電子デバイスの中を見て、それらの緑のボードが何をしているのか疑問に思ったことはありませんか？これらはPCB（印刷回路板）であり、ほぼすべてのガジェットの背後にある脳です。しかし、それらを読むことは、初心者にとって必ずしも簡単ではありません。
この投稿では、PCBが何であるか、そして1つを読むことを学ぶことが、エンジニア、学生、技術愛好家にとって重要なスキルである理由を説明しています。 PCBの部分、回路を追跡する方法、およびシンボル、レイヤー、およびコンポーネントをデコードする方法を学習します。
PCBの構造を理解する
回路基板を拾うと、小さな線と部品が付いた緑色のシートのように見えるかもしれません。しかし、実際には、その表面の下で一緒に動作する層状システム全体があります。 PCBを実際に読んで理解するには、各レイヤーが何をするか、どのように接続するかを知る必要があります。
PCBの層は何ですか？
すべてのPCBは、基板と呼ばれる基本層から始まります。これがボードにその強さと形を与えるものです。ほとんどの場合、それはタフなグラスファイバー素材であるFR-4で作られています。特に、特に熱が懸念される場合、エンジニアはポリイミドまたはセラミックさえも使用します。これらの材料は、より高い温度を処理し、厳しい条件でのパフォーマンスを向上させます。
ベースのすぐ上に、銅層があります。これらは、ボードのある部分から別の部分に電気信号を運ぶ薄い経路です。単純な単一層PCBでは、銅のシートが1つしかありません。しかし、より複雑なデザインには、両側または複数の内側の層に銅があります。これらの余分なレイヤーにより、ボードは狭いスペースでより多くの信号と送電線を処理できます。
銅の上には、はんだマスク層があります。これは通常、ボードに色を与えるものです。多くの場合、緑色、青、青、黒も一般的です。はんだマスクは、痕跡と他の金属間の偶発的な接触を防ぎます。また、溶融したはんだを行くことになっている場所に保管することにより、はんだ付けプロセスにも役立ちます。
次に、シルクスクリーン層があります。これは、ボードに印刷された白いレタリングとシンボルです。抵抗器番号、コンデンサの値、積分回路の方向などのラベルを付けます。シルクスクリーンマーキングは、物事をどこに接続するかを把握するのに役立ちます。
一部のボード、特に高性能エレクトロニクスで使用されるボードには、追加の内部層があります。これらには、安定した電圧と埋め込み容量層を提供する専用の電力面と、電力供給を滑らかにすることができます。これらの隠されたレイヤーにより、PCBがより効率的で信頼性が高くなります。
PCBトレースとVIAとは何ですか？
レイヤーがわかったので、コンポーネント間のパスをたどる時が来ました。これらのパスはトレースと呼ばれます。それらは、都市を結ぶ道路のように、小さな銅線のように見えます。トレースには電気信号があり、それらにはさまざまなタイプがあります。信号トレースはコンポーネント間でデータを送信します。電源トレースは電圧を供給し、地上トレースは信号を安全なリターンパスにします。
しかし、信号がレイヤー間でジャンプする必要がある場合はどうなりますか？そこで、Viasが入ってきます。Viasは、ボードに穴を開けた小さな穴で、導電性材料が埋められているか、並んでいます。それらは信号のためにエレベーターのように振る舞います。スルーホールバイアスは、上から下層に移動します。ブラインドバイアスは、表面から1つの内側の層にのみ移動します。埋もれたバイアは内側に隠れており、外側に到達せずに内側の層をつなぎます。
PCBを効果的に読み取るには、目やマルチメーターでさえこれらのトレースをたどる必要があります。電源から始めて、それがどこに行くのかを見てください。分岐する痕跡を探して、それらのいずれかがVIAを通過するかどうかを確認します。多層ボードでは、表面上のすべての接続が表示されるわけではありませんが、場所を介して内部で何が起こっているのかについての手がかりを与えることができます。
すべてのレイヤー、トレース、およびVIAがどのように連携するかを確認することを学ぶと、PCBが実際にどのように機能するかを理解しやすくなります。
PCB回路図の読み方
あなたがPCBを見て、迷子になっていると感じるなら、あなたは一人ではありません。そのため、概略図が存在します。それらを回路の青写真、つまりシンボリックマップに配置されたすべてのワイヤー、コンポーネント、接続と考えてください。回路図は、ボードが物理的にどのように見えるかを示していませんが、すべてが舞台裏でどのように機能するかを説明しています。
PCB設計の概略図とは何ですか？
