寸法値に基づいた手法を用いて、部品設計プロセスにおけるすべての操作コマンドを再試行するという、パラメトリック・フィーチャ・モデリングを行うことができます。これは曲面・エンティティ・可変ベースの機能設計を構成しており、複雑な部品を自由に作成することができると同時に、シンプルな設計編集機能も実現しています。

UG

UGでは、データム・スタンダード・スワイプ・モデリング・仲介・プロパティ・ユーザー設定などの機能を含む、フィーチャ・モデリングを行うことができます。

曲面モデリングツールは、自由曲線 / 曲平面設計・基本的 / 高度な曲面モデリング・複雑なアルゴリズムに基づいた曲面モデリング・曲面分析などの機能を含んでいます。

部品設計ツールは、部品の構造木・局所構造入力・組立モードにおける部品設計・2D / 3D両方のドライバ・従来の部品ライブラリに基づいた部品設計などの機能を含んでいます。

組立設計ツールは、制約の管理・組立ガイダンス・構造木の管理・並行した組立設計の管理・部品表管理・分解組立図・断面図・部品構成 / 描画設計・完全なアソシエーティブデザイン・組立環境における解析などの機能を含んでいます。

描画設計ツールは、図の生成・2D描画機能・ラベリング機能・描画編集・印刷出力などの機能を含んでいます。

モーションシミュレーションツールは、従属運動の定義・運動条件の定義・解析 / 計算・モーションシミュレーション・基本法則・複合メカニズムの定義・解析データの可視化などを含んでいます。

ポートツールは、CAD・CAE・CAM・PDM・CAPP・ERPなどを含んでいます。

4. 金型用CADの開発傾向と主要な課題

4.1 金型CADの主な開発傾向

金型技術の開発は、主に金型・材料品質に関する研究・高度な設計/ 製造技術・専用機や生産管理の標準化の程度に依存しています。金型生産において、CAD・CAE・CAM技術は非常に重要な位置を占めています。金型製造業界が市場で競争して生き残っていくため、時間・品質・コスト・サービス・環境要件などを満たすため、生産効率を最大化し顧客の要求を満たすために、それらの技術はセーフガードとして重要なものとなっています。

革新的な技術力と、ネットワークコンピューティング環境が普及したことに伴い、金型用CAD・CAE・CAM技術の一般的な開発は、以下の7つの側面から行われています。

統合(Integration)

現代の製造業は、市場シェアを追求するためにコンカレント・エンジニアリングを積極的に採用しており、人材・技術・情報・資源を統合するために技術と管理を組み合わせて、物流と情報の流れの複合体を形成しています。製品開発者は、設計段階において製品のライフサイクルに対する全ての要求を考慮し、開発効率を最大化しています。

ネットワーク(Networking)

CAD・CAE・CAM技術を実装したプロジェクトを一人で行うのは不可能であり、通常はグループか、企業を介して複数のコンピュータと協同して行われます。従って、ネットワーキングはシステム全体の強みを提供し、ユーザーがより専門的に、離れた場所から、協働して包括的な設計と解析を行うことを可能にし、工学的 / 製品のイノベーション・真の統合・資源の共有を通じて、製造業におけるグローバルな開発動向を満たすことができます。

標準化(Standardization)

技術の急速な発展に伴い、技術の標準化はCAD・CAE・CAMシステムの意義を強調してきました。標準化されたCAD・CAE・CAMシステムは、応用的なソフトウェア開発の基礎となるだけでなく、資源の共有と情報交換の役に立つような、CAD・CAE・CAM技術の応用を推進するための手段となります。

一般的なグラフィックスの規格としては、GKS(Graphics Kernel System, computer graphics core system)・IGES (Initial Graphics Exchange Specification, basic graphics conversion specification)・STEP (Standard for Exchange of Product model data, product model data exchange standards)などが挙げられます。

開放性(Openness)

グラフィックス支援ソフトは、共通かつ普遍的な問題に焦点を当てる傾向があります。一つのプロジェクトは常に固有の特徴を持っています。特定の目的に向けて効果的なサービスを実行するためには、支援ソフトウェアシステムに基づいた二次開発が行われる必要があります。CAD・CAM・CAEは、ユーザーに二次開発を行うための環境、そしてアプリケーションをカスタマイズ可能にする際に中核となるソースコードを提供します。

可視化(Virtualization)

仮想現実技術・マルチメディア技術・コンピュータシミュレーション技術を組み合わせることによって、製品設計や製造プロセスにおける結果のシミュレーションを行うことが可能になりました。さまざまな媒体にデータを格納することによって、設計図や製造プロセスに関する情報を、テキスト・音声・画像・アニメーションなどの統合することができ、臨場感と投入感を聴衆に与え、技術と技術者の創造性を促進します。

 専門家(Professionalization)

金型用CAD・CAE・CAMシステムソフトウェアは、システム上の二次開発を実行したり、金型製造企業の特徴に特化して基づいた専門的なソフトウェアを開発することが可能です。これにより、企業が持っているリソースを十分に活用することができ、さらに、ソフトウェアの持つ可能性を最大限に発揮する、高品質な金型製品を生産することが可能です。

