Picowatt carrier

picowatt キャリア基板

Pico 2 + INA228 ×2 + SSD1306 OLED を 1 枚に載せるキャリア基板。ロジックはすべて I2C0 にぶら下がるだけなので、この基板は 電源と I2C を配るだけ で能動素子を持たない。

• 基板サイズ 92 × 70 mm（2 層、厚さ 1.6mm）。100×100mm 以内なので各社の最安枠に収まる
• 子基板（Pico 2 / INA228 ×2 / OLED）はすべて 2.54mm ソケットで着脱可能
• 高さはすべて 11.0mm の同一面 に揃う（ソケットのハウジング高さ 8.5mm + ピンヘッダのハウジング厚み 2.5mm、いずれも秋月の仕様値）

KiCad 10 で picowatt-carrier.kicad_pro を開く。シンボルとフットプリントのうち 本基板固有のものは picowatt.kicad_sym / picowatt.pretty/ にプロジェクト内蔵。 残りは KiCad 標準ライブラリを参照する。

KiCad を一度も起動していない環境ではグローバルライブラリテーブルが未作成のため、 標準ライブラリ参照がエラーになる。KiCad を一度起動すれば自動生成される。

配置の考え方

配線の向きを 3 方向に分離してある。

INA228 の端子台が基板の外を向くので、電源線は基板の上を這わない。

J5 (GND 端子台) も同じ向きに揃えるため 180° 回転して配置してある。 TB007-508 の 機械図面 (SECTION A-A) では、ピン列は電線挿入面ではなく背面から 4.90mm（挿入面からは 5.35mm）の位置にある。回転 0 のままだと電線が手前から入り、基板の上をまたぐことになる。

回路

ネットは 6 本だけ。

ALRT0 / ALRT1 は現ファームウェアでは未使用だが、firmware/src/config.h が GP6/GP7 を予約済みで配線コストがゼロなので引いてある。INA228 側の ALRT は オープンドレインなのに基板上にプルアップが無いため、R1/R2 (10kΩ) を本基板に載せる。

I2C プルアップは INA228 が各 10kΩ を持ち、2 枚並列で 5kΩ、さらに OLED モジュール分も 乗るので追加不要と判断した。R3/R4 は未実装 (DNP) のパッドとして用意してあるだけで、 1MHz で波形が鈍る場合にのみ実装する。

電力ラインは基板に通さない

INA228 の 2.54mm ヘッダには VBUS / VIN- / VIN+ も出ているが、基板側は無接続に してある（J2/J3 の pin 5,6,7）。最大 5A の電力ラインをキャリア基板に通す理由がないため、 電源線は従来通り INA228 自身のネジ端子台に接続する。

注意: 無接続とはいえ、このパッドには測定対象の電源電位（最大 30V）が乗る。 シルクにも警告を入れてある。

部品表

Pico 2 / INA228 ×2 / OLED 以外はすべて秋月電子で揃う。通販コードと寸法は商品ページで 実際に確認済み（確認できなかった項目は末尾に明記）。

基板に実装するもの

小計 約 ¥585（2.2kΩ を省けば約 ¥435）。

C2 を安く済ませたい場合は 112670 (0.1µF 50V X7R 2.54mmピッチ, ¥10) でもよい。基板のパッドは 5mm ピッチなので リードを外側へ広げて挿す。小型 MLCC なので実際には問題にならない。

子基板側に付けるピンヘッダ

Pico 2 用に 1×20 ×2、INA228 用に 1×8 ×2 で計 56 ピン。1×40 を 2 本で足りる。 Pico 2 H（ヘッダ実装済み）を使うなら 1 本でよい。 OLED は多くの場合ヘッダ付属。

機構部品

キャリア側の穴はタップの無い通し穴（子基板用 φ2.8、四隅 φ3.2）。メス-メスの スタンドオフを子基板とキャリアで挟み、上下からネジで留める。

必要な高さは 11.0mm。 ソケットのハウジング高さ 8.5mm + ピンヘッダのハウジング厚み 2.5mm で、どちらも秋月の仕様値。子基板の裏面はキャリア面から 11.0mm に来る。

