PCB제조업체는 중국에 홍콩 업체 JLCPCB를 이용했다.

이번에는 한번 SMT를 이용해서 기계 납땜을 이용해보았다.

Atmega128을 이용해서 최소한의 구동과 ISP를 통해 다운로드가 가능하도록 만든 회로이다.

여러 포트를 통해 다른 브래드 보드을 이용해서 Atmega128을 연습할 수 있다.

1. 회로 설계

(아래 사이트들을 통한 회로도 참고)

https://ansan-survivor.tistory.com/1052

2. SMT를 이용하기 위해서는 아래와 Gerber 파일 뿐만아니라, JLCPCB에서 SMT지원가능한 품목의 BOM과 CPL이 필요하다고 한다. (아래 항목들은 OrCAD Capture 또는 OrCAD PCB에서 자동 출력이 가능하다)

    * BOM 샘플 => (OrCAD Capture 에서 생성)

    * CPL 샘플 => (OrCAD PCB 에서 생성)

        (필자가 주문에 사용파일을 올려 놓는다. 이를 참고해서 진행한다)

  2-1. SMT가능 품목 확인 및 재고 확인

        우선 어떤 품목이 SMT지원이 되는가 JLCPCB 홈페이지를 통해 확인해볼 수 있다.

https://jlcpcb.com/parts

    2-2. SMT하고자 하는 파트 찾기.

    2-3. 찾은 파트의 SMT속성 확인. (SMT를 하기 위해서는 아래 항목을 BOM에 넣어주어야 한다.)

    2-4. 해당 항목을 OrCAD Capture Properites에 추가하여 등록

      최대한 내장 풋프린트를 사용하고, 없는 것들만 SnapEDA에서 다운로드 받아서 사용했다.

      (풋프린트 심볼 무료 다운로드 사이트)

https://ansan-survivor.tistory.com/361

      그리고 Properties를 추가해서 JLCPCB에서 요구하는 것들을 추가. (그리고 필요 값들을 넣는다)

    2-5. BOM 리스트 출력 및 데이터를 JLCPCB가 원하는 대로 변경

        (BOM관련 조작법은 링크 참고 => https://ansan-survivor.tistory.com/76 )

    2-6. BOM출력 후 필요한 데이터만 남기도록 수정 후 엑셀파일 저장.

3. PCB제작 완성

 아래와 같이 치수와 드릴정보까지 함께 display!

4. 결과 파일 출력 후 압축 (거버파일, 드릴파일)

    다음 아래 파일들을 모두 압축하여 PCB제조 업체에 업로드.

    (각각 art 파일 필름 하나씩 확인해보기)

.DRL 파일

L01_TOP

L02_BOTTOM

NC_DRILL

SILKSCREEN_TOP

SOLDERMASK_TOP & SOLDERMASK_BOTTOM

    ** SMT 제작 주문을 위해서는 위에서 설명했듯이 부품의 좌표정보가 담긴 CPL파일이 필요하다!

    OrCAD PCB에서 간단하게 뽑는 방법은 아래와 같다.

    4-1. File - Export - Placement

            (만약 메뉴가 위와 다르다면, Command창에 아래와 같이 입력한다.)

plctxt out

    4-2. Export 클릭하여 파일 생성.

    4-3. 이 파일을 엑셀로 열어서 ! (느낌표)으로 셀 분리 시킨다.

    4-4. 이 엑셀을 이제 JLCPCB가 요구하는 형식으로 변경하여 사용. (아래 파일 참고)

================ < SMT PCB 주문 및 제조하기 > =================

4.  JLCPCB 주문하기

    다행이도 한국 고객은 아래와 같은 행사를 진행하고 있다. 역시 중국에서 구매는 가격이 정말 저렴해서 좋은 것같다.

(아래 회원가입 및 구매 링크 - 이제 일부 한국어도 지원해서 편리합니다.)

https://jlcpcb.com/KOR

위 링크로 들어가면 쿠폰 받기 가능.

    4-1. 회원가입 및 로그인 후 Order Now 클릭

    4-2. 압축파일 업로드

위에서 압축한 .zip 파일을 업로드 한다. 그러면 내가 올린 파일들이 아래와 같이 display된다.

이번엔 파랑 색상으로 해보았다.

    4-3. 재료 및 기타 옵션 선택

최소 5개 이상의 PCB부터 구매 가능하다. 그 외 옵션을 선택하면 우측에 가격이 변한다.

    4-4. SMT의 경우 아래 체크를 활성화 하여 옵션을 넣어야 한다!

        단, 한쪽 면 밖에 안된다니 설계시 참고 한다.

    4-5. 이제 위에서 만든 BOM파일과 CPL파일을 넣어준다.

