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高速データ伝送/USB
USB，HDMI，PCI ExpressをはじめとするGbpsを超えるディジタル信号を正確に伝えたり，スループットを上げたりするための，基板/回路設計，ノイズ対策，シミュレーション技術，規格，専用マイコン/FPGAなどのデバイス活用法を解説します．
ZEPマガジン
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アンテナ・アレイのビーム・パターンを可視化 アンテナ・アレイのビーム・パターンは，各アンテナ素子の位相と振幅によって決まる |
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数十kHzの低周波電磁界 3相モータ・インバータの場合 PWMによる駆動においても，三相ラインを個別にシールドするのではなく，空間的に一体化した構造でのシールドが望ましい |
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10Gbps信号の電磁界空間放射 直線的な配線では放射が少なく抑えられる傾向があるが，配線を屈曲させた構造にすると，共振やアンテナ作用により放射が増す |
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差動信号はスリットを上手に超える スリット部を通過する際，差動伝送を用いると，信号の一部はスリット側に逃げるものの，大部分のエネルギは減衰せずに伝送される |
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キャパシタでスリット超え リターン経路は絶対確保 スリットによるリターン経路の断絶は，近傍にキャパシタを配置することである程度補うことが可能 |
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高速信号のスリットまたぎ 高速信号ならスリットをうまく通過できるように見えるが，実際は信号のエネルギの一部がスリット方向に流出する |
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30Gbps/0.03ns！超高速パルスの波形観測 直流と異なり，高周波のリターン電流は伝送路全体を経由するのではなく，信号の進行に伴って同方向に進む |
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損失，共振，反射，skew，ノイズ… USB TypeCなど，10Gbps超の高速域では信号の波長が短縮される．エラー要因として，信号線路の損失，反射，共振，skew，外来ノイズなどが挙げられる |
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Sパラ対応シミュレータ QucsStudioで解析 高速信号では，線路間結合「クロストーク」が通信の品質に悪影響を及ぼす．LTspiceにはできないSパラメータ解析対応のSPICE系回路シミュレータ“QucsStudio”で波形シミュレーションを実行 |
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良い例 vs 悪い例 差動信号の引き出し方 10Gbps超の信号を扱うUSB Type-Cコネクタは，SMD実装が基本．しかしリワーク作業性の理由から，信号損失や反射を引き起こす可能性のあるスルーホールが使用されることも多い |
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放射ノイズの真犯人「コモン・モード電流」 帰路がないコモン・モード電流は空間を伝わって戻るため，大きな電磁波を発生させる．またノーマル・モード電流の10$^8$倍もの強さでノイズを引き起こす |
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そのシールド要る？コネクタの効果的EMC コネクタにおける差動信号と同相信号によるノイズの放射は，シールドの有無で大きく違います．この効果の違いをシミュレーション実験で確認します |
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クロストーク最小化 AIでスピード基板設計 クロストークは，隣接する回路の信号が干渉し合う現象で，差動信号を扱うときの重要課題です．機械学習を活用してこのクロストークが最小になる基板設計技術に注目です |
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高速＆低エラー！差動線路によるGbps伝送プリント基板設計 USB4 ver2では約39psという短時間で信号が切り替わる．ノイズ対策と安定した通信を両立する鍵「差動線路」の設計には特性インピーダンスと$S$パラメータの理解が不可欠だ |
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［VOD/Book/data］AI×電磁界シミュレータによる高速&RF回路基板 スピード設計 高周波センスでスマートに，差動線路で確実に！パソコンによるBefore After演習で一緒に学ぶ |
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［VOD］高速＆エラーレス！5G×EV時代のプリント基板＆回路設計 100の要点 30Gbps超のアナログ実装技術から高エネルギ密度 SiCインバータの放熱技術まで |
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［VOD］Gbps超 高速伝送基板の設計ノウハウ＆評価技術 USB/HDMI/イーサネットまで，超高速シリアル信号が正しく伝わる基板設計の基本を解説 |