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マイクロマウス研修(のり)[4]KiCADフットプリント割付けと発振回路

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KiCADでフットプリント割付けを行います。
フットプリントというのは、基板に実装するときに必要なパットや外形のことです。
回路図にある各部品とフットプリントを、それぞれリンクさせる必要があります。

よく使う抵抗やコンデンサ等の部品はKiCADにライブラリがあるので、そこから選択します。ライブラリにない場合でも同形状のものがあれば選択してフットプリントを割付けます。
その時に困るのが、それぞれの部品はどういった名前でライブラリ登録されているのか探し回ってしまうことです。
コンデンサはCapacitor、抵抗はResistorとすぐわかりますが、スイッチはButtonのフォルダにあったり。

一番探し回ってしまったのが、マイコンに基準クロックを入力する発振回路部品のところです。

結局、Digi-keyからよさそうな共振子を探してデータシートを見ながらフットプリントを作成しました。

ここで、解説。

発振回路部品には、振動子、共振子、発振器と種類があり、それそれ英語では、Crystal、Resonator、Oscillatorとなります。

以下は、NUCLEO-F446ZEとNUCLEO-F446REにそれぞれ搭載されている振動子(X2 32.768kHz)の写真

振動子は、水晶やセラミック、シリコン振動子などの種類があり、ある特定の周波数電圧を出力する装置です。
共振子は、振動子に調整用の負荷容量(コンデンサ)を追加内蔵したものです。
発振器は、振動子に内部にインバータを搭載していて、最初から調整済みの矩形波電圧が出力されるものです。こちらは電源が必要となります。

マイコンによっては、周波数偏差1%くらいの内蔵オシレータがあり、STM32F446も内部にあるので利用可能です。NUCLEOも内蔵オシレータを使用しています。
ただ、USB通信やLAN通信などの高速通信を利用する場合は、周波数偏差1%だと誤差として大きい場合があり、精度のよい外部発振回路部品を利用するのが一般的です。

また、マイクロマウスのように移動したり壁にぶつかったして、基板に振動や衝撃があるような場合は、振動に弱い水晶を避けると良いらしいです。

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