    4-6. 반영이 되면 체크가 선택 되는데, 아래의 경우 SMD 저항이 반영이 안되었다. 이를 찾아서 넣어준다.

부품을 업로드하면 아래와 같이 Preview가 나오는데, 뭔가 어긋나서 바로 물어보았다.

그랬더니 가끔 저런식으로 빗나갈 때가 있으니 무시하란다. 그리고 어차피 제작전 엔지니어가 검토하고 메일을 준다니 걱정말고 진행한다.

    4-7. 다 끝나면 카트에 담는다.

    4-8. 장바구니 확인하기 결제 진행하기.

5. 구매 진행하기

    5-1. 주소 확인 (SMT 경우 한번더 주소가 정확한지 확인)

        * PCCC는 개인통관번호를 넣으면 된다.

           (개인통관부호가 없으면 아래 관세청 사이트에서 발급받는다.)

https://unipass.customs.go.kr/csp/persIndex.do

    5-2. 배송비를 다 눌러보면서 제일 싼걸로 등록한다.

    5-3. JLCPCB에서 파일에 문제가 없는지 검토 확인

    5-4. 결재수단 선택.

      카드결재, Paypal결재, 쿠폰  3가지 방식이 있다.

      쿠폰 사용이 가능하면 추가해서 집어 넣는다. (SMT 전용 쿠폰이 필요)

    5-5. 주문내역 결과 확인 (SMT를 할떄는 아래와 같이 SMT Assembly가 함께 뜬다 !)

6. JLCPCB 엔지니어와 소통

  만약 어떤 설계 데이터(홀 크기, 도금 여부 등)를 누락했을 때, 내 데이터를 바탕으로 JLCPCB엔지니어와 대화를 통해 수정이 가능하다. Live chat을 지원하며 바로 우측 하단에 엔지니어와 실시간으로 소통하며 24시간 대응을 해준다.

7. PCB 언박싱

    마침내 PCB가 집까지 배송이 되었다. 뾱뾱이로 잘 포장되어 있으며, 파란색 박스로 온다.

    SMT작업를 신청하니 가격도 비싸지고 이번엔 배송까지 약 2주정도 걸렸다.

 크 설래는 마음으로 SMT가 되어있는  PCB 를 받았다..!! 작동만 잘하길 빌며 ㅋㅋ

8. 납땜 완료

9. 전원 인가, 작동 확인

    ISP연결 확인, 프로그래밍 작동여부 확인

    (아래 방법을 통해 프로그래밍이 잘 들어가나 확인)

https://ansan-survivor.tistory.com/1022

10. 포트에서 프로그래밍한 신호가 잘 나오는지 확인 

    대성공이다! OrCAD로 SMT주문 생산한 PCB보드가 매우 잘 작동한다!

위 방법대로 쭉 따라하면 이제 JLCPCB업체를 통해 SMT PCB를 구매할 수 있다.

물론 SMT가 비싸긴한데 소형화가 꼭 필요하거나 대량으로 PCB를 생산할때 주문하면 좋다!

실제 산업체에서 PCB를 직접 설계하여 제작하지 않는 이상, 학생들이나 선생님, 일반 DIY를 하는 사람들은 OrCAD로 설계를 하고 실제 PCB 데이터를 가지고 제작을 맡기면, 이게 제작이 될까? 하는 사람들이 많을 것이다. 실제 어떤 데이터를 Export해서 제조를 의뢰해야 의문이 갖는 사람도 많을 것이다.

하지만 위에서 보여준 Artwork필름 파일들(.drl 파일  .art 파일)을 압축하여 JLCPCB 제조 업체에 위와 같은 과정으로 파일을 제출하고 이 과정대로 진행한다면 위처럼 동작이 되는 PCB를 받아볼 수 있다.

또한 SMT주문을 할 경우, 위에서 뽑은 BOM과 Placement 좌표 리포트를 뽑아서 제공하면 된다

JLCPCB에서 아래와 같이 여러 이벤트를 진행하고 있다고 한다.

실제 OrCAD로 PCB를 제작까지 고려하고 있다면 위 혜택을 받아 PCB를 제조해보는 것도 좋은경험이 될 것이다.

생각하고있는 아이디어가 있다면 아래 JLCPCB을 통해서 주문해보도록 한다! (한국어 홈페이지도 만들었다고 한다)

https://jlcpcb.com/KOR

(제작한 PCB를 활용하여 프로그래밍 해보기)

https://ansan-survivor.tistory.com/1207

단어 뜻.

Propagation : 옆으로 쭉 전파되는 것.

Delay : 예정된 시간대로 도착하지 못하는 것.

요약.