M2.5 のスペーサーは秋月では扱っていない（複数のキーワードで検索して確認）。 子基板用は次のどちらかになる。

• 秋月だけで揃える場合: 113017 プラスチックスペーサー M2×10mm ¥20 ×8 + 113020 なべ小ねじ プラスチック M2×5mm ¥10 ×16。M2 は φ2.8 の穴に対して緩いが、スペーサーが厚みを決めるので実用上は問題ない。 10mm なので 1mm 足りず、ワッシャで詰めるか軽く締める程度にする
• 寸法どおりに揃える場合: M2.5 メス-メス 11mm を廣杉計器などから調達する

なお子基板は 8pin / 4pin のソケット自体でも保持されるので、スタンドオフは剛性を上げる ためのもので必須ではない。 ただし INA228 は端子台をドライバーで締めるため、付けた方がよい。

確認していないこと

• 102333 の電線挿入口がフットプリントのどちら向きかは未確認。J5 は両ピンとも GND なので 向きは電気的に無関係で、線を出したい方向に合わせて挿せばよい
• ソケットの推奨実装穴径は 1.02mm、基板の穴は 1.0mm。0.02mm の差はドリル公差の範囲内で、 一般的な 2.54mm ソケットの実装として標準的な値
• 秋月の在庫状況・価格は 2026-07 時点の商品ページの表示

組み立て時の設定

シルクにも印刷してあるが、忘れやすいので再掲。

1. ソケットとチャンネルの対応: 左の J2 = ch0 (0x40, 入力側)、右の J3 = ch1 (0x41, 出力側)。各ソケットの左脇に ch0 0x40 IN / ch1 0x41 OUT を縦書きで 印刷してある
2. ch1 に挿す INA228 は裏の A0 ジャンパを閉じる → アドレス 0x41 （ch0 用は開放のまま 0x40）
3. INA228 ×2 とも裏の VBus ジャンパを閉じる → ハイサイド測定になる
4. GND の共通接続は 1 点のみ。 安定化電源の − は J5 だけに落とす

使い方（配線図）

図は実物と同じ向き（USB が左、端子台が上辺）。赤 = ＋側、青 = −側。 いずれのモードでも測定電流は INA228 モジュール自身のネジ端子台を通り、 キャリア基板の信号配線には流れない（J2/J3 の pin 5-7 は無接続）。

• J5 の 2 つの口はどちらも GND で、基板内の両面ベタで繋がっている。 消費電力測定では DUT の−と電源の−を別々の口に挿せばよく、 線を途中で分岐させる必要はない（2 口間の戻り電流は幅の広いベタを 約 5mm 通るだけで、サブ mΩ・実害なし）
• 効率測定では電源の−端子に 2 本を共締めする （DCDC の IN− を J5 の空き口に挿す形でも同じ）
• 端子台の真ん中のネジ (VBus) には何も繋がない

消費電力測定（INA228 1 枚、ch0 のみ）

INA228 は A0 開放のまま J2（左、シルク ch0 0x40 IN）に挿す。

DC-DC 効率測定（INA228 2 枚、ch0 + ch1）

ch1 用の INA228 は裏の A0 を閉じて J3（右、シルク ch1 0x41 OUT）に挿す。

この結線は 非絶縁 DC-DC（IN− と OUT− が内部で共通）を前提にしている。 絶縁型を測る場合は ch1 のバス電圧の基準が浮いてしまうので、OUT− 側も 基準電位へ 1 点で接続すること。

よくある間違い：電源の − を J5 に繋ぎ忘れる

INA228 は VBUS を 自分の GND ピン基準で測る。GND ピンは基板の GND ベタに 落ちているだけなので、電源の − が J5 に来ていないと基板全体が電源系から浮き、 VBUS が 0 V と −数十 V の間を 50/60 Hz で振動する。電流はそれらしく出るので 気付きにくい。

電源の − から J5 の空き口へ 1 本足せば直る。picowatt-cli はこの状態を WARNING: bus voltage goes negative として報告する。他の症状は docs/troubleshooting.md。

図は tools/wiring_diagrams.py が基板と同じ座標データから生成している。

配線

2 層、配線 57 本 + ビア 8 個。未配線 0 件・ERC 0 件で検証済み （DRC は後述の回転由来の警告 1 件のみ、実害なし）。

GND は両面ベタで配るため配線を持たない。全 GND パッドの導通は、ゾーンを塗った状態で pcbnew の接続性チェックにより確認済み（ベタは分断されていない）。

