ROZRYSOWANIE SCHEMATU

Zafascynowanie samym aktem tworzenia, może przysłonić skupienie uwagi na szczegółach oraz na jakości wykonywanej pracy. A jak powszechnie wiadomo: „diabeł tkwi właśnie w szczegółach”.

Wielokrotnie młodzi stażem adepci sztuki, rozpoczynając swoją przygodę życia, nieco zaniedbują temat odpowiedniego przygotowania dokumentacji, w tym rozrysowania schematu.

Warto pamiętać stare porzekadło mówiące że sukces jest złożony z małych, z pozoru nic nie znaczących, elementów.

Po odpowiednio rozrysowanych schemacie, po odpowiednio zaprojektowanym obwodzie drukowanym, po dobrze wykonanej dokumentacji, łatwo rozpoznać profesionaliste. A przecież chyba każdy elektronik pragnął by aby za takiego go uważano.

Dobrze opracowana dokumentacja, przejrzysty schemat, przede wszystkim bardzo ułatwia ewentualne modyfikacje oraz przyszłe prace serwisowe. W przypadku gdy nasz projekt trafił by na produkcje, przejrzysta dokumentacja jest wręcz niezbędna, ponieważ może się zdarzyć (i w praktyce często się zdarza) ze projekt zostanie poddany modyfikacją przez inne osoby, wówczas bez odpowiednio przejrzystej dokumentacji trudno jest ustalić jakim zamysłem kierował się pierwotny projektant układu.

W tej części cyklu zajmiemy się rozrysowywaniem schematu. W celach szkoleniowych posłużymy się autentycznym schematem. Schemat ten, jakiś czas temu został dostarczony autorowi przez pewnego młodego (stażem) adepta sztuki, w celu przeanalizowania oraz wskazania potencjalnych błędów. Bardzo często adepci sztuki rozpoczynają swoją przygodę od układów zasilających. Tak też było i tym razem. Ponadto, układy zasilające stanowią bardzo wdzięczny temat ponieważ pozwalają na poznanie wielu ważnych zjawisk. Schemat zaprezentowano na rys 1

Rys 1

Zapewne młody (stażem) adept sztuki, rozpoczynając swoją twórczość, bez większego zastanowienia, wklejał na plansze pierwsze lepsze elementy jakie pojawiały mu się w przed oczami. Zapewne, również nie dokonał, choćby podstawowej, konfiguracji pakietu CAD.

Łatwo zauważyć że omawiany schemat jest bardzo rozwlekły. W oryginale zajmuję całą powierzchnie formatu A4. Poprzez swoja rozwlekłość, staje się mało czytelny, oczy błądzą w poszukiwaniu poszczególnych elementów.

Jeżeli pragniemy w przyszłości przekuć nasza pasie na zawodowstwo, musimy oduczyć się bylejakości w rysowaniu schematów. Poważny elektronik, to człowiek który przykłada duża wagę do szczegółów. W zawodowstwie zaś, nie ma miejsca na bylejakość. Nie ma miejsca na powiedzenie "oj tam oj tam”

Jeżeli zamierzamy publikować swoje projekty w którymś z czasopism dla elektroników, chociaż by w Elektronice Dla Wszystkich, kompaktowe, zwarte rozrysowanie schematu jest rzeczą wręcz niezbędna. Miejsce w gazecie to realne koszty. Redakcja nie może sobie pozwolić by schemat zawierający dwadzieścia elementów zajmował 3 strony formatu A4.

Czasami redakcje zadają sobie trud kompaktowania schematów, jednak ze względu na czasochłonność, czynią to bardzo niechętnie. Ponad to skompaktowany przez osoby trzecie schemat, nie zawsze wygląda tak jak życzył by sobie tego autor projektu.

Po tym przydługim wstępie czas zabrać się do pracy. Na początek skonfigurujmy podstawowe parametry aplikacji CAD . Wszystkie przykładowe materiały zostały zrealizowane w systemach Protel 99 oraz Altium DXP. Programy te wyznaczają od szeregu lat pewien standard w branży. Zarówno system Altium jak też Protel udostępniany jest przez producenta w czasowych wersjach testowych.

Na początek konfiguracja. Przejdźmy więc do opcji dokumentu a następnie wykonajmy czynności pokazane w materiale 1. Kolor tła nie jest przypadkowy. Podczas długotrwałej pracy, oddziaływuje kojąco na wzrok. Rozmiar, a przede wszystkim, krój czcionki również nie jest przypadkowy. Font calibri jest fontem bezszeryfowym, znacznie lepiej wygląda w dokumentacji technicznej niż czcionka „times new roman”. Jest bardziej zwarty. Rys 2 stanowi porównanie wyglądu czcionek w poszczególnych zastosowaniach. Natomiast materiał 2 prezentuję sposób w jaki możemy zmienić wartości czcionki.

