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コネクタの高周波特性を測定する際に見落とされがちな判断条件とは？（後編）

高周波特性が分からない？設計検証に時間がかかる？ 前回の記事では、高周波コネクタの設計で機械エンジニアが直面する課題と潜在リスクについてまとめました。従来の低速コネクタの設計においては、特に高周波特性を考慮する必要はありませんでしたが、高速コネクタの設計では、高周波特性は品質に影響を及ぼす重要な要素となります。高周波特性は非常に複雑であり、機械エンジニアも高周波特性を理解するのに経験が不足していたりすると、高周波コネクタの設計と検証に多くの時間がかかってしまいます。また、検証した結果がfailだった場合、効率的に問題点を特定して修正することもできません。 高周波特性の潜在リスクを一度で確認 アリオンには環境設備と豊富な実績があります。高周波特性が不良の場合に起こる得る潜在リスクを分析しまとめました。 1.　インサーションロス（Insertion Loss） 挿入損失が大きすぎると信号の減衰が悪化し、伝送距離と帯域幅に影響します。 2.　リターンロス（Return Loss） 反射損失が大きすぎると信号の反射と干渉が発生し、信号品質に影響します。 上記の潜在リスクにより、データの伝送頻度低下や高いビットエラー率を引き起こし、その結果サーバー全体のパフォーマンスが低下する可能性があります。 インサーションロスやリターンロスの検証が、毎回わずかな差で合格できない場合、どのようにこれを改善するかが、エンジニアにとって最大の課題になります。TDR（Time Domain Reflectometry）を観察して問題を解明しようとするかもしれません。ただし、難しいのはTDRが規格に準拠している場合で、この場合はどのように修正に取り組むべきでしょうか？多くのお客様の製品プロジェクトで経験を積んできたアリオンは、上記のリスクに対して改善すべき考え方の方向性を示すために、以下の事例を提案します。 事例紹介 [...]

USB製品がワイヤレスデバイスの信号干渉を引き起こす原因に？

さまざまな通信デバイスの普及や新たな規格の導入に伴い、見えない信号による干渉問題がますます深刻化しており、関連する議論に注目が集まっています。最も一般的な無線干渉の1つであるRFI（Radio Frequency Interference）無線周波数干渉は、電磁波によって引き起こされる干渉のことで、似たような周波数の2つの電磁波が受信側で同時に受信されると、干渉が発生しやすくなります。 現在主流となっている通信周波数として、ワイヤレスネットワークの主な周波数帯域は2.4GHzと5GHz（例：BluetoothやWi-Fi）、USBの転送周波数は2.5GHzと5GHzで、これら2つの周波数は非常に近くなっています。 これら2つの周波数が近いと、使用するデバイスが異なっていても相互に干渉を引き起こし、接続や転送品質に大きな影響を与えます。例えば、Bluetoothワイヤレスマウスを使用中に、USBケーブルで接続したUSBストレージデバイスを使用して大量のデータを転送する場合、使用するUSBケーブルが認定製品でないと、ケーブル外側のシールドによるマスキングが不十分なため無線周波数干渉が発生し、Bluetoothワイヤレスマウスの操作性に影響を与える可能性があります。 以下の図はUSBケーブル製品を実際に測定した図です。10MHz〜6GHz周波数でのマスキング性能を示しており、このケーブルにFailが発生するとRFIのリスクがあることを示しています。 アリオンはUSB協会から認定されたUSBケーブルとコネクタの認証機関として、USB関連のテストで豊富な経験を積んでおり、製品のRFI干渉に対し包括的なテストを行い分析することができます。設計から検証、認証に至るまで、お客様の製品がすぐに業界のベンチマークとなるように、専門的且つ信頼性の高いコンサルティングサービスも提供します。 Faster、Easier、Better　―　最も信頼できる検証コンサルタント アリオンは、30年以上にわたるテスト実績と経験があり、幅広い分野の専門家によるチームおよび充実したテスト環境と機器を備えるだけでなく、ユーザーシナリオにおける豊富なテスト経験をもとに、ユーザー体験の向上を支援し、より速く、より簡単、より良い高品質のサービスを提供することができます。  Faster　ー　より迅速　 アリオンは、電源から電気、構造、環境テスト装置に至るまで、充実したテスト設備を備えています。また、アリオンは、標準的なテストに加えて、お客様のご要望に合わせてカスタマイズされたテストを実施するサービスも提供しており、お客様がテストラボを探す手間を省きます。  Easier　ー　より簡単　 アリオンは豊富なプロジェクト経験を積んでおり、製品設計の相談から検証プロセスの説明、認証の実施に至るまでワンストップでサービスを提供し、製品が最短時間で認証を取得できるようサポートします。  Better　ー　より正確　 。製品の検証で問題が発生した場合、アリオンは問題の分析、デバッグサポート、さらにはソリューション提案を行い、迅速に問題を解決することができます。 [...]

