第4回の課題解決に踏み込みます。
前回の課題は以下です。
・携帯型のBeaconを作る＝電池駆動が必須
・リチウムイオン電池3.7vならばOKだが、充電制御回路が面倒クサイ。
・青色LEDを使用したい＝電池電源が3.0vなので、Vf＝3.1~3.2vの青色LEDが点灯させられない。
・電池を増やす➡乾電池1.5v×3本＝4.5v、リチウムコイン電池3.0v×2=6.0vにする。

こんな感じで終わりました。

ここで、『目的・目標』を決める意志が必要だと言ってます。
正直、
乾電池を3本使用というのは、ちょっとサイズが大きく・重くなってしまい避けたいです。しかし要検討です。
リチウムコイン電池を2本使うというのも、ちょっとナンセンスに思います。これも要検討です。
しかし、視認性の良いシリコン半導体LEDの赤はダサく、黄緑・黄色は視認性が極端に悪いです。
おまけに、Li-Ion電池(2次電池)は体積比でのエネルギー密度（電池容量）が、1次電池（放電専用の電池）よりも小さく寿命が短い。

ここで、今回は余り気が進まない、《乾電池3本直列＆コイン電池2個直列》で検討をしてみます。

ここからが本番です。

まずは、簡単で良く使われる【LDO(Low Drop Out)レギュレータ】で設計してみます。

先に、乾電池3本使用/リチウムコイン電池2個使用した場合で、LDOをマスターします。
・乾電池3本直列：1.5x3=4.5v
・リチウムコイン電池2個直列:6.0v
Bluetoothモジュールの使用電圧範囲が1.7v~3.6vでしたので、3.6v以下にしないといけません。
この様な場合にLDOが使用されます。
ではLDOで必要な知識を図式化します。

この図内になる記号は仕様書でまず注目すべきポイントです。
仕様書を見る際に、真っ先に見ます。
または、ICメーカーのWebサイトで絞り込み検索をする際にも活用します。
*************************************************************************************************
【LDOのIC仕様書でまず最初にチェックするポイント】
Vin:入力電圧範囲（min/maxあります）➡Voutを決めると、安定化出力に最低限必要なVdefがあるので、Vin(min)があります。
Vout：出力電圧範囲（min/maxあります）
Vdef：入出力電位差（出力電圧は設計者が決めますが、安定化させる為に最低限必要な電圧差ΔVと言う解釈が必要）
Io:出力電流（これは、最大出力できる電流値が注目点です）
Iq=Iss：消費電流(これはこのLDO電源ICを機能させる為に消費される電流値です。コレ結構重要です。)
Pd：許容損失（IC自身がΔV分の電圧を降下させて、しかも電流が流れますので必ず発熱します。これがどこまで耐えられるか）
CE:チップイネーブル（ICの出力をMCUマイコンの制御で、ON/OFFする事が可能です）これに、VIL/VIHの規格があります。
*************************************************************************************************
これが、LDOを選定する際に最低限必要な仕様です。まず、これだけの規格値は頭の中のRAMに入れとかないと設計出来ません。
あまり、意識されない規格でIq＝Issというのが有ります。私は《Iq》と言いますが、メーカーによっては《Iss》とも記載されます。
どちらでも通用します。
これは、LDOを動かすにも、そのIC自身が動作する為の消費電流が必要ということです。当たり前といえば当たり前です。
これは、これまでは余り意識されていませんが、Bluetooth Low Energyのように超低消費電力デバイスを使って、1年以上に渡る動作を実現できる昨今では、このIq(＝Iss)はこれまで以上に重要度が上がっています。
ここら辺も、次回よりじっくり説明していきます。

図中にRo(Ω)があります。IC(LDO)はVinを入力し、Vdef(V)分下がりって、Voutを出力し、出力側に繋がる回路（これを負荷と言います）へIoが流れるのですから、当然ICの内部もIoが通るワケです。
ならば、電気回路は全て『オームの法則』が成立するわけですから、Ioが流れてVdef(V)下がるとなると、内部は計算上Ro(Ω）が存在するといえます。
じゃないと、『オームの法則』が成り立ちませんよね。
Vdef=Io×〔何か〕⇒〔何か〕＝抵抗成分があるしかあり得ない⇒Roとしてしまおう！これで成立❗ッてな感じです。オームの法則と照らし合わせる。
〔何か〕＝Vdef/Io＝Ro(とするしか説明出来ない）
しつこい書き方をしますが、分からない方はこの位書いて置いた方が、ご自身のイメージに合うでしょう。
分かる人は飛ばしてOKです。
 

