- 基板設計 -
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試作機で機能確認はできましたので、次は本格的な小型化です。今回もまた P板.com で基板を作ることになりますので、パターン微細化についての心配は無しです。そこでコネクタと主要 IC を好きに並べてみたところ、なんとか TAKACHI SW-65(65x45x25)に収めることができそうでしたので、このケースに組み込むことを前提にパターンの設計を進めていきます。
ケースを完全自作できるスキルがあれば、本当は厚さをもう少し薄くしたいのですが、残念ながら高さ 20mm(内寸 16mm)で適当な既製品が無かったため、厚さが 25mm となってしまいました。

さて、サイズが決まったところで、パターンの設計です。メインの FT4232HL が 0.5mm ピッチ、他の部品類もインチ系のサイズのモノはほとんど無いので、デザインピッチは 0.254mm ではなく 0.25mm をベースとしてみました。また、自分に課す制限として、
 ・最小パターン幅 0.25mm
 ・最小パターン間 0.25mm
 ・電源ラインの最小パターン幅 0.5mm
 ・ビアホールはホール径 0.5mm ランド径 1.0mm
  ※ ビアホール [via-hole] = リード部品等の半田付けを目的としない、基板の層間の導通を目的とした貫通穴(スルーホール[through-hole])です。ジョッキで乾杯するワケではありませぬ [beer-hall]
 ・レジストに覆われないパッドやビアホール等同士の最小距離 0.5mm
   半田付けポイントの直近に剥き出し金属を配置しないようにする目的
   よって半田付けしないビアホール同士は 0.25mm 間隔でも OK とする
という条件を設定しました。
P板.com の製造基準ではもっと微細なパターンが可能ですが、小さすぎると手に負えなくなってしまいそうなので、このくらいが自分の限界ではないかと思います。なおパッドサイズもメーカー推奨のサイズよりも少し大きめに設定しているものがいくつかあります。手作業での半田付けなので、半田ごてを当てるスペースが必要ですからね。「自分が作れるように設計する」← これ大事です。

なおパターン設計の大半は、基板CAD ではなく Microsoft Visio で行いました。実は自分、Visio 大好きなのです。まだ Visio社 の製品だった「Visio 4」の頃から使ってます。(その後 Visio 5 となり Visio 2000 となり、さらに Microsoft に買収されて Visio 2000 SR1 がリリースされたと記憶しています) 長年使っているため、手になじんだ CAD です。演奏会のチラシを作ってみたり、何かの簡易マニュアルを作ってみたり、世間では PowerPoint や Excel などを使うであろう場面でもつい Visio を使ってしまいます。このホームページに載せてる基板イメージも Visio で作ってます。



- 回路設計方針 -

基板設計の前に、まずは回路設計ですね。試作機でほぼ回路は決まっていましたが、「比較的容易に、そして安価に入手できる部品を使う」「値にこだわりの無い部品は極力他の部品と共通化する」をするために、いくつかの部品や定数を変更します。また、場合によっては基板設計の都合で選ぶ部品もあったりします。

1.こだわりのある部品は妥協せずにそれを使う(当たり前)
  主に IC とコネクタと LED(2色)が該当します。秋葉原または通販で簡単に入手できることさえ確認できれば OK です。
2.秋月電子で入手可能なものから選ぶ
  素人工作にとって、これは最重要項目ではないかと思います。安いですし、市場で入手しやすい部品を選ぶことになりますし。
  0.1μF のコンデンサは SP3243 の周辺でたくさん使うので、リール(4000個)で買っちゃいました。もう一生パスコンには不自由しません(笑)
  ※ 秋月で SP3243 を買えばコンデンサもついてくるのですが、別の通販の方がかなり安かったので、コンデンサだけ秋月で買うコトに…
  抵抗も大した値段じゃないのでリール買いしました。ピンセットから部品がはじけて飛んでしまっても、くしゃみして部品を吹き飛ばしてしまっても、まだまだたくさんあるので大丈夫!(笑)
3.マツルパーツ館千石電商鈴商、など秋葉原のお店で買えるものから選ぶ
  なんだかんだでやはり店頭で入手できるというのは重要です。自然とスタンダードな部品を選択することにもなりますし。
  土日も営業していたり、平日18時ごろに閉店しない、というのも大事です。自分が行ける時間帯に開店しててくれないと。
4.RSコンポーネンツMOUSER ELECTRONICSDigiKey、などの通販で買えるものから選ぶ
  便利な世の中になったものです。昔なら製造ロット単位じゃないと買えなかったであろう部品が「ポチっ」とすれば簡単に少量で買えるようになりました。
  ※ チップワンストップ は有名ですが選択肢に入りません。個人相手に販売してくれないのです。

なお、LED については数種類をサンプル購入して、実際に 3.3V の 74HC をドライバにして光らせて選びました。明るさと色味(特に緑)のバランスが良かったのが、今回採用した BRPG1204W です。まず緑の明るさ(電流)を E12 系列の抵抗で決め、それに合わせて赤の明るさ(電流)を決めました。



- 回路構成 -

USBとシリアル信号の変換は、FTDI 社の「FT4232HL」というICで実現します。前回の「FT232RL」の4ポート版ですが、クロックとEEPROMは外付けが必要で、電源も3.3Vで供給するため、部品点数はちょっと多くなっています。(これらの差異を考えると FT232RL よりは「FT232HL」に近いですね)
そう考えると「 FT4232RL 」っていうのがあるとさらに便利なんでしょうね。
RS-232C の電圧に変換するための「SP3243E」というレベル変換ICは前回と同様です。ただし4ポート構成なのでこのICも4個必要となりました。おかげで 0.1μF のコンデンサが大量です(笑)
あとは LED です。前回は電源 LED だけでしたが、今回は豪華に「送受信 LED」を4つ光らせることにしました。個人的に2色発光 LED が好きなので、赤/緑 の2色 LED を採用です。送信は赤、受信が緑です。ただし、大抵のコンソール作業は送信だけという動きはしないので、赤く光るのはパスワード入力時の一瞬ぐらいでしょうか。コマンド入力時は送受信が同時なのでオレンジに、機器からデータ受信している時は緑に光ります。
電源 LED は青にしたので、これだけ 5V 駆動です。ドライバは 74HC シリーズを使いました(爆) シングルゲートのICが意外と安かったのと、1チップでソースドライブできて便利だったのが理由です。トランジスタだと1石ではシンクドライブになってしまうので電源パターン引き回しが面倒だった、という事情も大きいです…


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