LV2の回路として、5Vレギュレータの回路を作ります。

9V電池とかをつなぐと5Vの出力電圧に変換してくれるやつです。Arduinoにも搭載されています。せっかくなんでArduinoに搭載されているレギュレータと同じもの(似た感じ?)をライブラリから作っていきましょう。

今回はSPX1117という5Vレギュレータのライブラリを作ります。

まず、最初にすることは"SPX1117 datasheet"でグーグル先生に聞いてみるか、ここからデータシートと書かれたリンクを押して、PDFをダウンロードしましょう。
http://www.digikey.jp/product-detail/ja/SPX1117M3-L-5-0%2FTR/1016-1849-1-ND/3586566

データシートとはその部品の仕様(性能や外形など)が書かれた資料で、ライブラリを作るときは必ずデータシートを見ながら作ります。これはデータシートの抜粋です。ライブラリを作るにあたり、見るところは以下の2つです。

Pin Assignment:各ピンに何の機能が割り当てられているか

これを見て、schematicで配置していた記号(シンボルという)を作ります。今回作るsot-223(M3)と書いているほうを見てください。どうやら、足が3本あって、左からGND,Vout,Vinらしいですね。下にTop Viewと書いてあるので、上から見た図ですね。下から見た図もあるので気をつけてください。ちなみにTab(上の出っ張ったところ)はVoutに繋がってると書いてありますので、シンボルを描くときはTabのぶんも含めてピンは4本です。





package specification:部品の外形寸法です

これには部品の寸法が正確に書かれています。ところでパッケージってなんでしょうか?データシートを見るとsot223以外にもTO-263とかありますね。実は同じような部品は規格で大体決まった形になっています。ですから違う会社が作ったレギュレータでもパッケージが同じsot223であれば形も同じということになります。逆を言えば、同じ会社の作った同じ製品でもパッケージが違えばピンの配置や本体の外形は異なります。まあ、パッケージとは形のことだと思っておいてください。




上記したような事情から、ライブラリとは以下のものを含みます。

  1. パッケージ:データシートに記載された部品の外形情報を実際に描いたもの
  2. シンボル:データシートのピンアサインメントを論理的に示したもの(ピンが何本あって、各ピンが何の機能を持ってるか)
  3. デバイス:パッケージのピンとシンボルのピンの対応付けを行ったもの


例えば、A社のレギュレータAとB社のレギュレータBのライブラリを作るとします。両方ともパッケージはsot223です。この場合、シンボルA、シンボルB、パッケージsot223を作ります。最後に、デバイスA(シンボルA+パッケージsot223)、デバイスB(シンボルB+パッケージsot223)を作ります。このように、パッケージとシンボルは一対一ではないことを覚えておきましょう。

パッケージは複数のシンボルと組み合わせることができます。シンボルも同様です。A社がレギュレータAをsot223とTO-263の2つのパッケージで販売していた場合、シンボルAを流用して2つのデバイス(シンボルA+パッケージsot223 AND シンボルA+パッケージTO-263)を作れますね。

では、仕組みがわかったところで、実際にライブラリを作っていきましょう。

Eagleを立ち上げて、コントロールパネルで、前回作ったMyLibを選択しましょう、この状態で、メニュー>File>New>Libraryを選択します。以下のような画面が開くのでとりあえずMyLib以下に保存しときましょう。名前はRegulator.libにでもしましょう。




では、最初にシンボルを作ります。ウィンドウ上部のシンボルアイコンをクリックします。




すると、こんなダイアログが出るので、REG_3PINとでも書いて、OKを押します。これでシンボルREG_3PINの描画画面に入ります。



こんな表示になるので、とりあえず、左のツールバーからWireを選択してレギュレータを表す四角を描きます。




こんな感じになるので、次はピンを追加します。



ピンを追加するとこうなります。前回LEDのschematicでやったのと同じ手順で、ピンを回転させたり、動かしたりしてこの配置にしましょう。四角も若干大きくしてみました。配置したらNameを使って、左のピンをIN,右二つをOUT1,2に、下をGNDとしましょう。要は、適当に四角でも描いて、データシートのピンアサインと同じ数だけ足をつけて、どれがどれかわかるようにしとけばいいです。形はなんでもいいですが、トランジスタや抵抗等は大体決まったシンボルがあるみたいなのでそれを参考にすればいいでしょう。





