電子回路の設計診断

実際の使用環境下にて所望の機能を発揮し、そして想定寿命まで壊れず、かつ安全に動作することは、全ての電気製品に求められる普遍的で絶対的な要求です。そして、その要求に応えるため、電気製品の企画、設計から製造、出荷までの各工程で、妥当性を確認するために数多くのレビューやチェックが行われています。

一般的に電気製品の品質を決定する電子回路に対するレビューやチェックのクオリティを高めるために、デザインレビューのしくみ化やチェックツールの活用などの手法が採られますが、ここで最も大切なことは、客観的な視点の反映です。これまでに経験したことがないトラブルや新たな設計課題に対して、当事者の視点の延長線上から客観的な判断を行うことは困難です。このような新たな設計上の課題に対しては、新たな知見や「気づき」を得るために第三者視点が必要となります。

プロダクト解析センターでは、独自の着眼点である「観点表」に基づき、第三者の立場から電気製品に対する設計診断を行っています。なお、設計診断は最短1日からの対応も可能ですので、お気軽にお問い合わせください。

観点表 第三者視点、改善のヒント、良し悪し、設計の品質、使用検証、リスク洗出し

設計診断のポイントとフロー

設計診断の実施に際してはまず、お客様の目的をしっかりと理解し、課題の整理と共有を行うことから着手します。そして、その課題に対し、「観点表」に基づいて、必要な設計診断項目を選定いたします。

その後、製品や回路図、そしてプリントパターンのレイアウト図などをお預かりして、設計診断を行います。設計診断には、デジタル回路/アナログ回路技術者、EMC技術者、プリント基板設計技術者、部品信頼性技術者、及び電気安全技術者などの各技術分野の専門家がチームを組んで対応します。複数の視点で診断を行うことで、診断漏れを防ぐとともに、診断の深堀りが可能となります。

そして、診断結果に基づき、改善の方向性や改善策をできるだけシンプルに具体化してゆきます。

設計診断のポイントとフロー図 STEP1/打ち合わせ(課題の共有)お客様の課題とご要望をくみ取り、診断項目を提示いたします。両者合意の下、診断を着手します。→STEP2/設計診断の実施 実商品や回路図ベースの診断に加え、必要に応じてシミュレーションや電気特性の測定を行い、改善点を抽出します。STEP3/診断結果&改善策の提示 診断結果に対する改善策を検討します。検討結果はできる限り図式化して、レポート化します。

「観点表」について

設計診断の着眼点である「観点表」は、基本機能、EMC、電気安全、信頼性、そして熱設計の5つのカテゴリーで構成されています。そして、それぞれのカテゴリーはさらに設計ステージ毎に分けられています。

例えば、EMCのカテゴリーであれば、「回路設計」、「部品選定」、「プリント基板の仕様」、「パターンレイアウト」、「機構設計」の5つの設計ステージに分けられています。コストと設計期間を考慮しつつ、高いEMC性能を実現するためには、それぞれの設計ステージで適切な設計がなされる必要があります。一例を挙げると、回路図上に必要なスナバー回路が漏れていたり、適切な構成となっていなければ、後の設計ステージでの対応は困難となります。また、プリント基板の仕様(層構成や面積など)に無理があれば、後のプリント基板の設計工程にしわ寄せが及び、EMCを考慮したパターンレイアウト設計が制限されてしまいます。

上記のような問題の発生を避けるため、私たちの「観点表」は、設計ステージ毎に分類されています。 こうすることで、改善すべき対象の設計ステージと採るべき方策が明確となり、確実なフィードバックが可能となります。

設計診断のためのパナソニック独自の「観点表」の図 5つのカテゴリーと診断の観点 基本機能-小型化、高速化、効率化/省電力化、コストダウンの観点から診断 EMC-EMC(エミッション、イミッション)の観点から診断 電気安全-電気火災、火傷、感電の観点からの診断 信頼性-製品寿命(部品単体、及び設計/実装の信頼性)の観点から診断 熱設計-発熱による信頼性の低下防止の観点から診断
設計ステージ毎の診断:EMCの例EMC 回路設計(マイコン周辺、高速IF回路、SW回路、フィルタ回路・・)、部品選定(半導体、受動部品、EMC用部品、クロック関係・・)、P板の仕様(層構造、ブロック配置、GND面積、ピン密度・・)、パターン設計(リターンパス、SWループ、LCR配置、フィルタ・・)、機構設計(筺体、FG、ケーブル、開口/接触・・) 設計ステージ別の診断→確実なフィードバック

診断結果&改善策

診断事例 (1) 電源のスイッチングループの最小化

診断事例1の診断結果と改善案 診断結果(スイッチングループが2層を経由して長くなっており、リンギングの発生により、EMIが悪化する可能性がある。)→改善案(スイッチングループを1層だけで形成し、距離を最短にするレイアウトを提示。) 診断事例1の診断結果と改善案 診断結果(スイッチングループが2層を経由して長くなっており、リンギングの発生により、EMIが悪化する可能性がある。)→改善案(スイッチングループを1層だけで形成し、距離を最短にするレイアウトを提示。)

診断事例 (2) GNDの低インピーダンス化

診断結果・LAYER1・LAYER2(電源+12VラインよりGNDの分断があり、EMIが悪化する恐れがある。)→改善案・LAYER1・LAYER2(電源+12Vラインと電解コンデンサの接続を最適化するレイアウトを提示。) 診断結果・LAYER1・LAYER2(電源+12VラインよりGNDの分断があり、EMIが悪化する恐れがある。)→改善案・LAYER1・LAYER2(電源+12Vラインと電解コンデンサの接続を最適化するレイアウトを提示。)