配線データの作成

動画で1日マスタ！プリント基板 KiCAD 教科書

最適な配線を目指す

KiCadによる配線作業は，接続情報であるラッツネストを確認しながら，最短距離で信号線を引くことが基本です．配線はできるだけ表面層（F.CU）で行い，裏面層（B.CU）は交差回避や補助に利用します．部品のフットプリントの位置や角度を調整し，無駄のないレイアウトを目指します．配線幅は電流許容量を満たすよう，できる限り太く設定します．

配線の曲げ角度は90°を避け，45°程度に保つことが推奨されます．鋭角な配線は電磁放射や腐食の原因となるため，避ける必要があります．USBの高速データ線は特にこの点に注意し，できるだけ滑らかに，かつ短く配線します．

USB通信線の取り扱いと保護

USB_DMおよびUSB_DPは差動信号であり，BM83と接続されます．この2本の配線は，保護ダイオードTPD4E1B06（U1）のパッドを経由し，過電圧サージからBM83を保護します．配線経路は以下のとおりです:

1. USBコネクタから保護ダイオードU1のパッドに接続
2. ビアを使って裏面に回す
3. 裏面でBM83の端子と接続

USBの+5V電源ラインについてもU1で保護しますが，電流許容量の関係でパッドは経由せず，ネックダウンにより太い配線を途中から使用します．

交差の解決と整った配線の工夫

BM83周辺では多数の信号線が密集しており，表面だけでは配線が困難です．ビアを用いて裏面に配線を回すことで交差を回避します．このとき無駄なビアの追加を避け，信号線どうしをできるだけ平行に配線すると，視認性と保守性が向上します．

1. 信号線を平行に揃える
2. ビアの並びを整える
3. ベタ・グラウンドの面積を最大化

配線の終盤では，SYS_PWR信号など共有信号の配線を太く，裏面を活用して効率よく完了させます．

差動信号とは何か

差動信号（Differential Signal）は，2本の信号線を対にして送信する方式です．一方が正，他方が負の電圧をもち，差分によって信号を伝達します．この方式により，外来ノイズの影響を受けにくくなり，長距離かつ高速な通信が可能になります．USB_DMとUSB_DPは代表的な差動信号です．

差動信号の大きな利点は以下のとおりです:

1. 共通モード・ノイズを打ち消す
2. グラウンド電位差に強い
3. 伝送線の終端処理が可能

差動配線では，2本の信号線を平行に，同じ長さで引く必要があります．長さが異なると，波形のタイミングがずれ，通信エラーの原因になります．

KiCadにおける差動信号配線

KiCadは差動配線の支援機能をもっています．差動ペアを定義すると，2本の配線を同時に引くことができ，長さの自動調整も可能です．ただし，完全な自動化は難しく，適宜手動での調整が必要です．

本事例では，USB_DMとUSB_DPを保護素子の端子を経由してBM83に接続しています．これは，サージからの保護と，配線の直線性，短距離性を両立させるためです．裏面に回す必要がある場合は，ビアを使って層を切り替えますが，高速信号では可能な限り1層で完結させるのが望ましいです．

配線時の実践的注意点

差動信号を配線する際は，次の点に注意します:

1. 2本の配線をできるだけ同じ長さにする
2. 配線角度を滑らかにする
3. 外来ノイズが入りにくいルートを選ぶ

配線が長くなる場合でも，できるだけ直線的に配線し，余計な折れや迂回を避けます．これは信号品質を保つために重要です．また，差動ペアはほかの信号線から一定の距離を取るよう設計します．これによりクロストークを防ぎます．

〈著：ZEPマガジン〉

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著者紹介

• 2010年　沼津工業高等専門学校　専攻科　卒業
• 2010年　FA機器/ハード・ディスク製造装置設計業務に従事．その後ベンチャーにて半導体検査/医科学用電子顕微鏡，半導体製造装置，理化学機器の研究開発設計に従事
• 2020年　静岡県創業者育成施設審査通過し，個人事業として独立
• 2022年　株式会社ディスクリテック設立，現在に至る

著書

1. ［VOD/KIT/data］実験キットで学ぶ 電源・アナログ回路入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
2. ［VOD］動画で一緒にプリント基板開発 KiCad超入門【KiCad 6対応 完全マニュアル】，ZEPエンジニアリング株式会社．
3. ［VOD］動画で一緒にプリント基板開発 KiCad超入門【KiCad 6対応 プロの仕上げ技101】，ZEPエンジニアリング株式会社．
4. ［VOD/KIT］すぐ動く！BM83 Bluetoothスタータキット，ZEPエンジニアリング株式会社．
5. ［VOD/Pi KIT］MATLAB/Simulink×ラズパイで学ぶロボット制御入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
6. ［VOD/KIT］MATLAB/Simulink×ラズパイで学ぶロボット制御入門
7. 一人で始めるプリント基板作り，トランジスタ技術Special No.127， CQ出版社
8. 商用利用OK！噂の完全フリー基板作成ツール KiCad，トランジスタ技術2015年3月号，CQ出版社．
9. 1枚100円も！世界のプリント基板ネット通販メーカ，トランジスタ技術2016年7月号，CQ出版社．
10. 部品の足にジャストフィット!フットプリント作成，トランジスタ技術2017年5月号，CQ出版社．
11. コネクタなどの特殊部品のフットプリントを高速自作!CQ FootprintTracer，トランジスタ技術2017年10月号，CQ出版社．
12. はじめてみませんか？プリント基板ネット通販生活，トランジスタ技術2018年2月号，CQ出版社．
13. 工作実験室で活躍中！高コスパ電子工作ツール一覧，トランジスタ技術2018年12月号，CQ出版社．
14. 成功間違いなし!　BGA配線 10の基本ルール，トランジスタ技術2020年5月号，CQ出版社．

参考文献

1. ［VOD］高速＆エラーレス！5G×EV時代のプリント基板＆回路設計 100の要点，ZEPエンジニアリング株式会社．
2. ［VOD］ Before After！ ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】/【IoT・無線・通信編】，ZEPエンジニアリング株式会社．
3. ［Book/PDF］デシベルから始めるプリント基板EMC 即答200，ZEPエンジニアリング株式会社．
4. ［VOD/KIT］ポケット・スペアナで手軽に！基板と回路のEMCノイズ対策 10の定石，ZEPエンジニアリング株式会社．
5. ［VOD］事例に学ぶ放熱基板パターン設計 成功への要点，ZEPエンジニアリング株式会社．