Dalo by sa povedať, že takmer každý projekt z elektroniky nie je v skutočnosti nikdy dokončený, pokiaľ nedostane svoju vlastnú dosku plošných spojov. Až potom môžete na plno otestovať svoj koncept a môžete začať premýšľať o jeho možných vylepšeniach, alebo o tom čo by sa to dalo spraviť lepšie. Cesta k výrobe konečného výrobku je tak často dlhá a kľukatá a nie vždy je bez nástrah.

V závislosti od vášho pohľadu, štýlu práce a predchádzajúcich skúseností si môžete myslieť, že by sa mala v prvom rade objednať finálny doska plošných spojov pre váš projekt a to hneď na začiatku procesu vývoja. Poznáte to, dostanete nápad, nakreslíte schému, navrhnete dosku, objednáte si ju (alebo si ju vyleptáte sami) a potom ju osadíte. Často je to však tak, že aj keď je doska plošných spojov na prvý pohľad dokonalá, tak sa niekedy stane, že ste prehliadli nejaký problém na úplne inej úrovni. Teraz musíte vykonať dodatočné úpravy a znova objednať ďalšiu, po ktorej nasleduje tretia alebo dokonca štvrtá. Každá takáto iterácia vám avšak ukrajuje postupne z rozpočtu určeného na celkový projekt a zasahuje najmä do času, ktorý nad ním strávite. Aby ste sa tomu vyhli, je vhodné odkladať výrobu dosky plošného spoja tak dlho, ako je to možné, alebo čo najdlhšie, teda až na záver.

Zostavte si najskôr prototypovú dosku

Samotné zapojenie je potrebné v prvom rade skontrolovať a nejakým spôsobom aj otestovať. Nezáleží na tom, ako vaša prvotná testovacia zostava vyzerá či ako kopa drôtov a komponentov, alebo elegantne osadené kontaktné pole, nakoľko stále vám poskytne dôležité informácie o tom, či je všetko v poriadku a funguje tak, ako má. Na overenie si toho, či váš nápad bude, alebo nebu fungovať a spĺňať vaše požiadavky tak zapojenie komponentov na štandardnej prototypovej zásuvnej doske (kontaktné pole / breadboard) často postačí. Prípadne môžete použiť predleptanú prototypovú dosku v požadovanom rozmere. Tým získate slušný základ pre testovanie a kvalitne prevedené spájkované spoje znamenajú, že vaša konštrukcia nebude trpieť často nevysvetliteľnými a komplikovane dohľadateľnými anomáliami spôsobenými nedostatočným prítlakom kontaktov v prípade použitia kontaktného poľa - breadboardu. Pri kontaktom poli ak opomenieme jeho drobné nedostatky máme výhodu jednoduchej zmeny hodnoty komponentu bez použitia spájkovania, pokiaľ potrebujeme konštrukciu vyladiť kým všetko nebude fungovať optimálne.

Pri práci napríklad s mikrokontrolérom zvyčajne začínate s projektom pomocou hotovej vývojovej dosky (napríklad Arduino), na ktorej si overíte budúcu funkčnosť vášho konceptu. V tomto prípade môžete pripojiť potrebné externé komponenty, aby ste mohli provizórne otestovať celkovú funkciu a vyvinúť potrebný  firmvér pre mikrokontrolér Často sa tak dá ľahko zistiť, či bude potrebné zahrnúť preventívne opatrenia pre odolnosť voči rušeniu, alebo iným vplyvom. Možno ste si niekedy počas vývoja všimli, že obvod zle reaguje na blízke zdroje rušenia. To naznačuje, že bude potrebné venovať osobitnú pozornosť odolnosti voči rušeniu pri samotnom usporiadaní elektronických komponentov na doske plošného spoja.