配線幅は信号 0.3mm、電源 0.4mm。全パッドがスルーホールなので、層をまたぐのは 交差回避の 4 箇所（ビア 8 個）だけ。

帯状のレーン構成

バンド（Y 33〜38mm）に 4 本の信号レーンを平行に走らせ、そこから各コネクタへ分岐する。

Pico 2 の下側列（GP4/5/6/7）から上へ抜けるとき、上側列のパッドの隙間を通している。 パッド径 1.6mm・ピッチ 2.54mm なのでパッド中心から 1.27mm、銅箔間で 0.32mm 空く。 本基板で最も攻めた箇所だが、各社の下限（0.127mm 程度）に対しては十分な余裕がある。

レーンの上下順は「Pico から抜ける X が左のものほど上のレーン」に揃えてあり、 これにより 4 本の立ち上がりが互いに交差しない。上のレーンを跨がざるを得ない 以下の 4 箇所だけ、B.Cu へ潜って戻している（ビア 2 個 × 4 = 8 個）。

プルアップ抵抗の置き方

R1〜R4 は配線の通り道の上に直接置いてある。信号側のパッドは 4 本とも既存の配線上に 乗るので、信号側の引き込み配線は 1 本もない。+3V3 側は裏面に 2.8〜4.2mm のスタブが 3 本あるだけで、R4 は +3V3 の既存配線上に乗るためスタブすら不要。

いずれも配線の途中から分岐する形（直列ではない）なので、R3/R4 を未実装のままでも SDA / SCL は繋がる。

当初は 10.16mm ピッチの抵抗を基板左側に並べていたが、配線してみると信号側パッドが 基板左端に来てしまい、先に引いた SDA の縦線を必ず跨ぐため層をまたぐ箇所が 5 つ必要になった。 2.54mm ピッチの立て実装に変更し、配線経路上へ移動して解消している。

tools/

この基板は生成スクリプトで作られている。KiCad ファイルが正であり、これらを再実行すると 上書きされるので、レイアウトを作り直すとき以外は触らなくてよい。

再生成する場合は generate.py → routelib.emit() → pcbnew でゾーン塗り、の順。 audit.py は KiCad の DRC とは独立に幾何を検算するので、変更後の確認に使える。

発注

2 層・1.6mm・92×70mm。特殊な要求は無いので JLCPCB / PCBWay / Elecrow のいずれでも最安枠。

kicad-cli pcb export gerbers picowatt-carrier.kicad_pcb -o gerber/
kicad-cli pcb export drill   picowatt-carrier.kicad_pcb -o gerber/

既知のリスク

OLED モジュールのロット差。 秋月 112031 は商品ページに「ロットにより外観が異なります」 と明記されており、秋月が配布している参考 PDF は実物と別基板（PDF は 27.3×27.3mm / シルク GND VCC SCL SDA、実物は 25×27mm / GND VDD SCK SDA）。本設計は実測値 （外形 25×27mm、取付穴ピッチ 21×23mm、穴径 φ2.75、ヘッダは上辺から 1.5mm）に基づく。

交換品を買う場合は寸法だけでなく ピンの並び順も必ず確認すること。 この種のモジュールには GND と VCC が逆のロットが実在する。取付穴が左右対称 (±10.5mm) なので逆順品でも機械的には 刺さってしまい、電源を逆接する。基板は pin1=GND / pin2=VDD 前提。

この事故を防ぐため、基板のシルクに各パッドのピン名を印刷してある。

• J4 の 4 パッドの脇に GND VDD SCK SDA を縦書きで(モジュールを載せる前、 はんだ付けの段階で手元のモジュールと突き合わせられる)
• 基板下端に J4 OLED pin1=GND VDD SCK SDA を 1 行(モジュール実装後も読める)
• J2/J3 も同様に VIN GND SCL SDA VBUS VIN- VIN+ ALRT を各パッド脇に印刷

回転したフットプリントの lib_footprint_mismatch 警告。 J5 は 180° 回転して配置して あるため、kicad-cli pcb drc がこの警告を 1 件出す。回転させたフットプリントであれば 部品を問わず出る kicad-cli 側の比較の癖で（無関係な部品を回して再現確認済み）、 実体は隠しテキストの角度差。製造・機能への影響はない。