5cm Zynq基板の作成 HDMIコネクタの選定ミスを配線中に発見
5cm角Zynq基板の配線を進めている途中で、いくつかの設計ミスが見つかりました。
その一つが、HDMIコネクタの選定とフットプリントです。
購入予定の部品と基板上のパターンを見比べたところ、コネクタの形状が合っていないことに気づきました。基板製造後ではなく、配線中に発見できたため、コネクタを変更して修正できました。
画像処理の確認用にHDMIを搭載
今回の基板では、将来的な画像処理への対応も考え、動作確認用としてHDMI出力端子を搭載することにしました。
ただし、基板サイズは5cm角です。一般的なHDMI Type Aコネクタは大きく、限られた基板スペースに配置するのは難しくなります。
そこで、当初はカメラなどでも使われる小型のMini HDMI、Type Cコネクタを選んでいました。
HDMIを本格的な映像機器として使うというより、Zynqから映像を出力できることを確認するための端子です。そのため、できるだけ小型のコネクタを採用したいと考えていました。
購入部品とフットプリントの形が合わない
配線を進めながらコネクタ周辺を確認していると、基板上に配置したフットプリントの形状に違和感がありました。
購入予定のHDMIコネクタと比較すると、外形や端子配置が一致していません。
HDMIコネクタは、同じType CやType Dであっても、製品によって次の部分が異なる場合があります。
- 信号端子の配置
- シールド固定端子の位置
- 基板端からの張り出し量
- 表面実装端子とスルーホール端子の構成
- コネクタの高さ
- 推奨フットプリント
コネクタの規格が同じだからといって、異なる型番のフットプリントをそのまま使用できるとは限りません。
今回は、購入する部品と基板のパターンが一致していないことに配線中に気づき、慌ててコネクタを選び直しました。
Type A、Type C、Type Dのどれを選ぶか
HDMIコネクタには複数の種類があります。
- Type A：一般的な標準サイズ
- Type C：Mini HDMI
- Type D：Micro HDMI
ケーブルの入手性だけを考えると、Type Aが最も使いやすいと思います。家電量販店やコンビニなどでも入手しやすく、手元に持っている人も多い規格です。
しかし、5cm角基板ではType Aのサイズが大きな問題になります。
Type Cも候補にしましたが、最終的には、さらに小型のType Dを採用することにしました。
Raspberry Piの採用を見てType Dを選択
Type Dは非常に小型ですが、Type Aと比べるとケーブルを入手しにくく、取り扱いも少し不便です。
どのタイプを採用するか、かなり悩みました。
その中で判断材料になったのが、Raspberry PiでMicro HDMI Type Dが採用されていることです。
Raspberry Piのように広く使われている製品で採用されていれば、対応ケーブルや変換ケーブルがすぐになくなる可能性は低いと考えました。Type Aほど手軽ではありませんが、必要なケーブルは今後も入手しやすいと判断しました。
そこで今回は、使いやすさよりも基板面積を優先し、Type Dコネクタへ変更しました。
幸い、配置変更できるスペースが残っていた
コネクタを変更すると、外形だけでなく、信号端子や固定端子の位置も変わります。
そのため、フットプリントを差し替えるだけではなく、周辺の部品配置とパターンも修正する必要がありました。
今回はコネクタ周辺に多少の余裕が残っていたため、Type Dコネクタへ置き換え、関連する配線を修正できました。
もし周辺まで部品と配線で埋まっていたら、大幅な配置変更が必要になっていたかもしれません。
小型基板では空いている場所をすべて使いたくなりますが、設計変更のための余裕を少し残しておくことも重要だと感じました。
配線工程でミスを発見できた
回路図や部品表だけを確認していると、コネクタの外形や基板端との位置関係までは見落とすことがあります。
実際に基板上へ配置し、周辺の配線を行う段階になると、次のような問題が見えやすくなります。
- 部品とフットプリントが一致しているか
- コネクタが基板外へ正しく出ているか
- ケーブルを挿抜できるか
- シールドや固定端子が干渉しないか
- 周辺部品との間隔が十分か
- 配線を無理なく引き出せるか
今回は、配線作業そのものが設計レビューの役割を果たしました。
基板を発注した後に気づけば、コネクタを実装できない、またはケーブルを接続できない可能性があります。配線中に違和感を持ち、部品とフットプリントを再確認できたのは幸いでした。
普段使わないコネクタほど注意が必要
USBコネクタは普段から使う機会が多いため、Type-A、Micro-B、Type-Cなどの違いをある程度把握しています。
一方、HDMIコネクタは使用頻度が低く、Type CとType Dの違いや、各製品の実装方法まで十分に意識できていませんでした。
普段あまり使わないコネクタでは、名称や外観だけで判断せず、次の資料を照合する必要があります。
- メーカーのデータシート
- 製品型番
- 寸法図
- 推奨フットプリント
- 3Dモデル
- 実際に購入する部品の写真
特に、ライブラリから既存のフットプリントを選ぶ場合は、購入する型番との一致を必ず確認した方がよいでしょう。
まとめ
5cm角Zynq基板の配線中に、購入予定のHDMIコネクタと基板上のフットプリントが一致していないことに気づきました。
当初はMini HDMI Type Cを検討していましたが、基板面積と今後のケーブル入手性を考え、最終的にRaspberry Piでも採用されているMicro HDMI Type Dへ変更しました。
幸いコネクタ周辺にスペースが残っていたため、部品配置と配線の一部を修正して対応できました。
今回の経験から、コネクタは規格名だけでなく、購入する型番、推奨フットプリント、外形寸法まで照合する必要があると改めて感じました。
また、配線工程は単にパターンを引く作業ではなく、回路図や部品選定のミスを発見する重要な設計レビューでもあります。
製造前に気づくことができて、本当に助かりました。
English Summary
During PCB routing, I discovered that the selected HDMI connector did not match the footprint placed on the 5 cm Zynq board.
A full-size HDMI Type A connector was too large for the compact board. I initially considered a Mini HDMI Type C connector, but eventually changed to a Micro HDMI Type D connector. Its adoption in widely used Raspberry Pi products also gave me confidence that compatible cables and adapters would remain reasonably available.
Fortunately, there was enough space around the connector to replace the footprint and reroute the affected signals before manufacturing.
This experience highlighted an important PCB design lesson: connectors with the same interface standard do not necessarily share the same mechanical dimensions or recommended footprint. Routing is also an effective design-review stage because mechanical and footprint problems often become visible only when the actual placement and signal paths are examined together.
