1. Aloita yksinkertaisesta
Jotta piirilevypiirtämisen oppii, pitää sitä harjoitella. Mielestäni on hyvä lähestymistapa aloittaa yksinkertaisilla piirilevyillä ja edetä siitä asteittain monimutkaisempiin. Näinhän tehdään esimerkiksi matematiikan ja kielten opiskelussa, miksi piirilevypiirtäminen olisi erilaista. Yksinkertaiset piirilevyt on myös helppo testata koekytkentälevyillä ja siihen sopivilla komponenteilla.
Virheiden tekemistä ei pidä pelätä, sillä kokeneen suunnittelijan erottaa aloittelijasta tehtyjen virheiden määrällä. Jokaisesta virheestä tulee oppia ja selvittää mistä virheessä oli oikeasti kysymys. Ellei virheenhakua opettele jo yksinkertaisilla piirilevyillä, joutuu sen tekemään monimutkaisilla, sillä virheitä tulee eittämättä myöhemminkin.
Tärkeä oppi piirilevyjen piirtämisessä ovat menetelmät, joilla virheitä voi vähentää. Ohjelmistojen tarjoamien tarkastusvälineiden opetteluun kannattaa myös käyttää aikaa, jo yksinkertaisista piirilevyistä lähtien. Silloin niiden käyttö monimutkaisemmissa suunnitelmissa on jo luonnollinen osa työtapaa.
2. Tutki toisten tekemiä levyjä
Tutkimalla toisten tekemiä piirroksia ja piirilevyjä voi myös oppia asioita. Oppimista helpottaa, jos pääsee keskustelemaan ja kyselemään toiselta syitä ratkaisujen takana. Usein mielenkiintoisilta näyttävien ratkaisujen takana on varsin käytännöllisiä syitä ja näitä pohtimalla voi oppia uusia menetelmiä.
Toisten käyttämiä ratkaisuja ei kannata kopioida suoraan, ellei tiedä miksi ratkaisua on käytetty. Voi olla, että sen käyttö jossain muussa tilanteessa on järkevää mutta juuri sinun tapauksessasi sillä ei ole merkitystä tai vaikutus on haitallinen. Ratkaisun pohtiminen voi viedä omaa osaamistasi merkittävästi eteenpäin.
3. Käytä maatasoja järkevästi
Kun komponenttiin menee virtaa sisälle syöttökytkennästä, niin sitä tulee sieltä myös ulos, tavalla tai toisella. Usein komponenttien maajohtimet ovat isompia kuin niiden syöttöjohtimet. Miksi näin, vaikka komponentista ei voi tulla ulos enempää virtaa kuin sinne menee sisälle?
Komponentit muuttavat osan virrasta lämmöksi, määrä riippuu komponentin tehokkuudesta. Kaikki komponentit tuottavat lämpöä. Maatasoa käytetään yleisesti tämän lämmön johtamisessa pois komponentista ja sen siirtämisessä ympäröivään ilmaan.
Syöttöjohtimien leveyden voi näppärästi laskea suunnitteluohjelman laskimella virran ja materiaalin perusteella. Maatason johtimien pitää olla siis leveämpiä kuin syöttöjohdinten juuri lämmönhallinnan takia. Lämpö poistuu maatasosta johtumalla, konvektoitumalla ja säteilemällä. Toiset suunnitteluohjelmat osaavat laskea tarvittavan kuparin pinta-alan mutta suunnittelusääntöjen opettelu ei ole ylivoimaista. Komponenttien datalehdissä on kerrottu komponentin lämpökuorma, eli paljonko se tuottaa lämpöä.
Monikerrospiirilevyssä arkoja signaalitasoja voi suojata sijoittamalla ne yhtenäisten maatasokerrosten väliin. Tällöin ehjä kupari estää ulkopuolisen kohinan ja häiriöiden pääsyn signaalijohtimeen. Mutta tähän tarpeeseen ei toivottavasti ihan alkuvaiheessa törmää.
Monessa levyssä näet isoja kuparitäyttöjä (flood). Usein kyseessä on nimenomaan maataso. Vaikka levyllä olisi isoja täyttöalueita, tärkeää on se, että maataso jatkuu katkeamatta jokaiselle komponentille.
4. Käytä selkeitä merkintöjä
Piirilevylle on sallittua tehdä muitakin merkintöjä, kuin komponenttien tunnisteet ja polariteetti. Muita käyttäjiä saattaa ilahduttaa pienelläkin tekijällä. Mieleen tulee erään nimeltä mainitsemattoman suomalaisen hitsauslaitevalmistajan vanha piirilevy, jossa moninapaisen liittimen jännitejärjestys oli selkeästi merkitty piirilevylle. Vianhaku helpottui selkeän merkinnän ansiosta.
Mitä sitten pitäisi merkitä piirilevylle? Riippuu myöhemmästä käytöstä sekä käyttäjistä, mikä tieto on itsestään selvää ja mikä vaatii merkinnän. Mikäli piirtovaiheessa joku yksityiskohta tuntuu epäselvältä, on se sitä melko varmasti myös mahdolliselle korjaajalle kymmenen vuoden kuluttua.
Kierrätys, luokitus- ja muiden tavallisten “standardi” merkintöjen lisäksi kannattaa merkitä sarja- ja versionumerot, osa valmistajista tekee sen automaattisesti jos ei muuta pyydetä. Merkinnät selkeytyvät, kun kaikki merkinnät ovat luettavissa yhdestä suunnasta ja käytetään vain yhtä tai kahta fonttia.
5. Mieti miten levy testataan?
Viimeisenä vinkkinä nostan esille luotettavuuden nostamisen. Valmistetaan levyä sitten isoissa määrissä automatisoiduilla valmistuslinjoilla tai käsin yksittäiskappaleina, on suunnittelu- ja piirrosvaiheessa tärkeä miettiä miten levy testataan.
Valmistusvaiheessa on vaivatonta pyytää valmistajaa tekemään piirien johtavuustestaus – eli testissä mitataan kaikkien johdinsilmukoiden sähköinen vastus. Vastuksen pitää alittaa tavoitetaso. Tämä testaus tehdään siis ennenkuin levylle kiinnitetään komponentteja.
Esimerkkinä käsintestausta helpottaa maatasoon juotettu kiinnityspiste, johon esimerkiksi oskilloskoopin maadoitus hauenleukaliittimen saa kiinitettyä. Sen jälkeen testipäällä voi mitata signaaleja eri pisteistä, kun maataso on vakaa. Piirilevylle voi jättää myös erityisiä testipisteitä (TP). Suunnittelijan tekemässä testaussuunnitelmassa määritellään, millainen jännite tai signaali eri testipisteissä tulisi olla.
Voluumivalmistukseen suunnitellaan yleensä testeri, sekä piirilevyyn testerille kosketuspisteet, joiden perusteella testeri voi todentaa komponenttien oikean kytkennän ja toiminnan. Käytännössä sama testaus, johon viitataan edellä käsintestauksena.