Propagation delay : 하나의 bit(=pulse, signal)가 Sender를 떠나 Receiver까지 도착하는데 걸린 시간.

  <->

Transmission delay : 직렬신호(ex 100101101.. ) 패킷이 전달되는데 걸린 시간.

신호(Signal)가 특정 매체(medium)을 통과하는데 걸리는 시간.

어떤 매체를 통과하든 이상적으로 완벽한 타이밍의 신호 전달은 없음, 어떤 형태로든 전파지연은 발생함.

IC칩에서 일관되지 않은 propagation delay(전파지연)으로 데이터 에러 발생할 수 있음.

Propagation delay는 매우 작은 단위의 지연으로 nano-second (ns) 또는 pico-second(ps) 단위 수준.

Clock 신호를 기반으로 작동하는 칩은 이 전파지연으로 설계 동작에서 벗어날 수 있음.

아래 여러 자료들이 있다 참고.

https://www.techtarget.com/searchnetworking/definition/propagation-delay

https://www.netmanias.com/ko/post/qna/3760

https://en.wikipedia.org/wiki/Signal_propagation_delay

Signal Integrity (SI)에서 시뮬레이션에 사용되는 IBIS 모델이 있다.

이는 주 시뮬레이션 모델인 SPICE와 비교되어 많이 소개 된다. 현재는 대부분의 EDA (전자설계소프트웨어 설계사)들이 해당 모델을 지원하고, IBIS를 대부분 인터넷상에서 무료로 받을 수 있다.

아래 자일링스사에서 만든 IBIS 자료에 대한 번역 본.

https://www.xilinx.com/products/technology/signal-integrity/si-whyibis.html

I/O Buffer Information Specification (IBIS)

We recommend the use of IBIS models whenever possible. IBIS models for many devices are often available as free downloads. Using IBIS provides the following:

• Faster simulation speed.
• Elimination of non-convergence.
• Strong support from virtually all EDA vendors.

 

왜 IBIS를 사용하는가?

I/O Buffer Information Specification (IBIS)

가능한 IBIS모델을 사용하는 것이 좋다. IBIS 모델은 많은 device에 대한 모델자료를 무료로 다운로드할 수 있다. IBIS를 사용하면 아래와 같은 사항이 제공된다.:

• 더 빠른 시뮬레이션 속도 (SPICE대비)
• non-convergence(수렴하지 않는 영역) 제거.
• 대부분의 EDA 회사에서 지원

 

 

Learn Why You Should Use IBIS Models for Your Designs

SPICE: Issues with the Traditional Approach

As I/O switching frequencies have increased and voltage levels have decreased, accurate analog simulation of I/Os has become an essential part of modern high-speed digital system design. By accurately simulating the I/O buffers, termination and circuit board traces, you can significantly shorten your time-to-market for new designs. By identifying signal integrity related issues at the beginning of the design cycle, we can reduce the number of board fixes.

 

SPICE analysis has traditionally been used in areas such as IC design, which requires a high level of accuracy. However, in the PCB and systems domain, the SPICE method has several disadvantages for both the user and the device vendor.

 

Since SPICE simulations model a circuit at transistor level, they must contain detailed information about the circuit and process parameters. Most IC vendors consider this type of information proprietary and resist making their models available to the public.

 

Although SPICE simulations are very accurate, simulation speeds are particularly slow for transient simulation analysis, which is often used when evaluating signal integrity performance. In addition, not all SPICE simulators are fully compatible. Default simulator options may also differ with different SPICE simulators. Because some very powerful options control accuracy, convergence and algorithm type, any inconsistent options may produce poor correlation in simulation results across different simulators. Lastly, because SPICE variants exist, models are often incompatible between simulators; they must be extracted for a specific simulator.

 

IBIS: Benefits of the Alternative

An alternative to SPICE simulation is I/O Buffer Information Specification (IBIS). Intel originally developed IBIS to give customers access to accurate IO buffer models without risking their intellectual property. The IBIS specification is now maintained by the EIA/IBIS Open Forum, with members from many IC and EDA vendors.

The core of the IBIS model consists of a table with current, voltage and timing information. This is very attractive to the IC vendor because the IO internal circuit is treated as a black box. Transistor level information about the circuit and process details is not revealed.

 

IBIS models simulation speed are much faster than SPICE, with only a slight decrease in accuracy. Non-convergence, a problem with SPICE models and simulators, is eliminated in IBIS simulation. Virtually all EDA vendors presently support IBIS models and they are easy to use. IBIS models for most devices are freely available over the Internet. It is easy to simulate several different manufacturers devices on the same board.

 

Xilinx provides IBIS models for all current products, which can be easily downloaded from our web site.

 

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왜 IBIS 모델을 설계에 사용해야 하는 이유

SPICE: 전통적 접근 방식의 문제점.