回路図は、回路の単純化された図面です。実世界の形状の代わりに標準シンボルを使用します。コンポーネントの正確なサイズ、位置、または形状は表示されませんが、電気がシステムを流れる方法を示しています。ロードマップのように接続をたどることができます。
各概略図は、一連のユニバーサルルールに基づいて構築されています。これらのルールは、IEC、IEEE、ANSIなどの組織からのものです。彼らは、世界中のエンジニアが混乱なく同じ図を読むことができるように、各シンボルの意味を定義します。ドイツまたは日本の抵抗記号を読んでいるかどうかにかかわらず、同じ基本基準に従います。
回路図は、物理PCBに緊密に接続されています。ボードが作成される前に、エンジニアは回路図を使用して、すべてがどのように機能するかを計画します。その後、このデザインは、シンボルが実際の部分と銅の経路に変わる実際のレイアウトになります。
回路図シンボルを解釈する方法
前の概略図がありたら、行から始めます。直線はワイヤまたはトレースを表します。 2本の線が出会ってドットがあるとき、それはジャンクションです - それらの線は接続されています。ドットは、ワイヤーが触れることなく交差するだけです。これらの詳細は、回路をトレースしている場合に非常に重要です。
各コンポーネントには独自のシンボルがあります。抵抗器は、多くの場合、ジグザグまたは長方形です。コンデンサは2つの直線で、偏光がある場合は1つの直線です。ダイオードは、線を指す三角形です。トランジスタはより複雑に見えます。現在の流れ方向を示す矢印のある円を使用します。統合回路は、複数のピンを備えた長方形です。
また、全体にパワーとグラウンドシンボルが表示されます。 GNDは地面の略です。通常、下向きの三角形または積み上げ線のように見えます。 VCC、VDD、または +Vは、正の電力がどこに入るかを示しています。これらのシンボルに従うことで、回路がどのように駆動され、信号が始まるか停止するかを理解するのに役立ちます。
概略記号とPCBフットプリント
ここで、物事が少し難しくなることがあります。概略図に表示されるシンボルは、実際のボードでコンポーネントがどのように見えるかではありません。そのため、PCBデザイナーはフットプリントと呼ばれるものを使用しています。
概略記号は、コンポーネントが電気的にどのように機能するかを示しています。フットプリントは、ボード上に物理的にどのように収まるかを示しています。例として抵抗器を取りましょう。回路図では、それはジグザグです。 PCBでは、2つのパッドがあり、それらの間に小さな長方形があります。ダイオードの場合、概略図は三角形と線を使用しますが、フットプリントは極性を示す線の2つの小さなパッドです。 ICSは最も異なります。それらは回路図の単純な長方形のように見えるかもしれませんが、ボードでは、パッケージタイプに合わせてたくさんのピンが表示されます。
回路図と実際のPCBを行き来できることは、電子機器を構築、修正、または設計するときに最も有用なスキルの1つです。
シルクスクリーンの注釈とマーキング
PCBをひっくり返したり、その表面をよく見ると、白いテキスト、シンボル、およびその上に印刷されたアウトラインに気付くでしょう。その層はシルクスクリーンと呼ばれます。見た目だけではありません。ボードの組み立て、テスト、修理を支援するためにあります。そのレイヤーに印刷されたものはすべて、コンポーネントを識別して配置するときにあなたの生活を楽にすることを目的としています。
シルクスクリーンは、各部分が何であるか、どこに行くのか、どのように直面するべきかを教えてくれます。多くの場合、コンポーネントの形状に合った小さな長方形または円が表示されます。これらは、抵抗器、コンデンサ、チップなどの部品を配置する場所を示す概要です。これらの概要に加えて、文字と数字で作られたラベルを見つけます。
これらのラベルは、参照指定子と呼ばれます。それぞれは、コンポーネントタイプを伝える文字から始めます。たとえば、Rは抵抗器、Cはコンデンサ、Dはダイオード、Qはトランジスタ、Uは統合回路です。数字は、R1やC5などの順序を示しています。これらを使用すると、ボードに見られるものと概略図と一致します。
オリエンテーションも重要です。ダイオード、偏光コンデンサ、チップなどの一部の部分は、特定の方法で直面することが不可能です。そのため、シルクスクリーンマーキングには極性インジケーターが含まれることがよくあります。ストライプ、プラスサイン、またはドットは、どのピンが正またはピン1があるべきかを示すことができます。 ICSには、ピン1をマークするために1つのコーナーの近くに小さな円またはノッチが印刷されていることがよくあります。ダイオードには、現在の流れの方向に合わせて矢印またはバーが印刷されています。
