• 部品を最適な位置に移動しよう
    さて これから部品を最適な位置におきます この項目、次のパターンの引き回しは言葉にするのは とても難しいタイトルです なぜなら とても適応範囲が広く何を言ったらいいか。。。 はっきり言って これはCADの性能は関係ないのです 10万円のCADでも 1000万円のCADでも 関係なく そう あなたの性能で左右されます でも 修正のしやすさ 部品の移動のしやすさ等はCADの 違いはあるでしょうね 同じ事を0。1秒で終わるのと 1秒で終わるのとは 人間の感覚からして違うだろうな 湧きあがるイメージを即座に形にできなければ 疲れるし イメージも どこかに飛んでしまう だからこの項目はパスしても言い訳だけど それも芸がないから 一行毎でも必要だと思われる要素を記述していきます ですから 以降当分 文脈はバラバラです でも これは今に始まったことではないか! このCADには UNIT SET 、UNIT TRAN という コマンドが用意されています これは ある回路群が形になった時 まず UNIT SET に より 任意の部品群をひとつのUNIT(グループ)に指定します 現在これには名前は有りません ですから A/D UNITは 何々の部品がある という出力は できません でも要望が強く集まればそういう出力も できるようになるでしょう ひとつのUNITにしたところで UNIT TRAN で 該当部品のPADを囲むと その部品の所属するUNIT総ての 部品を一括して動かせます 当然回転もでき 表裏反転もこなします もし UNIT TRAN で囲んだ部品が UNIT設定されて いない場合は 単純に PARTS TRAN として動きます UNIT TRAN で複数の ’UNITでない部品’を囲むと 囲まれた部品を ひとつのUNITとして 移動できます 移動し終わると また UNITでない部品群になります また テンキーの*を押すとUNIT設定されている部品群を 次々に表示していきます 著者の使った感想は 結構使えるな と言うものでした 著者はDREAMの宣伝文を書いているような立場でもあるので 悪いことは書かないだろうと考える方もおられるでしょうが 割と当たっています でも中には悪口も書いてありますので捜してみてください でもこれは 使い方次第で時間短縮に有利な武器になります UNIT としてできるコマンドを熟知しましょう 要望があれば その旨開発者に伝えれば より良い機能になります PARTS TRAN は部品のPAD、ベースマークを掴み 移動、回転、表裏反転等をこなすコマンドです このコマンドには テンキーによる便利な機能が備わっています これは 最近追加されたもので 知らなくてもCADが 動かせないものではありませんが 覚えると なかなか 魅力的でもあります PARTS TRAN に入った時点で テンキーの 4、6、2、8、のどれかを押すと画面上に どんどん 違った部品番号が現れます 必要な部品番号がでたら 5を押すと カーソルに その部品が現れます この時点でテンキーの数字の意味が変わります 4、6、で部品の回転 8、で部品の表裏反転となります そして部品を置くと テンキーの数字の意味は 元に戻ります 最初はまごつくでしょうが よく出来ているでしょう 必要に応じて テンキーにコマンドを割り振り より使い易くする これが DREAM CADのひとつの方向であります 初心者には それなりの基本的な使い方を! 熟練者には トリッキーな使い方を! 結果として 得る基板は同じでも そこに至る時間は かなり違うように なると思います 部品配置のノウハウを書こうとして とりあえず UNIT と PARTS TRAN を説明しました この先 必要に応じて 何かしらのコマンド説明を 書いていくつもりです なにげない文章に埋めこんだ隠しコマンドのように! パターン設計者は上流と下流の両方の御意向を聞くように! 