วิธีวาดออกแบบผังсхем PCB: การออกแบบผังวงจร PCB อย่างมีประสิทธิภาพ

ออกแบบรูปแบบวงจรพีซีบี: พื้นฐานการออกแบบวงจร

แนะนำ

แผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) เป็นหัวใจสำคัญของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่เกือบทั้งหมด ตั้งแต่สมาร์ทโฟนและคอมพิวเตอร์ ไปจนถึงระบบควบคุมอุตสาหกรรมและอุปกรณ์ทางการแพทย์ รูปแบบวงจรพีซีบี การออกแบบบอร์ดวงจร การออกแบบแผงวงจร แสดงแผนผังการเชื่อมต่อไฟฟ้า การไหลของสัญญาณ และความสัมพันธ์ของชิ้นส่วนต่างๆ ทั้งหมดที่จะถูกสร้างขึ้นจริงในผลิตภัณฑ์สุดท้าย การออกแบบ แผนภาพโครงสร้าง ที่แข็งแกร่งและชัดเจนเป็นสิ่งสำคัญไม่เพียงแต่ต่อการนวัตกรรมและความสำเร็จในการทำงาน แต่ยังสำคัญต่อการแก้ปัญหา การผลิต และการควบคุมคุณภาพในระหว่าง การผลิต PCB กระบวนการ

เหตุใดจึงควรเริ่มต้นด้วยการออกแบบรูปแบบวงจรพีซีบี?

โครงการพีซีบีจะเริ่มต้นเสมอจากแบบร่างที่เขียนอย่างดี รูปแบบแผนผังนี้ให้ข้อมูล ตัวแทนเชิงตรรกะ ของการออกแบบวงจรไฟฟ้า ซึ่งแสดงรายละเอียดทุกอย่างตั้งแต่การจัดสรรไฟฟ้าและกราวด์ การติดป้ายชื่อเน็ตเวิร์ก และสัญลักษณ์ของชิ้นส่วน ไปจนถึงการจัดระเบียบการไหลของสัญญาณอย่างเป็นระบบ เครื่องมือช่วยออกแบบอิเล็กทรอนิกส์ (EDA) —เช่น OrCAD, Altium Designer, KiCad และ EasyEDA—ทำให้สามารถจับภาพการออกแบบที่ซับซ้อนเหล่านี้ในรูปแบบดิจิทัลได้ ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับกระบวนการขั้นถัดไป เช่น การวางผัง PCB , การตรวจสอบลิสต์เน็ตเวิร์ก , และในที่สุดคือ การประกอบ PCB .

ผังผังсхемมีความสำคัญอย่างไร

• สร้างภาพรวมของวงจรที่มีโครงสร้างดี — เป็นแบบแปลนสำหรับการออกแบบและการแก้ปัญหา
• จำเป็นต่อการทำงานร่วมกัน ในหมู่วิศวกร ช่างเทคนิค และผู้ผลิต
• คำแนะนำสำหรับการผลิตและการซ่อมแซม ในอนาคต

องค์ประกอบหลักของแผนผังวงจรพีซีบี

• สัญลักษณ์อิเล็กทรอนิกส์ : ตัวต้านทาน, ตัวเก็บประจุ, ไอซี, เป็นต้น
• เส้นต่อ / สายไฟ : การเชื่อมต่อทางไฟฟ้าและทิศทางของสัญญาณ
• ป้ายกำกับ / ชื่อเส้นต่อ : เพื่อให้สัญญาณชัดเจนและแยกจากกันได้ง่าย
• สัญลักษณ์แหล่งจ่ายไฟ / กราวด์: จุดต่อสัญญาณและจุดอ้างอิงที่ระบุอย่างชัดเจน
• ตัวบอกส่วนประกอบ: ตามมาตรฐาน IEEE

แนวทางการวาดแผนผังวงจรพิมพ์ (PCB Schematic Diagrams)

แผนผังวงจรพิมพ์ที่มีโครงสร้างดีเป็นพื้นฐานของการพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่เชื่อถือได้ ช่วยให้มั่นใจในความชัดเจน การผลิตได้จริง และประสิทธิภาพในการทำงานร่วมกัน ต่อไปนี้คือแนวทางสำคัญที่ควรปฏิบัติตามสำหรับการออกแบบแผนผังอย่างมืออาชีพ

เลือกขนาดหน้ากระดาษที่เหมาะสม

เลือกขนาดหน้ากระดาษให้สอดคล้องกับขนาดและความซับซ้อนของวงจร — หลีกเลี่ยงการเบียดบังวงจรที่เรียบง่าย หรือเสียพื้นที่เปล่าโดยใช้หน้ากระดาษใหญ่เกินไป สิ่งนี้จะช่วยสมดุลระหว่างความสะดวกในการอ่านและการจัดการเอกสาร

ตั้งชื่อหน้าเป็นลำดับตามตัวอักษร

แบ่งแผนผังหลายหน้าตามโมดูลการทำงานอย่างเป็นระบบ และตั้งชื่อหน้าตามลำดับตัวอักษร วิธีนี้ช่วยให้การนำทางและการอ้างอิงข้ามหน้ายากง่ายขึ้น

ใช้ระบบกริดสำหรับจุดอ้างอิง

เปิดใช้งานระบบกริดเพื่อจัดแนวองค์ประกอบ เส้นเชื่อมต่อ และสัญลักษณ์ให้สม่ำเสมอ ซึ่งจะช่วยทำให้การเดินเส้นเชื่อมต่อง่ายขึ้น รักษาความสม่ำเสมอของภาพรวม และช่วยให้อ้างอิงข้ามกันได้อย่างแม่นยำในระหว่างการทบทวนการออกแบบ

