【ESP32】開発ボードから自作プリント基板を設計し製品化するまで
猫型おしゃべりロボット「ミーア」は、ESP32 Wi-Fi Bluetooth モジュールを利用した自作基板で開発している。ESP32の開発ボードを用いた初期開発から、自作基板を作成し製品用に何回か変更を繰り返した経緯を備忘録的にまとめておく。
電子回路
【ESP32】リポバッテリー駆動もできる自作基板の電子回路
USB Type-Cとリポバッテリーの両方に対応できる自作ESP32基板の制作過程を記載。充電電流はPROGで調整し、電圧レギュレーターをAMS1117からME6211シリーズに切り替え。PMOSFETを用いて、自動切り替え回路を実装する。
【ESP32自作基板】配線エラーによるスピーカー音割れ・再生されない原因の調査（拡大鏡・オシロスコープ）
クラスDアンプのICパッケージをTQFNからWLPに変更したところ、25個のうち4個がスピーカー周りで下記不良品だった。音割れ・音声が再生されない原因調査をする。アプリでまず音量を下げて音割れが解消されるか検証。次に拡大鏡を使って、配線不備がないか目視確認
【ESP32自作基板】オシロスコープで電圧測定による基板不良原因調査をした結果
配線の電圧を測定したい場合は、基板上の配線がレジスト（絶縁層）で覆われていることが多いので、そのまま配線の上からプローブを当てても電圧は測定できないので、測定したい箇所にカッターで軽く傷をつけ、銅箔部分を剥き出しにしてから電圧を測定する。
【ESP32自作基板】表面実装エラーを起こさないように、電源ノイズ対策を加味した回路に修正
MAX98357 自体は、ESP32 WROOM 32Eの25,26,22ピンとつなぐ必要がある。I2S信号（BCLK、LRCLK、DIN）の配線は短く保つことで、信号の劣化やクロストークのリスクを低減できるので、ESP32の25, 26ピンにできるだけ近接させる。電源周辺の回路で電源ノイズ削減のためにデカップリングコンデンサの最適化を試みる。
【電子回路】基板100個取付した所、不良品が見つかりJLCPCBにQuality Complaintを提出
JLCPCBに100枚の基板を発注したが、実際にはピンヘッダー部分が微妙に水平ではないものがあり、結果として、LCDディスプレイ同士が干渉してハマらないという問題が発生。JLCPCBの注文履歴欄に「Quality Complaint」の欄があるのでき、不具合内容と不良基板の枚数を入力していく。
【MAX98357A】クラスDアンプのICパッケージをTQFNからWLPに変更
ClassDオーディオアンプのMAX98357Aシリーズには、TQFNとWLPパッケージの2種類がある。
WLPパッケージは、従来のTQFNパッケージと比較して小型で、高価なスルーホールビア（PCBを通過する接続ピン）が不要で、コスト効果が高い。
【JLCPCB】100台基板発注したら確認メールが来た。PCBの動作確認は行わない
発注したPCBに問題がなければJLCPCBからはメールが来ないので、メールが来るということは、回路不備など問題がある時。JLCPCBでは自作基板の機能確認は行わないとのこと。なので、自分で回路図やPCB見て判断しないといけない。
【EasyEDA】でPCB作成し、JLCPCBで基板発注。コスト抑えたい場合は2枚実装依頼
EasyEDAで回路図作成して、回路図をPCBに変換する。PCBでの作業としては、部品配置・番号印字・ボードアウトライン描画・auto routingによる配線・取り付け穴作成・銅箔ベタ作成などがある。PCBでの作業を終えたらJLCPCBで基板発注する。
【TTP223】静電容量式タッチセンサーの仕組みとESP32との配線
タッチセンサーモジュールを調べたところ、専用のドライバICを搭載した、静電容量式のタッチセンサー基板のTTP223に行き着いた。 指によるタッチ入力状態を1ビットのON/OFF信号として取得できるとのこと。センサー範囲は5mmまで対応可能。