回路図、Python で書けるのか？ — 現場の電子屋が schemdraw / skidl / PySpice を本気で試した

回路図を描くの、正直だるくないですか

回路図を一枚起こすたびに、GUI を立ち上げて、部品ライブラリを探して、シンボルを並べて、配線して、番号を振って……という儀式を、私は 20 年やってきました。

ずっと思っていたことがあります。「これ、テキストで書けたら git で差分が取れるのに」。回路図のレビューって、結局は「どこが変わったか」を目で追う作業です。それがコードだったら diff 一発なのに、と。

最近、Python で回路を書けるという話をいくつか見かけました。日本語の情報は驚くほど薄い。なら自分で全部動かして、現場の電子屋の目で「実用に耐えるか」を確かめよう、と思って週末の朝に手を動かしました。3 つとも目的が違う別物でした。

「回路を Python で」は、実は 3 種類の別作業

ここを混同している記事が多いのですが、整理するとこうです。

「回路を Python で書く」と一言で言っても、ドキュメント目的・設計データ目的・検証目的でまったく道具が変わる。ここを分けずに語ると話が噛み合いません。3 つとも WSL + venv に入れて、実際に動かしました（schemdraw 0.22 / skidl 2.2.3 / PySpice 1.5）。

20 年、ネットリストの差分を目で追ってきた話

私はハードウェア寄りの開発現場に長くいました。回路図とネットリストに費やした時間は、たぶん数え切れません。

手描き、ドロー系ツール、専用 CAD と道具は変わっても、本質的にしんどかったのは 「変更点を人間が目で照合する」 ところでした。レビュー会で、旧ネットリストと新ネットリストを並べて、どのノードの結線が変わったかを指でなぞる。あの作業を何百回やったか分かりません。当時から「回路がプレーンテキストで、バージョン管理できて、差分がレビューできれば、この苦行の大半は消えるのに」と思っていました。

ただ、当時はそれを実現する現実的な道具がなかった。だから今回 Python の選択肢を試すのは、私にとっては 20 年越しの宿題の答え合わせでもあります。期待と疑いを半分ずつ持って動かしました。

実際に動かして分かった「使える/使えない」

schemdraw — 即戦力。文句なし

20 行ちょっとで、教科書品質の反転増幅回路が出ました。

import matplotlib
matplotlib.use("Agg")
import schemdraw
import schemdraw.elements as elm

with schemdraw.Drawing(file="inverting_amp.png", show=False) as d:
    V1 = d.add(elm.SourceSin().up().label("Vin\n1kHz"))
    d.add(elm.Line().right().length(1))
    d.add(elm.Resistor().right().label("Rin 10k"))
    opamp = d.add(elm.Opamp(leads=True).anchor("in1"))
    d.add(elm.Line().at(opamp.in2).left().length(0.6))
    d.add(elm.Ground())
    d.add(elm.Line().up().at(opamp.in1).length(1.6))
    d.add(elm.Resistor().right().label("Rf 100k").tox(opamp.out))
    d.add(elm.Line().down().toy(opamp.out))
    d.add(elm.Line().right().at(opamp.out).length(0.8).label("Vout"))

出てきた図がこれです（ゲイン −Rf/Rin = −10 の素直な反転増幅器）。

正直、これは即戦力です。記事・教材・設計メモに貼る図なら、もう手描きツールに戻る理由がない。コードなので git で差分が取れるし、パラメータを変えれば図が変わる。私が 20 年欲しかったものの一つは、これでした。注意点があるとすれば、複雑な実回路をこれで「設計」しようとすると配置の試行錯誤が地獄になること。用途はあくまでドキュメントと割り切れば最高です。

skidl — ネットリストは書ける。ただし KiCad の影がちらつく

skidl は「回路を Python で配線して、ネットリストを吐く」道具です。SPICE サブセット（skidl.pyspice）で RC ローパスを書いてみます。

from skidl.pyspice import R, C, V, gnd, generate_netlist, u_V, u_kOhm, u_uF

vs = V(ref="1", dc_value=5 @ u_V)
r1 = R(value=1 @ u_kOhm)
c1 = C(value=1 @ u_uF)

vs["p"] & r1 & c1 & gnd     # vin --[R]-- vout --[C]-- gnd
vs["n"] & gnd               # 出力 vout は R と C の接続点（下のネットリストの N_2）
print(generate_netlist())