รวมบล็อกชื่อเรื่องไว้ที่ส่วนท้าย

เพิ่มบล็อกชื่อเรื่องมาตรฐานที่ด้านล่างของแต่ละหน้า โดยระบุข้อมูลเมตาสำคัญ เช่น ขนาดกระดาษ หมายเลขรีวิชันเอกสาร รหัสเอกสารเฉพาะ ชื่อ/ข้อมูลติดต่อผู้ออกแบบ วันที่ออกแบบ และโลโก้บริษัท สิ่งนี้ช่วยเพิ่มการติดตามได้และสร้างความเป็นมืออาชีพ

เพิ่มหมายเหตุ/ความคิดเห็นที่สำคัญ

แทรกคำอธิบายประกอบสำคัญสำหรับรายละเอียดการออกแบบที่จำเป็น เช่น การตั้งค่าไจม์เปอร์ ข้อจำกัดของการวางผังแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) ตำแหน่งจุดทดสอบ หรือข้อกำหนดพิเศษของชิ้นส่วน เพื่อชี้แจงตรรกะที่ไม่ชัดเจนและป้องกันการตีความผิด

รวมประวัติการแก้ไข

จัดทำส่วนประวัติการแก้ไขเพื่อบันทึกการเปลี่ยนแปลง ซึ่งจะช่วยให้มีความรับผิดชอบ ทำให้ควบคุมรุ่นได้ง่ายขึ้น และสนับสนุนการปฏิบัติตามมาตรฐานด้านคุณภาพ

รวมตารางสารบัญ

สำหรับโครงการที่มีหลายหน้าหรือซับซ้อน ให้เพิ่มสารบัญที่ระบุชื่อหน้า โมดูลการทำงาน และหมายเลขหน้าที่เกี่ยวข้อง ซึ่งจะช่วยให้สามารถนำทางได้อย่างรวดเร็วและเพิ่มความสะดวกในการใช้งานเอกสารสำหรับทีมงาน

ใช้ผังแบบบล็อกสำหรับโมดูลการออกแบบ

เริ่มต้นด้วยผังแบบบล็อกระดับสูงเพื่อกำหนดโครงสร้างของโมดูลการทำงานหลักและการเชื่อมต่อระหว่างกัน ซึ่งจะช่วยให้มองเห็นภาพรวมของสถาปัตยกรรมระบบและการไหลของสัญญาณ

แสดงเส้นทางการไหลของสัญญาณโดยใช้การออกแบบแบบลำดับชั้น

ใช้การออกแบบแบบลำดับชั้นเพื่อแยกวงจรซับซ้อนออกเป็นส่วนย่อย โดยใช้บล็อกระดับบนสำหรับโมดูลระบบ และใช้แผ่นงานระดับล่างสำหรับรายละเอียดของวงจร ซึ่งจะช่วยทำให้การเชื่อมต่อระหว่างโมดูลชัดเจน ลดความยุ่งเหยิง และทำให้การปรับปรุงออกแบบทำได้ง่ายขึ้น

ใช้ตัวอักษรกำกับส่วนประกอบมาตรฐาน

ปฏิบัติตามมาตรฐาน IEEE/IPC สำหรับการกำกับส่วนประกอบ: R (ตัวต้านทาน), C (ตัวเก็บประจุ), U (วงจรรวม), D (ไดโอด), Q (ทรานซิสเตอร์) เป็นต้น การใช้ตัวอักษรกำกับอย่างสม่ำเสมอนี้จะช่วยลดความสับสนและรับประกันความเข้ากันได้กับเครื่องมือในอุตสาหกรรม

สร้างสัญลักษณ์องค์ประกอบจากไลบรารีมาตรฐาน

ใช้ไลบรารีองค์ประกอบอย่างเป็นทางการหรือที่ได้รับการยอมรับในอุตสาหกรรมเพื่อสร้างสัญลักษณ์ หลีกเลี่ยงการสร้างสัญลักษณ์เองหากไม่จำเป็น—การใช้มาตรฐานจะช่วยให้การออกแบบมีความสม่ำเสมอและลดความเสี่ยงจากข้อผิดพลาด

ลดการเชื่อมต่อสายสัญญาณที่ไม่จำเป็น

ลดการไขว้กันซ้ำซ้อน สายสัญญาณปลายเปิด หรือการเชื่อมต่อที่ไม่ได้ใช้งาน ใช้ป้ายชื่อสายสัญญาณแทนสายไฟโดยตรงสำหรับการเชื่อมต่อที่เกิดขึ้นบ่อย เพื่อเพิ่มความชัดเจนและทำให้การแก้ไขแบบแปลนง่ายขึ้น

จัดวางองค์ประกอบให้อ่านเข้าใจง่าย

จัดเรียงองค์ประกอบอย่างเป็นระบบและหลีกเลี่ยงการแออัด การวางตำแหน่งที่เป็นระเบียบจะช่วยให้การเปลี่ยนผ่านไปยังขั้นตอนวางแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) ง่ายขึ้น และเพิ่มประสิทธิภาพในการตรวจสอบแบบแปลน

วางองค์ประกอบที่เชื่อมต่อกับคริสตัลให้อยู่ใกล้กัน

จัดวางคริสตัล ตัวสั่นคริสตัล และตัวต้านทาน/คาปาซิเตอร์ที่เกี่ยวข้องให้อยู่ใกล้กับพินนาฬิกาของ MCU ให้มากที่สุด สิ่งนี้จะช่วยลดสัญญาณรบกวน ลดความยาวของลายเส้น และปรับปรุงคุณภาพสัญญาณนาฬิกา

