一歩進んだ電子工作をやってみよう (4) 基板CADを使ってみる

　

　前回は回路図を入力したので、引き続いて今回は基板CADである「CADLUS X」を使って基板を設計してみよう。

回路図CADと基板CAD

　作業の前に回路図CADと基板CADの違いについて把握しておこう。

　回路図CADは抽象化した部品と部品同士の結線(配線)を表すためのツールだったが、基板CADは基板にどんな部品をどこに配置し、どう配線するかを決めるツールだ。

　回路図は抽象的な図なのでなんでもありだが、基板にするとなると面積、電源など様々な物理的制約を受けてしまう。例えば回路図上で関係ない配線が交差するのは問題ないが、実際の基板で配線が交差したらショートしてしまうので避けなければならない。箱に入れるために箱に合わせた大きさにするのも基板CADの受け持ちだ。

　まずは前回も使ったCADLUS Designerを使い、回路図の部品表を作成する。

　回路図を開いて[ファイル]-[部品表出力]を選ぶとダイアログが開くのでOKや実行を押して部品表を出力しよう。何も変更しなければCADLUS Designerをインストールしたフォルダの中にあるOUTというフォルダの中に「回路図名.part」というファイルができているはずだ。なお、このフォルダには回路図のネットリストも出力されていて後ほど利用するので覚えておこう。

　部品表出力ダイアログ

　出力された部品表をメモ帳などの各種テキストエディタで開いて見てみよう。左側が部品の名前、右側が部品の参照名だ。参照名というのは部品の通し番号のような物だ。

　部品表(1部分)

　これだけだとわかりにくいのでこのファイルを編集した後、表計算ソフトに読み込んで情報を追加しておくことにする。この部品表は今回だけでなく部品を実装する時や回路の検証をする時に使うのでいろいろと書き足しておこう。

　部品の正確な型番、部品の種類、部品のサイズ、使用個数、秋葉原で購入できる店名、CADでのシンボル名を追加してみたのが以下の部品表だ。

　情報を追加した部品表を表計算ソフトで作成してみた

　第1回で書いた通り、ケースとして使おうと考えているのは無印良品のPPピル・ピアスケースだ。

　中の2枚の仕切りは外すことができるので横に細長い空間を2つ確保することができる。この空間はちょうど006P電池を入れるのにちょうどいいので片方は電池用に取っておくとして、残り半分に基板を入れることにしよう。

　内部の寸法は79mm×28mmだ。ケースは中仕切りの固定用として出っ張りがあるのでこのサイズの基板を入れるためには出っ張りを削ることにする。

　基板の寸法や形をある程度自由に決められるのもプリント基板を自作する際の大きなメリットだろう。ユニバーサル基板を自分で加工しても好きな形にすることは可能だが、きっちりとした寸法や形に加工するには熟練が必要だ。その点プリント基板なら設計した通りに作ることができるので、難しい形にチャレンジできる。今回も電池を取り囲むようにL字にしようかとも考えたのだが、初めてということもあり無難な長方形にした。

CADLUS Xを起動

　前置きが長くなったがCADLUS Xを起動してみよう。CADソフトは長い歴史の中で独自の進化を遂げてきた物が多く、現在のOSの標準の操作系と違う物もめずらしくない。そしてCADLAS Xもご多分に漏れずWindowsの標準的な操作系とはかなりは違った操作系を持っているのだ。例えばアンドゥが「CTRL+Z」ではなく「U」のみでできたりするのだ。他にもメニューの使い方などに特徴的な物が多くあるため、まずは1度。P板.comのサイトにある「CADLUS Xプリント基板設計ガイド」を通して操作してみて操作感を把握することを強くお勧めしたい。

　新規基板作成画面(「ユーザー名」「基板製造番号」「設計管理番号」は必要に応じて入力する)

　このガイドは部品をライブラリから読み出してくるところからP板.comに送る基板データを作成するところまで一通り体験できるものだ。筆者も実際にやってみて独自の操作系を持つCADLUS Xの操作を覚えることができた。

