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トランジスタ技術SPECIAL

トランジスタ技術SPECIAL for フレッシャーズ

プリント基板作りの基礎と実例集(SP No.115)

こうやって配線すれば確実に動かせる!

B5判 144ページ
定価1,944円(税込)
JANコード:JAN9784789849159
2011年7月1日発行
トランジスタ技術SPECIAL編集部 / 編
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 身の回りの電子機器内の回路はほとんど例外なくプリント基板上に形成されています.電子回路設計の現場では,このプリント基板の設計技術は必須です.性能の良い動作の安定した基板をいかに効率良く安価に作るかが求められます.
 本書は初級回路技術者がこの基板設計技術を基礎の基礎から,そしてCADを使った実際の設計方法や製作発注までの実務的ノウハウまでを学べるように構成しました.まず,電子部品のレイアウトと電子部品どうしを結線するテクニックをマイコン/ディジタル応用回路から電源回路/アナログ回路まで,実際の回路図を示しながら,配線のポイントを説明した後,CADソフトを使いながら実際に回路基板を製作するプロセスと注意点を解説します.
目次

イントロダクション 基板ってどんなもの? どうやって作るの?
 プリント基板設計入門
I-1 プリント基板とは
 あらゆる電子機器に入っている縁の下の力持ち
I-2 プリント基板のパターンとは
 回路図をもとに電子部品どうしを配線する
I-3 なぜCADを使うのか
 回路・パターン設計,基板製造,部品実装のデータを共通化する
本書のナビゲーション目的に合わせてどこからでも読もう!
 パターンを描く基本からPCB CADを使った設計まで


◆基礎編

第1章 回路図という理想的な世界から現実の世界へ
 基板を意識した回路図を描こう!
1-1 回路図はパソコンCADで具現化していく
 基板設計の流れを確認しよう
1-2 「プリント基板」という現実を意識して回路図を描く
 基板の仕上がりを想像しながら描こう
1-3 部品は信号の流れに従ってレイアウトする
 大規模回路もブロック図で流れを整理する

第2章 搭載部品の性能を引き出す高性能な基板を作る
 部品のレイアウトとパターン設計の基本
2-1 部品配置とアートワークの基本
 発熱部品や高速信号ラインなどには特に注意する
2-2 パターン設計で必要となる実用知識
 スルー・ホール径,基板分割法,浮きベタの残銅率などに注意
2-3 パターン設計CADにおける回路図作成のポイント
 部品ライブラリを準備してオート・ルータを活用しよう
2-4 プリント基板設計CADによるパターン設計
 パターン層の構造や各部名称,パターン設計の流れについて学ぼう
コラム
 銅箔の厚みは単位面積当たりの重さで表す

第3章 回路図の裏側を読み解き確実に動作する基板を作ろう
 プリント・パターンを描く基本テクニック
3-1 良いパターンの基準
 パターンは回路中でインピーダンス素子になる
3-2 基本中の基本! 良いパターンの描きかた
 グラウンドの戻り電流への対策や,アンテナを作らないためのテクニック
3-3 パターン設計を依頼する際の注意
 設計者の意図が伝わるような回路図を描くことが一番大切
コラム
 プリント・パターンは立派な電子部品だ!

第4章 多電源システムから高速ディジタル回路まで
 電源とグラウンドの配線テクニック
4-1 電源とグラウンドの役割
 電力の供給と基準電位の付与が本来の役割.ノイズを伝搬させないようにする
4-2 配線に電流が流れるときの基板のふるまい
 パターンの発熱と高周波におけるインダクタンス成分の影響を見積もる
4-3 配線の五つの基本テクニック
 グラウンドには電源パターンのリターン電流が流れている
4-4 電源,グラウンド配線の実際
 パスコン,ローパス回路の使用や配線抵抗による電圧降下の見積もりなど
コラム
 基板用語には方言がある?
 電源回路を中心に負荷をレイアウトするのが理想だが…
 パルス波形からミスマッチの原因を探る