コネクタの高周波特性を測定する際に見落とされがちな判断条件とは？（前編）

科学技術トレンドの観察と製品設計の課題 ハイテク時代において、今日のテクノロジー製品に影響を与えている2つの重要なトレンドがあります。1つは製品の高速化、もう1つはサイズの小型化ですが、このトレンドの下で高速、高周波、小型の製品を設計する際、多くの課題に直面します。特にコネクタ設計の分野では、高周波そのものの特性が大きな減衰と大きな干渉をもたらすため、小型の高周波コネクタの設計はさらに困難になります。 想像してみてください。マシンのエンジニアがソフトウェアシミュレーションを駆使し、苦労して実装した高周波コネクタのサンプルで、高周波特性を検証した結果最終的に不合格だったとします。エンジニアはその知らせを受けた瞬間に大変驚き、すぐにシミュレーションに問題があったのか、あるいは実装か測定に問題があったのではないかと疑問に思うことでしょう。経験豊富なエンジニアであれば、自分のシミュレーションと実装に自信を持っているため、測定部分を疑うエンジニアが多いですが、測定には多くの重要な要素があるため、必ずしも問題を特定できるとは限りません。 見落とされがちな高周波コネクタの潜在リスクを知ろう！ アリオンは、お客様の製品測定で豊富な経験を積み重ね、見落とされがちな潜在リスクを分析し総括しました。それは、PCB基板が高周波コネクタの特性に影響を及ぼす可能性があるということです。 コネクタの高周波特性を測定する場合、PCB基板を介して機器に接続する必要がありますが、PCBの特性が完全に除去されるかどうか（De-embedded）で、PCBの設計と製作の良し悪しを判断します。中でも、多くの人が見落としてしまう基本的な判断条件の1つが、2つのThru（通過）のIL（挿入損失）とRL（反射損失）の交差で、これらの交差はないほうが理想です。 したがって、コネクタ用のPCB高周波テストフィクスチャを製作する場合は、一般的なPCBレイアウト設計会社を選んで製作することがないようにしましょう。会社選びを間違えてしまうと、時間（テストフィクスチャの完成に最低4週間かかる）やお金（低価格の会社を選んでも、設備や経験が不足している）を無駄にすることになり、最初からすべてをやり直さなければなりません。 上記の潜在リスクに対し、当社が選ばれる理由 アリオンは以下の条件を備えており、問題を回避して、包括的なコンサルティングサービスを提供することができます。 1. 多くの協会が認定する試験機関として、幅広い業界の高周波コネクタ規格に精通している。 2. 設計や計測で豊富な経験がある。 3. 規格に準拠した完全な計測装置を備えている。 [...]

サーバー用高速ケーブルの品質を検証する方法とは？

Allion Labs  PCIe 5.0の使用環境が徐々に形になりつつある中、潜在リスクが顕在化している？ 人工知能やクラウドコンピューティングの急速な発展に伴い、高速データ転送ニーズは増加の一途を辿り、PCI Express（PCIe）はサーバー用途で最も広く使用されている転送技術になっています。特に高性能演算HPC（High Performance Computing）サーバーとAIサーバーでは、ほとんど全てにPCIe 5.0規格が導入され、双方向のデータ転送スループットは128GB/sに達し、これら2種類のサーバーが最大のパフォーマンスを発揮できるようになりました。ただし、PCIe 5.0の周波数が16GHzに達すると、PCB基板は高周波数による信号減衰が大きくなる特性があり、製造メーカーは大きな技術的課題に直面しています。信号減衰をいかに軽減して信号伝達を高速化するかは、業界全体で解決すべき喫緊の課題となっています。これに対し関連メーカーは、より多くの高周波数ケーブルを設計に取り入れてPCIeチャネルの長さを延ばし、すべての高速デバイスを1つのサーバーに統合できるようにしています。 高周波ケーブルの「こんな特性」にはリスクが潜んでいる？ 使われる高周波ケーブルの数が増えるにつれて、高周波ケーブルの品質検証がますます重要になっています。高周波ケーブルの品質に影響を与える特性には、挿入損失（Insertion Loss）、反射損失（Return Loss）、クロストーク（Crosstalk）などがあり、これらの特性が良好でなければ、以下の潜在リスクが発生してしまいます。 1. [...]