　オリジナルの基板も設計ガイドにある通りの順番で設計を行おう。まずは新規作成で基板の仕様を決めるわけだが、今回は層数2、基板最大長182mmにした。基板最大長というのは基板の実際の寸法とは違うので、実際の基板のサイズより大きめに指定する必要がある。今回は何かで入力した値が残っていたようでこの値になってしまった。基板名称は保存時のファイル名になるのでわかりやすい名称にしておこう。

　部品をライブラリからの読み出しだ。今回使う部品は以下の通り。それぞれ

抵抗各種 → SNF2CxxxxxxxxTL072 → TL072470μF電解コンデンサ → EEUFC1H1010.1μFセラミックコンデンサ → RPE11010μFの無極性コンデンサ → UEP1H010MDT電源スイッチ → SSSU022400電源コネクタ → 171825-2

　を使うといいだろう。

　他の部品は残念ながらライブラリ内にちょうどいい部品が見つからないので自作することにしよう。きちんと探せばライブラリにあるのかもしれないが、登録された部品が多すぎて探しきれなかった。この辺は改善してほしいところだ。

データの作成と使いまわし

　前回忘れていた電源スイッチを追加している。使いたいのはアルプス電気製のスイッチ「SSSU122200」なのだがライブラリにはなく、よく似た型番の「SSSU022400」があった。両者の違いは操作部が縦か横かだけで基板に開ける穴の位置や大きさは同じだということがわかったので、SSSU022400のシンボルを一部変更して使うことにしよう。データの使い回しは作業が大幅に楽になるのでぜひ覚えておきたい。

　元となる部品を読み出した状態で[ファイル]-[使用部品の登録・更新処理へ]を選び、[部品処理]-[部品の読み込み]を選択する。するとダイアログが開いてすでに読み出されている部品が表示されるので、修正したい部品を選択して[開始]すればOKだ。

　取っ手の部分を書き足すだけなので操作も簡単でシルク層に幅3mmで長さ9mmの四角形を書けばいい。設計ガイドの基板外形を設定するときのやり方を「40:部品面シルク」に適応すればよいだろう。書いたら[部品処理]-[部品の保存]で名前を付けて保存する。

　「SSSU022400」の元のシンボル図(左)を修正して「SSSU122200」に対応するようにした(右)

　続けて2連ボリュームを1から部品を作ろう。今回使うのは「R1001G21B1」という部品で、型番で検索するとメーカーであるSONG HUEI ELECTRICのサイトにあるPDFファイルが見つけられる。PDFファイルに書かれているピン番号は表面から見た並び順だということだけ注意しよう。

　2連ボリュームのシンボル図

　さらにステレオミニジャックのコネクタも作る。これは秋月電子で購入した物だがデータシートが見つけられなかったので部品から直接寸法を測ってシンボルを作っていくしかない。ざっと計ったところ図のような寸法だったので、それに合わせてランドとシルクを入力してみた。

　ステレオミニジャックの寸法図

　ステレオミニジャックのシンボル図

　部品が全て揃ったのでネットリストを読み出してこよう。前述の通りネットリストは部品表と同じフォルダに出力されている。

　[入力]-[ネット情報の入力]-[他基板ネット入力]を選択してネットリストを読み出せば次に行う部品配置で部品と参照名を紐付けすることができる。

　部品配置は部品表を見ながら行っていこう。いきなり基板の中に置いてしまわず一旦外に置いて、考えながら配置していくといいだろう。ここでラッツネストと呼ばれる仮想配線を表示させると目安になる。後は配線が絡まないように基板の寸法の中にうまいこと納めていけば配置は完了だ。配線していくとまた変えたくなることもあるとは思うので、そのときは適宜変えていけばよいだろう。