I/O 스위칭 주파수가 증가하고, 전압 레벨이 감소함에 따라 I/O에 대한 정확한 아날로그 시뮬레이션은 현재 고속 디지털 시스템 설계의 필수 부분이 되었다. I/O Buffer, Termination, 회로기판 trace를 정확하게 시뮬레이션 함으로써 새로운 설계 제품 출시 시간을 크게 단축시킬 수 있게 되었다. 설계 초기단계에 사전에 신호 무결성(SI) 관련 문제를 식별하여 보드를 수정하는 횟수를 줄일 수 있다.

SPICE 분석은 전통적으로 고차원의 정확도가 요구되는 IC 설계같은 영역에서 사용되었다. 그러나 PCB 및 시스템 영역에서 SPICE 방법은 사용자와 장치 공급업체 모두에게 몇 가지 단점이 있다.

 

SPICE 시뮬레이션은 트랜지스터 수준에서 회로를 모델링하기 때문에, 회로 및 프로세스 매개변수에 대한 자세한 정보를 포함해야 한다. 그러나 대부분의 IC 공급업체는 이러한 정보를 지적 재산으로 간주하여 모델을 대중에게 공개하는 것을 꺼려한다.

 

SPICE 시뮬레이션은 매우 정확하지만, 신호 무결성 성능을 평가할 때 자주 사용되는 과도 시뮬레이션(transient simulation) 분석의 경우 속도가 특히 느리다. 또한 모든 SPICE 시뮬레이터가 호환되지 않는다. 기본 시뮬레이터 옵션 마저도 SPICE 시뮬레이터에 따라 다를 수도 있다.

몇몇 시뮬레이터는 강력한 옵션으로 정확도, 수렴(convergence), 알고리즘 유형을 제어하기 때문에, 시뮬레이터간 옵션이 호환되지 않는 경우 결과에서 좋지 않은 상관 관계를 생성할 수 있습니다.

마지막으로 SPICE는 다양한 Varient(Pspice, Hspice 등등 다양한 제품)가 존재하기 때문에 모델들이 몇몇 시뮬레이터 간에 호환되지 않으며 특정 시뮬레이터 사이에서만 데이터를 뽑아 써야 한다.

 

 

IBIS: 대안으로써 장점

IBIS 모델 시뮬레이션 속도는 SPICE보다 훨씬 빠르며 정확도는 약간 떨어진다. SPICE 모델 및 시뮬레이터의 문제점인 Non-convergence(수렴되지 않음)는 IBIS 시뮬레이션에서 제거된다. 거의 모든 EDA 공급업체는 현재 IBIS 모델을 지원하며 사용하기 쉽다. 대부분의 IBIS 모델은 인터넷을 통해 무료로 다운로드하여 사용할 수 있다. 동일한 보드에서 여러 제조사의 device를 쉽게 시뮬레이션할 수 있다.

 

Xilinx 도 동사 제품에 대한 IBIS models 을 웹 다운로드로 제공한다. 

디지털 신호에서는 1과 0을 온전하게 보내야 장치가 제대로 의도한대로 작동하게 된다.

그러나 최근 고속신호로 바뀜과 각종 무선장비들이 많아지면서 각종 Signal Integrity (신호 무결성) 문제로 디지털신호가 깨져서 왼쪽과 같이 신호에 Noise들이 들어가게 된다. 직면한 과제는 저 Noise들을 제거하여 최대한 Digital Signal 원상태를 유지한 채 Driver에서 Reciver 까지 도달하게 해야 한다.

그중 일부 사항으로 신호의 품질 분석(Signal Quality Metrics)에서 아래와 같은 사항이 있다.

1. Ringback

2. Overshoot

3. Setting Time

간단히 그림을 보면 아래와 같다.

위 그림을 보면 알겠지만, Ringback은 Overshoot 또는 Undershoot가 발생하고 신호가 반대방향으로 튕겨 갈 때, Guaranteed High level 또는 Guaranteed Low level을 애매하게 짧은 시간동안 벗어나서 신호가 High인지, Low인지 구분할 수 없는상태가 된다. 즉, 바운스 되어 Threshold 영역까지 튕겨버리는 경우이다.

그러면 장치는 확실한 신호가 아니기 때문에 오작동을 할 수 있는 확률이 높아진다.

아래 영문 블로그를 보고 번역했다.

https://www.raypcb.com/signal-reflection-in-pcbs/

Printed Circuit Boards (PCBs) have been the focus of scientist and engineers to bring novel ideas on how to improve the quality of end electronic product. As PCBs play the key role in functionality and performance of any electronic product or device so the perfectly designed PCB layout is highly important. There are many factors that a design engineer must consider while designing a PCB layout and these factors are driven by the requirements of end product.

