harraste E L E K T R O N I I K K A

SISÄLTÖ
MILJOONALAATIKKO
Sekalaista elektroniikkaharrastajan tarvitsemaa tietoa, taulukoita, laskukaavoja, yms.
KIRPPIS
Elektroniikkaharrastajan kauppapaikka.
PIIRROSMERKIT
Elektroniikan, sähkötekniikan ja rakenussähköpiirrustusten piirrosmerkkejä.
RAKENNUSOHJEET
Kytkikset, piirilevykuvat, ja muut rakenteluohjeet pariin elektroniikkaprojektiin.
ARTIKKELIT
Elektroniikasta ja sähköstä yleensäkin, kirjoittelemiani juttuja, asiasta ja asian vierestä.
U.K.K.
Usein Kysytyt Kysymykset.
KÄRY KÄVI
Enemmän tai vähemmän hauskoja tapahtumia elävästä elämästä.
SALAISET PAHEET
Elektroniikkaharrastajan salaiset paheet... sovellettavissa omalla vastuulla.
LINKIT
Linkkejä sinne ja tänne.
PALAUTE
Näihin sivuihin liittyvä palaute, sekä elektroniikkaan liittyvät kysymykset tänne.
ETUSIVULLE

 


Poistututtaako?
Muutakin löytyy
kuin vain
elektroniikkaa.
Julkaistu:10.10.2013
Muokattu: 
KiCad OPAS
Osa 6 - Piirilevyn suunnittelun käytäntö

Sikäli kun joku vielä muistaa, tämän opas-sarjan tarkoituksena olisi perehtyä piirilevyn suunnitteluun. Viisi osaa opasta on jo valmiina, ja liki kolme vuotta olen jo kirjoitellut tätä opasta, mutta vieläkään ei olla päästy siihen olennaiseen, eli suunnittelemaan piirilevyä. Mutta miten mahtanee käydä oppaan tässä osassa?

Niin ja semmoinen juttu vielä. Oppaan aikaisemmat osat on kirjoitettu ja ruutukaapattu KiCad:in versiosta 2007-11-29-a. Tarkoitus oli kirjoittaa koko opas samalla ohjelmaversiolla, mutta koska aikaa on jokusen verran vierähtänyt, on tämä kuudes osa tehty versiosta 2010-03-14-final.

PCBNEW
Harjoitusprojektimme, Kytyrin, kytkis on nyt piirretty ja komponentien kotelovalinnat tehty. Enää puuttuu se oleellisin, eli piirilevyn suunnittelu. Se tapahtuu KiCad-ohjelmapaketin kolmannella ohjelmamodulilla, joka lähtee käyntiin projektinhallinnasta, oheisen näköistä painiketta klikkaamalla.

Nimekseen tämä piirilevysuunnittelumoduli on saanut PCBNEW. Ei, älkää taaskaan kysykö, miten ohjelman koodaaja on tuollaiseen kirjainyhdistelmään päätynyt. PCB:tä on aikoinaan käytetty muuntajaöljyissä, sekä kondensaattoreissa, mutta se on sittemmin korvattu hieman vähemmän myrkyllisillä aineilla. Toisaalta tuo kirjainlyhenne tarkoittaa myös piirilevyä. NEW puolestaan...

Ei hyvältä näytä!
Virheilmoitusta pukkaa, heti kun ohjelman käynnistää. Mutta eipä hätää. Uskokaa tai älkää, tämä ei ole vika, vaan ominaisuus. Tuo herja tarkoittaa sitä, että projektimme työhakemistosta ei löydy kytyri.brd nimistä tiedostoa. Eikä voikaan löytyä, koska olemme nyt ensimmäistä kertaa tulleet projektille piirilevyä suunnittelemaan, joten eihän aikaisemmin tallennettua piirilevytiedostoa vielä voikaan olla. Kuitatakaamme siis tämä herja pois ruudulta, jotta pääsemme jatkamaan...

Komponenttien tuonti
Alussa meillä on vain tyhjä musta pohja, jota rajaavat nimiöruutuun yhdistyvät punaiset koordinaatistoviivat. Näiden viivojen sisäpuoleinen alue on se, johonka se piirilevy pitäisi luoda. Sama idea siis, kuin kytkiksen piirtelyssäkin. Piirtoalueen alalaidan nimiön tiedot saadaan niinikään täydennettyä samalla tavoin kuin kytkistä piirrettäessä. Yläreunan työkalurivin Page Settings painikkeen takaa siis.

Piirilevyn alkuun saattamisessa voimme edetä kahdella tapaa. Voimme ensin piirrellä piirilevyn ääriviivat, ja tuoda sen jälkeen komponentit. Tai sitten toisinpäin. Tuoda ensin komponentit, sijoitella ne haluttuun järjestykseen, mahdollisesti luoda foliotkin, ja vasta sen jälkeen piirrellä piirilevylle ääriviivat. Tai sitten voimme suunnittelun edetessä tehdä näitä hommia vähän sekaisinkin.

