Debug Board Schematic — Designing a 40-Channel Capture Board

English Summary

In this article, I explain how the debug board schematic for the pulse generator project was designed. Since capturing all 400 channels simultaneously was unrealistic, the debug board was designed to capture around 40 channels, which fits well with the available I/O and connector constraints of the 5 cm FPGA board. The board itself is intentionally simple: it mainly consists of connectors and resistor networks, while most of the logic is implemented inside the FPGA. The schematic and PCB layout were created using KiCad, and thanks to the simple structure, the entire design—from schematic to routing—was completed in about a day.

本文

前回の記事では、400チャンネルのパルスジェネレーターを検証するために、
専用のデバッグボードを作るという構想について書きました。

今回はその 回路図設計編です。

400チャンネルを全部見るのは現実的ではない

最初に考えたのは、

「400チャンネル全部を観測できないか？」

ということでした。

しかしこれは現実的ではありません。

今回使っている 5cm FPGA基板は、
おおよそ 130本程度のI/Oがありますが、

• 電源
• 通信
• 制御信号

などを考えると、すべてを観測用に使うわけにはいきません。

さらにコネクタや配線の都合もあります。

そこで今回は割り切って、

約40チャンネルの波形を測定するデバッグ装置

として設計することにしました。

制御信号も一緒に取り込む

今回のパルスジェネレーターは、
単に波形を出すだけではなく、

コマンドを送って制御する仕組み

があります。

そのためデバッグボードには

• 波形観測用の信号ライン
• パルスジェネレーターへの制御信号

の両方を接続できるようにしました。

これにより、

• 波形取得
• 制御コマンド送信

を同じ環境で行えるようになります。

回路は驚くほどシンプル

今回のデバッグボードは、

実はかなりシンプルな構成です。

というのも、

ほとんどの処理はFPGA側で行うからです。

デバッグボード側には

• コネクタ
• 保護用抵抗

程度しかありません。

つまり、

信号をFPGAに引き込むためのブレークアウト基板

に近い構成です。

このようにシンプルにした理由は、

• 開発スピードを優先する
• 不要な回路を増やさない
• FPGA側で柔軟に処理する

という考え方からです。

KiCadで回路図とパターンを作成

回路図とPCB設計は KiCad を使用しました。

今回の設計は比較的シンプルだったため、

• 回路図作成
• パターン設計

を含めて

おおよそ1日程度で完成

しました。

受注案件では、

必要な検証環境を短時間で作る

というのも重要なポイントです。

コネクタライブラリの問題

今回一つだけ手間があったのが、

指定されていたコネクタのライブラリがKiCadに無かった

ことです。

そのため、

オープンソースの部品ライブラリである

Ultra Librarian

からダウンロードして
KiCadに組み込みました。

こうしたライブラリを活用すると、

部品データを自分で作る手間を大きく減らすことができます。

次回

次回は

JLCPCB編

トラブル発生です。

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