Appendix 1 パターンは回路素子の一部と考えよう
 プリント基板のインピーダンス・マッチングとは
Appendix 2 マイコン/FPGA/メモリ/ロジック搭載基板設計の必須知識
 表面実装ICのパッケージとフット・プリントの種類


◆実践編

第5章 7セグメントLED周辺や内蔵ADCを利用するセンサ応用回路まで
 マイコン周辺回路の配線実例集
5-1 LED電流の流れる配線はできるだけ短く
 大きな電流のスイッチングはノイズの原因になる
5-2 7セグメントLEDのコモン端子のパターンは太く
 コモンを流れる電流の大きさに注意
5-3 高湿度下で使う基板の配線例
 リーク電流の発生を避けるためパターンの間隔に注意する
5-4 マイコン内蔵A-Dコンバータとプリアンプ周りのアナ/ディジ分離テクニック
 ディジタルとアナログのグラウンドはマイコン近くの1点でつなぐ

第6章 DDR-SDRAMからPCI-Expressまで
 ディジタル回路の配線実例集
6-1 BGAからのパターンの引き出しと層数の見積もり方法
 ピン間3本ルールで256ピン・フルグリッドBGAを配線する
6-2 メモリ・デバイス周りの配線を最小にするパターンニング
 データ・バス幅32ビットのSSRAMを基板の表裏に配置する
6-3 DDR-SDRAMのデータ・バスのタイミング誤差をなくす配線
 2.54mm以内の誤差でパターン配線の等長配線を行う
6-4 PCI/PCI-Xバスのパターンニング
 パターンの長さやパターン・インピーダンスに規定がある
6-5 PCI-Expressのパターンニング
 8レーンの2.5Gbpsの差動信号を伝送する
コラム
 ガーバ・ビュワで出図データを確認する

第7章 OPアンプ応用回路から高精度A-Dコンバータまで
 アナログ回路の配線実例集
7-1 OPアンプを使った全波整流回路のパターンニング
 差動回路を使い部品配置とパターンを対称にする
7-2 フォト・カプラ周りの配線の基本
 直下のパターンは1次側と2次側を十分に分離する
7-3 100Vを超える商用電源ラインのパターンニング
 未使用のランドが部品と接触しないようにくふうする
7-4 24ビット分解能を引き出すA-Dコンバータ周辺のパターンニング
 基準電圧の精度を重視し,リモート・センシングやケルビン接続などの配線技法を使用する
コラム
 リモート・センシングの動作

第8章 ミュート回路から多チャネルD-Aコンバータまで
 オーディオ回路の配線実例集
8-1 ミュート・トランジスタで吸い込む電流は最短でグラウンドへ
 消音回路でノイズを出さないために
8-2 チャネル間干渉のないミキシング回路のパターンニング
 ICのピンに合わせて入力信号経路を分離する
8-3 高ゲインのトランジスタ・アンプで発振やノイズを減らすパターンニング
 エミッタ周りのデバイスを入出力回路と離す
8-4 伝送ひずみを抑えるディジタル音声信号送受信回路のパターンニング
 特性インピーダンスの不明な経路やディジ/アナ双方のグラウンドの接続に注意する
8-5 雑音やひずみを抑える多チャネルD-Aコンバータ周辺のパターンニング
 アナログ・グラウンドは相互にベタで接続,ディジ/アナ相互のグラウンドはDAC直下で接続する
8-6 A-DとD-Aを内蔵したICの入出力のパターンニング
 AGND,DGNDともベタが基本,AGNDにはスリットが必要
コラム
 ミュート専用トランジスタとは
 OPアンプの入力端子の引き回し方
 D-Aコンバータの内部回路とディジ/アナ・グラウンド