Aloitetaan tällä kertaa siten, että tuomme ensin komponentit. Komponentit ja niiden väliset johdotukset tuodaan kytkispohjalle liitostiedoston kautta. Avaa Lue liitostiedosto-työkalu kuvan mukaisella painikkeella. Se löytyy ikkunan yläreunan työkalurivistä.

Valintaikkunassa on muutamia radionappivalintoja, joita tarvitaan silloin, jos olemme tuomassa liitostiedostoa uudelleen piirilevysuunnitteluun. Jos esimerkiksi kesken piirilevyn suunnittelun huomaamme että kytkiksessä on virhe, voidaan kytkistä käydä korjailemassa eeschema-ohjelmassa, käydä tekemässä tarvittavat kotelomuutokset cvpcb-ohjelmassa, ja tuoda sitten korjatun liitostiedoston piirilevysuunnitteluun, ilman että koko levyä täytyy lähteä alusta saakka uusiksi vääntämään.

Radionappivalinnoilla pääsemme tällöin vaikuttamaan siihen, millä tavoin korjatun liitostiedoston tuonti vaikuttaa keskeneräiseen piirilevysuunnitelmaan.

Mutta nyt, kun komponentteja ollaan tuomassa ensimmäistä kertaa, noihin valintatäppiin ei tarvitse kajota.

Tarkastetaan ensin, että Liitostiedosto-tekstikentässä on oikea liitostiedoston nimi. Pitäisi olla, mutta jos ei ole, tiedoston pääsee vaihtamaan Selaa liitostiedostoja-painikkeella. Sitten luetaan liitostiedosto klikkaamalla Lue nykyinen liitostiedosto-painiketta. Valintaikkuna jää edelleen auki, mutta koska tarvitsemamme temput on nyt tehty, voimme sulkea sen Sulje-painikkeella.

Komponenttien tuonti tuo komponentit yhdeksi kasaksi piirtoalueen vasemman yläreunan kohdalle, piirtoaluetta rajaavien viivojen ulkopuolelle. Seuraavaksi komponentit olisi siirreltävä, joko kukin erikseen, tai kaikki yhdessä, piirtoalueelle, jossa niitä voidaan alkaa sijoittelemaan haluttuun järjestykseen.

Yksittäisen komponentin siirtelyyn olikin jo ohjetta oppaan edellisessä osassa, tai jos haluamme siirtää isomman kasan komponentteja kerrallaan toimimme seuraavasti...

Valitun alueen siirtäminen
Komponenttien tuonnin synnyttämän komponenttikasan, siinä kuin mitä tahansa muutakin piirilevylle piirreltyjä elementtejä, pystytään isommissa ryhmissä siirtelemään seuraavasti. Valitse oikean reunan työkalupalkista nuolityökalu ja valitaan sillä koko komponenttikasa, eli piirretään laatikko kasan ympärille.

Kun olet piirtänyt laatikon kasan ympärille, ja vapautat hiiren painikkeen, laatikko tarttuu hiiren kursoriin, ja voit vetää laatikon suunnilleen piirtoalueen keskelle. Napsauta hiiren vasenta, jolloin aukeaa Siirrä valintaa-valintaikkuna. Oletuksena kaikki valinnat ovat ruksattuna, eli tällöin siirretään kaikki valintalaatikkoon tarttuneet asiat. Jos haluaisimme siirtää vain tietyt jutut, ja jättää muut paikoilleen, noita rukseja poistelemalla sekin onnistuu. Nyt kuitenkin siirrämme kaikki, eli hyväksymme valitun alueen siirron OK:ta klikkaamalla.

Nyt komponenttikasan pitäisi olla keskellä piirtoaluetta, josta niitä on helpompi lähteä komponentti kerrallaan siirtelemään sopiville paikoille. Tietenkään mitään lopullista sijoittelua ei vielä tässä vaiheessa voi tehdä. Näin alkuun heitellään komponentit suunnilleen sinne päin, missä ne tulisivat piirilevyllä lopullisesti olemaan.

Tai vaihtoehtoisesti voimme tässä välissä piirrellä levyn reunat...

Levyn reunaviivojen piirtäminen
Levyn reunaviivat, kiinnitysruuvien reijät, sekä muut vastaavat levyn muotoon liittyvät jutut voi piirtää käytännössä missä vaiheessa projektia tahansa, ja vaikka ne piirtääkin heti projektin alussa, niitä voi myöhemminkin muokkailla.