スマート化(Intelligentization)

技術・技術者をできる限りわずらわしい作業から解放し、作業効率を向上させるために、CAD・CAE・CAMシステムは、これらのシステムへのKF(Knowledge Fusion)の導入のような製品サイクルの全側面における合理化を達成するために、積極的に人工知能技術を用いており、これらの経験・知識・論拠・制御戦略は専門家に匹敵するだけでなく、高度な処理能力を持つ視覚・聴覚・言語処理機能を用いて、設計から製造段階における真の自動化を達成することが可能です。

モーター(1)

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こちらの記事の翻訳です。

モーターとは、電気エネルギー・流体の運動エネルギー・空気の圧力などを機械エネルギーに変換するための装置であり、以下に挙げるように数多くの種類のモーターが存在します。

  • 電気モーター: 電気エネルギーを機械エネルギーに変換
  • 分子モーター: 細胞内のエネルギーを機械エネルギーに変換
  • 熱モーター: エンジンとしても知られており、燃料エネルギーもしくは熱エネルギーを機械エネルギーに変換

今回の記事では、電気モーターを中心に取り上げていきます。電気モーターとは、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する機械で、生み出された運動エネルギーは他の機械を動かすために利用されます。

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まずモーターの動く原理について解説します。モーターの回転は、フレミングの左手の法則、もしくは右手の法則に基づいています。磁石の間に導線(コイル)を置き、磁界とコイルが平行な場合は、フレミングの左手の法則によってコイルが回転します。また、磁界とコイルが垂直になった場合も、勢いでコイルは回り続けます。この動作を繰り返すことで、電気エネルギーを機械エネルギーへと変換することができます。

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こちらの動画も参考にしてください。

 これらがモーターの基本原理となります。モーターの種類は日々増加し続けており、全ての原理をここでご紹介することはできませんが、基本的にはこの記事で解説した原理に基づいています。

次に、モーターの基本的な構造について解説します。

モーターは、固定子と回転子と呼ばれる部品で構成されています。固定子は、モーター内部に固定された電機子を指し、回転子は、軸受けに支えられた回転軸の回りで回転します。固定子と回転子の間には、回転子がなめらかに回るように一定の間隔が存在します。磁気回路として利用する場合は、高い透磁率をもつ素材が必要になります。

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 上図はモーターを構成する各部品を示した図であり、全てのモーターで必要とされる部品もあります。

1835年に考案されて以来、様々なモーターが多様な用途のために生み出されてきました。これらのモーターを分類する場合、動力による分類と構造による分類の二種類の分け方があります。

動力による分類

名前特徴
DCモーター永久磁石もしくは電磁石・整流子・ブラシ・その他の部品などを用いており、外部の直流電源と接続されたブラシと整流子が、連続的に回転子に電力を供給し続けています。また、回転子が同じ方向に回り続けるよう、時間ごとに電流の向きが変わるようになっています。主に小型の機械に使われています。
ACモーター空間的・時間的に異なる磁界が生み出されるようにモーターの固定子に交流電源が接続されています。高温下などの環境で使用することができ、ブラシを綺麗にする必要もありませんが、速度のコントロールが比較的困難です。
パルスモーターパルス電流を用いて動くモーターであり、ステッピングモーターとも呼ばれています

 

左から、直流モーター・交流モーター・パルスモーターの写真になります。

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構造による分類

名前特徴
同期モーター同期速度で回転するモーターで、速度を調整する必要がありません。また、初期トルクが小さく、モーターがある回転速度に達すると、そのまま一定の速度と高周波数を保ちます。
非同期モーター簡単かつ丈夫な構造をしており、抵抗やキャパシタを用いて速度を変えたり逆回転させることができます。代表的な使用例としては、扇風機、圧搾ポンプ、エアコンなどが挙げられます。
リバースモーター非同期モーターと同じ構造・特徴を持っており、モーター後部に簡易ブレーキ構造を内蔵しています。摩擦負荷を加えて、オーバーランを小さくすることで、モーターを逆回転させることができます。
ステップモーターパルス電流を加える事で、オープンループ制御を利用してモーターを決められた回転角度ごとに回転させる事ができます。加速度や位置を把握してフィードバックする装置が不要で、正確な位置・速度かつ安定性を保ったままモーターを稼働できます。
リニアモーター長いストロークを持ち、高精度で位置を制御することができます。
その他回転変流機、回転増幅機など

 

一般的には、カテゴリ数がより少ない動力による分類を用います。また、モーターの名前からもその特徴を知ることができます。直流・交流モーターはより早い段階に生み出され、用法もより伝統的なものとなっています。パルスモーターは最近になって生み出されたもので、新しい技術が使われている分制御がより簡単になっています。

あまりにも多くの種類のモーターが存在するため、全てをここで取り上げることはできません。しかしながら、本記事を読むことによって、モーターに関する基本的な知識を得ることができます。次の記事では、通常使われているモーターについてより詳しく解説してきます。