私は日清紡マイクロデバイス株式会社の電源ICが好みなので、ここから選んでみます。

【日清紡マイクロデバイス株式会社のWeb】
https://www.nisshinbo-microdevices.co.jp/
こちらは、最近出来た会社で、リコー電子デバイス株式会社と新日本無線株式会社が合併した新半導体メーカーです。
では、ここでLDOのパラメトリックサーチ(検索)してみましょう。

［低耐圧（Vin≦7v）]という分類が見れますね。これは便利です。
これをクリックしてみます。

89製品も対象となるLDOが見つかってしまいました。こりゃ～混乱しますね。
良く見ると、R****という品番と、NJM****という製品名があります。
これは、R：旧RICOH品番で、NJM:旧新日本無線（日本無線がJRCで、新日本無線がNJRとか言ってました）の品番です。

私は旧RICOH製のLDOを良く使って居ますので、そっちでソーティングします。

旧RICOH製で絞り込んでも、まだ、49製品も選択されてしまいます。混乱しますね。。。。

絞り込んでも、こんなに沢山あります。
折角のパラメトリック検索ですので、どうにかして絞込の条件を足しましょう。

どんなLDOでも考えている3.5v品は絶対にありますので、この点は心配無用です。

ここでは先ず、出力電流で絞り込むのが良いでしょう。
この条件を検討します。

メインで使用するモジュール：BVMCN52840CFSLR(nRF52840使用)のモジュールの仕様書に、最大消費電流は記載が有りません。
こういうときは、Nordicが発行するSoCチップの仕様書を参照します。
※モジュールの仕様書の読み方とは、こんな感じです。
nRF52840_PS_v1.5.pdf　の項目5.2.1 Electrical Specificationにその記載があります。
 

この仕様をみますと、
nRF52840の最大の送信Tx時/受信Rx時の消費電流は、
IRADIO_TX0〔TxPower+8dBｍ/1Mbps時〕：16.4mA(typ)➡他にも測定条件を書いていますが、気にしませんｗ
IRADIO_RX1〔1Mbps時〕：10.10mA(typ)➡他の測定条件は取り敢えず気にしなくて良いですｗ
となっています。
※➡「気にしなくて良い」としているのは、ざ～っと仕様書の電気的特性の所を流し見て、一番デカい消費電流を見つけて、「こりゃなんだ？」と項目や条件を観る逆引き読み取った方が利口です。ここでは、「最大の消費電流はどの位か？」をざっと探す状況ですので、こんな感じです。
⇒これとはまた逆の仕様書の読み方も後で出てきますの乞うご期待。

無線チップで一番消費電流の多いモードは、送受信時ですので、ここさえ見ておけば、「マイコンの消費電流は5ｍAよりは小さい」程度で問題ないと思いますので、どんなに余計目に見ても最大で25mA以上は消費しないでしょう。
そして、これから設計していく際に登場してくる周辺ICの消費電流は圧倒的に、nRF52840よりも少ないのは間違いありません。
なんせ、無線ICですから、今のところは一番消費電流が高いですよね。
何か追加した際に、「消費電流が多そうなICを追加したら、その時考えれば良い」のです。

となると、ここでまだ描いていない回路においても、《目的・目標》を満たす設計は、概ね25mAも消費しないという事が判断出来ます。
こんな感じで、システム全体の『だいたいの消費電流』を把握しておきます。