また、GND、 +、 - 、VCC、VDDなどのラベルも表示されます。これらは、パワーとグラウンドの接続がどこにあるかを教えてくれます。 GNDは地面の略です。 VCCまたはVDDは通常、正の電源をマークします。これらのマーキングは、テスト中または外部デバイスを接続するときに役立ちます。ボード上で明確にラベル付けされている場合、適切なスポットを見つける方がはるかに簡単です。
シルクスクリーンマーキングは電流を運ぶことはありませんが、多くの情報が含まれています。彼らはあなたのサーキットの道路標識のようなものであり、各エリアが何のために、そして各部分が何をしているのかを示しています。
目視検査技術
PCBを読んで理解する最も簡単な方法の1つは、注意深く見ていることです。目視検査では派手な機器は必要ありませんが、ボードのレイアウトや何かが間違っているかどうかなど、多くのことを明らかにすることができます。これは、マルチメーターやオシロスコープなどのツールを使用する前に技術者が最初に行うことです。
目でPCBを検査する方法
照明を正しくすることから始めます。良い光は、ボードの表面に小さな詳細を見るのに役立ちます。角度のある照明は、影を投げかけたり、部品を上げたりずれとしたりすることができます。 UVライトは、コーティングをチェックしたり、通常の照明の下で見逃している可能性のある汚染物質を見つけるときに特にうまく機能します。透明または半透明のボードがある場合は、バックライトを試すことができます。これにより、隠された痕跡とViasが見やすくなります。偏光は別のトリックです。光沢のある金属パッドとはんだジョイントからのまぶしさを減らし、目が小さな欠陥に集中するのを助けます。
簡単なツールを使用して、ジョブを簡単にします。基本的な拡大ガラスは、ほとんどのスルーホールボードに十分です。小さな表面に取り付けられたコンポーネントを備えたボードに取り組んでいる場合、宝石商のループやデジタル顕微鏡のような強いものが必要です。これらは、ヘアラインのひび割れ、損傷したパッド、マイクロはんだブリッジなどを見つけることができます。
視界で損傷や障害を見つける方法
ボードが機能していない場合、問題が見える可能性があります。まず、焦げた場所や暗いエリアを探してください。黒くなったトレースまたは変色したパッドは、通常、過熱したものを意味します。次に、ひび割れたコンポーネントを確認します。小さなチップと抵抗器は、落ちることなく分割または壊れる可能性があるため、表面をよく見てください。コンポーネントに膨らみ、へこみ、または奇妙なマークがある場合、損傷する可能性があります。
また、はんだジョイントを調べます。持ち上げられたパッドは、ボードから離れて剥がれているように見えます。これにより、電気接続が壊れる可能性があります。冷たいまたはひび割れたはんだ接合部も、遠くからうまく見えても失敗する可能性があります。はんだブリッジは、溶けたはんだが誤って2つのパッドまたはピンを触れないでください。これらは、多くの場合、チップ上のピン間の光沢のある塊です。
目視検査は、ダメージを見つけるだけではなく、レイアウトの理解でもあります。電源が入る場所を追跡し、信号パスに従い、ICS、センサー、コネクタなどの重要な部品を見つけることができます。慣れると、目はPCBを読むための最良のツールの1つになります。
ツールを使用して、PCBを読み取り、検証します
時々、あなたの目が回路基板で何が悪いのかを理解するのに十分ではないことがあります。そこでツールが登場します。適切な機器は、接続のチェック、電圧のテスト、またはボードを通じて信号を追跡するのに役立ちます。始めたばかりであっても、これらのツールの使用方法を学ぶと、数時間の当て推量を節約できます。
マルチメーターを使用してPCBを読み取る方法
Multimeterは、PCBを操作するときの頼りになるツールです。連続モードに設定して、2つのポイントが電気的に接続されているかどうかを確認します。ゼロオームに近いビープ音や読書がある場合、接続は良いです。そうでない場合、トレースが壊れたり、はんだジョイントが故障したりする可能性があります。これは、配線とパスが無傷であることを確認するための迅速な方法です。
抵抗モードに切り替えて、コンポーネントが提供する抵抗の量を測定することもできます。たとえば、抵抗器がカラーバンドまたはラベル付き値と一致するかどうかを確認できます。次に、電圧テストがあります。これは、ボードが駆動されている場合に特に便利です。 1つのプローブを地面に置き、他のスポットに触れて、電圧が存在するかどうかを確認します。