รัน DRC เพื่อประเมินความถูกต้องของแบบแปลน

ดำเนินการตรวจสอบกฎการออกแบบโดยอัตโนมัติ (DRC) โดยใช้ซอฟต์แวร์ออกแบบวงจรผังเพื่อตรวจหาข้อผิดพลาด เช่น พินที่ไม่ได้เชื่อมต่อ วงจรสั้น หรือการกำหนดส่วนประกอบที่ไม่ถูกต้อง แก้ไขข้อผิดพลาดจากการตรวจสอบ DRC ก่อนดำเนินการจัดเลย์เอาต์

ตรวจสอบเน็ตด้วยตนเองเพื่อกำจัดข้อผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้น

เสริมการตรวจสอบ DRC ด้วยการตรวจสอบเน็ตด้วยตนเอง: ตรวจสอบยืนยันซ้ำทุกเน็ตของแหล่งจ่ายไฟ เส้นทางสัญญาณ และการเชื่อมต่อส่วนประกอบอย่างละเอียด เพื่อจับข้อผิดพลาดเล็กๆ น้อยๆ ที่เครื่องมืออัตโนมัติอาจมองข้ามไป

สร้างรายการวัสดุครบถ้วน (BOM)

สร้างรายการวัสดุครบถ้วน (Bill of Materials - BOM) ที่รวมรายละเอียดสำคัญ: ตัวระบุอ้างอิงส่วนประกอบ ปริมาณ ค่าต่างๆ เลขที่ชิ้นส่วนของผู้ผลิต (MPNs) ข้อมูลผู้จัดจำหน่าย และรูปร่างฐาน (footprints) BOM ที่สมบูรณ์จะช่วยเร่งกระบวนการจัดซื้อและการผลิต

หมายเหตุการใช้งานสำหรับ Kingfield:

• ปรับแต่งช่องหัวเรื่องและประวัติการแก้ไขให้สอดคล้องกับมาตรฐานเอกสารภายในของ Kingfield
• สำหรับเอกสารด้านการตลาดหรือเอกสารเทคนิค ควรใช้คู่มือนี้ร่วมกับตัวอย่างวงจรผังเพื่อเพิ่มความเข้าใจในทางปฏิบัติ
• ปรับแนวทางให้สอดคล้องกับข้อกำหนดเฉพาะอุตสาหกรรม โดยการเพิ่มหมายเหตุที่เกี่ยวข้องกับการปฏิบัติตามข้อกำหนด

วิธีสร้างแผนผังวงจรไฟฟ้าสำหรับการออกแบบ PCB อย่างมีประสิทธิภาพ

การออกแบบแผนผังวงจร PCB อย่างมีประสิทธิภาพ: คู่มือฉบับย่อ

• ชี้แจงวัตถุประสงค์ : กำหนดการใช้งาน บล็อกการทำงาน และข้อจำกัด
• เลือกเครื่องมือ : ใช้ Altium/KiCad/Eagle เพื่อความเข้ากันได้และการสนับสนุนไลบรารีของส่วนประกอบ
• ทำให้ส่วนประกอบเป็นมาตรฐาน :

• • ใช้สัญลักษณ์/รูปทรงจากผู้ผลิตที่ได้รับการตรวจสอบแล้ว
  • ตั้งชื่อเป็น "U1_MCU_STM32F4"; เพิ่มค่าพารามิเตอร์ แพ็กเกจ และ SPNs

• ปรับปรุงเลย์เอาต์ :

• • จัดกลุ่มบล็อกการทำงานอย่างเป็นระบบ; ลดการไขว้ของเส้นลวดให้น้อยที่สุด
  • ใช้การออกแบบแบบลำดับชั้นสำหรับแผงวงจรพีซีบีที่ซับซ้อน

• การทำให้แน่ใจถึงความถูกต้อง :

• • ตรวจสอบขาต่อตามแผ่นข้อมูล; เพิ่มวงจรป้องกัน
  • ปฏิบัติตามมาตรฐาน IPC-2221/ISO 13485/IATF 16949; ระบุชื่อเส้นสัญญาณสำคัญ

• แสดงคำอธิบายอย่างชัดเจน :

• • รวมตัวระบุอ้างอิง คำอธิบายวงจรสำคัญ และช่องชื่อเรื่อง
  • รวมรายการวัสดุโดยละเอียด (BOM)

• ตรวจสอบและยืนยัน :

• • ตรวจสอบด้วยตนเองหรือโดยเพื่อนร่วมงาน; จำลองการทำงานของวงจรสำคัญ; ยืนยันรายการเชื่อมต่อ

• การส่งมอบเพื่อจัดวางเลย์เอาต์ : ส่งออกเน็ตลิสต์/บีโอเอ็ม/เกอร์เบอร์; สื่อสารข้อกำหนดที่สำคัญ