次に、Textを使って、四角の上に>Nameという文字を追加します。上のレイヤーは95 Namesを選択します。



同様に、四角の下に>Valuesという文字を追加します。上のレイヤーは96 Valuesを選択します。




これでシンボルは出来上がりなので、保存して、次にウィンドウの上のほうにあるパッケージアイコンを選択します。



こんなダイアログが出てくるので、パッケージ名にSOT-223と代入して、OKをおしましょう。これでパッケージ作成画面に移動します。




長いので、パッケージは次回にします。









今回は前回からの続きとして、LED回路のレイアウト(実際の基板上での部品や線の配置)を作ります。

(1)Boardレイアウトの表示
前回作ったschematicを開いて、上部メニューバーにある表示切替アイコンを選択します(カーソルを合わせるとGenerate/switch to boardと表示されます)。boardがないからschematicから作るか?と聞いてくるのでOKしてください。ちなみに、board画面で上部メニューバーにある表示切替アイコンを選択するとschematicに戻ることができます。



(2)Board画面の説明
Boardを開くと下記のような表示になっているかと思います。画面中央の四角は基板の外形です。左端にある小さいものはschematic上で配置していた部品です。これらの部品を外形内に並べて、実際の配線を行います。



(3)部品をボード上に配置する
ツールバーからMoveアイコンを選択した状態で、部品を枠の中にドラッグします。部品を配置するとき、できるだけコンパクトに配置しましょう。基板サイズが小さくなれば製造が安くすむからです。図のように並べてみましょう。



(4)Board画面の説明
部品を配置して見やすくなったので、Board画面について少し説明します。

基板の外形の一番左下には点線で描かれた十字のようなものが見えます。これは原点(0,0)です。基板はX,Y軸ともに+座標にいなければなりませんが、最初から外形が+座標の場所に描かれているのであまり気にしなくていいです。

各部品の間に黄色い直線が見えるかと思いますが、これは回路図で引いた緑の配線です。board画面ではこの黄色い配線が重ならないように再度引きなおします。



(5)配線(パターン)を引く
ツールバー上のRouteを選択して、部品の接続部分をクリックすると、黄色い線を基にして実際の配線をひくことができます。

Routeを選択すると、ウィンドウ上部のメニューバーが変化します。

Bottomと表示されていますが、これは基板の裏側を意味しています。このまま配線を引くと青い線が引かれますが、これは基板の裏側に配線しているという意味です。ここをクリックすると、Top/Bottomを切り替えることができます。Topは基盤の表側を表しています。表側に配線を引きたい場合はTopを選択します。今回はBottomを選択します。

Bottomの横に線のようなものがたくさん表示されていますが、これは配線のカーブをどうするかです。デフォルトでは直角の配線が選択されています。今回は隣の45度カーブを選択しましょう。

Widthと書かれた配線の太さを選択するプルダウンリストがあります。ここでは配線の太さ0.04を選択します。



では、Pad1をクリックしてみましょう。いくつかの部品がハイライトされます。これは接続されるべき部品のコネクタと線を示しています。このハイライトされているコネクタ同士を全てつなげましょう。

引き終わると、こんな感じになっているでしょう。配線を引きなおしたい場合は、ツールバーのRouteの横のRipupを選択して、引いた配線をクリックしましょう。黄色い線に戻ります。



(6)外形のサイズを変更する
このままでは基板サイズが無駄に大きいので、作成した回路にサイズを合わせましょう。ツールバーからMoveアイコンを選択した状態で、外形をドラッグして形を変更できます。以下のように実際に配置した部品に合わせましょう。

ちなみに、Infoアイコンを選択した状態で外形の線を選択すると、Propertiesダイアログが開き、直接座標を入力することができます。正確に線や部品を移動させたい場合はInfoを使いましょう。



(7)表示するレイヤーを変更する
次に、Infoの下のLayerを選択して下さい。下記のようなダイアログが表示されます。このダイアログで表示される情報を選択することができます。今回は、一度Noneを押して全ての選択を解除した後、1,16,17,18,20のみを選択して、Applyを押してください。外形、配線、それとパッドのみが表示されます。



この状態で、メニューからFile>Export>Imageを選択すると配線だけのpng画像が取り出せます。これを元にエッチング処理などをすれば簡単な回路なら作成できます。詳しくはもう少し先の回で説明します。

ここまでで、なんとなく回路設計の仕方がイメージできたでしょうか?基本は部品同士の接続関係を表す論理回路図を作成し、次に実際の基板上のレイアウトを作成するという流れです。