電源回路をテストしている場合は、常に安全な手順に従ってください。手が乾いていることを確認してください。絶縁プローブを使用します。露出した金属部品に触れないでください。どの電圧を扱っているかわからない場合は、最高の範囲から始めてください。モードを切り替えたり、プローブを移動する前に、常に電源を切断してください。
高度なツール：ロジックアナライザー、オシロスコープ、およびテストヘッド
基本的なチェックを超えて移動すると、高度なツールを使用すると、より複雑な詳細が表示されます。ロジックアナライザーは、デジタル信号を使用するときに使用されます。 2つの信号間のタイミングや、マイクロコントローラーがメモリと通信する方法など、パターンをキャプチャおよび表示できます。ボードが実行されているときにそれらを使用しますが、出力は間違っているか、一貫性がないように見えます。
オシロスコープは、時間の経過とともに電圧信号が変化するのを見るのに役立ちます。プローブをテストポイントに接続すると、画面にライブ波形が表示されます。これは、信号がどれほどきれいか騒がしいか、それがどれだけ速く変化するか、またはそれがまったく動作しているかどうかを示しています。オシロスコープは、アナログサーキット、時計、またはスムーズなタイミングが必要なものに最適です。
一部のテストセットアップでは、テストヘッドと呼ばれるものを使用しています。これは、ボードに押し付けられ、一度に複数のテストポイントに接続する備品です。これらは、製品が出荷される前にすべての接続が機能していることを確認するために製造によく使用されます。自宅でテストヘッドを使用しないかもしれませんが、大量生産と品質管理のためにそれらが存在することを知っておくのは良いことです。
これらの各ツールは、PCBを読んだりデバッグするときに、洞察の別の層を追加します。彼らはあなたを基本的な検査から完全な電子診断に移動させます - ステップごとにステップします。
PCBを読み取って分析するためのソフトウェア
手作業でPCBを読むことは、基本的な検査に適しています。しかし、物事がより複雑になると、特にマルチレイヤーボードを使用すると、ソフトウェアは本当に役立ちます。 PCB設計ツールでは、ボードに物理的に触れる必要なく、すべてのトレース、レイヤー、および接続を探索できます。彼らは、回路がどのように機能し、早期に間違いを見つけるかを研究する強力な方法です。
PCB設計ソフトウェアはどのように役立ちますか？
設計ソフトウェアは、ボードの仮想バージョンを示しています。ズームイン、回転、レイヤーを非表示にし、目を単独で行うことができない方法で接続をたどることができます。複数のレイヤーで信号をトレースするのに最適です。コンポーネントが適切に接続されているかどうかを確認するのに最適です。トレースがどこにリードするかを推測する必要はありません。クリックしてフォローしてください。
ほとんどのツールにはレイヤー制御があります。つまり、最上層、下部、または内部のツールを一度に1つずつ表示できます。これは、あらゆる方向に進む信号が詰め込まれたボードに非常に便利です。ネットハイライトもあります。 1つの信号を選択すると、ソフトウェアが触れるすべてのポイントを点灯します。クロスプロービングを使用すると、回路図で何かをクリックして、レイアウトまたはその逆のレイアウトですぐに見つけます。これらの機能は、デザインやトラブルシューティングを確認するときに時間を節約できます。
人気のPCBビューアーツール（一般的なガイダンス）
始めるために高価なソフトウェアは必要ありません。基本的なタスクに適した無料のWebベースの視聴者がいます。何を探すべきですか？少なくとも、ツールはGerberファイルの表示をサポートする必要があります。これは、PCBの製造に使用される形式です。また、ズーム、パン、レイヤーの切り替え、ネットトラッキングを備えたツールを探します。
また、多くのツールを使用すると、材料の請求書ファイルをインポートしたり、部品番号を表示したり、3Dプレビューを生成したりできます。リバースエンジニアリングまたは教育の場合、測定値とパーツ検索も便利です。
ソフトウェアでPCBを表示するには、Gerberファイルをインポートすることから始めます。これらは通常、セットで提供されます。これは、銅、シルクスクリーン、はんだマスク、ドリルなど、各層に1つあります。それらをロードした後、レイヤーコントロールを使用してデザインを探索します。トレース幅、パッド間隔、Viasがレイヤーを接続する方法などを見つけることができます。