客の有言、無言の希望を取り入れ 部品実装がしやすく 後々の手入れが楽なようにする それが 一番のパターン設計者の営業になります 御客は 自分の知り得ないことを教えてくれて 且つ 御金をくれる ありがたい存在であります そのことを肝に命じて ありがたく拝聴し 謹んで 意見を述べなければいけません と著者は 自覚しているつもりですが この野郎なんて思う事は 時々あります ご注意 これから先の事は 科学的な裏付けは一切有りません 工業試験場で調べた訳でもなく アカデミックな会議を 経た内容でもありません 著者の経験、顧客の涙の積み重ねであります でも それ程間違ってはいないし 現実を無視した 法則論ばかりでは有りません 100V入力の高電圧部品と 低電圧部品とをなるべく離す DCーDCコンバータはノイズのスーパー発生源だから これが載る面はGNDべたにして ノイズの派生を少しでも 押さえる 間違えても DC−DCの反対面に CPUなど載せてはいけない 高電圧部品の反対面も同様です パスコンは 部品の電源PAD(5V等)に極力近く置く GND PADからは 離れてもいい 電圧のかかりかたは 電源ラインー>パスコンー>部品PAD が 原則です やむをえず 電源ラインー>部品PADー>パスコン となる場合も あるけど なるべく最初のルートで ひきましょう 背の高い部品群の中にチップ部品等の背の低い部品を置かない 例えば 電解コンデンサーのすぐ横に チップコンデンサーを置くと あとから チップをはずす時 とてもやりずらい作業になる この時は 一方向からでも 手の入る方向を確保すると良い 又は チップを反対面に置く フロー(風呂?)で半田付けする時 高さが余りに違いすぎて でこぼこしていると 影になって 半田が付かないPADが 生じる時がある 民生基板は物凄くうるさく言われます でも 試作基板の時は気にしなくて済む場合が多い 部品を並べた時 整然と奇麗だなと思わせると 良い印象を 与えます 基板のパターンをあくせく動くのは電子ですが それに 御金を払うのは人間ですから 人間受けする配置やパターンが 引ければいいですね 不思議なもので 人受けする基板で何かの回路誤動作があっても まず疑われるのは回路のほうです 逆に 汚い部品配置、パターンの基板では うまく動いても 不安がられます どれが 美しい基板かどうかは たくさんの基板を見てください その気になって見れば違いはわかります でも電子の気持ちになってパターンを引くことも忘れずにしましょう 電子の気持ちになるのも 難しい事ではありません パターンを高速道路、電子を車に例えて考えればいいのです あまり カーブが続いたり ヘアピンカーブがあればスピードも 出せないし 第一 事故の元です 急カーブでは事故は多いし、ノイズ測定してもノイズは そういう所で多く出ます ノイズは スピンアウトした車ですかね? そういう点では アメリカの基板は みてくれは良くないけど 電子の目でみると 良い基板です でも 日本受けはしないかな コネクター等の入出力端子 <ー> 回路群 の間に 抵抗、コンデンサーによる フィルター回路が有る場合 フィルターは コネクター近くに置きます 外部から信号線に乗って 信号みたいな顔をしてくるノイズは なるべく入力段で押さえるのが 鉄則です 考え方として 基板内は理想電位状態だと仮定して極力 外来ノイズは基板の内側にいれない事です ノイズに対して シビアに考えれば 空中を飛んでくるノイズや 部品の先端からスパークするように出てくるノイズは どうしようかと言うことになりますが 空中を漂うノイズは 特に気を使うことはないでしょう 気をつかうのは 飛んでくるノイズではなく 自分が出してしまう ノイズで この時は自分自身を鉄板で囲んでノイズを出さない 様にします 基板の銅箔パターンに信号と一緒になって流れてくるノイズを ローパスフィルターで押さえるのが 一番効果的のようです だから 入力端子と回路群の間に ダイオードがあれば これは もしかして なんじゃらほい と考え 解らなければ 回路設計者に御伺いをたて ノイズ対策なら コネクター近くにおきましょう そのダイオードが繋がる部品の電圧リミッターなら その部品の近くにおきましょう ICー>コンデンサー コンデンサーの片方はGNDへ の場合 本来 ICの中に同封したい部品にかかわらず 容積がでかくて それがかなわぬ夢の時 外付け部品としてICメーカーから 指定されます その時は ICの近くにおきます 基本としてGND電位(電源電位も)は基板の中ではどこでも同じと 考えます(本当は違うけど) そして 信号線をなるべく短くするように部品をおきます 昔のように 基板がなく アルミの箱に空中配線、宙ずり部品が できれば 部品配置もそれ程悩まなくても済みますが 基板に載せる場合 2次元的に置く必要がでてきます だから当然近くにおける部品もあれば 遠くに置く部品も でます みんな近くに置きたいけど どうすりゃいいの この基板! なんてことは 日常茶飯事です こうゆう時はどうするのか? パニックになっても誰も得をしないので 冷静になり風呂に 浸かって寝ましょう 朝起きる頃には ひとつかふたつ 良いアイデアが浮かびます 一番楽なのは 人に振る事です あんた どう思う? 