道具から入る自作基板入門 その4 設計と発注

概要

前回は道具の保存までやりました。本来はもうすこし道具の紹介をする予定だったのですが、注文していたものが2ヶ月以上行方不明なので先に設計と注文をしてしまいました。

構想

いろいろな方法がありますが、私はエクセルでかんたんなレイアウトをしてみてからイメージを膨らませます。

最初のイメージ図はこんな感じです。これはGreenPAKの学習用ボードです。左側にピンソケットが並んでいて、右側にピンヘッダでプルアップやプルダウンを指定できます。

その後、DIP書き込み基板もガッチャンコすれば便利かなーって、追加。さすがに大きすぎるのでボツにします。

その後、ピンのLED出力は信号がなまるので、全体をOFFするスイッチを追加しました。ジャンパも3列のシンプルなものにしました。こっちのほうがショートはしないのですが、使わないジャンパピンを置く場所が困るんですよね。

回路図

回路図はKiCadを使って起こしました。

上記のPDFを見ながらがんばって書きます。今回はそれほど複雑な回路はないので、さくっと書けました。またGreenPAKのICはフットプリントがなかったので、商品ページからリクエストして作ってもらいました。

上記の商品ページをみて、ECADにダウンロードリンクがあればダウンロード可能です。ない場合にはリクエストすることで作ってくれます。

実際には上記のページで公開されています。Mouserに書いてある導入方法は謎のアプリをインストールする必要がありますが、実際には上記のURLからファイルをダウンロードして、手動でコピーしたほうがいいと思います。ただし、ダウンロードするためには、アカウントを作る必要があります。

ダウンロードすると上記のようなZipファイルです。複数のCAD向けのファイルが全部入っていますね。謎のツールを使うと自動的にコピーしてくれるのですが、怪しげのツールなので手でコピーでもいいかな。

管理方法はいろいろあると思いますが、私はDropbox上にKiCadのフォルダを作りそこにプロジェクトも、追加ライブラリも入れています。PCBLというフォルダを作り、その中に先程のKiCadフォルダをSLG46826Gにリネームしてコピーします。

一点修正が必要で、.kicad_modファイルは.prettyフォルダを作成して中に置く必要があります。

その後KiCadのシンボルライブラリで.libファイルを追加します。

フットプリントライブラリにも.prettyをします。これでKiCadからSLG46826Gが使えるようになります。

同じようにSeeedさんからGroveコネクタのデータもダウンロードして設定します。

アートワーク

こちらもPDFをみて頑張るしかないです。ピンヘッダーの左にLEDを設置しようとしたのですが、配線の関係で断念。右側に置きました。とはいえ、いろいろ課題が見えてこのレイアウトはボツになりました。

この横に長い信号が邪魔をします。ビアをたくさん使っていますが、なかなかうまく行かなそうなのでボツです。たぶん最初は修正じゃなくって、最初から作り直したほうがいいです。

再度回路図

前回は三叉のジャンパピンを並べていましたが、あれは面倒なので普通のピンヘッダーに変更。VDD2の処理がおかしかったので電圧を選択できるようにもしています。そしてICにパスコン付けるの忘れていました。。。

信号線に近いところにLEDがあったほうがわかりやすいので、LEDと抵抗の順番も入れ替えています。

アートワーク再び

今回はピンソケットの左側にLEDを持ってきました。まだ信号線が入り組んでいますが、前回よりはいいですよね。

アートワーク3回目

レイアウト的に行けそうだったので、再度全部消して作り直します。なんとか配線できましたね。一番下にピンヘッダとかが近すぎると怒られていますが無視します。

一番左のシルクが横幅足りなくてちょっときついですね。。。ピンソケットのところが、ピンヘッダになっていますね。この辺でピンソケットがあることに気が付きます。

アートワーク4回目

ICの位置とかが適当だったので、実際のレイアウトに収めてから再度ひいてみました。シルクも載せてあとは微調整かな?