ความสำคัญของผังวงจรไฟฟ้าในออกแบบแผงวงจรพีซีบี

• แบบร่างพื้นฐาน : แปลงข้อกำหนดด้านไฟฟ้าให้เป็นตรรกะการออกแบบที่สามารถดำเนินการได้ ช่วยแนะนำการเลือกชิ้นส่วน การเชื่อมต่อ และการจัดวาง
• การป้องกันข้อผิดพลาด : ตรวจสอบความถูกต้องของวงจรล่วงหน้า เพื่อลดปัญหาลัดวงจรหรือการทำงานผิดพลาดในขั้นตอนการผลิต
• การทำงานร่วมกันระหว่างทีม : สร้างความเป็นหนึ่งเดียวให้กับวิศวกรโดยใช้เอกสารอ้างอิงมาตรฐานในการสื่อสาร
• การปฏิบัติตามกฎหมาย : ทำให้สามารถสอดคล้องกับมาตรฐานอุตสาหกรรมได้ผ่านเจตนารมณ์ในการออกแบบที่ได้รับการบันทึกไว้
• การแก้ไขข้อผิดพลาดและการบำรุงรักษา : ช่วยอำนวยความสะดวกในการแก้ปัญหาและซ่อมแซมหลังการผลิต
• รายการวัสดุและจัดซื้อ : สร้างรายการวัสดุ (BOM) ที่ถูกต้องพร้อมรายละเอียดของแต่ละส่วนประกอบสำหรับการจัดซื้อโดยตรง
• ความยืดหยุ่นและการปรับปรุงซ้ำ : รองรับการออกแบบแบบลำดับชั้นสำหรับแผงวงจรพีซีบีที่ซับซ้อน และทำให้การแก้ไขเวอร์ชันต่างๆ ง่ายขึ้น
• ควบคุมต้นทุน : ลดค่าใช้จ่ายในการทำงานซ้ำ โดยการระบุข้อผิดพลาดของการออกแบบแต่เนิ่นๆ เพื่อหลีกเลี่ยงการผลิตซ้ำที่มีค่าใช้จ่ายสูง

กระบวนการออกแบบผังวงจรพีซีบี: ขั้นตอนโดยขั้นตอน

กระบวนการออกแบบผังวงจรพีซีบีปฏิบัติตามลำดับขั้นตอนการทำงานอย่างเป็นระบบเพื่อให้มั่นใจในความถูกต้อง การปฏิบัติตามข้อกำหนด และการเปลี่ยนผ่านอย่างราบรื่นไปสู่การออกแบบเลยเอาต์พีซีบีทางกายภาพ แต่ละขั้นตอนจะต่อยอดจากขั้นตอนก่อนหน้า โดยมีผลลัพธ์ที่ชัดเจนและจุดตรวจสอบคุณภาพที่กำหนดไว้

กำหนดข้อกำหนดการออกแบบ

ขั้นตอนพื้นฐานนี้ต้องการความสอดคล้องกันระหว่างแผนกต่างๆ เพื่อป้องกันการขยายขอบเขตงานโดยไม่ควบคุมและงานออกแบบที่ต้องกลับมาทำใหม่ เริ่มต้นด้วยการจัดทำเอกสารที่ระบุ:

• รายละเอียดไฟฟ้า : ช่วงแรงดันไฟฟ้าขาเข้า/ขาออก ขีดจำกัดกระแสไฟฟ้าในการทำงาน ความถี่ของสัญญาณ และข้อกำหนดเกี่ยวกับความต้านทานต่อสัญญาณรบกวน
• สถาปัตยกรรมพลังงานไฟฟ้า : ชี้แจงแหล่งจ่ายไฟ ความต้องการในการควบคุมแรงดันไฟฟ้า และการกระจายพลังงานไฟฟ้า
• ข้อกำหนดของสัญญาณ : ระบุประเภทของสัญญาณ โปรโตคอลการสื่อสาร และข้อจำกัดของสัญญาณที่สำคัญ
• ข้อจำกัดทางกลและสิ่งแวดล้อม : ข้อจำกัดของขนาด/รูปร่างของแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) ช่วงอุณหภูมิในการทำงาน และมาตรฐานความน่าเชื่อถือ
• มาตรฐานที่ปฏิบัติตาม : ข้อกำหนดตามกฎระเบียบที่มีผลต่อการออกแบบผังวงจร

วาดแผนภาพแบบบล็อก

แปลง DSD ให้เป็นแผนภาพแบบบล็อกระดับสูง เพื่อแสดงภาพสถาปัตยกรรมของระบบ ขั้นตอนหลัก:

• ระบุโมดูลการทำงาน : แยกย่อยระบบออกเป็นบล็อกหลัก
• กำหนดการเชื่อมต่อระหว่างกัน : ใช้ลูกศรเพื่อแสดงทิศทางการไหลของสัญญาณ/พลังงานระหว่างบล็อก ระบุชื่อเส้นทางสัญญาณที่สำคัญ
• ลดความซับซ้อน : สำหรับระบบที่มีหลายโมดูล ให้จัดกลุ่มบล็อกที่เกี่ยวข้องกัน ใช้สัญลักษณ์มาตรฐานเพื่อความชัดเจน
• ตรวจสอบร่วมกับผู้มีส่วนได้ส่วนเสีย : ทบทวนแผนผังบล็อกเพื่อยืนยันว่าครอบคลุมข้อกำหนดทั้งหมด และปรับปรุงก่อนดำเนินการออกแบบอย่างละเอียด

การสร้างผังวงจร

ใช้ซอฟต์แวร์ CAD มืออาชีพในการแปลงแผนผังบล็อกให้เป็นผังวงจรโดยละเอียด ปฏิบัติตามแนวทางปฏิบัติที่ดีเหล่านี้:

