Ponieważ wielkimi krokami zbliżamy się już do połowy naszego wyzwania, warto podjąć temat projektu obwodu drukowanego (ang. PCB – printed circuit board). Dla osób niezaznajomionych z terminologią elektroniczną: obwód drukowany, zwany także płytką drukowaną jest mechaniczną bazą dla wszystkich podzespołów. Na jego powierzchni znajdują się ścieżki, które realizują połączenia elektryczne między poszczególnymi elementami.

Część z Was zastanawia się jak wygląda proces powstawania tej fizycznej części urządzenia. Często spotykam się z błędnym założeniem, iż niemalże od razu powstaje gotowa, komercyjna wersja. Pstryk i jest! Otóż nie, nie ma tak łatwo…

Pierwszym krokiem jest zazwyczaj stworzenie szkicu układu. Na tej podstawie powstaje prototyp, często bazujący na płytce ewaluacyjnej. Dopiero na podstawie zebranych doświadczeń i obserwacji projektuje się wstępną wersję schematu oraz płytki. Po kilku-kilkunastu próbach powstaje coś, co można nazwać produktem komercyjnym, gotowym do działania w każdych warunkach.

Na jakim etapie jesteśmy teraz?

Obecnie nasz układ stanowi mniej lub bardziej artystyczną plątaninę kabli, zwaną czasami pająkiem. Cóż, jest to przywilej wczesnego prototypu – nie jest on absolutnie przeznaczony do montażu w samochodzie, nie musi wykazywać się szczególną solidnością lub estetyką. Jedynym jego zadaniem jest… działać 🙂

Zbyt szybka próba przeobrażenia prototypu w formie “pająka” do “gotowej” płytki kończy się zazwyczaj fiaskiem.

Dlaczego?

Projekt wciąż się rozwija – dodajemy nowe funkcjonalności, nowe podzespoły. Często projektując wstępną wersję sprzętu nie przewidzimy czegoś, nie weźmiemy pod uwagę jakiegoś istotnego ograniczenia. Dobrze, jeśli wyłapiemy takie niedopatrzenie na początkowym etapie, kiedy wciąż mamy szansę w prosty sposób zmienić kształt systemu. W momencie powstania płytki drukowanej, każda zmiana wymaga dużego nakładu pracy.

Zazwyczaj wymagane jest wykonanie dwóch-trzech wersji prototypowych PCB, gdyż niemal zawsze znajdą się drobne detale do poprawek – prowadzenie masy, optymalizacja ilości przelotek czy rozmieszczenia elementów. Często nawet finalne wersje produkcyjne komercyjnych projektów często posiadają kila rewizji, w których korygowane są mniej lub bardziej poważne usterki.

Kiedyś wspomniałem, iż tworzenie oprogramowania jest procesem iteracyjnym, w którym celem każdego kolejnego kroku jest poprawa jakości kodu. Podobnie mają się sprawy z projektowaniem fizycznej części systemu wbudowanego. Tu również niezwykle trudno jest uzyskać ostateczną, idealną formę już przy pierwszym podejściu.

Czy na prawdę nie da się przemyśleć każdego aspektu i dopiero potem projektować elektronikę dla danego urządzenia?

W teorii – tak. W praktyce – niestety nie. Bardzo wielu pomyłek i niedopatrzeń można uniknąć używając odpowiedniego oprogramowania komputerowego wspierającego projektowanie. Jednak zawsze pozostanie jakiś fragment do skorygowania – wynikający czy to z błędu człowieka, czy też zmian w założeniach czy z wyniku testów.

Na potrzeby naszego projektu wykorzystamy pakiet KiCAD – chyba jeden z najlepszych, darmowych programów typu EDA (ang. Electronic Design Automation). Pozwala on zaprojektować schemat ideowy systemu, przygotować listę połączeń (ang. netlist), a następnie na jej podstawie stworzyć płytkę drukowaną. Jedynym “minusem” jest brak wbudowanego autoroutera czyli automatycznego prowadzenia sieci ścieżek. Jednak w przypadku naszego urządzenia ręczne “przeroutowanie” płytki nie będzie stanowić dużego problemu.

Tyle na dziś – w niedalekiej przyszłości powrócimy do tematu projektowania PCB i różnych pułapek czyhających na konstruktorów 🙂