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回路設計CAD通信講座

回路設計やCAD・シミュレーションの重要性

回路設計やCADは4年制大学の工学部・技術系専門学校(電気・電子系)の各専門分野で学べます。
これらの学校の教育課程は本来設計者を育成することを目的にしているからです。
※シミュレーション…回路の動作をパソコンで予測すること

アナログ回路、デジタル回路どう違う?役割は?

とても気になるところです。なぜ回路は2種類に大分されるのでしょうか?
実際に入出力信号はすべてアナログであると考えてください。
たとえばスマートフォンの入出力音声はアナログ信号です。モニターに現れる光もアナログ信号です。
それらを高速で高精度に実現するため、高速信号処理するために、途中の回路がデジタル回路で構成されています。
その前後にアナログ回路がついている、というのが基本的な形です。
表現は難しいところですが、アナログのためにデジタル回路があるとも言えます。

回路設計の現状

工学部の学生でも設計はおろかCADを使うことさえできない人が多数です。
結局企業には就職してから設計職についた人だけができるということになります。
電気系でもハードウェア設計は難しく、全くわからない人が多数です。

回路設計やCAD・シミュレーション技術の希少性

つまりCADや回路設計は新卒ではできる人が少ない貴重な技術であり、
社会人でも学べばかなりのアドバンテージをもって仕事に生かせるということでもあります。

回路設計技術を学べるシーモスの通信講座

シーモスの回路設計CAD講座は、長い時間とお金を投じた学生でもほとんどが身につけていない回路設計CADを学習するための講座です。
基礎知識不要で文系や入門者が基礎からでもCADを使った回路設計が身につきます。LTSpiceの使い方もしっかり習得できます。

少しのチャレンジ精神と労力であなたの今後のビジネスキャリアを変えるチャンスです!

回路設計は難しくありません、始めてみてください

特許取得の講師が直接指導、入門者が基礎から学べる回路設計が学べる通信講座

★特許登録番号:【特許4643728号】
本講座講師が講座使用CADで開発した、高速CMOSオペアンプに関する特許取得 
回路設計CAD通信講座(3講座)の受講期限12カ月・就職関連のサポート期間24カ月

回路設計CAD通信講座一覧
回路設計CAD入門講座の教材 本講座受講前に試されたい方。
まずはCADの基本操作だけ学びたい方。
※はじめてアナログもしくはデジタル回路設計CAD講座をお申し込みになると、無料で受講いただけます。
最新LTspice17に対応しています。

回路設計CAD入門講座
通信講座:8000円

アナログ回路設計CAD講座の教材 回路設計の考え方や電気工学の知識を学べる点で一番役立つ講座です。
アナログ回路を勉強しておけば、難しいけど応用が利くので、電気関連の様々な仕事に生かせます。
最新LTspice17に対応しています。

電子回路設計CAD講座(1)
アナログ回路設計CAD講座
通信講座:99000円

デジタル回路設計CAD講座の教材 求人数の多いデジタル回路設計者を目指す講座です。
当スクールでいちばんやさしい講座なので、数学や計算の苦手な方は一番入りやすいです。
ただし、電気工学の知識を増やしたい方は「アナログ回路設計講座」も別途(または同時)に勉強することをお勧めします。
最新LTspice17に対応しています。

電子回路設計CAD講座(2)
デジタル回路設計CAD講座
通信講座:99000円

CMOSオペアンプ回路設計CAD講座の教材 応用かつ実用的な講座です。
オペアンプという、アナログLSIで必須の電子回路(部品)を全体を通して設計します。アナログ設計者としてかなりステップアップできます。
「アナログ回路設計講座」受講生を対象としています。
最新LTspice17に対応しています。

電子回路設計CAD講座(3)
CMOSオペアンプ設計CAD講座
通信講座:99000円




回路設計とは何か
1.電気回路はなぜ難しいか
工学分野で電気回路は特殊で難しいといわれています。
例えば大学の工学部は昔から①機械②建築③電気④化学などがあります。
目に見える構造を扱う①②は学生に人気がある分野でもあります。
電気工学は目に見えないものを取りなうため、工学分野でも難しいと言われ、それは間違いないことです。
電子回路基板の図

