カスタムNanoBoard周辺ボードの設計

第1部：独自の周辺機器ボードテンプレートの作成

この2部構成のテックチップの第1回目では、PB30リファレンスデザインを始点として、PCB設計を進める方法について見ていきます。それを変更して独自の周辺機器ボードのテンプレートを形成します。それとともに、カスタム周辺機器用の利用可能なIO接続についても議論します。

次回では、登録プロセスと、作成した新しい周辺機器ボードを使用してFPGA設計を始める方法について説明します。

NB2とNB3000は、多くの工学部、個人、企業の設計チームによって、新しい設計アイデアを探求し、実現するために使用されています。

NB3000は、手頃な価格だけでなく、USB（ホストおよびスレーブ）、RGB LED、TFTタッチスクリーン、絶縁リレースイッチ、ADC、DAC、RS-485、RS-232、Ethernet、MIDI、SVGA、高解像度オーディオIOなど、豊富なIOデバイスとオプションのおかげで特に人気があります。

NanoBoardsは、追加のIO機能を追加するための周辺ドーターボードの位置を持つ拡張可能な開発ボードです。このテクニカルチップを書いている時点で、Altiumからは4つの周辺ボードが利用可能です：フルサイズのPB01（オーディオコーデック、アナログビデオIO）、PB02（SD、CF、ATAなどの大容量ストレージボード）、PB03（Ethernet、USB、IrDA）、そしてNB2/NB3000への必要なコネクタと複数の異なるプロトタイピングエリアを備えたフルサイズのPB30です。

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プロトタイピングボードは、NanoBoard NB3000への接続を持つ簡単な回路を試すための素晴らしい出発点ですが、独自の周辺ボードを設計することで、無限の可能性が得られます。

この2部構成のテックチップの第1回目では、PB30リファレンスデザインから始めて、カスタム周辺ボードのテンプレートを形成するためにそれを変更する方法について見ていきます。それとともに、カスタム周辺機器用の利用可能なIO接続についても議論します。次回では、登録プロセスと、作成した新しい周辺ボードを使用してFPGAデザインを始める方法について話し合います。

周辺ボードファイルの準備

最初のステップは、周辺ボードのテンプレートを構築することです。このテックチップでは、Altium Nanoconnectorが左上にあり、NanoBoard NB3000に接続されたときにシルクスクリーンが一般的に正しい向きで表示されるように、このボードがPB30を基にしています。NanoBoard NB2を使用している場合、フルサイズの周辺ボードスペースは上部に位置しており、その場合はPB-01（オーディオ、ビデオ）ボードが良い選択肢です。なぜなら、その向きは180度回転しているからです。

Altiumの現在のリリースでは、PB30リファレンスデザインのデフォルトの位置は「C:\Program Files\Altium Summer 09\Examples\Reference Designs\PB30\」にあります。

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周辺ボードのフォルダ全体をコピーし、テンプレート用に名前を変更します。この場合、私たちはそれをPBUSERと呼んでいます。

また、プロジェクト内の実際のファイル名も変更する必要があります。これを行う簡単な方法は、古典的なDOSコマンドRENAMEをワイルドカードと共に使用することです：

AltiumでPBUSER.PrjPCBプロジェクトを開くと、以前プロジェクトのメンバーだった各ドキュメントが見つからないため、削除されるという警告が表示されます。

これは、それらのファイルを（適切に）名前変更したためです。問題ありません。プロジェクトに再度追加する必要があるだけです。コマンド「Project» Add Existing to Project...」を使用し、PBUSER*.*のすべてのファイルを選択してOKをクリックします。

これで、プロジェクトとそのすべてのファイルの名前が変更された以外は、PB30の完全な複製を持つことができました。

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次のステップは、プロトタイピングエリアを設計から取り除くことです。これはPROTO1と指定された回路図のコンポーネントを取り除くことで比較的簡単に行えます。PB30リファレンスデザインには、製造されたPCBを参照する回路図コンポーネントも含まれています。これにより、PCB自体が製品を組み立てるために必要なコンポーネントの一つとなる完全な組み立てが生成されます。しかし、私たちが作成しているテンプレートではもはや関連がないので、それも削除します。

PB30の設計には、FPGA設計の制約を自動設定するためにAltiumとのボードのIDおよび登録に使用される1-wire PROMも含まれています。私たちはその機能をカスタムPBにも欲しいので、その部品は設計に残しておきます。回路図から余分な部分を削除した後、「Design» Update PCB Document PBUSER.PcbDoc」をクリックすると、ECOプロセスが起動し、PCBに変更をプッシュして、最終的にそれらの不要な部分を削除します。このコマンドを実行する際に、一部のコンポーネントがユニークIDを使用して一致できなかったという警告が表示される場合があります。その場合は、同期を続行するためにYesをクリックしてください。同様に、コンポーネントクラスの一致を求められた場合は、Noをクリックしてください。（これらの問題もECOプロセスを実行することで解決されます。）

ECOを実行する前に見ると、ネットリストから不要なコンポーネントパッド、PROTO1コンポーネントフットプリント（プロトタイピングエリア全体）、および冗長なコンポーネントクラスとルームがすべて削除されることがわかります。新しいデザインファイルから名付けられた新しいコンポーネントクラスと新しいルームが追加されます。ECOを実行すると、このプロセスが完了し、更新されたPCB設計が開きます。