　配置完了の図

　ずいぶん長くなってしまったので、配線以降の作業は次回に行うことにしよう。

インフロー

　インフローはプリント基板ネット通販「P板.com(ピーバンドットコム)」を運営しており、プリント基板設計、製造、実装、メタルマスク販売をサイト上で完結するサービスとして提供し、試作から量産に関わる、リジット基板からフレキシブル基板までニーズに対応できる幅広いサービスを提供しています。同サイトは、国内約6,000社との取引実績、約1万4,000名のユーザー登録を持ちます。また、電気・電子エンジニア向けSNS「@ele(アットマークエレ)」を運営しています。回路図データベース構築を目的とした、電気・電子エンジニア向けのSNSで、会員数約1,600名となっています。

日本NI、Mac対応USB型GPIBコントローラを発売

　

　米National Instruments(NI)の日本法人である日本ナショナルインスツルメンツ(日本NI)は10月21日、Mac対応のUSB型GPIBコントローラ「NI GPIB-USB-HS」の販売を開始したことを発表した。また、併せてロープロファイルのPCI Express型GPIBコントローラ(NI PCIe-GPIB/LP)の販売も開始した。価格はいずれも6万4,000円。

　Mac対応のUSB型GPIBコントローラ「NI GPIB-USB-HS」

　GPIB-USB-HSは、PowerPCとIntelベースのMacintoshノートPCおよびデスクトップPCで使用でき、OSとして「Mac OS X」に対応している。

　一方のPCIe-GPIB/LPは、Windows 2000/XP/Vistaのほか、Mac OS X、Linux、Solarisに対応しており、従来製品と比べ、約25%の電力で動作するほか、PCBに使用される物質を63%低減している。

　いずれの製品ともに、グラフィカルシステム設計プラットフォーム「LabVIEW」のほか、ANSI C 統合開発環境「NI LabWindows」、Microsoft Visual Studio対応NI Measurement Studioでプログラムすることが可能だ。

Intel、第3世代vProに関する説明会を開催

　

　Intelの日本法人であるインテルは10月8日、第3世代目となる「インテル vProテクノロジー」に関する説明会を開催した。ビジネス・クライアントPC向けのプラットフォームで、まずは国内外のPCメーカー8社から採用製品が提供開始される。

　第3世代インテル vPro テクノロジーの概要

　今回発表された第3世代vPro(開発コード名:McCreary)は、Core 2 Duo/Quadプロセッサ、Q45 Expressチップセット、82567LMギガビット・ネットワーク・コネクションで構成されるデスクトップPC向けプラットフォーム。管理機能の強化として、インテル・アクティブ・マネジメント・テクノロジー リリース5.0(AMT 5.0)に対応した。

　インテル代表取締役社長の吉田和正氏

　まず概要説明を行なった同社の代表取締役社長の吉田 和正氏は、「かつてはテクノロジーが”生産性”や”競争力”のために使われたが、現在は”エコロジー”のために使われるようになっている」とし、「ITシステムがどのような役割を果たすべきか」を考えるべきだとした。新しいvProでは、セキュリティの強化やTCO削減といった従来通りの特徴が維持されていることに加え、クライアント側での電力効率の向上も強く意識されており、低消費電力化が図られている。

リモート管理の範囲が拡大

　Intel デジタル・エンタープライズ事業本部 副社長 デジタルオフィス事業部長のグレゴリー・ブライアント氏

　続いて登壇した米Intelのデジタル・エンタープライズ事業本部 副社長 デジタルオフィス事業部長のグレゴリー・ブライアント氏は新しいvProの機能の詳細説明を行なった。同氏は、新しいvProではリモート管理の範囲が拡大し、「より多くのケースをリモートでカバーできるようになった」とした。企業のファイアウォールの外にあるPCに対するリモート保守機能が拡大したほか、小規模企業向けの新しい運用管理ツールとして「Intel IT Director」も提供される予定だ(日本では2009年第1四半期に提供開始する予定)。