Výber komponentov a schéma zapojenia

Pravdepodobne už máte predpripravenú schému zapojenia. Každý návrh plošného spoja pomocou návrhového softvéru vyžaduje najprv spracovanie schémy zapojenia. Každý komponent musí byť špecifikovaný veľmi presne, pretože jednoducho zadať komponent ako "Odpor 10 kΩ" nestačí, nakoľko musíte podrobne opísať aj jeho púzdro a aj jeho veľkosť, napr. SMD rezistor veľkosti 0805. Výber správnych komponentov je preto často časovo veľmi náročný pretože tvarovo a veľkostne podobných komponentov je veľmi veľa. To sa týka predovšetkým konektorov, spínačov, potenciometrov a podobne. Je tiež potrebné overiť, že zvolený komponent je skutočne k dispozícii a uistiť sa, že že jeho obrys a rozmiestnenie vývovodov na plošnom spoji sú správne., nakoľko je veľmi frustrujúce zistiť, že vaša PCB má nesprávne rozmiestnenie otvorov, alebo spájkovacích plošiek a USB zásuvka na doske. ktorú potrebujete osadiť tým pádom nesedí tam, kde má, alebo nesedí vôbec. Buďte preto veľmi opatrní pri výbere komponentov.

Pri práci často zistíte jednu vec a to že SMD rezistory a kondenzátory často vyzerajú na obrazovke monitora tak veľké a zvládnuteľné, že je ľahké nesprávne odhadnúť ich skutočnú veľkosť. To môže byť problém, ak máte v úmysle dosku plošného spoja osadiť ručne. Najmenšie komponenty sú problematické, aspoň pri ručnom spájkovaní. Mali by ste mať niekoľko príkladov súčiastok na stole, aby ste mohli vykonať rýchlu kontrolu reality. Osobne považujem veľkosť 0805 (2 x 1.25 mm) za najlepšiu na ručné spájkovanie. Spomínam si na projekt navrhnutý pomocou komponentu vo veľkosti 0402 (1 x 0.5 mm), aby sa ušetrilo miesto na doske plošného spoja. Tu sa ukázalo, že ručné spájkovanie tejto veľkosti je už na hrane možností pre ručné spájkovanie.

Po výbere komponentov, sa môžete pustiť do návrhu schémy zapojenia.. Mimochodom, ak sa neskôr vyskytne chyba  pri kreslení dosky plošných spojov, môžete sa vždy vrátiť k schéme zapojenia a vykonať zmeny najprv tam. Program pre návrh plošného spoj vždy zabezpečí, aby sa zmena v rozložení, alebo pri zmene komponentu  zohľadnila vo finálnom návrhu dosky plošného spoja.

Rozloženie komponetov na doske plošného spoja

Teraz k doske plošného spoja, a hneď na úvod je dobré podotknúť, že každá doska musí byť umiestnená v nejakej krabičke. Máto hneď niekoľko dôležitých výhod, akými sú napríklad vaša bezpečnosť pri obsluhe, ochrana samotného zariadenia pred rôznymi vplyvmi, ale aj estetické hľadisko. Najprv teda skontrolujte fyzický priestor (pokiaľ už máte krabičku k dispozícii), do ktorého sa musí doska umiestniť, aby ste určili jej celkové rozmery a to, či bude potrebná obojstranná doska plošných spojov, alebo bude postačovať jej jednostranná verzia. Potom môžete podľa voľného priestoru definovať prvky, ako sú zaoblené rohy a špeciálne obrysové tvary. Tieto voľby môžete neskôr pri jej návrhu zmeniť, ale je jednoduchšie, ak sa definujú hneď na začiatku. Zároveň odporúčam dobre zvážiť to, kde bude vaša konštrukcia umiestnená - pokiaľ v exterieri, zvážte použitie krabičky tak, aby poskytovala vašej konštrukcii dostatočné IP krytie a zároveň ak je to potreba tak aj prevedenie typu "antivandal". Pre umiestnenie v interieri nemusí byť výber taký prísny.

Obojstranné dosky plošných spojov sú už zvyčajne štandardom.

