開発​/EDA​/DesignSpark PCB

DesignSpark PCBのインストール

Windowsマシンにインストールしてみた。

1. インストーラーのダウンロード
   DesignSpark PCBのダウンロードページ からインストーラーをダウンロードします。
   
2. インストール
   ダウンロードしたインストーラーをダブルクリックしてインストールします。
   
3. ライセンス登録
   インストール後，DesignSpark PCBを起動します。
   初回起動時には必ず管理者権限で起動します。（ショートカットアイコンを右クリック>管理者として実行）
   登録フォームが表示されるので，必須フィールド全て入力して，契約条件に同意後Registerをクリックする。

これで，全機能を無料で使用出来るようになるみたいだ。

サンプル回路図を開いてみる

サンプルファイルを開いてみます。[File]>[Open...]で，%USERPROFILE%\Documents\DesignSpark PCB 10.0\Examplesにある riaa amp.sch を開いてみます。*1

回路図が表示されました。

画面操作とインターフェース

画面操作はマウスやキーボードを使います。マウスのホイールでズームしたり出来ます。回路全体を表示したいときはAキーを押します。

DesignSpark PCBの画面は，図のようになっている。

長さの単位

プリント基板設計を行う場合，長さの単位としてはいくつかの単位が用意されています。DesignSpark PCBでは，ミリメートル（mm），インチ（inch），サウ（Thou），ミル(mil) が選択できました。

パターンの設計には，主にmilやthouが使われます。milとthouは実際は同じ単位です。主にイギリスでthouを，アメリカでmilが使われているようだ。
アメリカでもミリメートル(mm)も徐々に使われてきていてmilと間違いやすいので，thouという表現もあるようです。

多くの電子部品がインチサイズを基準にして作られているため，現在でもmilやthouがよく使われます。日本の電子部品のメーカーでは，ミリメートル(mm)の部品も製造している場合もあって，この場合，milとmmが混在する設計にならざるをえません。

穴のサイズやボード形状などは日本の場合，mmがよく使用されてます。（設計者の好き嫌いですが・・・）

電子部品でよく用いられるDIPパッケージは，100mil（2.54mm）ピッチで端子が並んでいます。
Zilog社のZ80は，600mil=15.24mmの幅です。

単位は次のような関係になっている。

1000[thou]  =  1000[mil]  =  1[inch]  =  25.4[mm]  =  2.54[cm]

機構設計でも長さの単位の違い（インチ ↔ ミリ）が原因で出来上がった製品に問題が出たり，組み立て精度に問題が出たりします。プリント基板でも同様な問題があり大きな課題です。

初期設定

• 使用ファイルのディレクトリ
  デフォルトの設定では，ユーザのドキュメントフォルダにDesignSpark PCBのフォルダが作られています。
  この中に，サンプルや部品ライブラリなどが入っている。
• ライブラリの設定
  最初は，ライブラリが設定されていません。
  まず，メニューの[File]>[Libraries...]をクリックします。
  すると，Library Managerが表示されます。右側にある[Folders]タブを選択して，フォルダを以下のように設定します。

  ％USERPROFILE%\Documents\DesignSpark PCB 10.0\Library
  ％USERPROFILE%\Documents\DesignSpark PCB 10.0\Library\Picaxe

  を選択してFolder Enabledのチェックを入れます。
  
  そうすると，画面下半分にライブラリファイルがサーチされるので，右下の[適用]をクリックして適用完了にします。

PCBの設計

• 回路図からPCBファイルへの変換
  前の章で作成した回路図を開きます。
  そして[Tools]メニューから，[Translate To PCB...]を選択します。
  
  ウィザードが表示されるので，情報を入力して行きます。[次へ]を選択してください。
  

  次の画面では，設計に使用する設定を選択します。
  PCB Technologyは2sig2plane.ptfを，単位にはmil，Precisionは0を選択します。[次へ]をクリック。
  

  
  次に，レイヤー数をなどの情報を設定します。
  Define Layersを選び，両面基板の2 layer boardを選択します。[次へ]をクリック。
  
  
  次は，基板の外形寸法を設定します。
  [Define Board Size]を選択し，Widthに3000mil，Heightに2000milを設定。[次へ]をクリック。
  
  
  とりあえず部品をボードの外側に配置しておくので，[Arrange Outside the Board]となっていることを確認して，そのまま、[次へ]をクリック。
  
  
  保存場所を指定して，[完了]をクリック。
  

  すると，図のように，部品の配置された基板設計用の画面に切り替わります。
  部品の端子同士がつないでいる黄色い線は，ラッツネスト（rats-nest）と呼ばれていて，端子間の接続関係を示しています。
  部品を基板に配置後，配線をして行きます。