誰が適任かな? 俺の変わりにやってくれ!? それが出来ない時は次の様に考えます 回路群を 大きなブロックに切ります 分けかたは 電圧、目的別、等です そのブロックを 中心になる部品(IC、OPAMP等)単位で 切り分けます 中心となる部品が解らなければ 目安がつくまで分けます 最終的にトランジスターと抵抗、コンデンサーの ブロックになるかも知れません 核となる部品に対して 周辺部品を集めます この作業を総ての 核部品に対して行います 核単位で UNIT SETをかけます UNIT SETは前に説明しました おそらくどの基板でも入出力端子は位置が決まっているので 核単位で 信号の流れがスムーズにいくように おおよそ UNIT TRAN でおいていきます これが決まれば 後は実際の条件、制約を守りながら PARTS TRANで部品を移動しながら その位置を決めます ひとつの 核、UNIT内での部品の位置は パターンの 引き回しをするなかで 当然変わっていくものです だから 今は回路をにらめっこしながら 一個一個決めなくても いいです どうです UNIT TRAN も使える機能でしょう ブロック単位で信号の流れを見た時 細かい信号(制御信号)は無視して バスラインが交差せす 大きな流れとして基板の中を入力から出力に向かって流れる のが理想です 回路の中には細かい信号でも 重要で短く太く繋ぐ必要が あるものもあります それらは 当然のごとく必要な処理 つまり近い所に配置 最短で繋ぐ 事をしますが それらを網羅したうえで 整然と大河のごとく パターンの 流れをつくりましょう GNDのインピーダンスを下げる為に 前に GNDの電位はどこでも一緒と仮定して。。と 書いたような気がします 部品配置の際は 供給電位もどこでも一緒と考えます どこでも一緒とは 電源供給点でも一番遠い点でも ノイズの一番発生する点でも どこでも 電位は安定していて 必要な電力をいつでも供給できる能力がある点が一緒 という 意味です でも実際は違うけど なぜそう考えるかというと そう考えないと 部品配置ができなくなるからです 電源はどこでも同じと考え 後は信号の流れに沿うように 部品を置けば ほぼ理想的な部品配置になります 実際は 供給電位さえ ふらついていて 電流をばかすか 食う部品で電位は下がり ノイズをバンバン出す部品で ノイズをいただき コイル成分や コンデンサー成分のある部品で 信号が 乱され その余波を食らい 供給電位はぼろぼろ傷だらけです このままではとても 使い物にならないので パスコンをいれたり  電源からフィルターを経由して 特定の回路群のみ供給したり 電源パターンを太くべた状態にしたりしています その際 基板の表裏に 同じ電源(特にGND)が有る場合 スルーホール/VIA で沢山接続するのは有効な手段です ひとつのべたが有る時 少なくとも四隅はVIAで表裏を 接続したり 内層に落とすことは必要です 基板の外周が表裏共 GNDべたの時 著者は5mm間隔ぐらいで VIAをうっています 著者自身はノイズ計測等はしていませんが 御客がする範囲では 効果はあるそうです パターン幅はなるべく太く VIAもなるべく大きくする これは 基板製造の際の歩止まりを良くするためです いくら 専門雑誌の広告で ぴん4 ぴん5 もしくはぴん10 なんていう宣伝文句があっても 飛び付いてはいけません 同業者として言わせてもらえば ぴん2でできる設計を ぴん3ぴん4 OKというのは 私は能力がありませんと 言っているようなもんです エッチング技術から言えば ぴん2よりぴん3の方が 技術は高いでしょうが 基板の御値段や歩留まりも悪くなります 基板納品後のメンテも相当悪くなりそうです あらゆる環境でも使える基板にするために 出来れば パターン幅は0。30mm VIA径は1。0mm 穴径は0。60mm以上にしたいです 著者はこれが不可のときは パターン幅は0。20mm VIA径は0。70mm穴径は0。