Nejčastější chyby při návrhu schémat

Zabýváte se navrhováním schémat? Pak si dejte pozor na časté chyby, které vedou k nefunkčnosti navržené elektroniky. Naši vývojáři navrhli takové množství schémat, že by s nimi mohli pokrýt plochu fotbalového stadionu. Díky bohatým zkušenostem dobře ví, na co si dávat pozor. Rozhodli jsme se proto sepsat jejich doporučení a předat dlouhodobě budované know-how. Věříme, že naše tipy pomohou jak začátečníkům, tak zkušenějším vývojářům hardwaru.

Pozor na prohozené datové vodiče

Mezi základní chyby při tvorbě schémat patří prohození datových vodičů. Typicky jde o záměnu signálů Rx a Tx, SDA a SCL nebo MISO a MOSI. V minulosti jsme se také setkali s prohozenými vodiči ve sběrnicích, které využívají diferenciální páry (například R485 a USB). 

Při návrhu schémat se proto zaměřte na kontrolu datových vodičů. Současně doporučujeme na tyto signály umístit 0R rezistory. V případě potřeby signály v místě rezistorů jednoduše prokřížíte. 

Zaměřte se na přehlednost a čitelnost

Schémata navrhujte tak, aby byla co nejpřehlednější a nejčitelnější. Týká se to především označování hodnot elektronických součástek. U kondenzátorů nepoužívejte zápis typu 2.2 uF, ale 2u2. Ve schématech uvádějte veškeré komponenty, které má deska plošných spojů obsahovat. Ve výrobě pak na žádnou důležitou součástku nezapomenou. V návrhu by proto neměly chybět ani protikusy DPS konektorů, štítky, jumpery nebo spojovací materiál.

Nákupní oddělení vám za správné značení poděkuje

Při tvorbě knihoven věnujte pozornost i zápisu označení součástky. Nepřesné označení totiž prodlužuje výrobní proces a může vést k nákupu nevyhovující součástky (např. bude mít stejný vzhled, ale jiné parametry). Rozlišujte, co je v označení podstatné, a co ne. Například jen některá písmena na konci názvu součástky pro správnou identifikaci jsou důležitá. Part-number součástek ale musí být jednoznačný bez výjimky.

Pro případ nedostupnosti primární součástky doporučujeme ke každému knihovnímu prvku připsat co nejvíce možných alternativních komponentů. Za přehledné a jednoznačné označování součástek vám nákupní oddělení bezpochyby poděkuje.

Struktura, firemní standardy a další faktory

Projekt DPS, jehož součástí jsou schémata, musí mít vhodnou strukturu (hierarchickou, plochou, nebo   jejich variace). Současně musí pracovat s adekvátními nástroji na vzájemné propojování signálů (port, power port, harness atd.). Pro návrh schématu využívejte všechny možnosti, které vám vývojové prostředí nabízí. Na řadu chyb vás pak návrhový software automaticky upozorní. V ASN Plus využíváme Altium Designer, který v této oblasti odvádí práci na výbornou.

Návrh schematické značky

Je důležité, aby použité schematické značky (symboly) byly přehledné a totožné se značkami v datasheetech. Sedět musí například číslování pinů nebo jejich pozice. Řiďte se pravidlem „make double check of your circuit, make triple check of new library parts“. Kontrolu nových prvků v knihovně provádějte s ještě větší důsledností než kontrolu samotného schématu.

Poznámky, výpočty, upřesnění

Schématický list musí obsahovat vše, co vyžadují firemní standardy. Nadto by ale měl obsahovat řadu doplňujících informací, které zlepší přehlednost a dalším kolegům usnadní práci. Do schématu proto přidejte i poznámky ze simulací, tabulky, výpočty, obrázky či konkrétní tipy pro návrh layoutu. Žádoucího zpřehlednění dosáhnete i podbarvením často využívaných signálů.

Minimalizujte křížící se spoje

Křížící se čáry zhoršují přehlednost schématu. Někdy je totiž na první pohled těžké rozpoznat, které čáry jsou spojené, a které nikoliv. Schémata navrhujte tak, aby obsahovaly jen nezbytné minimum překřížených spojů.

Myslete na oživování, testování a úpravy

Už při tvorbě schémat myslete na oživování, testování nebo úpravy výsledného plošného spoje. Používejte oživovací rezistory, kondenzátory či feritové perly. Také pracujte s různými osazovacími variantami – nadbytečné pozice nechte prázdné. Ponecháte-li dostatek volných pozic, v budoucnu se mohou hodit při modifikacích, testování nebo ladění v průběhu EMC testů.

Nepřehledné vs. přehledné schéma – ukázka z praxe

Abychom nezůstali jen u teorie, přidáme i ukázku z praxe. Níže vidíte schéma staré desítky let. Neobsahuje žádné poznámky, je špatně čitelné, nepřehledné a plné křížících se čar. Poznámky a barevné označení jsme do schématu doplnili až my při redesignu desky.

Na dalším obrázku se nachází schéma po kompletním přepracování. Abychom zachovali možnost zpětné kontroly, ponechali jsme koncept jednoho schematického listu. Součástí je barevné podbarvení důležitých signálů a mnoho poznámek, které usnadní další práci se schématem. 

Altium Designer umí přenést podbarvení signálů i do DPS. Díky tomu lze provést servis elektroniky i bez počítače přímo v náročných podmínkách, kde se zařízení vyskytuje. Za připomenutí stojí i background softwaru Altium Designer – rychlý přístup k datasheetům a 3D modelům nebo generování BOMu. To původní dokument uživateli rozhodně neposkytne.

Všem firmám doporučujeme sepsat návrhové chyby a vytvořit z nich přehledný checklist. Ten by měl být společně s dalšími mechanismy kontroly součástí tzv. „release procedure“. 

Až budete mít přehledné a důkladně zkontrolované schéma hotové, můžete přejít k návrhu plošného spoje. I při něm čeká na vývojáře spousta nástrah. Nejčastějším chybám při návrhu DPS se proto podrobně věnujeme v samostatném článku.

Sdílet článek