Like number of layers PCB, size and dimensions of PCB, number of electronic components to be soldered upon PCB, types of components, routing techniques and many other PCB design factors. Among them one of the most important aspect is the “Impedance Matching”. The PCB that is dedicated for the electronic product that is to be used for High frequency application like RF or microwave electronics, then the most critical part of the PCB layout design is to control the impedance of the circuit.

인쇄 회로 기판(PCB)의 주 초점은 최종 전자제품의 품질을 개선하는 방법에 대한 아이디어를 과학자와 엔지니어가 함께 고안하는 것이 주요 관점이었다. PCB는 모든 전자 제품의 기능 및 성능에서 핵심적인 역할을 하므로 완벽하게 설계된 PCB 레이아웃이 중요하다. 설계 엔지니어가 PCB 레이아웃을 설계할 때 고려해야 하는 많은 요소가 있으며 이러한 요소는 최종 제품의 요구 사항에 따라 결정된다.

PCB 레이어 수, PCB 크기 및 치수, PCB에 납땜할 부품 수, 부품의 유형, 배선 기술 및 기타 여러 요소 등, 그 중 가장 중요한 요소 중 하나는 "임피던스 매칭" 이다.  RF나 microwave와 같은 고주파를 응용 분야에 사용되는 전용 PCB에서 가장 중요한 부분은 회로의 임피던스를 제어하는 ​​것이다.

What is Signal Reflection.?

As we are familiar with the phenomena of reflection that when a light ray is incident on the mirror then the light is reflected from mirror’s surface. Another example is water, when light enters the water some of the light is refracted while some is reflected. The same phenomena is with electrical signal.

The signal reflection is the phenomena where the source transmits the electrical signal in the signal trace to the receiver/sink and some part of the signal is reflected back from receiver/sink back to the source. This reflected signal can cause signal distortion and oscillation in the circuit.

신호반사란?

우리는 보통 반사 현상에 익숙한데, 광선(빛)이 거울에 입사하면 빛이 거울 표면에서 반사가 일어난다. 또 다른 예로는 물이다. 빛이 물에 들어갈 때 빛의 일부는 굴절되고 일부는 반사된다. 이와 동일한 현상이 전기 신호에서도 발생한다. 

신호 반사는 신호원(Source)가 신호 선로(Trace)상의 전기 신호를 수신기(Receiver 또는 Sink)에 전송하고, 신호의 일부가 다시 신호원(Source)로 반사되는 현상이다. 이 반사된 신호는 회로상의 신호 왜곡(Signal distortion) 또는 발진(oscillation)을 일으킬 수 있다.

Why the Signal is reflected..?

The reason for the signal reflection from receiver to the transmitter is the transient impedance caused by the discontinuity in characteristic impedance of signal trace. If the characteristic impedance is uniform through starting from source or transmitter to sink or receiver then there will be no signal reflection.

The discontinuity in characteristic impedance of signal trace can be caused by variation in signal trace width, thickness, distance between the trace and the corresponding reference plane and dielectric constant of the substrate material of PCB.

왜 신호반사가 일어나는 걸까?

수신기(reciever)에서 송신기(transmitter)로 신호가 반사되는 이유는 신호 트레이스의 특성임피던스(characteristic impedance)의 불연속성으로 인해 발생하는 과도임피던스(transient impedance)이다. 특성 임피던스가 신호원(Source / transmitter)에서 수신기(Receiver 또는 Sink)로 균일한 임피던스일 경우 신호 반사가 없다.

반면에 트레이스(trace)의 특성 임피던스의 불연속성은 신호 트레이스 폭, 두께, 트레이스와 해당 기준 평면 사이의 거리 및 PCB 기판 재료의 유전 상수의 변화로 인해 발생할 수 있다  .

트레이스(trace)의 특성 임피던스의 불연속성

Effects of Signal Reflection:  

Oscillation:

Fortunately, the signal reflected from receiver is always less in strength then the main signal, hence the reflected signal is again transmitted and then again reflected with lesser strength, and hence in this way the signal is diminished slowly but will cause a temporary oscillation.

Overshooting and Undershooting:

If the delay time between the signal transmission and reception is short and the signal transmission is faster and if the previous reflected signal was not given time/delay to diminish and next signal is transmitted then this will cause the signal “peaks”  to accumulate and will cause reflected signal overshooting thus complete failure of the circuit will happen. Similarly if the signal “valley” are accumulated this will cause reflected signal undershooting thus weakening the main signal to cause false clocking or misinterpretation of digital data lines like SDI, SDO, SCLK etc. This overshooting or undershooting can completely destroy the protective diodes at the signal ends.