　第3世代 インテル vPro テクノロジーの機能強化点

　東芝 PC&ネットワーク社 技師長の下辻成佳氏

　なお東芝は同日付でvProの機能を利用した独自機能として”PC仮想化エンジン「vRAS」”を開発したことを発表している。vRASは”Virtual Platform with Reliability, Availability and Serviceability”の意味だという。

　vRASでは、vProの仮想化支援機能を利用し、クライアントPC上に従来通りのクライアント環境に加えて信頼性・運用性に優れた仮想サーバ環境を共存させ、仮想サーバからクライアント利用環境を監視・制御することでPCのセキュリティ強化と高い管理性を実現することを目指した仮想化エンジンとなる。

　東芝の「Virtual Group Computing System」の構成概念図

　vProテクノロジーに加えて東芝独自のデバイス制御技術を組み合わせることで、仮想化利用時のパフォーマンス低下をほとんどなくした点が特徴となる。東芝では、vRASの応用製品として、専用サーバを用意しなくてもクライアントPCのシステム環境およびデータ保存領域を仮想的に集約できる「Virtual Group Computing System」と、統合セキュリティ・システム「PC運用上手SS」を製品化し、2009年1月以降に発売する予定だ。

　東芝が示した、vRAS＋vPro環境のベンチマーク結果。一般的な仮想化ソフトウェアを利用した場合はパフォーマンス低下が大きくなるが、vRAS＋vPro環境では、ハードウェア上に直接クライアントOSをインストールした場合とほぼ同等の性能が得られるという。クライアントOSにWindows Vistaを使い、Vista上で「Windowsエクスペリエンス インデックス」を測定した結果

ROBO_JAPAN 2008

　

　日本のパートナーロボットを一堂に集めた「ROBO_JAPAN 2008」が10月11日～13日、パシフィコ横浜にて開催された。見るだけでなく、実際に触って体験できるブースも多く用意されたイベントで、今年が初開催。しかしながら会場は大勢の家族連れで賑わっており、3日間のトータルで5万5,000人を超える入場者数があったという。

　通路が広めに確保されているため、混雑はあまり感じなかったが、かなりの入場者数があった

　ASIMOのデモンストレーションのような人気ステージは超満員。ほとんど見えない

　展示会場は、エンターテイメントゾーン、企業ゾーン、研究所・自治体・大学ゾーンなどに分けられており、発売中の製品から研究中の技術まで、様々なものが出展されていた。ここではそのいくつかをピックアップしてレポートしたい。

マイクロソフト

　ロボット向けの開発ツール「Robotics Studio」を2006年にリリースし、ロボット市場に本格参入した巨人・マイクロソフト。同社はベネッセコーポレーションと協力し、昨年末から学校向けの教育プログラムを展開しているということで、ブースでは教材となったロボットを動かしながらその内容を紹介していた。

動画

共立電子産業の「プチロボMS5」。2時間程度で組み立てることができる(wmv形式 448KB 12秒)あまり高価な製品だと教材として使用できないので、ロボットには共立電子産業の「プチロボMS5」を採用。1万5,330円と比較的安価ながら、5軸を持つロボットキットで、簡単に4足歩行を試すことができる。すでに5校での採用実績があり、今年度中には15～20校程度にまで増えるそうだ。プログラミング環境としては、Visual Basicが利用されているとのこと。実際にロボットがあると、単にPCの画面だけでやるよりも、生徒のモチベーションが上がりそうだ。プログラミングの学習ツールとしても、ロボットはかなり有効かもしれない。

　この2つの関数だけはテンプレートとして生徒に渡されるそうだ

　たったこれだけのコードでロボットを前進させることができる

JAPAN ROBOTECH

　JAPAN ROBOTECHは、今年のCEATECでSTMicroelectronicsが公開した2輪倒立振子型ロボット(セグウェイのようなもの、といえば分かりやすいだろう)を展示していた。大学や企業での教材用として開発されており、ARMを使った組込みプログラミングを学習することができる。価格は10万円に抑えることが目標とされている。