  
• 部品の自動配置を使ってみる
  DesignSpark PCBは，部品を自動的に配置する機能があります。[Tools]メニューから，[Auto Place Components]>[All Components]を選択。
  次のように表示されるので，部品間の最小距離を50milに，配置間隔を100milにして，[OK]を押します。
  
  
  基板内に，部品が配置されました。
  
• 部品の位置の調整
  自動配置では，必ずしも配線しやすい配置とはならないので手動で調整します。
  部品をクリックしドラッグすることで選択・移動が行える。
  
  
  基板の外形サイズもちょうどいいサイズに変更します。緑色で表示されている外形を，クリックして移動させればOK。
  
• 自動配線を使ってみる
  DesignSpark PCBは，部品間の配線も自動で行う機能がありました。試しに使ってみます。
  [Tools]メニューから，[Auto Route Nets]>[All Nets]を選択。
  次のような画面が表示されるので，[Miter Track]にチェックを入れる。
  
  
  チェックすると，パラメータ設定画面表示されます。[Any Angle]にチェックをいれて，[Apply settings]をクリック。
  
  
  先ほどの画面に戻りので，[Route]をクリック。
  
  
  すると，配線（ルーティング）が完了が表示されるので，[OK]をクリック。
  
  
  おお，自動で配線が完了しました。
  たぶん，赤く示されているパターンは部品面（表面）のトラック（配線）を示し，青色のパターンはハンダ面（裏面）のトラックを示しています。
  
• 配線パターンの修正
  自動配線は便利ですが，たいていあまり良いデザインでは無いことが多いです。そこで，修正を行っていきます。
  修正したいパターンを選択する際，以下のような選択方法があるようです。
  
  • クリック：コーナーからコーナーまでのトラック（セグメント関選択）
    
  • Shiftキー + クリック：スルーホールやビアから，次のスルーホールやビアまでのトラック（端子間選択）
    
  • Shiftキー + ダブルクリック：そこにつながっているすべての配線（同電位間選択）
    
    あと，Ctrlキーを使って，一つずつセグメントを選択していくことも可能みたい。
    

    インタラクションバーの[Layers]タブを表示することで，存在するレイヤー層を表示したり，表示するレイヤーを切り替えたり出来ます。
    たとえば，シルクスクリーンの表示（基板にプリントされる文字など）を非表示にして，配線パターンだけを表示することで配線を検討しやすく出来ます。
    

    

    レイヤー	説明
    Top Silkscreen	部品面シルク
    Top Copper	部品面パターン
    Documentation	情報用
    Bottom Copper	ハンダ面パターン
    Bottom Silkscreen	ハンダ面シルク

    パターンを修正する際，赤や青の同じ色同士の配線が交差することのないように注意します。（これはショートを意味します。）
    配線のレイヤー層を変更するには，Lキーを押します。
    

    プリント基板のトラックは，信号の反射を防ぐなどの目的でコーナーを90度になるようなトラックは出来るだけ使用しないようにします。
    図のようなパターンは修正すべきです。コーナーの先端をダブルクリックして，コーナーの位置を変更することで斜めのトラックにします。ダブルクリックで変更終了です。
    

    
• トラック幅の変更
  流れる電流の量によって，トラックの幅を変更する必要があります。
  電流の多く流れる電源周りでは，抵抗を小さくするために太いトラックを使用します。電源ライン（+15V，-15V，GND）など，幅を変更したいパターンをShiftキー + ダブルクリックなどで選択します。右クリックして，[Properties...]を選択します。
  

  [Style:]のドロップダウンリストから，[Power Nom]を選択します。さらに太い配線にしたい場合は，[Width:]に，直接数値をいれて変更出来ます。
  
  修正して出来た基板。
  

  
• ベタパターンの作成
  ベタパターンは，銅箔を広範囲の面状にに配置することで，ノイズ対策や放熱などを目的としてデザインします。
  まず，ベタパターンにする範囲を指定します。
  [Add]メニューから，[Copper Pour Area]>[Rectangle]を選択。
  
  
  これで，矩形を描くことができるようになっているので，基板全体のパターンが収まるように矩形を設定します。
  選択領域内で，一度右クリックして[Cancel]を選びます。続けてもう一度領域内で右クリックし，[Pour Copper]を選択します。
  
  
  どのNetと接続するかの表示が出るので，今回はOUTPUTを選んで，[OK]をクリック。
  

  すると，ベタパターンが作成されました。よく確認すると，OUTPUTのNetが，このベタパターンに接続されています。（青矢印の部分）。
  その部分をよく見ると，端子の周囲で十字にパターンと接続されていますが，これはサーマルパッドといい，ハンダ付けの際，熱が逃げすぎてハンダ付けしにくくなるのを防ぐためです。
  