Signal Distortion:

The reflected signals from receiver end if are strong enough then they can possibly change the logic state of digital circuitry hence the circuit will behave in unanticipated manner. Distorted signal are sensitive towards noise.

신호 반사의 효과:

발진(Oscillation):

  다행이도 수신기로부터 반사된 신호(reflected signal)는 항상 주신호(main signal)보다 강도가 낮기 때문에, 반사된 신호는 왔다 갔다 점점 약한 강도가 되어 점점 감소하지만, 이는 일시적인 진동을 일으킨다.

오버슈팅, 언더슈팅 (Overshooting and Undershooting:):

신호의 전송과 수신 사이의 지연 시간이 짧고, 신호가 빨라서 반사된 신호가 감쇄를 일으킬 시간을 충분히 주지 않는 상태에서 다음 신호가 전송되면, 신호 "피크(peak)"가 누적되어 결국 반사 신호 오버슈팅을 유발하여 회로의 완전한 고장이 발생한다.

비슷하게 "밸리(valley)" 신호가 누적되면 반사 신호 언더슈팅이 발생하여 주 신호(main signal)를 약화시켜 SDI, SDO, SCLK 등과 같은 디지털 데이터 라인의 잘못된 클럭(clock) 또는 신호의 잘못된 해석(misinterpretation)을 유발한다. 이러한 오버슈팅 또는 언더슈팅은 보호 다이오드에서 보호 다이오드를 완전히 파괴되어 신호가 종료될 수 있다.

신호 왜곡(Signal Distortion):

  수신기(receiver) 측에서 반사된 신호가 강하면, 디지털 회로의 논리상태 신호(Logic signal)를 변경시킬 가능성이 있으므로, 회로가 전혀 예상치 못한 방식으로 작동할 가능성이 있다. 왜곡된 신호는 외부 노이즈에 민감하다.

임피던스 매칭 계산 사이트 (무료)

https://ansan-survivor.tistory.com/489

OrCAD PCB / Allegro PCB 에서 임피던스 매칭기능 사용방법

https://ansan-survivor.tistory.com/490

특성 임피던스를 50옴으로 쓰는 이유?

https://ansan-survivor.tistory.com/90

아두이노는 Free open 다용도 보드로 모두에게 오픈되어 이를 참고하여 입맛에 맞게 회로도를 변경 또는 복제해서, 응용해서 사용할 수 있다.

해당 회로도는 아래 사이트에서 공개한다. (Arduino Uno 회로도)

https://store.arduino.cc/products/arduino-uno-rev3/

사이트를 보면, 아래로 스크롤을 내리면 회로도가 나온다.

회로도는 "Altium" EDA CAD툴로 만들어져 있으며 Scheamtic과 PCB 그리고 3D View 까지 지원한다.

<회로도 보기>

(전체 회로도 화면 크게 보기)

<PCB보기>

(필요시 3D view 보기)

아두이노 보드 구매는 아래 링크 참고!

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IR이란, 대표적으로 전기전자에서 많이 사용하는 symbol  I 는 전류 Current를 의미, R은 옴 단위를 사용하는 저항 Resistance 를 의미한다.

VCC와 GND의 전위차인 전압 V (Voltage)은 아래와 같은 공식을 같는다.

V=IR

즉, IR이란 전압을 의미하고 IR Drop이란 "전압 강하"를 의미한다.

"전류가 흐르는 동안 전도체(Plane or Conductor)의 두 끝 사이의 전위차"

반도체나 PCB, Package에서 각 칩에 필요한 전압이 있는데 이 전압은 전압원(Source)로 부터 멀어지면 조금씩 임피던스의 저항 성분으로 인해 전압이 다운된다. 이를 전압강하(IR Drop)라고 한다.

아래 그림처럼 VCC, GND가 연결 될 때, 전체 Plane의 전류 흐름을 볼 때 Source로 부터 거리가 멀어질 수록 전압 강하가 됨을 볼 수 있다.

(그림 출처:https://pcbee.tistory.com/entry/DC-Resistance%EC%9C%BC%EB%A1%9C-%EC%9D%B8%ED%95%9C-IR-Drop)

아래 자료에 IR Drop에 대한 설명이 나와 있다.

(출처: https://www.corrosionpedia.com/definition/2203/ir-drop )

What Does IR Drop Mean?

IR drop refers to a voltage drop that appears at the resistive component of any impedance. IR drop is the electrical potential difference between the two ends of a conducting phase during a current flow. This voltage drop across any resistance is the product of current (I) passing through resistance and resistance value (R).

IR drop has a great influence on electrochemical measurements, and their effects should be considered during the interpretation of electrochemical data.

IR drop is also known as ohmic potential drop in electrochemistry.