実際に出たネットリストがこれです。

.title 
V1 N_1 0 DC 5V
R1 N_1 N_2 1kOhm
C1 N_2 0 1uF

& 演算子で結線が書けるのは気持ちいい。回路をプログラムとして組み立てられるので、「抵抗値を振って 100 通りのバリエーションを自動生成」みたいなパラメトリックな使い方が刺さります。

ただし現場目線の注意点。素の skidl を import した瞬間、こういう警告がぞろぞろ出ます。

WARNING: KICAD9_SYMBOL_DIR environment variable is missing ...
WARNING: fp-lib-table file was not found. Component footprints are not available.

skidl の本来の主な使いどころは KiCad 連携（シンボル→フットプリント→基板）です。そこを使いこなすには結局 KiCad の世界を抱えることになる。「Python だけで完結」と思って入ると、この影につまずきます。SPICE サブセットでネットリスト生成までなら KiCad なしで完結するので、用途を絞れば実用です。

PySpice — 強力。でも「ngspice の壁」は正直に書いておく

PySpice は回路を Python オブジェクトとして定義します。ネットリスト生成まではあっさり動きました。

from PySpice.Spice.Netlist import Circuit
from PySpice.Unit import u_V, u_kOhm, u_uF

circuit = Circuit("RC low-pass filter")
circuit.V("input", "vin", circuit.gnd, 1 @ u_V)
circuit.R(1, "vin", "vout", 1 @ u_kOhm)
circuit.C(1, "vout", circuit.gnd, 1 @ u_uF)
print(str(circuit))

.title RC low-pass filter
Vinput vin 0 1V
R1 vin vout 1kOhm
C1 vout 0 1uF

ここまでは気持ちいい。ところが、いざシミュレーション（AC 解析）を走らせるとこうなります。

OSError: cannot load library 'libngspice.so': libngspice.so:
cannot open shared object file: No such file or directory.

これが現場の壁です。 PySpice は「ライブラリ」であって「シミュレータ」ではない。実体の計算は ngspice という別物（システムの共有ライブラリ）が必要で、pip install だけでは完結しません。私の今回の環境は管理者権限がなく ngspice をシステムに入れられなかったので、シミュレーション実行はここで止まりました。

これを「動かなかった」とだけ書く記事が多いのですが、現場の判断としては逆です。ネットリスト生成と検証ロジックは Python 側で完全に書けて、計算エンジンだけ差し替え可能、という設計だと分かったのが収穫でした。しかも PySpice の解析結果は NumPy 配列で返る設計なので、ngspice さえ通れば測定データを matplotlib や統計処理へそのまま流せる——一気に本気の解析環境になる。次回、そこを通します。

現場の電子屋としての結論（使い分け表）

罠は 2 つ。skidl の KiCad 依存と、PySpice の ngspice 依存。どちらも「Python だけで完結する」という幻想を持って入ると足を取られます。逆に、目的を 1 つに絞れば 3 つとも実用でした。

結論 — 回路が「テキスト」になる意味

20 年越しの宿題の答え合わせとしては、合格点です。回路図はもう手描きに戻らなくていい（schemdraw）。回路の構造はコードで持てる（skidl）。検証も Python の世界に引き込める（PySpice、ただし ngspice 同伴＝別途必須）。

そして一番の収穫は別のところにありました。回路がテキストとコードになると、AI と回路設計を会話できる。実はこの記事のサンプルコードは、AI 伴走（Claude Code）で書いています。「反転増幅器を schemdraw で」と頼めば叩き台が出て、私は設計判断に集中できる。回路がコードになった瞬間、レビューも差分も自動生成も AI も、全部こちら側に来る。20 年前に欲しかったのは、たぶんこれです。

次回は、この lab-circuit-python に ngspice を通して、PySpice で実際に Bode 線図を出すところまでやります。最終的には STM32 や FPGA と同じターミナルで観測できる統合ラボ（Atelier Lab）に育てていく予定です。コードは MIT で公開します。