実際の回路設計ではエラーチェック等もう少し複雑なことをしますが、次回以降のチュートリアルで、少しずつ使う機能を増やしていき、最終的には発注できるレベルの回路を目指します。


理解があやふやな人は次のチュートリアルに進む前に、LEDを増やすなどして簡単な回路を書いて練習してみましょう。






今回は最も簡単かもしれないLED、抵抗、電源だけの回路を設計してみます。

今回の学習内容
論理回路の書き方(基本のみ)

(1)新規プロジェクトの作成
それではEagleを立ち上げて、前回作ったMyProjectフォルダにカーソルを合わせて、右クリックしてください。New Projectを選択します。赤いフォルダがMyProjectの下にできるので、名前をLV01_LEDとしてください。フォルダを右クリックしてRenameで名前を変更できます。




(2)論理回路の設計
回路を設計する場合は、最初に部品同士がどのように繋がっているかを示す回路図(schematic)を作成します。LV01_LEDフォルダにカーソルを合わせて、右クリックしてください。そして、New>Schematicを選択してください。以下のようなウィンドウが開きます。とりあえず、保存しておきましょう。名前はLV01_LEDにしておいてください。




(3)部品を追加する
とりあえずLEDを追加してみましょう。左のアイコンの中からコンセントみたいなやつを選択します。これが部品の追加アイコンです。




こんな画面が出てくるので、Searchボックスに*LED3MM*と入力してEnterをおしましょう。これでLED3MMという文字列の含まれる部品を検索してくれます。前後に*をつけることを忘れないで下さい。




おそらく検索結果がこのように表示されます。表示されない場合はリストを上から順に見ていけばledが存在するので、その下にあるLED>LED3MMを選択してください。LED3MMを選択した状態でOKボタンを押してください。



(4)部品を配置する
ものとSchematiの画面に戻るので、カーソルの位置をずらしながら、2回右クリックして下さい。LEDが2つ画面上に追加されます。今追加したのはこのタイプのLEDです。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-00562/



2個配置したら、メニュー上にあるSTOPアイコンを押すか、Moveアイコンを押すと、部品の選択が解除されます。




(5)画面のサイズや位置の変更
ちなみに、マウスのスクロールボタンをスクロールすると画面の拡大縮小、スクロールボタンを押したままカーソルを動かすと、画面が動きます。

(6)部品の回転と移動
ウィンドウ左のツールバーの回転アイコンを選択した状態で、LEDをクリックして下さい。1回押すごとに90度回転します。LEDを2つとも右に向いた状態にしましょう。

次に、移動アイコンを選択した状態だと、LEDをドラッグできるようになります。図のように2つ上下にそろえてみましょう。



(7)他の部品も追加する
同様に、抵抗(Resistor)と電源パッド(電池ボックスのケーブルを半田付けする穴)を追加しましょう。

(3)で出てきた部品追加アイコンを選択して、Searchボックスに*R-EU_0207/10*と入力して検索しましょう(リストのresistor>R-EU_内部を直接探しても見つかります)。Schematic上に2つ抵抗を適当に配置しましょう。



(3)で出てきた部品追加アイコンを選択して、Searchボックスに*wirepad*と入力して検索しましょう。(wirepadはリストの下のほうにあります)Schematic上に2つのWIREPAD2,151,0を配置します。




最終的に全部品を2つずつこんなふうに配置してください。




(8)部品同士を接続する
ウィンドウ左のツールバーのNetを選択して下さい。この状態で各部品から出ている赤い線(接続部分)にカーソルを合わせてクリックすると、緑の線が延びます。これを隣の部品の接続部分まで伸ばしてクリックすれば、部品同士が接続されます。下記の図のように全ての部品を接続しましょう。

線を描くのを失敗した場合は、Deleteアイコンを選択して、線をクリックすれば、削除することができます(部品を削除することもできます)。



(9)部品に値を入れる
今回は抵抗を470Ωにします。ウィンドウ左のツールバーからValueアイコンを選択した状態で抵抗をクリックして下さい。値を入力するダイアログが出てくるので470と入力してください。




(10)線に名前をつける
次に線に名前をつけます。今回程度なら必要ないですが、後々必要になるので覚えておいてください。

最初にツールバーからLabelアイコンを選択した状態で、PAD1に繋がっている線を選択してください。N$**という感じの文字が現れるので適当な位置に移動してクリックするとそこに固定されます。PAD2に繋がっている線も同様にして文字を表示させてください。