• ตั้งค่าพารามิเตอร์ของโปรเจกต์ : กำหนดขนาดหน้า ระบบกริด และแม่แบบการออกแบบก่อนเริ่มต้น
• การวางตำแหน่งชิ้นส่วน :
  • ใช้ไลบรารีมาตรฐานในการวางส่วนประกอบ—หลีกเลี่ยงสัญลักษณ์ที่สร้างขึ้นเอง เว้นแต่จำเป็นอย่างยิ่ง
  • จัดกลุ่มส่วนประกอบตามโมดูลการทำงาน และจัดเรียงให้เกิดการไหลของสัญญาณอย่างเป็นเหตุเป็นผล
  • เก็บส่วนประกอบสำคัญให้อยู่ในตำแหน่งที่เข้าถึงได้ง่าย สำหรับการใส่คำอธิบายเพิ่มเติมและการอ้างอิงข้ามในอนาคต
• การวางเส้นต่อสัญญาณ (Net Routing) :
  • ใช้ระบบกริดในการจัดแนวเส้นต่อสัญญาณ และหลีกเลี่ยงเส้นที่ยุ่งเหยิงหรือทับซ้อนกัน
  • แทนที่เส้นลวดยาวและซ้ำซ้อนด้วยป้ายชื่อเส้นต่อสัญญาณ (net labels)
  • สำหรับการออกแบบแบบลำดับชั้น ให้สร้างแผ่นระดับบนสุดที่มีสัญลักษณ์บล็อก จากนั้นเชื่อมโยงแต่ละบล็อกไปยังแผ่นระดับล่างที่มีวงจรโดยละเอียด
• การอ้างอิงข้าม : ใช้คุณสมบัติของซอฟต์แวร์เพื่อเชื่อมต่อองค์ประกอบต่างๆ ข้ามแผ่นผังวงจรหลายหน้า และตรวจสอบให้แน่ใจว่าการเชื่อมต่อทั้งหมดครบถ้วน

เพิ่มข้อมูลองค์ประกอบ

เสริมความสมบูรณ์ให้กับผังวงจรด้วยข้อมูลที่สามารถดำเนินการได้สำหรับการผลิต การจัดซื้อจัดหา และการแก้ไขปัญหา:

• ตัวระบุอ้างอิง : กำหนดป้ายชื่อตามมาตรฐาน IEEE (ตามข้อ 4.10) อย่างสอดคล้องกัน หลีกเลี่ยงการใช้ตัวระบุซ้ำหรือกำกวม
• ค่าและคุณลักษณะขององค์ประกอบ : ระบุพารามิเตอร์อย่างแม่นยำ:
  • ตัวต้านทาน: ค่า (10kΩ), ความคลาดเคลื่อน (±1%), ค่าการรับกำลังไฟฟ้า (0.25W), แบบห่อหุ้ม (0402)
  • ตัวเก็บประจุ: ค่า (10µF), ค่าแรงดัน (16V), ชนิดไดอิเล็กทริก (X5R), แบบห่อหุ้ม (0603)
  • ไอซี: หมายเลขชิ้นส่วน (STM32F407VG), การจัดเรียงขา (DIP-40), และคุณลักษณะสำคัญ (ไมโครคอนโทรลเลอร์ 32 บิต ARM Cortex-M4)
• ข้อมูลผู้ผลิตและรูปแบบแผ่นวงจร (Footprint) : รวมหมายเลขชิ้นส่วนของผู้ผลิต (MPNs), ลิงก์ข้อมูลจำเพาะ (datasheet), และรหัสรูปแบบการติดตั้งบนแผ่นวงจร (PCB footprint)
• คําบรรยาย : เพิ่มหมายเหตุสำหรับข้อกำหนดพิเศษ

• ข้อมูลนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าแผนผังวงจรมีความ "สามารถผลิตได้" และลดข้อผิดพลาดในระหว่างการจัดหาชิ้นส่วนและการประกอบ

ดำเนินการตรวจสอบกฎทางไฟฟ้า (Electrical Rule Check - ERC)

ERC เป็นขั้นตอนการตรวจสอบอัตโนมัติเพื่อตรวจจับข้อผิดพลาดในระดับแผนผังก่อนดำเนินการจัดเลย์เอาต์ ให้ปฏิบัติตามขั้นตอนนี้:

• ตั้งค่ากฎ ERC : ตั้งค่ากฎเฉพาะซอฟต์แวร์ให้สอดคล้องกับข้อกำหนดการออกแบบของคุณ
• รัน ERC : ดำเนินการตรวจสอบและสร้างรายงานที่แสดงรายการความผิดพลาด
• แก้ไขการละเมิด :
  • ข้อผิดพลาดร้ายแรง: แก้ไขทันที
  • คำเตือน: ตรวจสอบและแก้ไขหากมีผลกระทบ
  • ข้อมูลอ้างอิง: จัดเก็บไว้เพื่ออ้างอิงในอนาคต
• รัน ERC ใหม่ : ทำซ้ำจนกว่าจะไม่มีข้อผิดพลาดร้ายแรงเหลืออยู่ สำหรับการออกแบบที่ซับซ้อน ให้ทำการตรวจสอบด้วยตนเองร่วมกับ ERC เพื่อตรวจจับกรณีพิเศษ

สร้างเน็ตลิสต์

เน็ตลิสต์คือไฟล์ข้อความที่กำหนดส่วนประกอบทั้งหมด ขาของส่วนประกอบเหล่านั้น และเน็ตที่เชื่อมต่อระหว่างกัน โดยทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมระหว่างแผนผังวงจรกับเลย์เอาต์ ขั้นตอนสำคัญ:

• เลือกรูปแบบเน็ตลิสต์ : เลือกรูปแบบที่เข้ากันได้กับซอฟต์แวร์เลย์เอาต์ PCB ของคุณ
• สร้างเน็ตลิสต์ : ใช้ซอฟต์แวร์ CAD เพื่อส่งออกเน็ตลิสต์—ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการรวมส่วนประกอบ ค่าต่างๆ และการเชื่อมต่อทั้งหมด
• ตรวจสอบความถูกต้องของเน็ตลิสต์ :
  • เปรียบเทียบส่วนประกอบและเน็ตบางส่วนกับผังсхемเพื่อยืนยันว่าไม่มีการเชื่อมต่อที่หายไปหรือผิดพลาด
  • ตรวจสอบว่าตัวระบุอ้างอิง หมายเลขชิ้นส่วน และฟุตพรินต์ตรงกับผังсхем
• แก้ไขข้อผิดพลาดในเน็ตลิสต์ : แก้ไขปัญหา เช่น "ส่วนประกอบไม่ได้ถูกกำหนดค่า" หรือ "ชื่อเน็ตไม่ถูกต้อง" ก่อนนำเข้าสู่ซอฟต์แวร์วางผัง