裸眼3Dディスプレイは本当に効果あり？それともバカな買い物？

Allion Labs    裸眼3Dディスプレイは、視覚的な没入感を求める人々の欲求から生まれました。デバイスを装着せずとも、まるで未来のテクノロジーに魔法をかけられたかのように、臨場感のある3D映像を楽しむことができます。2D映像よりも消費者の感覚に強烈な影響を与える3D映像は、新しいテクノロジーに対する消費者の興味と関心を容易にかき立て、ヒトとテクノロジーの間の相互作用も増加させています。   3Dディスプレイは3D映画や3D電子広告看板などが一般的な用途で、エンターテインメント、医療画像、展示会、広告マーケティングなど、幅広い用途で利用されています。また、個人的な楽しみやクリエイティブなニーズを満たすために、裸眼3Dスクリーン、裸眼3Dノートパソコン、裸眼3Dタブレットなどの製品も販売されていますが、消費者の3D立体効果に対する期待に、これらの製品は本当に応えることができているのでしょうか？そして、このタイプの製品は本当にハイテクであると言えるのでしょうか？ アリオンのビデオ・オーディオ製品コンサルタンティングチームは、ユーザーのユーザーシナリオやクレームフィードバックから、次のようによくある問題を分析しまとめました。 3D映像がスムーズに動作せず、一時的に2Dで表示されることもある アイトラッキングの精度が低く、最適な3D映像が表示されないことがある 3D処理を受けていない映画やゲームは、3Dでの表示効果が不十分である   裸眼3Dディスプレイのテスト実例紹介 現在のところ3Dディスプレイは高価な製品に属しているため、当然消費者はその使用体験を厳しく評価することになります。あるお客様は、エンドカスタマーからのクレームが相次いだため各方面に問い合わせを行い、アリオンのビデオ・オーディオ製品コンサルティングチームにも連絡をいただきました。アリオンは、エンドカスタマーからクレームが発生した原因を理解したうえで、長年のテスト経験に基づいて問題の現象と原因を分析し、すぐにお客様にフィードバックしました。   一つめの問題 [...]