次にNameアイコンを選択した状態で、Pad1に繋がっている線を選択してください。名前を入力するダイアログが表示されるので、VCCと入力してください。Pad2に繋がっている線も同様にしてGNDと入力してください。下記の図のようになってればOKです。




これで回路図は完成です。今回はすでに登録されている部品を選択して線でつなげて回路を作る方法を説明しました。

次回はこの回路図を実際の基板の形にします。

















Tag :
これから何回かにわけて、電気回路作成ソフトEagleについて説明します。

このチュートリアルの目標は下記3点です。
(1)自分で回路を設計して、業者に発注することができるようになる(SeeedStudioの基板サービスを使う)
(2)エッチングを用いて、自分の設計した回路のプロトタイプを作れるようになる
(3)自分で設計したデータを誰でも簡単に再利用できる形で公開できるようになる


今回はEagleのインターフェースと基板設計前に覚えておいたほうがいい設定の説明をします。


(1)基本のインターフェース
まずはEagleを立ち上げて下さい。
Eagleをインストールしていない場合は公式ページからダウンロードしてインストールしてください。
http://www.cadsoftusa.com/

Eagleを立ち上げると、このような画面が表示されます。このウィンドウはコントロールパネルといって、設計した基板データや部品のライブラリを管理する画面です。


(2)Eagleでの基板設計のおおまかな流れ
Eagleでは最初に電子部品(LEDや抵抗等の部品)のデータを作成してライブラリという形で登録します。次に、登録されたライブラリ同士を接続して回路にします。Eagleでは最初からある程度のライブラリは登録されているので簡単な回路だけならライブラリを作る必要はありません。コントロールパネルのLibraries以下のフォルダに作成したライブラリが保存され、Projects以下のフォルダに設計した回路のデータが保存されます。



(3)オリジナルのライブラリや回路を保存するためのフォルダを作る
それでは早速、これから作成していくデータを保存するフォルダを作りましょう。次回から作成したデータは全てここに保存します。

コントロールパネルのメニューのOptions>Directoriesを選択してください。以下のようなウィンドウが立ち上がります。これは、Eagleの各種設定や作成したデータの保存先を設定するウィンドウです。


例えば、Desktop/Eagle/MyLibにライブラリを保存したいとします。この場合、Librariesのテキストボックス内で、もともと書いてあるパスにセミコロンと新しいフォルダのパスを追加してください。
$EAGLEDIR\lbr;Desktop\Eagle\MyLib

同様に、Projectsののテキストボックス内で、もともと書いてあるパスにセミコロンと新しいフォルダのパスを追加してください。
$EAGLEDIR\lbr;Desktop\Eagle\MyProject

記入したら、ウィンドウのOKボタンを押します。


(4)コントロールパネルでフォルダが追加されていることを確認する
下記のようにフォルダが追加されていれば成功です。



次回は最も簡単なLEDの回路を設計します。









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 Eagleではschematicで抵抗を複数配置するとR1, R2, R3...のように自動で名前をつけてくれる。これをPrefixというらしい。

 また、抵抗やコンデンサにValue(10kや1uF等)を入力できると思うが、自分で新規にライブラリを作った場合、Valueを設定できるようにしておく必要がある。

 今回は作成したライブラリにPrefixとValueの設定の仕方をメモしておく。


【手順1】
作成したデバイスをデバイス画面で開く。画面右下にあるValueのチェックボックスがあるので、ONをチェックする。これでschematic上でValueを設定できるようになる。



【手順2】
Prefixボタンを押す。



【手順3】
以下のようなウィンドウが出てくるので。適当な文字を入れる。以下の例では"S"となっているが、この場合、このデバイスをschematic上で複数配置した場合S1, S2, S3...というように表示されていく。OKボタンを押せば完了。






EagleのPrefixとValueの設定方法

2014年2月23日日曜日
Posted by fabler
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 シリアル通信で異なる動作電圧のデバイス同士を通信する機会があったので忘れないようにメモしておく。

 やり方は簡単で、間にトランジスタを2つはさめばいい。下の図のように、Tx(5V) to Rx(3.3V)用にトランジスタ2つ、Tx(5V) to Rx(3.3V)用にトランジスタ2つを配置する。抵抗は全て1KΩ位でいい(今回は470Ω使ったが問題無かった)。