40mmにしています この条件では だいたいどこの基板屋でも問題なく 基板を納めてくれます この問題とは 特別料金を請求されず、特に時間も必要とせず 多層板で 内層にパターンが有る場合でも内層ずれ等の クレームもない という事です エッチング技術が高くても 納品後のメンテは悪くなるとは パターンが細すぎて 断線やショート もしくはその寸前の パターンを肉眼で見分けるのが難しいという事です 屋外で使う場合 朝霜や結露でショートしやすく 埃がついても すぐショートしてしまう危険性がある点です パターン設計のレベルからすれば ぴん2ー>ぴん1 パターン幅 0。2ー>0。3 VIA 小 ー> 大      で同等の性能を持つ基板を 設計できる人のほうが上です 著者はどうかって? そのように努力しています 御客が設計者に意見を求めて来た時 ひとつは 客自身の多少不安な 回路に対する要素を払拭して もらいたいと思っているか または具体的に基板になるか 部品が実装できるものか  のどちらかではないかと思います パターン設計者は 幾つもの同様な基板を手掛けており そのノウハウを教えて欲しい 良いノウハウをこっそり 自分の製品に取り込みたい と思っているわけです 著者はその際 常識的な事しか言いません 個別の顧客のノウハウを言えば その時は感謝されますが いずれは 悪い結果になって戻ってきます あそこに言うと よそに喋るぞ! ってなります 自分は喋ってもらって助かったろうに そうゆう人ほど喋られるのは 嫌うのです おもしろいもので 黙っていると身のある情報は集まってきて 喋るほど逃げていきます 電流で動作する部品 入力抵抗が小さい部品は遠く配置しても可 今は電流駆動タイプの機械、部品は著者の回りでは少なく なりました 基板設計をしていて一番の問題は如何にノイズを出さないか ノイズの影響を受けないか です ノイズがパターンに飛び込むとそれは 電圧の変化として 現れます 電流の変化で素子を制御するトランジスターは割と ノイズに強い(不感症?)なので トランジスターの 入力ラインは長くしても大丈夫です 但し この出力は電圧変化により信号を伝えるので なるべくパターンを短くした方が良いでしょう この辺はかなり昔に蒲田で勉強しましたが かなり記憶が あやふやで申し訳ない どなたか裏付けをして頂くと 助かります 電圧で操作する部品は近くに置く 電圧で制御する素子は入力抵抗が極端に高く ノイズの影響をとても受けやすいものです 入力端子に接続する抵抗は極力近くに置きます 理由は調べてひき続きここに記述します 電流、電圧うんぬんは 間違いの無いことですが 自分でも納得する理由を示さねば後味が悪い ノイズは電圧 電流で動作する部品には影響しない 電圧と電流は別物 これも蒲田の受け売りです 基板設計には必要ない知識です でも I = V / R という Ωの法則 は近似値を示すだけで これをきちんと説明できれば ノーベル賞をもらえると 言われた事を覚えています これは電流が流れなくても 電圧は伝わるということを 実験で試し その際に聞きました メモリーは物凄くノイズを出すのでCPUの近くへ どうしてノイズが発生するか? を考えてみると それは電圧を急激にON、OFFしたときに生じる 波形の乱れに含まれる高調波がノイズの元です 水面に石を投げた時 波紋が周囲に広がりますが その波紋がノイズだと考えてください 理想的にノイズを吸収する素子があれば それが水面なら 波紋は生じないと考えていいでしょう メモリーは電源が入っている限り動き続け ON、OFFする 回路の山ですので 相当ノイズを出します なぜ そんなメモリーをCPUの近くに置かなければ いけないのか それなら離した方が良いのではないか と思いますが メモリーはCPUに必要なものでCPUが 動作するための必要な情報が総てあります メモリー CPU間のパターンからでるノイズが 他の部品に悪影響を与えない様に メモリーCPU間を 近ずけます また メモリーCPU間のパターン数は結構多いので 近いほうが 基板面積を有効に使えるので何かと 便利だと思います コイルが部品の外に露出していて 基板に触れる場合 その面の銅箔はとる コイルに限らず部品の金属部分が基板に触れる時は 基板の銅箔は無くすべきだと思います 基板表面は大抵レジストをしてあり、これが絶縁材に なりますが なんらかの弾みでレジストが剥がれ ショートしてしまう恐れがあります コイルは交流電流により振動して 時間経過でレジストを 傷つける可能性があります DIPのパターン方向は