Material 1

Rys 2

Material 2

Kolejną rzeczą jaką wykonamy będzie zmiana domyślnych właściwości elementów. Być może "kolorowy" schemat wygląda bardzo ekscentrycznie, nietuzinkowo, jednak piszący te słowa, wiedziony wieloletnią praktyką, uważa że projekt, a tym schemat, powinien przede wszystkim charakteryzować się przejrzystością. Powinien być zrozumiały także dla innych konstruktorów. Kolor jest wskazany w dydaktyce. Jednak "na produkcji" niekoniecznie się sprawdza. Kolor może wprowadzać chaos. Szczególnie kolor źle zastosowany. Materiał 3 pokazuje w jaki sposób możemy edytować wartości elementów domyślnych, w tym kolory.

Material 3

Podobnie rzecz przedstawia się z bibliotekami podzespołów. Wydawać by się mogło że nie ma nic prostszego od wczytania domyślnej biblioteki elementów i po prostu umieszczenia elementu na „desce”. Jednak wystarczy taki schemat wydrukować. Często wówczas okazuję się że projekt zawierający dwadzieścia elementów zajmuje powierzchnie formatu A4.

Rysunek 3 przedstawia porównanie rozmiarów domyślnych elementów z rozmiarami elementów po ich edycji. Natomiast rysunek 4 przedstawia element biblioteczny przed i po edycji. Dobrze widać że element stał się znacznie bardziej przejrzysty. Materiał 4 pokazuje w jaki sposób możemy dokonać edycji elementów bibliotecznych. Rezultatem jest nie tylko znaczne zmniejszenie zajmowanej powierzchni, ale także bardzo przejrzyste, zgodne z fizycznym elementem, rozmieszczenie końcówek. Takie podejście do sprawy może w przyszłości bardzo ułatwić zaprojektowanie obwodu drukowanego, nie mówiąc już o czytelności samego schematu.

Rys 3

Rys 4

Material 4

Warto także przygotować własne biblioteki elementów. Zajmuje to tylko z pozoru sporo czasu, ponieważ w ostatecznym rozrachunku nakład pracy zwraca się wielokrotnie.

Skoro mamy spersonalizowany obszar roboczy, dostosowaliśmy biblioteki elementów do naszych potrzeb, czas byśmy zainteresowali się samym schematem.

Na początek omówimy obecność punktów połączeniowych - junction. Są one dobrze widoczne. Zostały rozmieszczone nawet w miejscach w których niekoniecznie powinny się znajdować. Na rysunku 5 zaprezentowano trzy proste układy. Układ A rozrysowany jest według powszechnie przyjętych zasad – tak zwanych dobrych praktyk. Nie można tego natomiast powiedzieć o układach B i C. W przykładzie B punkty połączeniowe występują w nadmiarze, natomiast w C zupełnie ich nie zawiera. Nie wiadomo co z czym jest połączone.

Rysunek 5

Dawno, dawno temu, w czasach świetności tranzystorów germanowych, Mieczysława Foga oraz Syreny 105, standardową praktyką było rysowanie całościowe ujemnej szyny zasilania. Tak jak przedstawia to przykład A z rysunku 6. Także na omawianym schemacie łatwo zauważyć tego typu sposób prowadzenia „masy”. Obecnie prawie nie stosuje się tego typu praktyk. Zamiast tego stawiamy odpowiedni symbol, tak jak ma to miejsce w przykładzie B z rysunku 6.

Czasami, szczególnie w projektach zasilanych z własnego źródła zasilania, a posiadających odrębne obwody "masy" można zobaczyć oznaczenia pokazane na 7 w przykładzie B. Jednak może to prowadzić do błędnej interpretacji, ponieważ symbolami z lewej strony oznaczane bywa podłączenie do metalowej konstrukcji (chassis). Odrębne obwody „mas” można również ponumerować, tak jak to prezentuję przykład A na rysunku 7. Oznaczenie obwodów "masy" analogowej i cyfrowej możemy zrealizować tak jak to pokazano na rys 8

Rysunek 7

Rysunek 8

Kolejną kwestią jest nierównomierne rozstawienie elementów. Elementy powinny być rozmieszczone na jednej linii. Blisko siebie. Po lewej stronie rys 9 przedstawiono błędne rozrysowanie układu natomiast po prawej stronie zalecane. Jeżeli nie mamy cierpliwości by ręcznie, co do milimetra ustawiać elementy, może nam pomóc opcja automatycznego odstępu. W jaki sposób skonfigurować tą funkcję prezentuję materiał 5 Po włączeniu elementy będą rozmieszczane z odpowiednim odstępem. Także funkcja "siatki" (grid) pokazana w powyższym materiale może nam znacznie ułatwić prace.