• เน็ตลิสต์ที่ถูกต้องและสะอาดเป็นสิ่งสำคัญยิ่งในการหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดในการวางผัง และลดการแก้ไขแผงวงจรพิมพ์ใหม่

เปลี่ยนผ่านสู่การวางผัง PCB

ขั้นตอนสุดท้ายของการออกแบบผังсхемคือการเตรียมความพร้อมสำหรับการวางผัง—เพื่อให้มั่นใจว่าการส่งต่อให้ทีมออกแบบ PCB เป็นไปอย่างราบรื่น ขั้นตอนสำคัญ:

• สิ่งที่ต้องจัดทำในแพ็กเกจแบบร่างวงจร : รวบรวมแบบร่างวงจรฉบับสมบูรณ์ (ทุกหน้า), รายงาน ERC, รายการเครือข่าย (netlist), BOM (ตามข้อ 4.17), และบันทึกการออกแบบ ลงในแพ็กเกจโครงการ
• การสื่อสารข้อจำกัดด้านเลย์เอาต์ : แบ่งปันข้อกำหนดสำคัญกับทีมงานออกแบบเลย์เอาต์
• การประสานกฎการออกแบบ : ยืนยันกฎการออกแบบเลย์เอาต์โดยอิงจากข้อจำกัดในแบบร่างวงจร
• การส่งต่อและการทำงานร่วมกัน : ใช้เครื่องมือควบคุมเวอร์ชันเพื่อแชร์ไฟล์และสร้างกระบวนการให้ข้อเสนอแนะอย่างต่อเนื่อง — ตอบคำถามเฉพาะด้านเลย์เอาต์อย่างทันท่วงที

• ทีมออกแบบเลย์เอาต์จะใช้รายการเครือข่าย (netlist) เพื่อจัดวางชิ้นส่วนและเดินเส้นทาง พร้อมอ้างอิงจากแบบร่างวงจรเพื่อให้มั่นใจว่าสอดคล้องกับเจตนารมณ์ในการออกแบบ

วิธีอ่านแผนผังวงจรไฟฟ้าของแผงวงจร

การอ่านแผนผังวงจรอิเล็กทรอนิกส์ (PCB schematic) จำเป็นต้องเข้าใจภาษาภาพ โครงสร้างเชิงตรรกะ และองค์ประกอบหลัก ด้านล่างนี้คือคำแนะนำทีละขั้นตอนในการติดตามเส้นทางและถอดรหัสชิ้นส่วน เพื่อการประกอบ การแก้ปัญหา และการออกแบบย้อนกลับ

การติดตามเส้นทางไฟฟ้า เส้นทางกราวด์ และเส้นทางสัญญาณ

แผนผังจะถูกจัดระเบียบตามประเภทเส้นทางหลักสามประเภท — ให้เชี่ยวชาญในส่วนนี้เพื่อสามารถนำทางการออกแบบใดๆ ก็ได้

การติดตามเส้นทางไฟฟ้า

เส้นทางไฟฟ้าทำหน้าที่จ่ายพลังงานไปยังชิ้นส่วนทั้งหมด — เริ่มจากจุดนี้เพื่อทำความเข้าใจ "เส้นเลือดใหญ่" ของวงจร

• ระบุแหล่งจ่ายไฟ : ระบุตำแหน่งของชิ้นส่วนที่รับไฟฟ้าขาเข้า
• ติดตามการควบคุมแรงดันไฟฟ้า : ติดตามเส้นทางไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายไปยังตัวควบคุมแรงดัน ซึ่งทำหน้าที่แปลงแรงดันขาเข้าให้อยู่ในระดับที่ใช้งานได้ โปรดสังเกตชิ้นส่วนตัวกรองที่ใช้ลดสัญญาณรบกวน
• วางผังการกระจายไฟฟ้า : ติดตามเส้นทางไฟฟ้าที่ควบคุมแล้ว เซนเซอร์ (U3) และไดโอดเรืองแสง (D1-D3)
• ตรวจสอบตัวเก็บประจุถอดความ : มองหาตัวเก็บประจุค่าต่ำที่ต่อระหว่างเส้นทางไฟฟ้ากับพื้นดินใกล้กับไอซี ซึ่งทำหน้าที่รักษาเสถียรภาพของแรงดันและกรองสัญญาณรบกวนสำหรับชิ้นส่วนแต่ละตัว

การติดตามเส้นทางต่อพื้นดิน

พื้นดิน (GND) เป็นจุดอ้างอิงสำหรับสัญญาณและไฟฟ้าทั้งหมด ซึ่งมีความสำคัญต่อความเสถียรของวงจร

• ระบุสัญลักษณ์ต่อพื้นดิน : แผนผังใช้สัญลักษณ์มาตรฐาน
• พื้นดินดิจิทัล: เส้นทึบ
• พื้นดินแอนะล็อก: สัญลักษณ์รูปสามเหลี่ยม
• พื้นดินแชสซี: สัญลักษณ์ที่มีระนาบต่อพื้นดิน
• ติดตามการเชื่อมต่อพื้นดิน : ตรวจสอบให้มั่นใจว่าชิ้นส่วนทั้งหมดมีเส้นทางต่อลงดิน หลีกเลี่ยงชิ้นส่วนที่ 'ลอยตัว' (ไม่ต่อลงดิน) — เพราะจะทำให้การทำงานผิดพลาดหรือไม่คงที่
• สังเกตการแยกพื้นดิน : สำหรับวงจรสัญญาณผสม พื้นดินส่วนแอนะล็อกและดิจิทัลมักจะรวมเข้าด้วยกันที่จุดเดียวเพื่อลดการรบกวนข้ามกัน — ควรติดตามจุดรวมนี้เพื่อเข้าใจกลไกการลดสัญญาณรบกวน

