آموزش طراحی PCB

آموزش طراحی PCB یوبرد با هدف طراحی حرفه ای سخت افزار بردهای الکترونیکی ارائه شده است. طراحی سخت افزار شامل دو بخش طراحی شماتیک و طراحی PCB است. ابتدا شماتیک مدار و سپس PCB طراحی می شود(عبارت PCB مخفف Printed Circuit Board یا برد مدار چاپی است.). پر استفاده ترین نرم افزار برای طراحی شماتیک و PCB در کشور ما نرم افزار Altium Designer است. دانش طراحی شماتیک و PCB در این نرم افزار، یکی از مهمترین گام های طراحی سخت افزار یک محصول الکترونیکی است. در ادامه ببینیم که گام های مسیر در طراحی سخت افزار یک محصول الکترونیکی چیست و آموزش طراحی PCB با Altium Designer تنها گام مسیر نیست.

1.   الکترونیک و طراحی مدار:

برخی از مدارات الکترونیکی بسیار ساده و با اهدافی مثل پروژه های دانشجویی ساده یا نمونه سازی، حتی در سطح اینترنت نیز وجود دارد. برای پروژه های مقداری سطح بالاتر مثلا در کاربردهای غیرحیاتی و بدون نویز و ESD یا در مداراتی کمی پیچیده، با دانشی درحد آنچه در دانشگاه ها تدریس می شود و یا آموزش خودخوان، قابل انجام است. اما طراحی مدار الکترونیکی برای سیستم های حیاتی، سیستم های در معرض نویز و ESD و یا مدارات الکترونیکی بخصوص آنالوگ پیچیده، نیازمند دانش و تجربۀ ساخت محصولات در این صنایع و تست مدارات مختلف در آزمایشگاه ها است. اگر به الکترونیک و طراحی مدار آشنایی کافی نداشته باشید، باید طراحی آن را به شخص یا شرکت دیگری بسپارید.

2.   طراحی شماتیک و PCB در نرم افزارهایی مثل Altium Designer:

منظور ما از طراحی شماتیک، طراحی مدار نیست. طراحی مدار را در مرحلۀ قبل بررسی کردیم. منظور ما از طراحی شماتیک، پیاده سازی  یک مدار از قبل طراحی شده، به قسمت شماتیک یک نرم افزار طراحی PCB مثل طراحی PCB در آلتیوم است (نماد قطعات الکترونیکی سازندگان نقشه شماتیک). طراحی شماتیک در مواقعی که محصول ما یک محصول ساده است، کار ساده ای خواهد بود. و با آموزش آلتیوم دیزاینر مقدماتی نیاز ما مرتفع خواهد شد. اما با پیچیده شدن محصول ما بخصوص در طراحی PCB های متراکم، در طراحی شماتیک خود نیز باید از قابلیت های پیشرفتۀ طراحی شماتیک استفاده کنیم.

طراحی PCB برای محصولات ساده، نیازمند یک آموزش مقدماتی آلتیوم دیزاینر است. درصورتی که قصد طراحی یک برد الکترونیکی را داریم، حتما این را آموزش ببینیم. چرا که در غیر این صورت هزینۀ اولین اشتباه حداقل به اندازۀ هزینۀ این آموزش خواهد بود. در بسیاری از موارد هزینه های بسیار بیشتری نیز خواهد داشت. فیلم آموزش طراحی PCB با Altium Designer یوبرد با هدف آموزش Altium Designer و پیشگیری از این موارد ارائه شده است. برای محصولات پیچیده، طراحی PCB نیز بسیار چالش برانگیز خواهد بود. در این حالت علاوه بر آموزش طراحی مدار چاپی با نرم‌افزار Altium Designer، نیاز به موارد دیگری نیز وجود دارد که در ادامه بررسی می شود.