Rysunek 9

Material 5

Kolejna bolączka omawianego schematu są długie linie połączeniowe. Jednak łatwo to naprawić. Materiał 6 pokazuje w jaki sposób możemy tego dokonać.

Materiał 6

Schemat trochę schudł i stal się bardziej czytelny, jednak do efektu finalnego daleko. W dalszym ciągu zajmuje duża powierzchnie. Nadszedł czas na edycje opisów elementów. Opisy powinny być krótkie, wykonane w miarę możliwości w poziomie, umieszczone blisko elementów.

Opis winien zawierać oznaczenie numeryczne elementu ewentualnie także i jego wartość. Autor preferuje zamieszczanie samego oznaczenia numerycznego, natomiast wartości elementów odczytywane są z listy materiałowej.

Bardzo to upraszcza prace. W przypadku gdy zachodzi konieczność zastosowania funkcjonalnego odpowiednika danego elementu, wystarczy nanieść poprawki na BOM, sam schemat pozostawiając nienaruszony. Ponadto należy pamiętać ze w profesjonalnych projektach stosuje się ściśle określone typy elementów, a wiec podanie samej wartości 1nF może niewiele wyjaśniać.

Powstają pytania o sposób montażu (THT, SMT), rodzaj dieelekryka (np0 x5 x7), rozmiary, producenta. Natomiast podanie konkretnego typu każdego z elementów mogło by doprowadzić do chaosu. Rys 10 przedstawia trzy odmienne podejścia do opisów.

Rysunek 10

Ewentualne przypisy wraz z objaśnieniami należy zamieszczać w dokumentacji technicznej. Rys 11 stanowi porównanie schematu zawierającego wszelkie opisy, ze schematem na którym zamieszczono wyłącznie skrótowy opis wraz z odnośnikiem do dokumentacji. Ten drugi sposób umożliwia łatwą modyfikacje projektu bez zbędnej edycji samego schematu. Na rys 12 przedstawiono fragment dokumentacji z objaśnieniami.

Rysunek 11

Rysunek 12

Ewentualny opis zmian w poszczególnych wersjach również zawieramy w dokumentacji. W dokumentacji należy także zawrzeć opisy poszczególnych bloków, notatki z testów, ewentualne obliczenia, uwagi konstrukcyjne, rozmieszczenie elementów na PCB itp.

Natomiast zestawienie elementów wraz z dokładnymi typami a także uwagami odnośnie dostawców, należy umieszczać w BOM. Pan Waldek z działu zaopatrzenia, niekoniecznie musi mięć dostęp do projektu. Plik Wora lub tez Excela powinien mu wystarczyć. Przykładową listę materiałową przedstawia Rys 13.

Rysunek 13

W przypadku wielu podobnych połączeń, dobre praktyki zalecają grupowanie połączeń w tak zwane „szyny” – buses. Tym sposobem otrzymujemy zwarty, czytelny, estetyczny schemat. Porównanie standardowego prowadzenia szeregu połączeń z grupowaniem przedstawiono na rys. 14

Rysunek 14

Mamy już znacznie mniejszy schemat. Rys 15 pokazuje go w całej okazałości. Przy okazji sama konstrukcja została nieco zmodyfikowana. Dodano układy zabezpieczające. Polepszono filtracje. Jeżeli chodzi o model fizyczny została na nowo opracowana płytka drukowana. Z całą pewnością można by wnieść liczne poprawki do omawianego zasilacza, ale w tym przypadku rozchodziło się tylko o eliminacje podstawowych błędów, oraz polepszenie właściwości. Układ miał stanowić doposażenie amatorskiej pracowni, więc wiele rzeczy zostało uproszczonych. Po pewnych dalszych poprawkach, dostosowaniu modularności, zasilacz służy już kilka lat młodemu (stażem) adeptowi sztuki

Rysunek 15

Jedną z niewielu rzeczy którą zaimplementowaną z „poważnych” projektów było zastosowanie w module ASC układu zwanego "diodą idealną”. Taki układ nie tylko zabezpiecza przed odwrotna polaryzacją, umożliwia także wyłączenie napięcia wyjściowego. Jednak najważniejszą cecha takiego układu jest (w przeciwieństwie do standardowych „diodowych” rozwiązań) prawie pomijalny spadek napięcia. Układ zrealizowano na specjalizowanym układzie firmy Texas Instruments .