応用組み込み電子工学

序文

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この本を書いた理由

多くの学術的な教科書がエレクトロニクスの理想的な理論を扱っているのに対し、ここでのアプローチは、実世界の機器という厳しい環境で機能する設計メソッドが中心となっている。

これらのトピックは、信頼性が低く問題の多いデバイスを多くのクライアントデバイスのためにトラブルシューティングした経験から生まれた。この本は、私が欠陥のある電子機器を修正し、信頼性の高い製品を開発するために対処しなければならない重要な問題について、設計者とコーチング・セッションを行ったことから生まれた。このような多くのインシデントがきっかけとなり、関連トピックを扱った業界誌の記事シリーズを出版することになり、本書の必要性が明らかになった。

この本は誰のためにあるのか？

本書は、電子システムを作成しようとするエンジニア、科学者、その他の設計者のための参考書である。応用組込みエレクトロニクスという言葉は、組込みコントローラ、携帯電話、医療機器、コンピュータ、タブレット、すべてのコンシューマ・エレクトロニクス、産業用ロボット、オートメーション・システムなど、数え切れないほどの幅広いデバイスをカバーしている。デジタル制御メソッドを使用するすべての電子機器も、この広い見出しに該当する。

ここで扱うトピックは、これらすべてのデバイスに共通するものである。ここでは、実際の回路やシステムといったハードウェアの設計に重点を置き、コーディングやソフトウェアの問題についても簡単に触れる。

読者は工学か科学の素養があり、エレクトロニクスの基礎を理解していることが前提である。

進化するデザインメソッド：異なるアプローチ

エレクトロニクスの教科書は3つのグループに分けられる。最初のグループは、工学部の学生に特定のトピックを紹介する学術的な教科書である。これらの教科書は理論的なアプローチを用いており、簡単のため、2次的な影響や問題のない理想的な状況に焦点を当てている。

番目のグループには、趣味や専門外の実験者向けに電子工学を解説した本が含まれる。これらの本にはかなりのファンがいるが、基本的なことが非常にグローバルで、市販品では使われていないメソッドに集中する傾向がある。

最後のグループは、実務エンジニア向けの書籍である。これらの書籍は、機能的な製品にその技術を利用するために必要な周辺の問題を掘り下げることなく、技術の特定の側面を技術的に深く掘り下げている。

このテキストでは、 異なるアプローチをとる。現代のテクノロジーは「SoC（System on a Chip）」時代へと進化し、「技術的な深堀り」の大部分がASIC（Application Specific Integrated Circuit：特定用途向け集積回路）に統合されている。その結果、IC設計者は技術的な深さを要求されるが、システムやプリント基板（PCB）設計者は異なるアプローチを必要としている。

ここでは、システムを組み立てることに焦点を当て、あらゆる条件付きでシステムの信頼性と機能性を高める重要な項目に特殊化している。本書は、現代のエレクトロニクスは可能な限りSoCメソッドを使用しており、クリエイターはそれらのデバイスをより大きなシステムにまとめるための「設計の要点」を必要としているという視点に立っている。そのために本書では、すべての電子システムに共通する重要な概念を説明することに重点を置き、これらの概念を豊富な図と最小限の数式を用いて説明している。 ...