IR Drop 이란?

IR drop은 모든 임피던스 저항 성분에서 나타나는 "전압 강하"이다.

IR drop은 전류가 흐르는 동안의 Conducting Phase(전도 상)의 두 지점의 잠재적 전위차 이다. 모든 저항에 걸친 이 "전압 강하"는 저항을 통과하는 전류(I)와 저항(R)의 곱이다. (I x R)

IR drop은 전기 화학적으로 측정에 큰 영향을 미치므로, 데이터를 해석할 때 영향력을 고려해야 한다.

IR drop은 또한 전기 화학분야에서 "(Ohmic potential drop) 옴 포텐셜 드롭"으로도 불린다.

Corrosionpedia Explains IR Drop

IR drop is a potential drop due to solution resistance. It is the difference in potential required to move ions through the solution. IR drop results from the electric current flow in ionic electrolytes like dilute acids, saltwater, etc.

IR drop (ohmic drop) is an unwanted quality and it must be removed to obtain an accurate potential measurement.

IR drop has produced some unwanted results in measurements. For example, in cyclic voltammetry, IR drop primarily causes a shift in peak potential, a decrease in the magnitude of current, and an increase in peak separation. These effects will become more prominent as the scan rate is enhanced following the increase of current.

IR drop depends on the following factors:

• The current and potential distribution in the electrolyte (changing the size or shape of the working electrode will change the shape of the equipotential lines.)
• The position of the reference electrode with respect to the working electrode.
• The conductivity of the electrolyte solution (the lower the conductivity of the electrolyte, the higher the IR drop.)

The following measures will be needed to minimize the IR drop:

• Using a three-electrode system.
• Adding a high concentration of fully dissociated electrolytes to the solution.
• Placing the reference electrode tip within close proximity of the working electrode surface.
• Using low scan rates that will minimize the current.
• Decreasing the electrode surface area.

IR Drop에 대한 설명

IR drop은 저항에 의한 잠재적 강하이다.

이 전위 차이는 이온(ion)을 움직이기 위한 잠재적인 힘 이다. IR Drop은 묽은 산(dilute acid), 염수(saltwater)등과 같은 이온 전해질(ionic electrolytes) 내의 전류의 흐름으로부터 발생한다.

IR drop (ohmic drop)은 원치않는 품질을 만들며, 정확한 전위 측정을 얻기 위해 반드시 해당 성분은 제거해야 한다.

IR drop은 측정에서 가끔 원치않는 결과를 만들어 내는데, 예를 들어 순환 전압전류법(cyclic voltammetry)에서 IR Drop은 주로 피크 전위 이동(shift in peak potential), 전류크기 감소, 피크 분리(peak separation) 증가를 일으 킨다.

이는 전류가 증가함에 따라 점점 두드러 진다.

IR Drop은 아래와 같은 요소에 영향을 받는데:

• The current and potential distribution in the electrolyte (changing the size or shape of the working electrode will change the shape of the equipotential lines.)
• 전해질 내 전류 및 전위 분포 (전극의 모양이나 크기에 따라 equipotential line가 바뀜

  

• The position of the reference electrode with respect to the working electrode.
• Reference 및 Working 전극의 위치
• 전해 물질의 전도도 (전도도 낮은 전해질 일 수록 IR drop 높아짐)

IR Drop을 최소화 시키기 위한 조치:

• 3전극(three-electrode) 시스템 사용
• 고농도의 완전히 분리된 전해질 첨가
• 기준전극팁(Reference Electrode tip)을 작업전극표면(Working electrode surface)에 근접하게 배치
• 전류 흐름을 최소화하도록 낮은 스캔 적용
• 전극 표면적(electrode surface area) 감소 시키기

Allegro PCB에서 IR Drop 시뮬레이션 하기

https://ansan-survivor.tistory.com/1032

PCB제조업체는 중국에 홍콩 업체 JLCPCB를 이용했다.

Atmega128을 이용해서 최소한의 구동과 ISP를 통해 다운로드가 가능하도록 만든 회로이다.

여러 포트를 통해 다른 브래드 보드을 이용해서 Atmega128을 연습할 수 있다.

1. 회로 설계

Atmega128의 주변 회로에 대한 자세한 사항은 아래 포스팅 참고

https://ansan-survivor.tistory.com/1019 

https://ansan-survivor.tistory.com/1018 

https://ansan-survivor.tistory.com/1006 

2. 각각 풋프린트 배치

    최대한 내장 풋프린트를 사용하고, 없는 것들만 SnapEDA에서 다운로드 받아서 사용했다.