ここで、日清紡マイクロデバイスのパラメトリック検索で、〔≦50mA〕を条件に追加します。

なんと、『該当する製品が無い』と出てきましたｗ　これは計算外ですね。
では、100ｍA位にしてみます。

おっと❗なんと4つに絞込出来ました。こりゃ～良いです。この4つから選ぶので簡単そうですね。
 

さて、一見解決に近づいた様ですが、これから我々はこの4つから一つを選ばねばならない事に成ります。

先程の、出力電流の絞込の様に更に、絞込条件を追加して一つを探す。。。。のか？？

ここら辺が当に《回路設計のノウハウ》になってきて、複雑に成ってきますので、しっかり付いてきて下さい❗❗
ちょっと、後学の為にこの4つを観てみましょう。

RP117というICだけ、なにかオカシイです。
・入力電圧(min)が-10v、入力電圧（max)が-2.5vとか《マイナス表記》になってます。
・消費電流が他の3つは2uA未満なのに、これだけが75uAと極端に大きいです。

電子回路では電源を+Vd/-Vdと[＋/ー]の両電源で使う回路が在るんです。
OPAMP（オペアンプ）というICを使う際に、こう言う両電源仕様で設計する時の、マイナス電源の安定化用という事です。
これは対象外です。
IoT周りではOPAMPを使う様な場面は稀ですので、対象外と思ってOKです。
そもそも、最近の設計は殆ど片電源（プラス電源のみ）仕様ですので、無視しましょうｗ

しかし、ちょっと消費電流が桁外れに違うのは、ちょっと気になりますね。気になるという事だけ覚えておきましょう。

 

すると、残りは3つになります。ちょっと安心ですね。
ん？チョットマッテ下さい。
Vin(max)が5.5vと6.0vになってます。

乾電池3本直列仕様:4.5v
コイン電池2個直列仕様：6.0v

ですが、乾電池の方は問題無いですが、コイン電池２個仕様の6.0vはちょっと不味いですね。
R1100でもギリギリ、RP118/RP124は5.5v(max)なのでアウトです。
だったら、R1100はギリOKか？というと、世の中は全て余裕・マージンってのが必要なもんですｗ
ギリギリは怖いです。壊れない筈ですが、やはり怖いです。

こりゃ～困りました。。。

これは、Vin≦7vとした選択がそもそも厳しすぎたのかも知れませんね。
さらには、Io≦100mAとしたのも原因が有るかもしれません。別に150mAでも、200mAでも、300ｍAであれば、上位コンパチですからね。

コイン電池が2直（接続）で6vですから、せめてVinの耐圧は8v以上は欲しい所です。これは直感的なイメージです。
10v以上だとより安心ですね。これで色々と条件を変えて、パラメトリック検索を試して観て下さい。
 

まだまだ初期段階ですが、如何ですか？もの凄く面倒だと思いませんか？
恐らく、完全に「これだ❗」となることは先ず無いと思います。

ましてや、他にも電源ICを作っているメーカーが沢山ありますから、もう無限のなかから選ぶなんて出来ないんですよ。

私が新しい回路を設計するときなんかは、こんな感じで頭をグルグル回し続けて、問題点を穴間の中で発見して選択し直しの連続です。

更に言いますと、大企業は新型ICを使いたがりません。古いICを使いたがります。この根拠（言い訳）は「実績」です。
一方、Braveridgeは最新型ICを好んで選択します。その根拠は「最新型の方が性能が優れている」のは当たり前だから❗です。
ここら辺は、四方山話で追記します。

「コレで良し❗」とする決断迄の過程こそが、実は「回路設計のノウハウ」なんです。ここに行き着くのはかなり至難の業なんです。

今回の単なる電源ICの設計解説だけでも『面倒クサイ』のが良く分かると思いますｗ

実は、この面倒クサイ流れをしつこく書いたのは理由があります。
実の所、「全くの白紙に、全く新しいICで新たな回路図を描く」事なんて、後に自然と身に付けば良いと思っています。
そんな理論や理屈を一から学んでたら、一向に設計なんか進まないんです。
電子回路設計本を読んでも、元々『教育』ってシングルタスクでしか教えられませんから、並列に理解させるのは無理なんですよね。
だいたい、1週間前に学んだ新たな事って、もう結構忘れてますからね。

そこで、根本的に『今の時代に合った、《最新の設計手法》を目指す』のが一番合理的なんです。

それは、Braveridgeが色々と検討して、絞込み、選択したオススメのICとその使い方を紹介する事の方が合理的だと思うのです。
そして、そのICを選択した理由と根拠を理解して貰う方が全くもって合理的で、早く回路図が描けるコツが分かるようになります。
つまり、最新の設計手法で『使いこなす技術』という答えから先にマスターすることがベストだと考えます。