نحوه ایجاد پروژه PCB در نرم افزار Altium Designer

تصویر 1 – آموزش نرم افزار آلتیوم

3.   نویز و EMC/EMI و حفاظت و ESD:

یک عامل که باعث پیچیده شدن طراحی سخت افزار یک محصول الکترونیکی می شود، محیط نویزی و قرار داشتن محصول در محیطی در معرض ESD و اشتباهات کاربر است. اگر برد الکترونیکی در محیطی نویزی قرار داشته باشد (مثلا در کنار منابع نویزی مثل موتور خودروها، موتورهای الکتریکی توان بالا، نشتی در خطوط برق ولتاژ بالا، منابع جرقه و قوس الکتریکی و…)، دیگر تنها آموزش طراحی PCB درحد مقدماتی کفایت نمی کند. باید دانش خوبی نسبت به نویز و راه های مقابله با آن داشته باشید.

فیلم آموزش EMC/EMI و کاهش نویز در PCB – جلسۀ 9 طراحی PCB

دیود TVS، حذف ولتاژ گذرا و ESD

مثلا وقتی نویز بوجود می آید برد شما مدام هنگ می کند و یا ریست می شود. یا در حالت خوش بینانه نمایشگر برد شما به هم می ریزد و … . در بسیاری از مواقع منابع نویز بیش از یک منبع بوده و همین کار را پیچیده تر می کند. نویز چالش های بسیاری را در طراحی PCB بوجود می آورد. همچنین برای محصولات صنعتی و تولیدی برای حصول اطمینان از اینکه محصول در شرایط مختلف، مصون خواهد بود، باید به آزمایشگاهها رفته و محصول را در آزمایشگاه تست کرد. در بسیاری از موارد زمانی که برای مصون کردن برد در مقابل نویز صرف می شود، ده ها برابر بیشتر از زمان طراحی PCB آن برد خواهد بود.

تصویر 2 – سیگنال و نویز

4.   طراحی بردهای متراکم:

مورد بعدی که پیچیدگی طراحی را بالا می برد، طراحی بردهای متراکم است. منظور از بردهای متراکم، بردهای با تعداد لایه های زیاد است. مثلا یک برد 8 لایه، یک برد متراکم است. معمولا هدف از چند لایه شدن برد، یا مقابله با نویز داخلی و خارجی و یا کاهش ابعاد برد و یا هردوی این دلایل است. به عنوان مثال برای طراحی بردی که دارای رابط اترنت فرکانس بالا است، باید حتما از برد چند لایه استفاده شود. چرا که در بردهای دو لایه در استفاده از چنین قابلیت هایی، حتما شکست مسیر برگشت سیگنال بوجود می آید که یکی از عوامل نویز داخلی از جمله نویز Crosstalk است (نویز Crosstalk و روش های حذف آن در برد مدار چاپی PCB). بسیاری از مواقع در طراحی بردهای متراکم از بزارهای پیشرفتۀ نرم افزارها استفاده می شود که در آموزش پیشرفته آلتیوم دیزاینر و دیگر نرم افزارها ارائه می شود. در آموزش طراحی PCB یوبرد، این موارد نیز ارائۀ می شود.

5.   طراحی برای تولید:

طراحی برای تولید نیز از دیگر مواردی است که با تجربه یا آموزش بدست می آید. الزامات تولیدی در برخی مواقع چالش هایی را برای طراحی بوجود می آورند. مثلا باعث قرارگیری محل کانکتورها می شود که می تواند باعث قرارگیری برخی سیگنالهای حساس در کنار برخی سیگنال های توان بالا شود. و یا الزامی که باعث کاهش سایز بیش از حد برد شود که خود مشکلاتی را به دنبال خواهد داشت. دانش طراحی برای تولید در شرکتهایی که محصولات آنها تولید زیادی دارد، بسیار مهم است. در چنین شرکتهایی به مواردی توجه می شود که در شرکتهای با تولید کم، شاید حتی هیچوقت چنین مسائل مطرح نشوند. آموزش طراحی PCB باهدف طراحی برای تولید درحال حاضر در یوبرد بصورت آموزش خصوصی طراحی PCB ارائه می شود.

در آموزش طراحی PCB یوبرد، هدف ما ارائۀ تمام مباحث مربوط به طراحی سخت افزار یک محصول الکترونیکی است. به عبارتی با هدف آموزش طراحی بردهای الکترونیکی از پایه تا پیشرفته ارائه شده است.

که بخش هایی از آن از جمله آموزش رایگان طراحی برد الکترونیکی و دیگر فیلم های آموزشی درحال حاضر موجود است در ادامه ارائه شده است.