第9章 バッファ・アンプからHDTV変換回路まで
 ビデオ応用回路の配線実例集
9-1 帯域が数十MHzのビデオ・アンプのパターンニング
 電流帰還型OPアンプとチップ部品で構成した
9-2 D-Aコンバータ周辺のアナログ系/ディジタル系の分離テクニック
 DACを挟んで,基板上でディジタル・ブロックとアナログ・ブロックをはっきりと分けるのがポイント
9-3 アナログ信号精度を確保したディジタル・ビデオ・エンコーダのパターンニング
 ディジタルとアナログのグラウンドをIC近くの1点でフェライト・ビーズを使って接続する
9-4 25M〜165Mp/sを確実に伝送する差動インターフェースのパターンニング
 差動ペア配線のパターン引き回しがポイント
9-5 同軸ケーブルによる1.485Gbps伝送出力のパターンニング
 マイクロストリップ・ラインを調整してインピーダンス整合をとる

第10章 広帯域アンプからVCO回路まで
 広帯域&高周波回路の配線実例集
10-1 入力インピーダンス1MΩ,フラットネス50MHzのOPアンプ増幅回路のパターンニング
 反転入力回路の浮遊容量を目安として0.5pF以下にする
10-2 50M〜6GHz広帯域アンプの性能を引き出すパターンニング
 FR-4は基本的に使用できない,tanδの小さい材料を選ぶ
10-3 直流から2.5GHzまでを切り替えるRFスイッチ回路のパターンニング
 配線パターン幅は1.8mm,Z0=50ΩのMSLとする
10-4 4GHz帯VCOのパターンニング
 ビア・ホールもインピーダンスをもつことに注意

第11章 リニア・レギュレータからゲート・ドライブ回路まで
 電源&パワー回路の配線実例集
11-1 表面実装型リニア・レギュレータの放熱用パターンの描き方
 データシートを利用して放熱バッドの大きさを求める
11-2 低電圧動作IC用DC-DCコンバータのパターンニング
 出力用グラウンドと内部回路用グラウンドを分けるのがポイント
11-3 フォト・カプラを使ったゲート・ドライブ回路のパターンニング
 ゲート配線を短くするのがポイント
11-4 専用ICを使ったゲート・ドライブ回路のパターンニング
 ゲート・ドライブ信号線と出力信号線はそれぞれ平行に近付けて配線する

Appendix 3 個人であっても1枚からの試作に対応してくれるところを探そう
 プリント基板製造メーカ一覧
Appendix 4 経費と時間のロスを未然に防ぐ
 基板発注チェック・リスト

第12章 EAGLE無償版のインストールと起動まで
 PCB-CADを使って基板設計を体験しよう
12-1 PCB-CAD EAGLEのダウンロードと無償版のインストール
 最新ツールをインターネットから入手する
12-2 EAGLEの起動と回路図入力の準備
 新規プロジェクトを作成する

第13章 PCB設計用回路図をEAGLEに入力する
 プリント基板設計用の回路図を作ろう
13-1 ディジタルICを回路図に追加する
 既存ライブラリをそのまま使う
13-2 ICの周辺回路を入力して回路図を作成する
 抵抗,コンデンサ,コネクタ,電源など

第14章 基板作成に必要な部品ライブラリについて詳述する
 部品ライブラリを追加して回路図を完成させる
14-1 ピン順と外形が同じ部品がある場合
 よく似た部品を探す…その1
14-2 パッケージだけが異なる場合
 よく似た部品を探す…その2
14-3 ネットでライブラリを検索する
 よく使われる部品は誰かが作っている
14-4 シンボルだけが異なる場合
 既存のパッケージを利用する
14-5 既存のシンボルをコピーして修正する
 よく似た部品を探す…その3

第15章 EAGLEのオート・ルータを活用してパターンを作ろう
 部品の配置,パターン作成と基板メーカへの発注
15-1 部品の配置とパターン作成
 オート・ルータで瞬時にパターンを描く
15-2 基板データの作成と発注
 CAMプロセッサでガーバ・データを出力

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