Jednostranná doska plošných spojov nemá takmer žiadne cenové výhody oproti svojej obojstrannej variante, ale môže zjednodušiť vývojový proces, ak si ju plánujete vyleptávať sami, pokiaľ sa nejedná o nejaký zložitý obrazec, alebo neplánujete vyrobiť viac kusov zariadenia. Vo väčšine prípadoch si v prvej fáze objednáte len päť alebo desať vzoriek od výrobcu dosiek plošných spojov aby ste si ušetril problémy. Niektorí dodávatelia PCB ponúkajú aj celkovú montáž prototypov, ktorú označujú ako "PCBA" Táto služba má množstvo výhod, pretože vám postačí vytvoriť potrebné súbory v návrhovom programe, vrátane BOOM listu použitých komponentov a všetky potrebné súbory exportovať pomocou zadávacieho formulára u výrobcu vašej konštrukcie. Vy si tak nemusíte robiť starosti zo zháňaním potrebných komponentov, ich dostupnosťou, či nedostupnosťou a dostanete hotové a skompletované dosky plošných spojov, ktoré pokiaľ nevyžadujú oživenie, môžete zabudovať do vášho zariadenia.

Navrhujeme dosku plošného spoja

Po definovaní osnovy môžete importovať všetky komponenty zo schémy zapojenia a umiestniť ich na obrazovku vedľa obrysu dosky plošných spojov. Potom ich môžete po jednom presúvať na dosku plošných spojov a hľadať správne umiestnenie, ktorého výsledkom bude najkratšia a najpriamejšia stopa na doske plošných spojov. Tu je výhodou, ak ste si vyskúšali rozmiestnenie na doske predtým, pretože tak získate predstavu o tom, ako umiestniť jednotlivé komponenty s minimálnym počtom križujúcich sa dráh tak, aby bolo možné vyhnúť sa zbytočným priechodom na druhú stranu dosky. Keď sú všetky komponenty správne rozmiestnené, môžete spustiť autorouter. Softvér sa potom pokúsi prepojiť všetky komponenty tak, ako je to definované v schéme zapojenia. Avšak môže sa ľahko stať, že smerovanie spojov nie je optimálne z iných hľadiska. Mohlo by sa stať, že cesty by boli príliš dlhé, alebo "najkratšia" cesta medzi V_CC a GND cez blokovací kondenzátor by sa stáva príliš dlhou a vytvárala účinnú slučku s funkciou antény. Tu nastávajú problémy s EMC a je ich nevyhnutné vyriešiť. Preto je vhodné použiť manuálne trasovanie najmä pre uzemnenie a napájanie a až potom spustiť autorouter. Pri jednoduchších zapojeniach môžete ísť ešte o krok ďalej a všetky vedenia radšej trasovať ručne. Predovšetkým veľmi jednoduché obvody majú zvyčajne jasnú štruktúru a dajú sa ľahko implementovať.

Zemné roviny

Správne navrhnuté spojité zemné roviny sú v zapojení veľkým prínosom. Na tento účel môžete vytvoriť súvislú medenú vrstvu na spodnej strane dosky s plošnými spojmi, ktorá je pripojená na GND. Všetky stopy prenášajúce akékoľvek logické, či riadiace signály by mali zostať na vrchu dosky plošného spoja - v budúcnosti vám to ušetrí kopu času pri ladení, či diagnostike vášho zapojenia, nakoľko nebudete musieť dosku demontovať zo zariadenia.. Tam, kde je to je nevyhnutné, aby sa dve stopy križovali, jedna stopa končí v podložke s pokovovaným priechodným otvorom (via), ktorá vedie signál smerom nadol na ďalšiu stopu  na spodnej rovine a potom sa vyvedie znova nahor v inom bode. Pamätajte, že akékoľvek prerušenie vodivej cesty by malo byť čo najkratšie. aby sa minimalizovali úbytky napätia. V konečnom dôsledku súvislá medená rovina pomáha dosiahnuť čo najkratšiu cestu k uzemneniu cez celú plochu dosky.

Uzemňovacie roviny môžu robiť zázraky, pretože sa pomáhajú efektívne vyhnúť akémukoľvek rušeniu, ktoré by mohlo ohroziť funkciu vášho zapojenia. Uzemňovacia rovina na spodnej strane slúži ako tienenie signálov zdola a interferenčné polia zhora majú menší účinok, pretože väčšina siločiar končí priamo na zemi a len veľmi málo sa ich dostane na tenké vodiče, čispoje.

