Cvičenie č.9 Kontrola zapojenia, generovanie dosky plošných spojov.

1. Skontroľujte elektrickú správnosť nakreslenej schémy zapojenia.
2. Skontroľujte správnosť pripojenia napájania.
3. Skontroľujte správnosť použitých púzdier súčiastok.

Iná situácia nástáva ak sa vytvára nová schéma elektrického zariadenia. Tu može konštruktér vyprodukovať chybné zapojenie, pri čom chyba spočíva v nesprávnej funkcii obvodu.

Systémy CAD sa snažia v maximálnej miere uľahčiť kreslenie a konštruovanie elektrických schém a preto obsahujú kontrolné mechanizmy, ktoré odhaľujú nesprávne nakreslené časti schémy. Kontrola sa vykonáva v niekoľkých úrovniach.

Najjednoduchšia je kontrola správnosti kresby. Tu sa kontroľuje či sú správne zapojené vývody súčiastok, či sa súčiastky neprekrývajú, nekrižujú. Či sú správne otočené a umiestnené texty na schéme. Či sú umiestnené uzly tam kde majú byť.

Druhým stupňom je kontrola podstaných funkcii obvodu. Táto kontrola sa robí hlavne pre schémy obsahujúce číslicové obvody a dokáže vyhľadať nasledovné chyby:

• Nezapojené vstupy (vývody).
• Nepripojené napájanie na integrovaný obvod
• Prepojené dva a viac výstupov
• Prepojený výstup na napájací vodič
• Prepojené napájanie rôznych napäťových úrovní
• Siete iba s jedným vývodom

Najzložitejšou kontrolou je kontrola funkčnosti schémy pomocou simulácie činnosti jednotlivých súčiastok. Táto kontrola spadá už viac do oblasti CAE a nie je ju možné vykonávať v jednoduchších CAD programoch. Základom je program SPICE, alebo niektorá jeho komerčná varianta (PSPICE), ktorý slúži na simuláciu činnosti elektrických obvodov. Ide o pomerne komplikovanú problematiku ktorá sa vyučuje na vysokých školách. Tu je ukážka popis jazyka SPICE na TUKE. Pre ilustráciu tu dám odkazy na riešené obvody - jedno a dvojcestný usmerňovač s OZ, kruhový oscilátor, výstupné charakteristiky tranzistora, schmittov klopný obvod.

1. Všetky vodiče na schéme musia byť vedené pod uhlom 90 stupňov. Vodiče treba viesť čo najjednoduchšie. A ešte jedna síce málo sa vyskytujúca, ale pravidelne sa opakujúca chyba - vodiče musia byť kreslené vo vrstve 91 Nets. Majú byť preto zobrazené zelenou farbou (ak nie je tejto vrstve priradená iná farba). Iba toto sú elektrické vodiče prepájajúce vývody súčiastok. Všetky iné vrstvy (farby) sú iba čiary a nemajú význam elektrického spoja.

   Nesprávne vedené vodiče	Správne vedené vodiče

2. Optická kontrola schémy zapojenia. Skontroľujte si či máte zadané hodnoty súčiastok (každá súčiastka musí mať hodnotu). Skontroľujte či všetky texty a názvy súčiastok sú otočené v smere popisového poľa a musia byť čitateľné (neprekrývať sa s iným textom, schématickou značkou alebo vodičom). Umiestnenie mena a hodnoty musí byť také aby bolo zrejmé ku ktorej súčiastke patria.

   Nesprávne otočené a umiestnené hodnoty a mená súčiastok	Správne otočené a umiestnené hodnoty a mená súčiastok

3. Skontroľujte uzly na schéme. Tam kde sa stretajú tri čiary musí byť uzol. Uzol nesmie byť tam kde sa nestretajú tri alebo štyri čiary. Tam kde sa stretajú štyri čiary, môže byť uzol ale aj nemusí.

   Nesprávne umiestnené uzly	Správne správne umiestnené uzly

4. Skontroľujte či máte správne nakreslenú zbernicu. Vodič vchádza do zbernice pod 45 stupňovým uhlom v dĺžke jednej desatiny palca. Vodič musí mať pri vstupe do zbernice meno signálu.

   Nesprávne pripojené signály do zbernice	Správne pripojené signály do zbernice

5. Teraz prejdeme k elektrickej kontrole funkčnosti schémy. Funkciu aktivujete pomocou ikony a ako výsledok sa obrazí okno ktoré môže obsahovať takéto hlásenia:

   
   Na vyhodnotenie chybových hlásení je potrebná znalosť technickej angličtiny. Skúsim tu popísať tie najčastejčie hlásenia:
   

   WARNING: Sheet 1/1: POWER Pin IC2 VCC connected to +5V

   Varovanie: Napájací vývod obvodu IC2 s menom VCC je pripojený na napájaciu vetvu označenú +5V V tomto prípade môžeme ignorovať nakoľko ide o iné označenie toho istého napájacieho napätia

   ERROR: Sheet 1/1: unconnected INPUT Pin: IC1 REF-
   ERROR: Sheet 1/1: unconnected INPUT Pin: IC1 REF+
   

   Chyba: Nepripojený vstup obvodu IC1 s menom REF- REF+. Táto chyba je vážna, nakoľko nepripojený vstup sa správa nepredvídateľne. Pomocou znalostí z elekroniky treba túto situáciu riešiť pripojením vstupu na vhodný potenciál.