 トランジスタを使うと、入力と出力の信号は反転してしまうので、2つ使い信号を2回反転させて入出力の信号のON/OFFを合わせる必要がある。C1815を使って試したところうまくいった。






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 今回はライブラリを1から作る。例として東芝のトランジスタアレイTD62003APGのライブラリを作ってみる。

 ひとつのライブラリの中には、複数のデバイスが登録されており、電気回路を描くときにはこのデバイスを使う。

 このデバイスは、論理図であるシンボルと実際の回路のレイアウトを表すパッケージの組み合わせでできている。

 実際のライブラリ作成の流れは以下のようになる。

  1. パッケージを作る(実際の基板上に配置するレイアウト)
  2. シンボルを作る(論理図につかう記号)
  3. デバイスを作る(パッケージとシンボルを対応付ける)
  4. デバイスをライブラリに登録する


 では実際に、TD62003APGを例としてライブラリを作ってみる。


【手順1】
 Eagleを立ち上げて、コントロールパネルのメニューからNew>Libraryを選択して新規ライブラリの編集画面を開く。




【手順2】
 まず最初にパッケージを作る。画面上部にあるパッケージアイコンを押すと、ウィンドウが出るので、テキストボックスにTD62003APGと入力して、OKを押す。




【手順3】
 ここでTD62003APGのデータシートをダウンロードして、ICのレイアウトをチェックする。このデータシートを元にパッケージを作っていく。



【手順4】
 パッケージを描く前にメニューのView>Gridを選択して以下の画面を表示させる。初期ではグリッドの単位がインチなので0.1mm単位でグリッドが表示されるように変更する。(なお、カーソルはこのグリッドの単位でしか移動できない。よって、0.01mm単位でなにかを配置したい場合はグリッドを0.01mmに変更する必要がある)




【手順5】
 メニューのDrawからPadを選択して、データシートを元に配置していく。
データシート上では以下のことがわかる
  1. ピンは2.54mm間隔で1列に8つ並んでいる
  2. ピンの直径は0.5mm前後となっている
  3. 7.62mmあけて2列にピンは並んでいる。
 
 ドリル穴は0.6mmとして、データシート通りにピンを並べていく。




 配置し終わるとこのような感じになる。



【手順6】
 次に画面左側のLineとArcを選択して、ICの外形を描く。レイヤーはtPlaceになっていることを確認しておく。微妙な一調整はPropertiesから直接座標を入力して行う。(Propertiesは画面左上の"!"の形をしたアイコンを押して、各Pad、Lineをクリックすれば表示される)



【手順7】
 どうやら既存のICのライブラリを見たところ横に倒した形にするのが普通のようなので倒しておいた。この状態で画面左のテキストアイコンを押して、>Name >Valueを追加する。それぞれレイヤーはtName, tValueである。



【手順8】
 次にすべてのパッドに名前をつけていく。データシートにL1,L2...,GND,COMMON,O7...O1というのがあると思うのでそれを書き込んでいく。これは後でシンボルとの対応付けに使う。



【手順9】
 次に画面上部のシンボルアイコンを押して、新規シンボルを作成する。名前はTD62003APGとしている。



【手順10】
 ラインで適当に四角を描く。(一応レイヤーがSymbolsになっているか確認しておく)




【手順11】
 次にピンを配置していき、手順8と同様に各ピンに名前をつけて行く。対応付けるPadと同じ名前をつけること。(ピンの配置は必ずGridを0.1inchにして配置すること。0.1inch刻みでないと、いざ回路を描くときラインとピンがつながらないことがおきるため)



【手順12】
 テキストで>Name >Valueを書き込む。レイヤーはそれぞれName, Valueである。具体的な値を入れる必要はない。



【手順13】
 最後にデバイスアイコンを押して、新しいデバイスを作る。ここでは名前をTD62003APGとしている。


【手順14】
 まず、画面左にあるAddを押して、シンボルを追加する。 



【手順15】
 次に画面右下のNewボタンを押して、パッケージを追加する。




【手順16】
 次に、画面に右下にあるConnectを押すと、パッケージとパッドとシンボルのピンの一覧が表示されるので一つずつ選択してConnectボタンを押して対応付けていく。(今回はすべて同じ名前で同じ順番にソートされているので、Connectボタンを連打するだけでいい)



【手順17】
 最後に保存したら、コントロールパネルに戻って、ライブラリが見えるか確認する。以下のように見えていれば完了。


Eagleで新規ライブラリを作る方法

2013年11月8日金曜日
Posted by fabler
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