ノートPCを例に、画面の明るさを検証する重要性とは？

Allion Labs コンシューマーエレクトロニクス製品の普及により、人々はスマートフォンやパソコン、タブレットなどの画面に触れる機会が増え、目への負担も日々増大していますが、研究によると、画面が明るすぎても暗すぎても、いずれも目に有害であると言われています。液晶ディスプレイ（LCD）は、現在ノートPCの画面に最もよく使用されているディスプレイですが、バックライトの明るさが高くなるにつれて、バックライトを適切な明るさに調整し、画面の視覚効果を維持することが非常に重要になり、近年では目の保護をアピールしている製品が注目されています。例えば、適切な明るさの設定や調整比率、調整精度は、どれもユーザーエクスペリエンスの重要な要素であり、端末ブランドメーカーも重視すべきポイントでもあります。 ノートPCの画面の明るさに潜むリスクと検証ソリューションを実例で紹介 ノートPCを例に挙げると、マイクロソフトのオペレーティングシステム（OS）では、バックライト明るさを100段階で、キーボード上のファンクションキーも11段階でそれぞれ調整することができます。 OSが提供する100段階のバックライト明るさ調整機能は以下の通りです。 ノートパソコンのキーボード上にある画面の明るさ調整ファンクションキーは以下の通りです。 バックライトが暗すぎると画面が見づらくなり、逆に明るすぎると眩しすぎて不快感を感じてしまいます。消費者が明るさを調整する際に、一段階の差であまりにも明るすぎたり暗すぎたりしてクレームが発生するのを防ぐために、製品出荷前に明るさの調整比率を設定する必要があります。 アリオンが実際にお受けしたテストケースをご紹介すると、ノートPCのバックライト調整はBIOSで制御でき、各段階に応じた明るさが事前に設定されており、消費者は任意の段階まで自由に調整することができます。 当社はオシロスコープを利用してPWM出力信号を測定し、照度計で画面の四隅と中央の明るさを測定して平均値を取ることで、製品が設計値に合致しているかどうかを検証しました。もし設計値に合致しない製品があれば、明るさの変化がユーザーの期待と一致しない可能性があり、早期にエラーを修正すべきであると進言しました。 300ニッツのバックライトの明るさに対応する例は以下の通りです。   Faster、Easier、Better　―　画面検証コンサルティングサービス 今回ご紹介した例では、ハードウェア設計の検証という点から始め、ユーザーシナリオに潜む問題を確認しました。アリオンはさまざまな協会の貢献者として、関連する規格の策定を支援すると同時に、協会に認定されたラボとして、お客様のニーズに応じた規格を策定し、ブランド独自のエコシステムを構築するサポートを行います。 さらに、環境信頼性やベンチマーク、競合分析、ユーザーシナリオのシミュレーションなどのテストを提供しており、アリオンの経験豊富なコンサルティングチームを通じて、お客様により迅速且つシンプル、そして優れたサービス体験を提供することで、市場での販売を促進します。 [...]

USB充電中にうっかりケーブルを足に引っ掛けてしまい 、充電ポートが壊れた経験はありませんか？

技術の進歩に伴い、ポータブルガジェット製品の種類がますます増えています。こうした製品のサイズは、現在の技術ではほぼ限界に達しているため、最近のトレンドとして、同じサイズでより多くの機能を入れ込むことを目標に開発が進められています。 初期のポータブル製品は、製品サイズが大きかったため、I/Oポートインターフェースでは比較的大きなものを使用することができました。その後、製品サイズの小型化に伴い、ノートパソコンのUSBポートがUSB Type-Aコネクター（右の画像）からUSB Type-Cコネクター（左の画像）に置き換わったように、インターフェースも小さくしなければならなくなりました。 USB Type-Aはコネクタ自体のサイズが大きく、またデータ転送速度にも限界がある一方で、USB Type-Cコネクタは小型で高速なデータ転送が可能という特性を持っているため、徐々に製品用途の主流となっています。 コネクタのサイズが小さくなることで、機械構造に変化をもたらし、インターフェースの衝撃に対する耐性も低下します。 以下、概略図で説明しましょう。USB Type-AとUSB Type-CのメスコネクタがPCB基板に固定されている場合、コネクタを基板から引き抜く最大の力をF（緑の矢印）と仮定します。メスコネクタのポートを支点として（赤い三角形）　トルク＝モーメントアーム×力　の方法で計算すると、支点の右側の同じ位置にあるワイヤーが耐えられる力が異なり、USB Type-Aの支点の右側にFの力が加わるとコネクタは外れてしまいます。しかし、USB Type-Cの場合は2/3Fの力しか耐えられず、コネクタのサイズが小さくなると外部の衝撃に対する強度も明らかに低下するため、Type-Cコネクタの固定強度には特に注意が必要です。 USB Type-Cの普及に伴い、昨今の自動車業界でも車載充電のコネクタが徐々にType-Cに切り替わっています。以下のような事態を経験したことがある方も多いのではないでしょうか。 [...]