การติดตามเส้นทางสัญญาณ

เส้นทางสัญญาณทำหน้าที่ส่งข้อมูลหรือสัญญาณควบคุมระหว่างชิ้นส่วน — การติดตามเส้นทางเหล่านี้จะช่วยให้เข้าใจการทำงานของวงจร:

• ติดตามการไหลของสัญญาณ : ติดตามเส้นทางไปยังปลายทาง — เชื่อมต่อกับขา 6 ของ MCU สำหรับการแปลงสัญญาณแอนะล็อกเป็นดิจิทัล โปรดสังเกตชิ้นส่วนกลางทาง
• ติดตามสัญญาณควบคุม : ระบุสัญญาณควบคุมที่ทำหน้าที่เปิด/ปิดชิ้นส่วนต่างๆ
• นำทางแผนผังวงจรหลายหน้า : ใช้สารบัญและอ้างอิงข้ามหน้าเพื่อติดตามสัญญาณข้ามหน้า

การถอดรหัสตัวอักษรระบุอ้างอิงสำหรับการประกอบและการแก้ปัญหา

ตัวอักษรระบุอ้างอิงคือ "ชื่อ" ของชิ้นส่วน — การเข้าใจมันคือกุญแจสำคัญในการใช้แผนผังวงจรอย่างมีประสิทธิภาพ:

คำขึ้นต้นของตัวอักษรระบุอ้างอิงมาตรฐาน

ท่องจำคำขึ้นต้นตามมาตรฐาน IEEE เหล่านี้เพื่อระบุประเภทของชิ้นส่วนได้อย่างรวดเร็ว:

การใช้ตัวระบุตำแหน่งสำหรับการประกอบ

ระหว่างการประกอบแผงวงจรพิมพ์ ตัวระบุตำแหน่งจะจับคู่ชิ้นส่วนในผังсхемากับรูปร่างของชิ้นส่วนบนแผงวงจรพิมพ์:

• ระบุตำแหน่งชิ้นส่วน : บนผังсхемา ให้หาตัวระบุตำแหน่งและจดจำค่าของมัน (10kΩ) และแพ็คเกจ
• จับคู่กับบอร์ด PCB : บนบอร์ด PCB จริง ให้หาป้ายซิลค์สกรีนที่ระบุว่า "R10" และบัดกรีตัวต้านทานขนาด 10kΩ ขนาด 0402 ที่ตรงกัน
• ตรวจสอบความถูกต้องของ BOM : เปรียบเทียบตัวอักษรระบุตำแหน่งกับรายการ BOM เพื่อให้มั่นใจว่าได้รับชิ้นส่วนที่ถูกต้อง

การใช้ตัวอักษรระบุตำแหน่งในการแก้ปัญหา

ตัวอักษรระบุตำแหน่งช่วยให้การวินิจฉัยปัญหารวงจรทำได้ง่ายขึ้น:

• ระบุตำแหน่งชิ้นส่วนที่เสีย : หากเซ็นเซอร์ไม่ทำงาน ให้หาตัวอักษรระบุตำแหน่ง (U3) บนผังวงจร และติดตามเส้นทางไฟเลี้ยงและกราวด์ จากนั้นใช้มัลติมิเตอร์ตรวจสอบว่ามีไฟเลี้ยงที่ขา 1 ของ U3 หรือไม่
• ตรวจสอบเส้นทางสัญญาณ : หากการสื่อสารล้มเหลว ให้ติดตามเส้นทางสัญญาณ "UART_TX" จากขา 7 ของ MCU U2 ไปยังขา 3 ของตัวเชื่อมต่อ J4 — ตรวจสอบว่ามีเส้นสายขาดหรือค่าชิ้นส่วนผิดพลาดหรือไม่
• เอกสารอ้างอิงข้าม : ใช้หมายเลขชิ้นส่วนของตัวระบุ (จาก BOM) เพื่อดึงแผ่นข้อมูลขององค์ประกอบ — ตรวจสอบการเชื่อมต่อพินกับแผนผังวงจร

คำแนะนำสำคัญสำหรับการอ่านแผนผังซับซ้อน

• เริ่มจากแผนภาพบล็อก : ใช้แผนภาพบล็อกระดับสูงเพื่อวางตำแหน่งตัวเองก่อนลงรายละเอียดของวงจร — ระบุโมดูลหลักและทำงานออกไปยังด้านนอก
• ใช้คำอธิบายประกอบ : สังเกตหมายเหตุที่ช่วยชี้แจงตรรกะที่ไม่ชัดเจน
• จัดกลุ่มองค์ประกอบตามหน้าที่ : จัดกลุ่มองค์ประกอบที่มีคำนำหน้าตัวระบุเดียวกันในใจ เพื่อเข้าใจย่อยของวงจร
• ฝึกฝนกับแผนผังง่ายๆ : เริ่มต้นด้วยวงจรพื้นฐานเพื่อเชี่ยวชาญการติดตามเส้นทางและการระบุตำแหน่งก่อนที่จะไปยังการออกแบบที่ซับซ้อนขึ้น