   ERROR: Sheet 1/1: no SUPPLY for implicit POWER Pin IC1G$2 VCC
   

   Chyba Nepripojené napájanie pre napájanie vývody obcodu IC1. Ďalšia vážna chyba, ktorá oznamuje že napájacie vývody (ktoré sa normálne na schému nekreslia) nie sú pripojené na napájacie vodiče. Takýto integrovaný obvod bez napájania nebude fungovať. Napájanie treba pripoojiť pomocou funkcie INVOKE (nasledovný bod postupu práce)

   WARNING: Only 1 Pin on net N$15
   WARNING: Only 1 Pin on net P1.3
   WARNING: Only 1 Pin on net P1.4
   

   Varovanie: Iba jeden vývod v sieti N$14, P1.3, P1.4. Toto varovanie tiež treba vyriešiť. V elektrotechnike nemá význam ak máte vodič ktorý je pripojený iba k jedinému vývodu. Ide zrejme o chybne nakreslený spoj, ktorý ide od niekaľ nikam (končí vo vzduchu).

   WARNING: Sheet 1/1, Net N$2: missing Junction at (1.5 9.3)
   

   Varovanie na suradnici 1.5 9.3 chýba uzol. Treba dokresliť uzol. Chyba vznikla zrejme nesprávnym postupom pri kreslení vodičov, pretože uzly vkladá Eagle sám automaticky podľa potreby.

     WARNING: Sheet 1/1: Nets GND and N$15 too close at (0.5 9.3)
   

   Varovanie: Vodič GND a N$15 sú príliš blízko na súradnici 0.5 9.3. Opäť treba riešit toto varovanie pretože sa zrejme prekrývajú na tom istom mieste viaceré vodiče, tak že opticky to vyzerá ako by tam bol jediný vodič.

   No board loaded - consistency has not been checked
   

   Konštatovanie že zatiaľ nie je otvorená doska plošného spoja a preto sa nedá skontroľovať konzistencia schémy a dosky (bude vysvetlené pri návrhu plošného spoja).
6. Pripojenie napájacích vývodov integrovaných obvodov.

   Ak máte na schéme číslicové integrované obvody, tak ste pri kontrole zrejme dostali varovanie že nemajú pripojené napájacie vývody. Schématická značka obvodu na výkrese ale neobsahuje napájacie vývody. Napájacie vývody sa vkladajú pomocou funkcie invoke . Po navolení funkcie INVOKE treba kliknúť na schématickú značku obvodu, ktorý nemá pripojené napájanie. V okne si teraz vyberiete symbol s napájaním, ktorý umiestníte na schému. Napájacie vývody treba vodičmi alebo napájacími symbolmi pripojiť na požadované napájacie signály. Podrobnosti si môžete prečítať v manuále.
   

   Funkcia INVOKE sa dá použiť aj na presné vloženie požadovaného hradla. Obrázok ukazuje že pokliknutí na hradlo si teraz môžete presne vybrať ktoré hradlo sa má na výkres vložiť. Alebo sa dajú vložiť napájacie vývody pre tento obvod.
   

7. Poslednú kontrolu vykonáme tak že si vytvoríme z nakreslenej schémy dosku. Robí sa to pomocou ikony , Po odsúhlasení sa vytvorí doska plošného spoja a vedľa sa uložia súčiastky ktoré sú na schéme. Súčiastky sú prepojené vzdušnými "gumennými" vodičmi. Vzdušné vodiče sú naznačené žltou farbou.

   Teraz si prekontroľujte či majú všetky súčiastky správne púzdra. A či majú zapojené všetky vývody. Na nasledovnom obrázku súčiastky R1 a C4 majú nevhodné SMD púzdra. Ďalšou chybou, ktorá sa tu dá zistiť sú nepripojené vývody rezistora R1 a kondenzátora C1 a nepripojený vývod napájania na obvode IC1.

   Správne by to malo vyzerať takto:

   Pozor upozornenie: Ak teraz uložíte dosku do projektu. Musíte oteraz pracovať s oboma časťami, schéma - doska. Inak povedané, vždy musia byť otvorené obe okná (schéma, doska) Iba v tomto prípade EAGLE udržuje schému a dosku konzistentnú. To znamená, že ak urobím nejakú zmenu na schéme (pridanie/zmazanie/premenovanie súčiastky/vodiča), zmena sa prejaví aj na doske.