BraveridgeがICを選択した根拠を学べば、後に、自ら別のICも選択できる能力が鍛えられます。
『電子回路設計本』とは全くやり方は逆ですが、これで回路設計をマスターする方が合理的なんです。
私の部下の教育する際は、こういうやり方を教えて回路図が描けるようになり、今では別の電源ICを選択する能力も鍛えられてます。

今回は長くなりましたので、続きは次回へ。
漸くQuadceptファイルの公開も始まります。
LDOの選択・DCDCコンバーターのオススメからやっていきますので、よろしくお願いします。

電子機器開発の世界に30年も居て、今でも現役で設計している私です。
先程、「大企業は新しいICを使いたがらない」と書きました。これホントなんです。
そして、格好いい台詞があるんです。
「他社での使用実績は？」と必ず言います。
それか、これまで自社内で使われてきた古いICが好まれます。一見「実績については抜群の実績」ですからね。

私も沢山そういう場面を観てきました。

これ、本当は言い訳であって、心の中の真実は『実績』では無いんですよ。
「新しいICが、企画された製品に使えるのかどうか判断出来ない・自信が無い」ってだけなんです。
これが真実❗
今回紹介したパラメトリック検索も出来ませんし、問題の無い最適なICの選択なんて出来る実力も有りません。
これが出来る電子回路設計エンジニアって、おそらく私の肌感覚では、（自称）電気エンジニアのなかで5%未満でしょうね。

『実績❗・実績❗・実績❗❗』と。。。私はそういう諸先輩達を観ていまして、こう思っていたもんです。
「そんな、縄文時代からICメーカーが在って、その頃から1000年以上使ってるんか！？ｗ　この実績あるICも所詮だれかが覚悟して最初に採用したもんだろ❗」とｗｗｗ
当たり前ですよね。

これには、別バーションもありまして「他社実績❗を示せ」というモノです。
私が翻訳しますとｗ　「ライバル企業が使って居たら、設計的・品質的問題が無い実績があるので安心できる」というモノｗｗｗ
これは、まさにパクリですｗ

そして、上長はこう言います。「他社に負けない、全く新しい価値観を生み出せ！そして、コストダウンしろ！」とｗｗｗ

これ全く辻褄が合わないと思いませんかね？パクった方が安心だ！なんて人が新しい価値観なんか生み出せるはずも無いですよね。

正直な話、私も全く新しい事をするときの回路図設計はもの凄く集中しますし、怖いです。
しかし、その怖さを克服するには、頭をグルグル回して、全方位的に脳内で品質検証をし、ICの仕様書を徹底的に読みまくります。

では、なぜ最新のICが良いのかって事なんですが、
・最新のICは、半導体メーカーの最新の設計品質基準で設計されています。
・最新のICは、これまでの問題や課題を克服するように設計されています。
・最新のICは、最新の回路で設計されています。
・最新のICは、より消費電力（電流）が低くなる様に工夫し、設計されています。
・最新のICは、より高い信頼性をもつように色々と工夫されています。
・最新のICは、最新の半導体製造装置で作られています。
・最新のICは、より安価になる様に工夫されています。
etc

これで、古いICを選択し続ける理由が全くないと理解して頂けるでしょう。
正直、ICメーカーとしても、現状のニーズにあった新製品をリリースしているのです。
大メーカーが古いICばかり使うので、品番も多くなり、集約できない状況になって困っているんです。
ほんとは、電源ICにこんなに沢山の選択肢は要らないんですよ。

因みに、私が古いと思うICの設計は5年以上ですかね～
ICの企画から量産までにだいたい3年少々かかりますので、5年～7年って感じです。

私は、世界で誰も使っていない様な、まだ量産されていない様な、最新のICを好んで使用します。
メーカー営業には「俺が人柱になってやる！」が口癖です。

実績があるからと古いICに拘り過ぎるのは、設計能力が無いと思われますし、信頼性も低いわけですから、全く意味が分からない私です。

また、ICメーカー側には、能力のある・ないエンジニアというのは完全にバレていますのでｗｗｗ
隠せたと思っていても大間違いですｗ