Ihan ensimmäinen juttu, joka reunaviivoja piirreltäessä on tehtävä, on oikean kerroksen, elikä tason valinta. Nämä jutut on piirreltävä tasolle jonka nimi on Levyn_reuna. Tai jos jostakin syystä käytät KiCad:ia lontoonmurteisella kieliasetuksella, tason nimi on Edges Pcb.

Tason saa vaihdettua ikkunan yläreunan työkalupalkista löytyvästä pudotusvalikosta, tai ikkunan oikean laidan tasonvalitsimesta.

Levyt piirretään viivanpiirron työkalulla, joka löytyy oikean reunan työkalupalkista. Ensimmäinen klikkaus käynnistää piirron, ja asettaa ensimmäisen viivan alkupisteen, toinen klikkaus asettaa pisteen johon ensimmäinen viiva päättyy, ja josta toinen alkaa. Tällä tavoin piirrellään levyn kokoinen ja muotoinen suorakaide. Piirto päätetään näppäimistöltä Esc-painiketta painamalla.

Levyn reunoissa voi käyttää kaareviakin viivoja, joiden piirtelyyn löytyy työkalupalkista oma työkalunsa.

Ruuvinreijät tai muut levyyn tulevat reijät, jotka eivät liity komponentteihin tai foliointeihin, piirrellään ympyrätyökalulla. Ensimmäinen klikkaus klikataan haluttuun ympyrän keskipisteeseen. Toinen klikkaus ympyrän kehälle.

Komponenttien automaattinen asemointi
Komponenttien sijoittelu levylle voidaan tehdä kokonaan käsipelillä, tai se voidaan tehdä kokonaan automaattisesti, tai vähän molemmin tavoin. Voit antaa KiCad:in heitellä kaikki komponentit paikoilleen, tai voit siirrellä halutut komponentit paikoilleen, lukita komponentteja paikoilleen, ja antaa KiCad:in automaatin heitellä loput paikoilleen...

Ennen kuin mitään automaattisen asemoinnin työkaluja voidaan käyttää, on ne kytkettävä käyttöön. Siispä klikkaa yläreunan työkalupalkista löytyvä painike pohjaan. Tämän jälkeen työkalut ovat käytettävissä hiiren oikean napin valikossa.

Siirrä kaikki osat-valinnalla KiCad järjestelee osat piirilevyn reunojen sisäpuolelle järjestyksessä riviin. Tuo ei siis ole mikään foliontien kannalta, tai muutenkaan järkevästi ajateltu järjestely. Se on lähinnä vain aputoiminto, jolla komponenttikasan saa järjesteltyä näkyville käsin tehtävää sijoittelua varten.
Autoasemoi kaikki osat-valinnalla KiCad alkaa osa kerrallaan hakemaan johdotuksellisesti järkevintä sijoittelumallia komponenteille. Se homma kestää pienelläkin levyllä kymmeniä sekunteja, ja mitä enemmän komponentteja on, sitä kauemmin. Kytyrin osat tämä toiminto järjestelee viereisen kuvan mukaiseksi.

Sellaisen havainnon voisi tähän väliin heittää, että tämä automaattinen asemointi ei aina päädy samanlaiseen ratkaisuun, vaikka lähtökohtana oleva komponenttikasa onkin sama. Tämän voit todeta seuraavalla tavalla. Tallenna piirilevysuunnitelma siinä vaiheessa, kun levyn ääriviivat on piirretty, ja kaikki komponentit ovat kasassa levyn keskellä. Suorita Autoasemoi kaikki osat-valinta. Katso, minkälaiseen tulokseen autoasemointi päätyy. Sulje pcbnew tallentamatta piirilevyä. Avaa pcbnew uudelleen ja aja Autoasemoi kaikki osat-valinta uudelleen. Ja katso onko tulos ollenkaan saman näköinen.

Vertaamalla tätä ja edellistä kuvaa, voidaan todeta, että tulos voi olla erilainen. Toinenkin eroavaisuus tässä ja edellisessä kuvassa on. Tässä kuvassa näkyy valkoiset viivat eli "kumilangat" komponenttien juotosnastojen välillä. Nämä langat siis näyttävät linnuntienä, ne reitit joille folioinnit pitäisi saada aikaiseksi.

Tällä painikkeella kumilangat, eli KiCad:in suomennoksen terminologiassa "kytkentärisukko", saadaan näkyville ja pois näkyvistä.

Sitten voisimme arvioida, minkälainen tämä automaatisen osasijoittelun lopputulos on. Toimivuus folioiden sijoittelun kannalta? Jättää toivomisen varaa. Vaikka sijoitteluohjelma osaakin laskea matemaattisesti parhaat kohdat, se ei kuitenkaan osaa huomioida juttuja jotka ihmisen silmä huomaa heti. Hyvä malliesimerkki tästä on kuvan yläreunan vastus, josta heti näemme, että siihen tulevat kumilangat menevät ristiin. Jos käännämme vastusta 180 astetta, kumilankojen risteymä poistuu, ja siten myös foliointi järkevöityy.