DIP面はDIP長手と平行 部品面、半田面ではパターンの主に流れる方向は 直交させます それはパターンの引きやすさ、将来の設計変更のしやすさに 影響します DIP部品が主な基板では DIP内側、DIP面側に 電源パターンを引きます それに平行するようにDIP面側(部品面)に信号パターンを ひきます 拠って 半田面パターンはDIPのピン間を抜ける方向に 引き回しをします そうする事により部品実装後でも主な信号パターンを目視する事が でき 実装後のデバッグでのパターン追いかけも割合楽にでき 設計者の株も上がります これと 相反するのが SOPが主な基板の時です SOPのパターン方向は SOP面 SOP長手と直角 SOPの時、これはパターンの流れとPADの向きを揃えて 必要以上にVIAを使わない様にします DIPとはパターンの流れは逆になりますが 実装後のデバッグよりパターンを効率良く引き回すほうを 優先させました QFPのパターン方向は 回りのSOPに合わせて SOPの時はPADの方向に合わせてパターンの 流れる方向を決めました ではQFPが有る場合はどうしましょうか その時点での雰囲気にもよるでしょうが その回りに つく部品がDIPかSOPかで決めます DIPならDIPの場合と同様な流れに SOPならSOPと同様に考えます QFPと他の部品の間に多量にパターンがある場合 その流れをメインに考えます QFPばっかりの基板ではなるべくVIAが少なくなる様に するのも ひとつの考え方だと思います QFPの四隅はマウントマーク 大抵の実装屋では QFPのマウント用にマークを必要とします パターンを引き回した後このマークを付けるのは 至難の技なので 部品配置の時に一緒に置きます X,Y方向を確保 斜めは駄目 特にQFPが有る場合QFPから四方向に放射状にパターンを 引出しがちの傾向がありますが これは見た目は奇麗でもそのパターンだけでかなりの面積を食い 裏をみたら すかすか なんてことになります QFPからパターンを引き出す方向と基板のパターンの 方向が合っていれば そのままパターンを引き出せば良いのですが 直交する場合 遠慮なくVIAを使って反対面へパターンを 引き出すことを考えてください そのほうが ただせさえ狭い基板を有効に使えます 斜めパターンは総て駄目なわけではなく パターンの大きな流れを切断するような長い斜めパターンの ことをさしてます 斜めパターンのほうがそのパターンにとっては短くて良いでしょうが それ以外のパターンにたいして 邪魔になる場合が多く 極力X,Y軸に平行に引き回し 必要に応じてVIAを使う 事を考えましょう パターンは何ヶ所かで束線 余りはGNDべた パターンを平行に長い距離走らせるとクロストークノイズが 発生するので止めましょうという本、説を何回も見たり 聞いたりしました おそらく理論的には正しいとおもいます しかし実際の基板ではその逆のことが行われています つまり10本20本のパターンを最少間隔で並べて引き回し 空いたスペースはVCCべた、GNDべたにするといった雰囲気です 10mm角のVCCべたとGNDべたが基板の表裏に相対していると 4pFぐらいの静電容量がとれるので 例えば部品面がGNDべたで埋め尽くすなら 半田面はVCCべたで攻めましょう きっと良い基板になります 最近のCADでは珍しくないでしょうが DREAMでは 塗り潰しをしたい範囲を大雑把に囲むと塗り潰しと違うネットの パターン、PAD、VIAを逃げて塗り潰しをかけてくれます 話しは逸れますがこのCADでは DXFデータの入出力が できますが 客先の機械CADで書いたパターンの輪郭データに 対して メーズフィル というコマンドで奇麗に 基板製造用のフィルムデータに加工することができます クロストークノイズというのは例えれば電話回線の混線のことで 隣のパターンに流れる信号が乗り移り 結果としてそれが 期待しない信号として機械の誤動作のもとになる つまり ノイズによる誤動作 といわれるものになるわけです どこかの愛のささやきが仕事の電話に聞こえても 仕事の効率が落ちるだけで良いことは何もありません 勝手にしろ!