目に見えないから難しい

2.回路とは何か
電気の通り道を電気回路といいます。では電気回路はいったいどこにあるのか?電動のものには必ずあると考えてください。
乾電池で動くもの、バッテリーで動くもの。コンセントに差して使うもの。太陽電池で動くもの。
なおコン七ントに差して使うものな外の乾電池とバッテリーと太陽電池はいずれも電池で動くものに分類できます。
コンセントは発電所から電線を伝わってきているため他とは違った性質があります。

電気回路=電気の通り道

3.回路設計とは何かがわからない
大学の工学部では一般的に設計者を養成する目的でカリキュラムされています。ですが多くの学生は在学中に目標を達成できていません。
回路設計とはなんでしょう?設計をしたことがないけれど、設計者を目指す人は設計の意味が理解できていない場合もよくあります。
回路設計者になりたいと言っている人でも、では回路設計とは何かがそもそもつかめていない人も多いはずです。具体的にどういうことをするのかイメージできないのです。

回路設計がイメージできない

4.回路設計とは何か
では回路設計とはなにか。
回路図はみなさんイメージできる人もいると思います。回路図には抵抗とかコンデンサとかの模式図が描かれ配線されています。
一言でいえばその抵抗やコンデンサの値を決めることです。これが回路設計です。
なにか電子部品をたくさん組み合わせて、今までにない回路配置を作り出すことのように思っている人もいるかもしれませんが、最初からそのようなことを考える必要はありません。
既存の回路配置を使って、必要な電流•電圧を作り出すために、数値を決定できればよいのです。少なくともシーモスの回路設計CAD講座では素子の数値を決定できるように練習します。
回路設計と言って主に電子工作を取り扱ったりしている雑誌などを読まれる方もいらっしゃいますが、業務としての回路設計とは必ずしも一致しません。
例えば自動車の設計に携わる技術者が、自分の自動車の改造をするわけではないのと同様と思ってください。

抵抗などの値を決めること=回路設計

5.集積回路設計
回路設計の中でも現在メインになっているのは集積回路設計です。集積回路とはICチップやLSIなどとも呼ばれます。
集積回路は回路基板に部品を載せて配線するのではなく、半導体工場で半導体(シリコン)の基板(ウェハ)に多数形成し、カットして加工、処理して利用します。
集積回路設計は回路設計と半導体製造に合わせたレイアウト設計に主に分類できます。 レイアウト設計は回路設計とは異なります。回路図を半導体製造のデザインルールに従って行うのです。
模式図で回路を設計し、それを製造工程に合わせた金属配線レイアウトにしていきます。
金属配線といっても、ICチップを見ればお分かりになりますが、大変微小な世界です。
集積回路が外の回路設計もあります。これは電子工作に近く、集積回路設計とは別物と考えていただいて結構です。
←ここは難しい言葉が並んでしましましたが、想像もつかない方も多いと思います。
知らなくても回路設計に必須の知識ではありませんのでご安心ください。

メモリ回路の集積回路

大まかに言って、集積回路設計=回路設計+レイアウト設計

6.回路図の実例
オームの法則
乾電池1本で豆電球を光らせるイメージです。これを回路図にすると下図のようになります。
オームの法則
講座でも使用し、世界でにく使用されているLTspiceというCADソフト兼回路シミュレー夕の画面です。
これがCADによる回路図です。

これが本物のCADによる回路図

7.オームの法則
これは覚えましょう。どうしても覚えなければならないこともあります。中学校の理科でも扱った公式のはずです。
V=RxI
ただし、
V=電圧
R=抵抗
I=電流
とりあえず式を覚えて利用できれば大丈夫です。
結局物理学の法則は計算式をたてて一般化するために便宜上各要素に分けて考えているだけです。
ですからV,R,Iが目に見えるものでもありません。回路設計がしやすいようにこのような式があるのですもっとも簡単に回路設計するためだと思って、この式は覚えてください。

オームの法則 V=RxI
V=電圧(ボルト)
R=抵抗(オーム)
I=電流(アンペア)

8.回路設計の実例
では回路設計をしてみましよう。豆電球の明るさは豆電球を流れる電流の大きさに比例します。
では豆電球に0.5アンペアの電流が流れる回路を設計します。ここで前頁のカッコ内の前は単位です。そういう前の単位だとだけ考えてください。