微調整版。このへんでGroveコネクタの1ピンがGNDではなくて信号線なのに気がついて、全部修正しています。

さらに微調整して、たぶんこんなのを発注しました。

他の基板も作ってみる

同じくGreenPAK用ですが、気軽に使い捨てできる基板があるといいなーってことでブレッドボード風の基板を妄想。以下配線の実験をします。

まずは、ICからの信号出しを研究。これだと横幅取りすぎますね。左右から回り込んでいる配線も多いです。

ビアを段違いにすればICの中に10本通ることがわかりました。

普通に配線すると4列ぐらい必要でした。

横幅をつめてみると2列あれば配線できそうなのがわかりました。今回は横5センチで作っているので19列あって、真ん中2列取ると左右の数が違っちゃいますね。

エクセルで再度整理してみます。左右に信号出すのがやっぱりつらそうなので、真ん中に寄せます。シルクが左右には入れられないのが原因です。左側は信号とGNDが交互に並んでいます。ターミナルを使って信号を出す場合に便利なようにしています。右側がサーボとかをつなげる配列です。一列のターミナルだとこっちから取ったほうがいいですね。

最終的にはちょっと手を入れていますが、全部消して回路図から作り直しています。一応VDD2用にLDOのパターン作っていますが、2電源を使わない前提の回路図にしました。

面付け

ちょこちょこ面付けしてはガバーで確認していたのですが、やっぱり面付けは最後の最後にしたほうがいいですね。修正が多すぎて面倒になります。

一般的に縦横10センチまでの基板は10枚で5ドルという相場になります。そのため、小さい基板は複数枚くっつけて一緒に製造をお願いすることが多いです。まあ、10枚できれば十分なので、さらに面付けする必要はないのですが、どうせたくさん作れるんだったら面付けしちゃいますよね。。。

こんな感じで横2枚に面付けして、真ん中をVカットと呼ばれる筋をいれてもらって、折って切り離します。

今回は3種類の基板を作ってみました。これは一番作りたかったボードで、縦33ミリだったので3枚取っています。

注文

いろいろな業者がありますが、どこも同じような価格です。送料がちょっと違ったり、製造日数がちょっと違ったりしますが今回はSeeed FusionPCBにしました。

上記は日本語化されているページかな。英語版もありますが、PCBだったら日本語でも大丈夫だと思います。価格は$4.9で10センチ四方までが10枚作れます。仕様から外れるとがくっと値段があがるので注意してください。

今回は4.9ドルが3枚なので14.7ドルに送料が15.57ドルかかりました。送料の方が高いんですよね。まあ全部で三千円ちょっとですので、趣味としては許容できるかな。昔はチャイナポストとかで安く送ってくれるところもあったのですが、さすがに事故率が高すぎてちゃんとした配送ばかりになっているみたいです。個人的には10ドル以下の配送があると嬉しいけれどな、、、

ちなみに注文後にアンケートに答えると10ドルクーポンが貰えます。ただし100ドル以上から(涙)

あとブログをやっていると、Seeedの本社マーケティングの人とかからクーポンとか商品あげるのでブログ書きませんかーとか連絡がたまーーーにあります。このブログは今の所PRは受けていないので自腹です。

まとめ

とりあえず初回なのでえいやーで、注文してみました。動かなかったらまた修正して注文します。しかし、最初はなんども全部消してから作り直したほうがいいと思います。やっぱり慣れも必要ですが、実験しないとわからないことも多いです。

KiCADの新刊はないのですが、回路図の本は新しいのが発売されました。この辺みて勉強しようかな。とはいえ、私は回路って回路を組まないので、どこまで役に立つのだろう?

こちらのほうが役に立つのだろうか。ちょっと古いからパスしていたが、今度大きな本屋さんにいって中身を確認してこようかな。

次回はものができあがってきたら、組み立ててみて反省会をしてみたいと思います。

続編

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