サーバー信号品質の低下がもたらす潜在リスク

Allion Labs  最近サーバー業界で最も注目されている話題は、ChatGPTとNVIDIAがもたらした生成AI旋風です。AIサーバーも業界関係者から注目を集め始めて購入注文も出ており、AIサーバーの成長を牽引しています。市場調査機関Trend Forceの最新の予測によれば、AIサーバーの出荷数は2023年に前年比年間で38.4％増加し（約120万台）、サーバー出荷数全体の約9％を占める見込みとなっています。さらに、2026年には15％に達し、2022年から2026年におけるAIサーバー出荷数の年間平均成長率が10.8％から22％に上方修正されています。 AIサーバー内部の高速インターフェースにはPCI Express（PCIe）5.0技術が採用されており、双方向のスループットは約128GB/sに達し、大量のデータ転送と計算が必要な各種生成AIアプリケーションをサポートしており、これこそAIサーバーが成功する主な要因の一つでもあります。そのため、PCIeチャネル設計の品質検証は非常に重要であり、電気信号のアイパターン測定がPCIeの最も一般的な検証手法となっていますが、すべてのPCIe信号のアイパターンを全面的に検証するには、非常に時間がかかります。たとえば、8つのPCIe 5.0スロット（x16）を持つAIサーバーの場合、測定しなければならないアイパターンは4608個にも及び、作業完了までに9〜10日かかります。100％測定するには時間がかかるため、業界では検証時間を短縮するために部分的に測定することが多く、その測定カバレッジ率は約15〜25％程度に過ぎません。このような低い測定カバレッジ率では、不適切に設計されたチャネルを検出できないリスクが生じ、データ転送性能の低下や速度低下、深刻な場合にはGPUアクセラレータカードの接続失敗や、システムが再起動する可能性が高まります。 このようなリスクに対処するために、アリオンはPCIe電気検証自動化ソリューション（Allion PCIe Multiport System、以下APMS）を開発しました。これにより、測定の所要時間を高速化してテストサイクルを短縮し、測定装置の生産能力や回転率を向上させることができます。このAPMSは、手動テストに必要な時間を5分の1に短縮でき、前述した9〜10日かかる案件を2日で完了し、全てのpresetモードの全レーンで100％のカバレッジ率を達成することができます。 Faster、Easier、Better　―　最も信頼できるサーバー検証コンサルタント アリオンは完全な環境設備と豊富なプロジェクト経験を備えており、APMSの開発に加えて、以下のPCIeに関するコンサルティングサービスも提供しています。 1. 検証に必要な各種フォームファクタのテスト治具を提供し、お客様のニーズに合わせてカスタマイズ可能な治具を開発します。 [...]

高出力・多機能なマルチポートを備えた充電器が熱くなって充電できない？

市場にはモバイルバッテリーからマルチポート充電器など、さまざまなタイプの充電デバイスが数多くあり、また新しい充電方法も次々に登場しています。入出力は2×USBをサポートするものから4×USBをサポートする大型のものまで多岐にわたり、一部のモバイルバッテリーでは、ケーブルを備えたものやAC電源入力をサポートしているものさえあります。しかし、多くの消費者がこうした製品を購入する一方で、充電中に過熱、溶解、焼損、爆発するといった生命と財産の安全にかかわるニュースを時折耳するため、こうした製品を誰も気にせず安心して使用していいものか、消費者は不安を感じています。また、販売店とブランドメーカーは市場で売上げを伸ばすため、こうしたリスクにどう対処し回避すべきでしょうか。アリオンは、USB認証試験とカスタマイズ検証を兼ね備えた業界唯一のラボとして、シミュレーション可能なテスト環境を構築でき、主要な充電器ブランドやメーカーとの協力関係から得た豊富なテストケースの経験を有しています。一般的な製品設計と潜在的な応用リスクは次の通りです。 知らないでは済まされない！マルチポートパワーバンクと充電器の設計および潜在リスクと分析  1.　充電器の温度制御能力が不十分だと、ユーザーがやけどしたり、ケーブルインターフェースの溶解を引き起こす可能性あり  昨今GaN技術の充電器が新しいトレンドになっています。そのメリットは非常に小型で軽量なことですが、使用後に触れると少し熱く感じるのが玉にキズです。マルチポート充電器製品の場合、外観や温度制御、安全性をどのようにバランスよく設計するかが重要で、製品の安定性と安全性テストの中で非常に重要なポイントとなっています。アリオンの環境シミュレーションラボで、環境温度23度の中、充電器の温度制御パフォーマンスに関するテストを行い、充電器を長時間使用した場合の温度の安定性を含め、正常な使用範囲内で動作し過熱の問題を回避できるかを確認しました。 以下は、とあるGaN技術の充電器に関するテスト結果です。環境温度が23度のテスト条件下で、充電器のすべてのポートでデバイスを充電した際、測定した外部ケースの最高発熱源の温度は以下の通りです。 医学的研究によると、45度の物体が肌に直接触れたまま30分以上経過すると、赤みやかゆみの症状が現れる恐れがあり、温度が50度に達すると、接触時間がたった5分でも低温やけどのリスクがあり、温度が60度から70度に上がると、その物体に直接触れるべきではないと言われています。アリオンのテストデータから、この製品は市場でユーザーから返品されるリスクがあるだけでなく、ユーザーがけがをして損害賠償を請求されるリスクもあることが分かります。  2. シェアパワー後、充電能力が不足や過剰となり、ロジックエラーが発生する  アリオンのユーザー検証シナリオでは、充電器がシェアパワーモードで複数のデバイスを同時に充電する場合、各デバイスが十分な充電を受けられるかどうか、また電力の配分が充電器の設計に合致しているかどうかを確認することができます。さらに、さまざまな操作システムを持つデバイスと正しく接続し、安定して充電できるように、ユーザーグループごとにデバイスをシミュレーションして互換性検証を行います。アリオンの経験に基づくと、よく発生する問題は以下の通りです。 A. 充電能力の不足または全体の出力が設計仕様を超えている 一部の充電器でシェアパワーを実行すると、一部の充電ポートでは充電プロファイルで宣言された充電電力があるにもかかわらず、実際にデバイスに接続すると不足していることがある。詳細な検証で電気負荷を使用して強制的にパワーを増やすと、充電器がOCP（Over Current Protect、過電流保護）に入ることがある。 充電能力が過大で、予想以上の充電プロファイルを宣言しサポートする。元々製品にデフォルトで設定された最大出力が100Wの充電器でも、シェアパワー後にすべての充電ポートを合計すると110W以上になることがある。 [...]