ここで見ることができるのは、プロトタイピングエリアからの元のトラックワークが残っており、ティアドロップも含まれています。トラックワークを削除するには、Tools» Un-Route» Allを使用します。ティアドロップを削除するには、それらをボックス選択して単にDeleteキーを押します。

ECOプロセスの一環として、新しいRoomがボードに追加され、トップレベルのスキーマティックにちなんで名付けられました（この場合PBUSER Double_Sized_Proto_Board）。Roomを使用したくない場合は、選択して削除するだけです。それ以外の場合は、選択して右上の角をドラッグし、そのエリアがボードを覆うようにします。

このプロジェクトには2つのPCBドキュメントがあることに気づくかもしれません - このPCBであるPBUSER.PcbDocと、PBUSERPanel.PcbDocです。PBUSERPanel.PcbDocは、メインのPCBデザインの2x2のパネライズバージョンで、埋め込みボードアレイを使用しています。メインのPCBを参照しているため、行う必要がある修正は非常に少ないです。埋め込みアレイ自体を新しいPCBドキュメントを指すように更新する必要があります。これは、小さな灰色の長方形のように見えるアレイをダブルクリックして、新しいPCBファイル名を指定することで行われます：

配列が新しい空のボードを指すと、パネル内で適切に表示されます：

この時点で、「PB30」という文字列を参照しているテキストは、この新しいボードの名前を反映するように変更する必要があります。プロジェクトパラメータから自動的に更新できる特別な文字列を代わりに使用することもできます。これは、多くの新しい設計のテンプレートとして使用される場合に特に便利です。

また、トップオーバーレイ層のバーコードは、バーコードフォントの文字列に過ぎません。Altiumボードの場合、単にボードの名前です。この場合、PBUSERに更新する必要がありますが、周辺ボード部品の名前に合わせることもできます。

テンプレートの作成

更新されたファイルとプロジェクトがすべて保存されたら、それらは新しいカスタム周辺機器ボードの設計の基礎として使用する準備が整います。また、プロジェクトとそのファイルをテンプレート フォルダにコピーすることで、プロジェクトテンプレートとしても使用できます。これはAltiumのインストール時に行います。その後、Altiumのファイル パネルでPCBプロジェクト, をクリックし、テンプレートから新規 ペインでPCBプロジェクト... をクリックし、テンプレートフォルダ内のPBUSER.PrjPcbプロジェクトを探します。新しく作成されたプロジェクトを保存するときには、テンプレートからのプロジェクトとすべてのソースドキュメントを保存する新しい場所を選択するように求められます。

ピンスワッピングとナノコネクタ

このテンプレートを使用する主な利点の一つは、NB3000またはNB2ホストにインターフェースするために使用されるナノコネクタを表す回路図コンポーネントが、ホストの固定機能IO（オーディオ、SPI、I2C、およびホストクロックなど）に対して適切なピン割り当てで事前設定されていることです。さらに、システムのハードおよびソフトJTAGチェーンは、ペリフェラルボードのナノコネクタに沿って有効化ラインと共にルーティングされており、システムに追加のFPGA、マイクロコントローラ、または境界スキャンデバイスを簡単に追加できます。もちろん、電源レールも提供されています。利用可能な電圧は1.2V、1.8V、2.5V、3.3V、および5Vです。

固定機能のIOに加えて、Nanoconnectorの一方の側は汎用デジタルIOに割り当てられており、最終的にはNB3000（またはNB2）上のユーザーFPGAに接続します。設計内のNanoconnectorコンポーネント（HDR1と指定）のこれらのピンは、すべて交換可能に事前設定されています。これは、その細かいピッチのためにコネクタ周りのルーティングが非常に密になる可能性があるため、特に便利です。この機能を使用するには特別なコツは必要ありません - 下に示された例では、ピンスワッパーはツール» ピン/パーツの交換» 自動ネット/ピン最適化から実行され、結果として得られた変更は、設計» スキーマティクスの更新 <project>を使用してリバースECOプロセスを通じてスキーマティックにフィードバックされました。

ボードのルーティングプロセスを通じて、トラックワークが完成点に近づくにつれて、ピンスワッパーを数回実行すると便利であることがわかるかもしれません。これにより、クロスオーバーが取り除かれ、カスタムペリフェラルの作成プロセスが大幅に速くなります。上記の例はわずか数日で完了し、下に3Dビューが示されています：

Nanoconnectorについての最後で非常に重要な点は、世界中どこでもAltiumから低コスト（およびボリュームディスカウント付き）で入手可能であることです。このコネクタの周辺ボードにおける注文番号は99-400-NBCです（9つのコネクタが入ったチューブが提供されます）。

...そして来月には！

これで、このテックチップの第1部を終了します。このプロセスを経てテンプレートを作成し、もちろん自社のロゴなどでパーソナライズしたら、好きなだけカスタム周辺ボードを簡単に作成できます。

このTech Tipの次の部分では、新しいカスタムボードを使用する際の「ソフト」な側面、つまり再利用可能な制約ファイルの作成方法、1-wire PROMでカードに個性を与え、FPGAプロジェクトで使用するためのマッチングポートプラグインの作成方法を紹介します。