  
• DRC（Design Rule Check）機能を使用してチェックする
  作成したパターンが，問題ないか，基準を満たしているかをチェックする機能がDRCです。
  [Tools]メニューから，[Design Rule Check...]を選択します。
  
  
  検査項目を選択出来ます。すべての項目にチェックを入れてチェックしてみます。[Check]をクリック。
  
  
  DRCが終了すると，テキストファイルが表示される。
  [Results]の項目がNo errors foundとなっていれば，おそらく問題が無いということです。
  なんらかのエラーが表示された場合は，その内容を確認してエラー内容に従って修正をします。
  また，エラー箇所は，デザイン上にピンク色で表示されます。
  

これで基板の設計が完了しました。

ガーバーデータの作成

メニューのManufacturing・・・を選択します。

Auto-Gen Plotsをクリックして，次のダイアログでGerverボタンをクリック，

上の様にチェックする。

Add Plotsをクリックして，次のダイアログで，Gerverボタンをクリックします。

Outputボタンで，Plot NameをOutlineに変更して，Boad OutlineのSelectedをN→Yに変更する。

Runボタンを押して，ファイルを作成します。

このように，幾つかのxxxxxxx.gbrが作成されます。

部品表を作成することが出来ます。

メニューのOutput>reportsをクリック

Bill Of Materialを選択して，右のRunをクリック

自動的にEXCELが起動して，部品表が作成されます。もちろんファイル（csvファイル）で作成されています。

提携基板メーカーによる見積もり機能と連携

• BOM Quoteボタン
  ここから，RSオンラインに接続して，使用する部品の見積もりと発注が出来ます。
  
• PCB Quoteボタンをクリック
  ここから，DesignSparkへログインし，その提携会社のP板.comに見積もり，発注が出来ます。
  

回路図用シンボルの作成

• Librariesアイコンをクリック（Control + L）でLibraries Managerを開く
  
• Schematic Symbolsを選択し，右にあるNew Lib...をクリック
  
• 作成するライブラリの名前を入力し，保存ボタンを押す
  
  
• Wizard...等を使って，ライブラリを作成する
  
  
  右にあるOriginにPin1を指定。（Sというマークが表示される） Component Name Positionに右下を指定した。（Rというマークが表示される）
  
  
  入力Pin数=2にして，端子間隔=500にする。
  
  
  作成したライブラリ名を選択して，完了ボタンで作成。
  Libraries ManagerのEditから，編集が出来ます。
  

PCB用シンボルの作成

• Librariesアイコンをクリック（Control + L）でLibraries Managerを開く
  
• PCB Symbolsを選択し，右にあるNew Lib...をクリック
  
• 作成するライブラリの名前を入力し，保存ボタンを押す
  
  
• Wizard...等を使って，ライブラリを作成する
  
  
  Units=mmを設定し，Precision（精度）=2を設定する。
  
  
  パッケージ形状=SOICを選択し，Origin=Center，Component Name Position=右下に設定した。
  
  
  Pad Counts（パッド数）=10，Mesurementsのe=0.50，E=4.90，b=0.20，H=0.05，T=0.05，L=0.55，PL=0.65（Lから自動設定），PW=0.30（bから自動設定）に設定。
  Pin1 Position=左下，Pin Numbers=Hide，Pin Numbering=Counter-clockwithにする。
  これらは，そのデバイスのデータシートを参考に設定します。
  
  
  シルクは，Top Silkscreenに設定し，Notch At End=0.50に設定する。 作成したライブラリ名を選択して，完了ボタンで作成。
  Libraries ManagerのEditから，編集が出来ます。
  

コンポーネントの作成

コンポーネントは，回路図用ライブラリとPCBライブラリを結びつけて管理します。

• Librariesアイコンをクリック（Control + L）でLibraries Managerを開く
  
• Componentsを選択し，右にあるNew Lib...をクリック
  
• 作成するライブラリの名前を入力し，保存ボタンを押す
  
• New Item...をクリックする。
  
  
  Component=AD8592RM，Description=OPAMP for my trainning，Package=SOIC，Default Refarence=IC，Pins=10，に設定してみた。
  Schematic Symbol，PCB　Symbol，には，前で作成したものを選択して設定。
  
  
  左のアイコンからAdd Gateアイコンをクリックし，Find SymbolにAD-P2をContains（Name）を使って検索して，選択する。
  ピンアサインアイコンをクリックし，ピンを設定する。
  プロパティから，他の要素を設定する。