ウェアラブルデバイスのトレンドが襲来ースマートウォッチ市場のアプリケーションリスクを詳細に分析

Allion Labs Stratistics MRCの統計データによれば、2022年世界全体のスマートウォッチ市場規模は約254.4億ドルで、2028年には649.3億ドルに達すると予想されています（年間平均成長率16.9％）。ウェアラブルデバイスが徐々に消費者の主要な選択肢の1つとなっているため、消費者の期待する機能がウェアラブル製品の開発に影響を与えています。アリオンが実際に調査したところ、デバイスにディスプレイが搭載されていれば、消費者はその製品がスマートフォンと同等のユーザーエクスペリエンスを提供することを期待し、豊かで直感的な使い心地を提供しつつも、様々な厳しいユーザーシナリオを満たしながら、さまざまなアプリケーションではバッテリー寿命の延長や接続の向上といったニーズを満たす必要があります。いかに消費者ニーズを満たし、ODM設計の製品を効果的に評価するかが、ブランドと販売チャネルに課されている課題となっています。 この記事では、市販されているスマートウォッチでよく見られる応用リスクについて詳しく分析します。   スマートウォッチでよくあるアプリケーションリスクの分析 アリオンが実施した調査と、消費者がインターネット上で行ったスマートウォッチ製品に対するレビューの統計に、アリオンの長年にわたる豊富な検証テストの経験を組み合わせて、ユーザーがよく遭遇するリスクと問題のタイプが、以下の5つの主なシナリオであると分析しました。    1.正確性に関するリスク　 スマートウォッチには高精度のセンサーが搭載されており、ユーザーの身体データ（心拍数、血圧、睡眠状態など）をリアルタイムで監視することができます。また運動のトラッキングにも対応し、歩数、消費カロリー、運動距離などを計算して、ユーザーが自身の運動パフォーマンスと健康状態をより把握することができます。スマートウォッチは従来の時計と異なり、こうした付加価値の高いスマート機能がありますが、そのセンサーからのデータが異常で不正確だと、ユーザーのスマートウォッチを使い続けたい気持ちに、明らかに影響を与える可能性があります。 実際のテストケースでは、同時に2つのスマートウォッチをつけて3キロ走ってテストしたところ、検出結果に大きな違いが見られました。    2. スマートフォンとの接続に関するリスク  [...]