ความแตกต่างระหว่างแผนผังวงจรพีซีบีและเลย์เอาต์พีซีบี

ตารางเปรียบเทียบ

ขั้นตอนการเปลี่ยนผ่านจากรูปผังวงจรไปยังเลย์เอาต์

กำหนดรูปร่างภายนอกของบอร์ดและลำดับชั้นของบอร์ด

กำหนดขนาดของพีซีบี；เลือกจำนวนชั้น (2/4/6+) และวัสดุ；ระบุความหนาของทองแดงและคุณสมบัติของไดอิเล็กทริก

การวางตำแหน่งชิ้นส่วน

จัดเรียงตามหน้าที่ ให้ความสำคัญกับความสมบูรณ์ของสัญญาณและความสามารถในการผลิต；ให้แน่ใจว่าสามารถเข้าถึงการทดสอบ/การประกอบได้；หลีกเลี่ยงการทับซ้อนของพื้นที่ติดตั้ง

ดำเนินการวางเส้นทาง

วางเส้นทางผ่านเส้นทางที่สั้นและมีเสียงรบกวนต่ำ; ให้ความสำคัญกับสัญญาณไฟฟ้า/กราวด์ และสัญญาณความเร็วสูง; ปฏิบัติตามการจับคู่อิมพีแดนซ์ (50Ω/100Ω); ลดการไขว้กันของเส้นทางให้น้อยที่สุด

ดำเนินการตรวจสอบกฎการออกแบบ

เรียกใช้การตรวจสอบกฎการออกแบบเพื่อยืนยันความกว้าง/ระยะห่างของเส้นทาง ขนาดของไวอา และกฎสำหรับการผลิต; แก้ไขข้อผิดพลาด (ลัดวงจร ปัญหาช่องว่าง) ก่อนสรุปงาน

เตรียมไฟล์สำหรับการผลิต

ส่งออกไฟล์เจอร์เบอร์ ไฟล์เจาะ บีโอเอ็ม (BOM) และแบบร่างประกอบ; ตรวจสอบความเข้ากันได้กับผู้ผลิตแผ่นพีซีบี

ซอฟต์แวร์และเครื่องมือทำแผนผังพีซีบีที่ดีที่สุดในปี 2024

เคล็ดลับที่มีประโยชน์สำหรับการออกแบบผังวงจรพีซีบีสำหรับผู้เริ่มต้น

• เริ่มต้นด้วยวงจรที่เรียบง่าย; ฝึกฝนโดยการจำลองโครงการโอเพนซอร์ส
• ควรตรวจสอบชีตข้อมูลของชิ้นส่วนทุกครั้งเพื่อดูขาต่อ ค่าต่างๆ และความเข้ากันได้ของรูปร่าง
• ใช้แหล่งข้อมูลออนไลน์: บทช่วยสอนบน YouTube, ฟอรัม (Reddit r/PrintedCircuitBoard)

สัญลักษณ์ผังวงจรสากลสำหรับบอร์ดวงจร

รายการตรวจสอบสำหรับผังวงจรพีซีบีที่สมบูรณ์แบบ

• หมายเลขขา/ป้ายกำกับที่ถูกต้องสำหรับชิ้นส่วนทุกตัว
• ค่าชิ้นส่วนและตัวอักษรระบุอ้างอิงที่ถูกต้อง
• การเชื่อมต่อระหว่างหน้าที่ชัดเจน
• ตัวเก็บประจุลดสัญญาณรบกวนที่เหมาะสม และรายการวัสดุครบถ้วน
• ไม่มีพินที่ไม่ได้ต่อหรือเน็ตที่ลัดวงจร
• การปฏิบัติตามมาตรฐาน IEEE/IPC

สรุป

การออกแบบผังวงจรพีซีบี (PCB) เป็นสิ่งสำคัญต่อการพัฒนาพีซีบีที่เชื่อถือได้ ความสำเร็จต้องอาศัยการวางแผนทางเทคนิค การเลือกและต่อชิ้นส่วนอย่างแม่นยำ รวมถึงการยึดถือตามมาตรฐาน ซึ่งจะช่วยลดข้อผิดพลาดในการผลิต ลดต้นทุนการแก้ไขงาน และรับประกันว่าผลิตภัณฑ์สุดท้ายจะเป็นไปตามข้อกำหนด

คำถามที่พบบ่อย

คำถามที่ 1: KiCad เหมาะสำหรับการออกแบบพีซีบีระดับมืออาชีพหรือไม่

คำตอบที่ 1: ใช่—KiCad รองรับการออกแบบหลายเลเยอร์ที่ซับซ้อนและการส่งออกไฟล์สำหรับการผลิต ซึ่งได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายในหมู่สตาร์ทอัพและวิสาหกิจขนาดกลางและย่อม

คำถามที่ 2: ต่างกันอย่างไรระหว่าง ERC และ DRC

คำตอบที่ 2: ERC ตรวจสอบข้อผิดพลาดในผังсхемาติก ส่วน DRC ตรวจสอบข้อจำกัดของรูปแบบการวางผังทางกายภาพ

คำถามที่ 3: ทำไมต้องใช้ตัวเก็บประจุเบี่ยงเบน (decoupling capacitors)

คำตอบที่ 3: ตัวเก็บประจุเหล่านี้ช่วยรักษาเสถียรภาพของแรงดันไฟฟ้าให้กับไอซี กรองสัญญาณรบกวน และป้องกันการตกของแรงดันจากกระแสชั่วขณะ

คำถามที่ 4: จะเลือกพีซีบี 2 เลเยอร์ หรือ 4 เลเยอร์ อย่างไร

A4: 2 เลเยอร์สำหรับวงจรแบบง่าย; 4 เลเยอร์สำหรับการออกแบบที่ซับซ้อน