Cadence 기본제공 풋프린트 + 다운로드 풋프린트

(풋프린트 심볼 무료 다운로드 사이트)

https://ansan-survivor.tistory.com/361

3. PCB제작

 아래와 같이 치수와 드릴정보까지 함께 display!

4. 결과 파일 출력 후 압축

    다음 아래 파일들을 모두 압축하여 PCB제조 업체에 업로드.

    (각각 art 파일 필름 하나씩 확인해보기)

.DRL 파일

L01_TOP

L02_BOTTOM

NC_DRILL

SILKSCREEN_TOP

SOLDERMASK_TOP & SOLDERMASK_BOTTOM

================ < PCB 주문 및 제조하기 > =================

4.  JLCPCB 주문하기

    다행이도 한국 고객은 아래와 같은 행사를 진행하고 있다. 역시 중국에서 구매는 가격이 정말 저렴해서 좋은 것같다.

(아래 회원가입 및 구매 링크 - 이제 일부 한국어도 지원해서 편리합니다.)

https://jlcpcb.com/KOR

위 링크로 들어가면 쿠폰 받기 가능.

    4-1. 회원가입 및 로그인 후 Order Now 클릭

    4-2. 압축파일 업로드

위에서 압축한 .zip 파일을 업로드 한다. 그러면 내가 올린 파일들이 아래와 같이 display된다.

    4-3. 재료 및 기타 옵션 선택

최소 5개 이상의 PCB부터 구매 가능하다. 그 외 옵션을 선택하면 우측에 가격이 변한다.

    4-4. 다되면 카트에 담기

    4-5. 장바구니 확인하기.

5. 구매 진행하기

    5-1. 주소 확인, 배송비 확인

    5-2. 개인통관부호 입력

(개인통관부호가 없으면 아래 관세청 사이트에서 발급받는다.)

https://unipass.customs.go.kr/csp/persIndex.do

1.5kg 이하인경우 위에 DHL Express를 이용하면 된다. (항공 배송, 3~5일 소요)

    5-3. JLCPCB에서 파일에 문제가 없는지 검토 확인

    5-4. 결재수단 선택.

 카드결재, Paypal결재, 쿠폰  3가지 방식이 있다.

만약 쿠폰을 가지고 있다면, 아래 디스플레이가 되는데, 이를 선택해서 가격 할인을 받는다! (처음 가입시 쿠폰 지급)

완료되면 Pay 선택

    5-5. 주문내역 결과 확인

6. JLCPCB 엔지니어와 소통

  만약 어떤 설계 데이터(홀 크기, 도금 여부 등)를 누락했을 때, 내 데이터를 바탕으로 JLCPCB엔지니어와 대화를 통해 수정이 가능하다. Live chat을 지원하며 바로 우측 하단에 엔지니어와 실시간으로 소통하며 24시간 대응을 해준다.

7. PCB 언박싱

    마침내 PCB가 집까지 배송이 되었다. 뾱뾱이로 잘 포장되어 있으며, 파란색 박스로 온다.

주문할 PCB 색상을 이번엔 빨간색으로 했는데 디자인이 예쁘다.

8. 납땜 완료

이번엔 로고도 포함시켜봤는데, 잘 나왔다!

9. 전원 인가 작동 확인

12V를 인가했을 때 작동

ISP연결했을 때 작동

<초록색으로 된 Atmega128 칩 모듈은 인터넷에서 따로 판매 한다.>

https://coupa.ng/caCHRb

"이 포스팅은 쿠팡 파트너스 활동의 일환으로, 이에 따른 일정액의 수수료를 제공받습니다."

https://coupa.ng/caCHZr

실제 산업체에서 PCB를 직접 설계하여 제작하지 않는 이상, 학생들이나 선생님, 일반 DIY를 하는 사람들은 OrCAD로 설계를 하고 실제 PCB 데이터를 가지고 제작을 맡기면, 이게 제작이 될까? 하는 사람들이 많을 것이다. 실제 어떤 데이터를 Export해서 제조를 의뢰해야 의문이 갖는 사람도 많을 것이다.

하지만 위에서 보여준 Artwork필름 파일들(.drl 파일  .art 파일)을 압축하여 JLCPCB 제조 업체에 위와 같은 과정으로 파일을 제출하고 이 과정대로 진행한다면 위처럼 동작이 되는 PCB를 받아볼 수 있다.

JLCPCB에서 아래와 같이 여러 이벤트를 진행하고 있다고 한다.

실제 OrCAD로 PCB를 제작까지 고려하고 있다면 위 혜택을 받아 PCB를 제조해보는 것도 좋은경험이 될 것이다.

생각하고있는 아이디어가 있다면 아래 JLCPCB을 통해서 주문해보도록 한다! (한국어 홈페이지도 만들었다고 한다)

https://jlcpcb.com/KOR