動画

うまくバランスをとって倒れない(wmv形式 516KB 14秒)三菱重工業三菱重工業のブースでは、同社のコミュニケーションロボット「wakamaru」と旭光電機が開発したウェアラブル・コントローラースーツ「FST」(Flexible Sensor Tube)を組み合わせた操縦体験のコーナーが人気を集めていた。

　コミュニケーションロボット「wakamaru」とコントローラースーツ「FST」

　FSTは多関節のデバイスになっている。マスタースレーブとしては軽い

　FSTを装着した操縦者の動き通りにwakamaruが動く、いわゆるマスタースレーブと呼ばれる方式であるが、FSTはチューブ状のデバイスになっており、軽くて自由度が高いのが特徴。FSTは片腕に19の関節があり、それぞれに角度センサを内蔵しているので、そのデータから操縦者の手がどの位置にあるか計算できる仕組みだ。

動画

操縦者が動かした通りにwakamaruが動く(wmv形式 346KB 9秒)

英国の宇宙会議体験記

　

　またまた、IAC(International Astronautical Congress)の季節がやってきた。この会議は、宇宙関係の国際会議では最大のもので、昨年はインドのハイデラバードで行われている。今年は9月29日から10月3日まで、英国のスコットランド地方にあるグラスゴーで行われるとのことで、英国へ飛んだ。英国は国際宇宙ステーション計画に参加せず、独自の宇宙開発路線を歩んだ国である。80年代初頭に誰も見向きもしなかった小型衛星の世界を切り開き、新しい流れを作ってきた。同じ島国として、日本が何か学ぶことはないだろうか。おりしも、日本では宇宙基本法が制定され、日本の宇宙戦略は大きく生まれ変わろうとしている。宇宙大国とは言えないながらも独特の存在感を放っている英国。謙虚に学べば、隠れたヒントが見つかるかもしれない。会議の様子を紹介しつつ、英国の宇宙事情も探ってみたい。

　英国の宇宙開発といえば、サリー大学とそこから生まれたサリー衛星技術会社(SSTL)をはずしては語れない。1980年代初頭に数名の若者がアマチュア無線衛星を開発し、NASAに打ち上げ機会を提供してもらったところから始まった小さな活動は、いまや300人を擁する小型衛星のリーディングカンパニーとなっている。ここは訪問せねばなるまい。

　というわけで、サリー大学を訪問。成田からロンドンへ飛んで、そこからタクシーで30分くらいというサリー大学へその足で行く予定を組んだ。飛行は順調で、定刻にロンドンに到着。ところが、どうしたわけか、ドアが開かないとかで外に出られない。20分ほど飛行機の中で待って、やっと出たところ、今度は荷物が出てこない。ヒースロー空港ではよくあることらしい。1時間半ほど待たされ、やっとのことでタクシーに乗ったら、今度は交通渋滞。4時半の約束だったのが、6時過ぎに到着。こじんまりとした建物の玄関に小さな地球がぶらさがっているのがいい感じ。

　サリー宇宙センター(SSC)の玄関

　九州工業大学から留学中で、今回の訪問のアレンジを手伝ってくださった倉原直美さんとその指導教官であるクレイグ・アンダーウッド博士は、辛抱強く待ってくださり、親切に迎えてくださって、SSC(大学)とSSTL(会社)の説明をしてくださった。SSTLは、徒歩20分くらいのところに新社屋を建てたそうだが、時間も遅かったので、宇宙センターのみで満足。この建物の1階はSSTLが使っていて、そこで衛星の開発を行っている。

　クレイグ・アンダーウッド博士

　サリー大学が開発した衛星やコンポーネントが飾られたショーケース

　SSTLは、創立以来、サリー大学が大株主であり、大学と企業の理想的な関係が作られていたのだが、最近、大学がEADSアストリウムに株を売却することを決めた。この変化がどのような影響を及ぼしたのか。アンダーウッド博士によれば、大学にとっては小型衛星の開発だけでなく、もっと大きなプロジェクトに参画できるようになってよかったとのこと。アストリウムから大学へ研究資金も流れるので、資金面でもプラスに作用することになる。