第9回世界ファブラボ会議国際シンポジウムに行ってきました!(1)

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先日参加した第9回世界ファブラボ会議国際シンポジウムについて、三回の記事にわけてご紹介します。

ファブラボ(FabLab)とは、個人が自由にものづくりを行える実験工房の世界的なネットワークであり、3Dプリンターやレーザーカッターなどの各工作機器が備わっています。今回日本で開催された会議では、世界各国におけるファブラボの活動紹介や、今後のファブラボの在り方について、各国から関係者が集まって議論・講演を行いました。今回の記事では、実際にFabLab関係の施設を見学した様子、およびシンポジウムについて紹介します。

Fab Lounge・Super Fab Lab見学

シンポジウム参加前に、今回のファブラボ会議に備えて特別に設置されたFab LoungeおよびSuper Fab Lab内を見学させて頂きました。会場内には、Roland・ルネサスなど各メーカーが開発した製品や、実際に日本各地のファブラボで製作された作品などが、所狭しと展示されていました。

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左: Rolandが開発した3Dプリンタ / 右: 廃品から再びモノを作るプロジェクト

現在、日本には鎌倉・つくば・渋谷・北加賀屋・仙台・関内の六ケ所にファブラボが存在します。各Labの詳細についてはこちらをご覧ください。

ファブラボ国際シンポジウム

午後からはいよいよ国際シンポジウムが始まりました。各講演内容を講演順に簡単に紹介していきます。公式サイトでも各スピーカーのプロフィールを見ることができるので、合わせてご覧ください(各講演のタイトルをクリックすると講演者のプロフィールが表示されます)。

1. イントロダクション―第9回FabLab代表者会議までの旅程

まず初めに、慶応義塾大学SFCの准教授であり、今回のファブラボ会議の実行委員長でもある田中浩也氏によって、ファブラボ会議に関する説明が行われました。今回の会議には世界39カ国から約250人が会議に参加しており、一週間という期間の中、各国のファブラボにおける活動紹介、今日のメイカームーブメントに関する招待講演、その他教育や産業、国際開発などといった議題に関する分科会などが行われました。また、1960年に日本で行われた世界デザイン会議にも言及し、メタボリズム(新陳代謝)というデザインコンセプトに代わる新しいコンセプトを今回の会議で生み出したいと語りました。

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2. FabLabとは何か? 過去、現在、未来

二番目のスピーカーは、MIT(マサチューセッツ工科大学)のビット・アンド・アトムズ・センター所長 であるニール・ガーシェンフィールド氏です。ニール氏は本会議を、ファブリケーションの革命について語るための会議と称しています。かつてはコンピュータなどに代表されるように、機械を用いて素材を作ったり、他の機械を生み出す事が主流となっていましたが、今日では、機械を組み合わせる・解体することによってデジタルな素材を生み出すという第三の革命が起こっているそうです。

ニール氏は、MITで行われているアウトリーチプロジェクトの紹介や、途上国における問題解決ツールとしてのデジタルファブリケーションが持つ可能性について触れた後、「今後個人によるモノづくりが普及し、誰もが好きなものを自分自身で作れるようになった場合、どのように社会が機能するべきかについて私たちは議論していかなければならない」と締めくくりました。

3. FabLabは国境を超える/繋ぐネットワーク

次に、東京大学大学院博士課程に在籍する青木翔平氏と、ガーナ出身で現在はアメリカで機械工学を学んでいるアブー・アダム氏によって、世界各地のファブラボの紹介が行われました。各ファブラボには、レーザーマシン・フライス盤・3Dプリンターなど、自分で作品を作るために必要な様々な工具が設置されています。現在、世界各地に250箇所以上のファブラボが存在し、年々その数は増加し続けています。

彼らは、お城の一部を工房としているオランダ・アムステルダムのファブラボや、酒蔵を再利用した日本のファブラボ鎌倉など、世界各地のユニークなファブラボを紹介してくれました。また、インドのファブラボで作成したものを売りながら生計を立てている人々の例を挙げて、ファブラボがビジネスモデルを構築する場としての役割を果たしているということを示しました。

このように、国家間の多様なネットワークを利用すると同時に、地域におけるコミュニティの場としての役割を果たすことで、FabLabを通じて革新的なものを作ることができるという事を、スピーカーの二人が熱く語ってくれました。

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4. FabLabの実践的・実験的プロジェクト

四番目のスピーカーは、ノルウェー出身のイェンス・ディヴィク氏です。彼は世界各地の25箇所のファブラボを訪ね歩き、そこで行われている様々なプロジェクトの様子を映画にまとめました。イェンス氏は、ファブラボでは作る対象よりもプロセスが重視され、また、ものを作るというよりはコラボレーションの場を作るためのものだと語りました。以下の動画は彼が作成した映画の一部です。

第一回の記事はここまでになります。次回の記事では引き続きシンポジウムで行われた講演の紹介をしていく予定です。

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