Konektory

Každá doska plošných spojov potrebuje nejaké pripojenie k vonkajšiemu svetu. Zástrčky alebo zásuvky sa často umiestňujú na okraji dosky s plošnými spojmi, ako napríklad v prípade Arduina. Pokiaľ ide o experimentálne projekty alebo dosky s obvodmi na vzdelávanie sú často vhodnejšie väčšie pripojovacie body praktickejšie. Okrúhle, priechodné otvory s priemerom 4 mm priamo pojmú banánové zástrčky, alebo aj aj krokosvorky.
Vhodnou alternatívou sú aj obojstranné, obdĺžnikové spájkovacie podložky s priechodnými otvormi s rozstupom 5,08 mm. Tieto pripojovacie body nepridávajú žiadne dodatočné náklady a môžu sa používať veľmi flexibilne; môžete na nich priamo spájkovať vodiče, použiť ich pre pripojenie krokosvorkami, alebodo nich môžete osadiť štandardnú skrutkovú svorkovnicu.

Kontrola rozloženia dosky

Softvér používaný na výrobu dosiek plošných spojov dokáže vykonať automatické testy na vyhľadávanie otvorených obvodov, skratov, alebo môže odhaliť iné anomálie, ktoré je potrebné odstrániť ešte počas vývoja. Existujú však aj iné chyby, ktoré sa môžu vyskytnúť na doske na úplne inej úrovni, ktoré sa ukážu až vtedy ak ich budete mať v rukách. Cieľom je, aby doska s plošnými spojmi, ktorú si objednáte bola bezchybná. Avšak ako viete, Murphyho zákony plati aj tu. Pri pohľade späť odhadujem, že že každá druhá. alebo tretia doska plošných spojov, ktorú som mal kedy v rukách, mala minimálne jednu, alebo viac chýb. Zmeny na poslednú chvíľu sú často tým najhorším riešením, pretože môžu vygenerovať ďalšiu novú chybu a najmä nepredvídateľnú chybu.

Príprava na objednie dosky plošného spoja

Poviete si hurá, ale ešte nie je všetkému koniec. Pokiaľ si chcete objednať dosky plošných spojov, musíte najskôr previesť informácie o vašom zapojení a vygenerovanej doske do súborov Gerber. Softvér vytvorí jednotlivé súbory pre rôzne vrstvy dosky plošných spojov, pre sieťotlačovú masku, ochrannú masku a pre vyvŕtanie otvorov pre umiestnenie komponentov. Na internete nájdete rôzne prehliadače Gerber súborov, ktoré môžete použiť na zobrazenie výsledku toho, ako bude vaša doska vyzerať v 3D zobrazení a to vrátane aj komponentov. Zároveň môžete prepínať medzi jednotlivými vrstvami a získať úplne iný pohľad. Toto je ďalšia dôležitá fáza v procese overovania a odhalila mnoho prehliadnutých chýb, dokonca aj v tejto fáze stále existuje určitá neistota, či je všetko bude nakoniec fungovať správne. Ďalším tipom, ktorý môže pomôcť odhaliť chyby, je vytlačiť rozloženie a umiestniť komponenty nad ich obrys.

Teraz, ak ste všetko odkontrolovali a to minimálne dvakrát a veríte, že ste nič nezanedbali, môžete pristúpiť k finále a nahrať všetky potrebné súbory pomocou objednávkového formulára na stránkach vášho obľúbeného výrobcu.

Záver

Mnohé z týchto stratégií navrhovania jednoduchých dosiek plošných spojov fungujú veľmi dobre aj pri malých, alebo experimentálnych projektoch, ale samozrejme nie tak dobre pri väčších projektoch. Nesnažili sme sa preto podať všeobecne záväzný postup, nakoľko ten neexistuje. Každý každý projekt je iný, má iné špecifikácie a rovnako aj svoje úskalia. Je napríklad rozdiel ak navrhujete jednoduchý zdroj s LM 317 a je veľký rozdiel ak vytvárate dosku plošného spoja pre nano satelit - tu je totižto každá chyba neprípustná, čo v prípade zapojenia s LM 317 až tak neplatí.