人気のあるツールには、KICAD、EAGLE、Easyeda、Gerbvが含まれます。それぞれに独自のインターフェイスがありますが、コアのアイデアは同じです。物理的に何も開かずにボード内を見ることができます。これらのツールに慣れると、PCBが構築される前であっても、PCBをより速く、より正確に読み取ります。
PCBの読み方を練習する方法
PCBを読むことを学ぶことは、新しい言語を学ぶようなものです。最初は難しいように見えるかもしれませんが、小さなステップに分割すると、はるかに簡単になります。改善する最良の方法は、実際のボード、特に初心者向けに設計されたボードを練習することです。
シンプルなアナログPCBから始めます
アナログPCBは素晴らしい出発点です。これらのボードは、照明LED、音の生成、感覚温度などの基本的なタスクを処理します。マイクロコントローラーや複雑なコードが含まれていないため、理解しやすいです。コンポーネントが少ないため、トレースへの接続が少ないため、信号が抵抗器、コンデンサ、ダイオード、トランジスタを介して流れる方法を学習することに焦点を当てることができます。レイアウトを見てください。電力がどこに入るか、それが痕跡をどのように移動するかを追跡してみてください。目と多分マルチメーターを使用して、パスを探索してください。
一致する回路図とレイアウトを備えたキットを使用します
一部のキットは、学習専用に作られています。これらには通常、概略図とボードの印刷されたレイアウトの両方が付属しています。それは完璧なコンボです。概略図を読んで、物事が論理的にどのように接続されているかを確認し、レイアウトに反転して、それらがどこに座っているかを確認できます。シンボルをボード上の実際の部品に一致させる練習をします。 R1やC2などのシンプルなアイテムを見つけることから始めて、ICSとコネクタへの道を進めます。
これらのキットは、自分でボードをはんだ付けすることもできます。それは、コンポーネントが何であるかだけでなく、どこに行くのか、そしてその理由を教えてくれます。理事会を構築しながら、概略図が生き返るのを見るのは、理論と実践の間に強い精神的なつながりを構築するのに役立ちます。
すべてのコンポーネントの識別を練習します
新しいまたは古いボードをつかんで、一度に1つずつ行く。 R、C、D、Q、Uなどのシルクスクリーンラベルを探してください。各コンポーネントに名前を付けるようにしてください。抵抗器がある場合は、そのカラーバンドを読んでください。ダイオードがある場合は、極性ストライプを確認してください。 ICを見つけてピン1を見つけます。データシートまたはオンライン検索を使用して、未知の部品を検索します。
良くなると、自分に挑戦してください。見ているだけでボードが何をするかを推測してみてください。電源から出力までの痕跡をたどります。表示されているものに基づいて、回路図のシンプルなバージョンをスケッチします。 1日5分または10分でも、実際のPCBで自信をつけることができます。
結論
PCBの読み方を学ぶことは、電子機器を理解する上で最も重要なステップの1つです。これは、サーキットの仕組み、問題の修正方法、さらには独自のプロジェクトを設計する方法を把握するのに役立ちます。他のスキルと同様に、練習で簡単になります。シンプルなボードとキットから始めて、それからあなたの方法を構築します。探索すればするほど、サーキットボードを読んで作業することに自信があります。さらなる支援のために、私たちの会社のサポート製品をチェックしてください。 PCB CNC掘削機, PCBグラインドブラッシングマシン.
FAQ
1. PCBを読み始める最も簡単な方法は何ですか？
抵抗器やコンデンサなどの基本的なコンポーネントを識別することから始めます。一致する回路図を備えたシンプルなアナログPCBまたはキットを使用します。
2。PCBの電力がどこに流れるかを知るにはどうすればよいですか？
ポジティブパワー用のVCCまたはVDDラベルを探し、グラウンド用のGNDを探します。次に、銅線またはマルチメーター連続性モードを使用して、それらの間のパスをトレースします。
3.なぜ一部のコンポーネントには回路図に関する記号がありますが、ボード上では違うように見えますか？
概略記号は、コンポーネントが電気的にどのように機能するかを示し、PCBフットプリントは物理的なサイズと形状を示しています。
4.コンポーネントの値が見つからない場合はどうすればよいですか？
シルクスクリーンラベル、カラーバンド、または印刷された番号を確認してください。データシートのパーツ番号をオンラインで検索することもできます。
5.実際のハードウェアなしでPCBの読み取りを練習できますか？
はい。無料のPCB視聴者とオープンソースプロジェクトを使用します。 Gerberファイルをロードして、レイアウトをデジタルで探索できます。