てなもんですから 当人にはいい会話でも 他人には雑音ですよ ぷんぷん おそらく現在使われている部品は ほとんど電圧駆動型なので パターンに流れる電流は極めて少なく 結果として そのパターンにかかる電力も極めて少なく 隣あったパターンに 影響を与えるだけの力がないのかも知れません その為 パターンをなるべく集め 空いた所はGNDまたは 電源べたにして放射ノイズの吸収や電源供給線の強化(太く) に努めたほうが得策なのでしょう チップ抵抗、コンデンサーの向きは極力同じでフローに直角 これは部品実装の時の問題でしてチップ部品に直交する方向に フローをかけると未半田が少ない というものです ただ 会社によっては開発部門より 製造部門のほうが 購買に発言力があり 製造に気に入ってもらえれたほうが 得だという面もあります 開発の人にとっては チップが横向こうと縦向きだろうと 動けば問題ないわけで 開発部門を通り越して製造部門に 無言の挨拶を送れる訳です 私は気を使ってますよ!次も仕事を頂戴ね って具合です 回路動作に問題がなければ 基板全体に散らして配置 シルク表示も楽 これは密集して部品を置くと後でシルク表示のとき シルク文字を置く場所に困るというお話しでただそれだけ ただ最近の基板は高周波で動く様になっているので そうゆう回路は小さくまとめたほうが無難です 一昔前の無線機 特にVHF、UHF帯の携帯型無線機を のぞくとシルクをいれるスペースなどどこにも見当たりません ICの上に水晶を空中実装してあったり ICの方向を示す丸い切欠きに別の部品を押し込んでいたり とても芸術的な実装で手のだしようがありませんでした 最近の携帯電話などは ほとんどの部品をカスタム化して ICに放りこんであるので 見た目はとてもすっきりしていて 奇麗です 逆に 半導体チップのレベルで小さく纏めないと安定動作 しないという事かもしれません 発振子は近くに パターン幅は普通に ガードは御忘れなく 発振子を入力するICの近くに置くのは絶対条件です このパターンに直交するように他のパターンをひくのも 厳禁です ここに流れる信号がその回路群の基本信号に なります それが狂えば総て パー ですんで良く留意して ください このパターン幅は余り太くすると他に影響を与えるそうなので 電源と信号パターンの間ぐらいの太さでいいのではないでしょうか 基板全体に同じバスラインがいくなら 電源と同じ考えで部品配置 但し ループにはしないこと そのとうり! 部品配置のノウハウを記述する項目なのに なんでパターンの 引き回しの事が書いてあるの? と思われた人もいるでしょう 部品配置 イコール パターンだからです 著者の世界では 部品配置が終われば ほぼその仕事は 終わったも同然です 部品配置により 流れるパターンも決まります 逆にパターンの流れを考えて 配置しなければなりません 配置が決まれば 後は力仕事でこなせる面があります こんな 歯切れの悪い言い方をするのは最後まで気を使う 面があるからですが ともかく 配置が決まれば 肩の荷がおりるのは間違いないです ところで自動設計と言う言葉はよく聞きますが 自動配置という言葉は耳にしません 人間がやるようにいろいろな条件を折り混ぜて ぱっぱと 部品を置いてくれればいいのですが 現状では難しいのでしょう でも良く考えてみれば人間だって1回で部品配置を決めている わけではないですよね ここらでとりあえず置いてみましょう これもここらでどうかしら? これもここに置きたいし(伊那の方言) おまえはあっちへいけ!なんて具合ですか 最初のとりあえず。。ぐらいはCADでできないかなあ と この文を書きながら ふっと思いました このCADでは現在これが自動配置だ!というコマンドは ありません でも参考になるかなというコマンドというか機能はあります LAYOUT1 LAYOUT2  ラッツの長さ別に表示する UNIT 個別の部品またはUNIT単位でのラッツ表示 3次元での部品配置ビューアー。。。 でも決定打に欠けるのが事実かな でもいろいろやるうちにきっといいものができると思います 今日はH.11。06。29ですがUNITになる部品番号を テキストファイルに書き込みSTARTUP時に UNIT単位で部品を集めて置こうという企画を 作者にFAXで送り 1、2日でとりあえずものに するつもりです CLーEVOLUTIONの頃似たような機能を 自作ソフトで作りCADに読ませてやらせていました EVにはUNITというコマンドはないので その後の部品移動は結構大変でしたが それよりも 使い易くなればと期待しています    最初に戻る
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