手順①
1=0.5と決定された。さらに乾電池の電圧は1.5ボルトと決まっています。お手元にある乾電池を見てください。単3でも単1でも1.5ボルトです。

手順②
V=1.5と決定された。
ここでオームの法則により、VとIが決定しているため、Rも求まる。
V=RxI
1.5=RX0.5
よってR=3

手順③
R=3と決定された。
以上のように設計できる。

ここまでをLT-Spiceを使って検証することができます。

オームの法則
9.ハイレベルな回路設計
豆電球の回路が設計できてもそれだけでは•••
とみなさん考えます。
では下図をご覧ください。オペアンプの回路図です。オペアンプが何か知らなくても大丈夫です。オペアンプはアナログICに必須の回路です。
オームの法則

回路設計CAD講座を進めると、このような回路も設計できるようになります。

10.回路設計に取り掛かるにあたって
回路設計をするにあたっていろいろ知識が必要だと言われます。それは間違いのないことです。
大学や専門学校などで電気工学を学ぶとたくさん本を読むことと思います。しかし技術専門書というのは簡単には理解できません。
筆者自身も昔設計ができるようになりたい、電気工学を理解したいと思ってとりかかったころはとても苦労しました。

では必要なことは?
①四則演算がきちんとできること
②電圧などの単位を覚えること
あとは面倒でもじっくり時間をかけて取り組むしかありません。
また予備知識が必要だといってもそれは仕事として時間の制約がある中で取り組む場合です。
学校の定期試験とも関係なく自由に取り組むのであれば、その場その場で必要な知識を学習しながら進むことができます。

四則演算がきちんとできること電圧などの単位を覚えること

11.デジタルアナログ、集積回路と基板の回路
本書で示したのはアナログの回路設計です。デジタル回路とアナログ回路は大きく異なります。
また集積回路と基板の回路もかなり異なります。では具体的にどういうものかの説明はここでは致しませんが、全く違うと覚えておいてください。

アナログとデジタル、基板の回路と集積回路は異なる

12.参考書
アナログ集積回路の設計をするのに読むべき参考書は何かときかれます。
一番有力なものに、
アナログCMOS集積回路の設計基礎編
/BehzadRazavi (¥4320/丸善)
アナログCMOS集積回路の設計応用編
/BehzadRazavi (¥8856/丸善)
があります。
英語が読める人は英語版も入手できる場合もあります。日本語版は訳語が理解しづらく、英語版のほうが安価に入手できる場合もあります。
ただやはり電気工学の予備知識が十分にある人でないと理解するのは困難です。
日本の本では、
LSI設計のためのCMOSアナログ回路入門
/谷口研二(¥3024/CQ出版社)
もあります。

いずれにしても実務は現場で身に着けるのが基本ですから、独学で学習するのは本来は不可能と考えたほうが普通です。
教えてもらえる環境にあるならば、たくさんの本を順番に読んでいくのもとても勉強になります。
シーモスの回路設計CADの通信講座では参考書なし、先生なしの初心者でも回路設計に取り組めるようになっています。

電子回路の実験装置
13.なぜ回路設計でCADを学ぶのか
LTSpiceのようなソフトだと、回路図を入力することで、コンピュータシミュレーションをしてくれるからです。手計算をしてさらに実験装置を組まなくてもよいのです。
回路設計CADはこのためにあると考えてください。

CADソフトで簡単に実験の代わりができる

4. CADソフトの種類について
有名で高額なソフトにHSPICE (シノプシス)があります。
これは回路シミュレータであり、シミュレーションするためのデータは別のソフトで作成します(ネットリストという)。単独使用するわけではありません。
回路動作に関する様々な検証ソフトに拡張でき、高品質な集積回路を作るには適しています。
SPICEシミュレーションできるソフトはいろいろあり、LT-SPICEは回路図からシミュレーションまででき無料です。このようなフリーソフトは他にもあります。
自宅パソコンで学ぶならこのような方法しかありません。
他に基板設計用のEAGLEというソフトもあります。これはプリント基板の形状などの設計に用いるもので、いわゆる回路設計用とは異なります。
しかしプリント基板の設計も回路設計の一部分です。小規模の会社などではこのような業務を行うところも多数あります。
他にも電気設備など図面としての利用を目的とした作図ソフトもあります。
むかしのMicrosoftのVisioでも電気配線図など作図できます。

一言で電気用CADといっても様々な種類がある、目的も機能も大きく異なる

5.おわりに
本項は一般の人が回路設計についてなんとなくイメージできるように書きました。広く浅く、必要最低限に絞ってあります。
どうでしょう?興味とやる気をもって回路設計を学ぶととても楽しいですよ。

回路設計ってなんだろうから理解しよう

回路設計は簡単です


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