Mikä on sitten automaattisijoittelun tulos lopputuloksen esteettisyyden kannalta? Ei häävi. Kaupallisessa piirilevysuunnitelussahan tällä tekijällä ei ole merkitystä, mutta elektroniikkaharrastaja, joka on suunnittelemassa levyä omaan rakenteluprojektiinsa, osaa toki arvostaa myös lopputuloksen virheetöntä ulkoasua ... aina pienimpiä yksityiskohtia myöten.

Mitä tästä voidaan siis päätellä? Komponenttien sijoittelun suunnitelua ei kannata ainakaan kokonaan jättää automaatin tehtäväksi. Yleensä levyprojektissa on aina joitakin komponenteja, jotka on saatava välttämäti halutuille kohdilleen. Ulkoisten kytkentöjen liittimet, ledit, kytkimet, potikat, ja vastaavat on monesti sellaisia osia, jotka on levyllä oltava määrätyillä kohdillaan. Tällaiset siis kannattaa laittaa levyllä ensimmäiseksi paikoilleen, ja lukita paikalleen, jos automaattista asemointia aiotaan käyttää. Toki automaattista asemontia ei ole pakko käyttää laisinkaan. Komponentit voi asemoida kaikki manuaalisestikin, jos siltä tuntuu. Suht yksinkertaisessa, yksikerroksisessa levyssä tämä voi monesti olla paraskin tapa.

Komponenttien manuaalinen asemointi
Komponenttien manuaalinen siirtely ja kääntely käy kätevimmin hiiren ja näppäinkomentojen yhteispelillä. Vie hiiren kursori siirrettävän komponentin keskelle, kohdistustäpän päälle, ja napauta näppäimistöltä M-kirjainta (move). Komponentti takertuu kiinni hiiren kursoriin. Muut kumilangat katoavat näkyvistä, ainoastaan siirrettävään komponenttiin liittyvät kumilangat jäävät näkyviin, ja elävät mukana, kun komponettia siirrellään hiirellä.

Kun komponentti on vedetty hiirellä halutulle kohdalleen, klikkaus hiiren vasemmalla jättää komponentin uudelle paikalleen. Muutkin kumilangat palaavat taas näkyviin, mikäli -painike, vasemmasta työkalupalkista, on klikattuna päälle.

Komponentteja on usein myös käänneltävä, jotta ne saataisiin haluttuun asentoon. Tai jos asennolla ei sinänsä väliä olisikaan kääntelyllä voidaan monesti järkevöittää levyn foliointeja. Esimerkiksi vastuksen kääntäminen 180 asteella, voi monesti helpottaa foliointia paljonkin.

Pikanäppäin R (rotate) kiertää komponenttia aina 90 astetta kerrallaan vastapäivään. Komponenttia voi pyöritellä ärrää hakkaamalla kuinka paljon vain. Virtuaaliset kumilangat eivät mene solmuun. Pyöritellä voi paikallaan olevaa komponenttia, kunhan vie hiiren kursorin komponentin keskipisteeseen. Tai siirrossa olevaa komponenttia, joka siis roikkuu hiiren mukana, sitäkin voi pyöritellä samalla R-pikanäppäimillä.

Kytyrin komponentit voit järjestellä vaikkapa viereisen kuvan mukaiseen järjestykseen ... tai sitten ihan siten kuin itse haluat. Kumilangoista näkee suuntaa antavasti, minkälaiset folioinnit tulisivat olemaan. Mitä vähemmän risteäviä kumilankoja, sitä helpommin folionti onnistuu.

Ja toki, komponenttien sijoittelun ei vielä tässä vaiheessa tarvitse olla lopullinen. Niitä on liki yhtä helppoa siirrellä myös foliontivaiheen aikana.

Folioiden luonti manuaalisesti
Kun foliota lähdetään piirtämään, voisi kaiken järjen mukaan ensimmäinen valittava juttu olla piirrettävän folion leveys. Se valitaan työkalupalkin vasemmasta reunasta löytyvästä pudostusvalikosta. Yllättäen kuitenkin, sieltä ei löydy kuin yksi leveys, 8 mils, ainoa valinta joka valikossa on oletuksena. Se on aika ohutta, mutta ei hätää, aloitetaan sillä, kun muutakaan ei ole tarjolla...

Folion, eli KiCad-kielellä liuskan, manuaalinen luominen aloitetaan valitsemalla oikean reunan työkalupalkista liuskojen piirron työkalu.
Kumilangat kannattaa myös pitää näkyvissä, kun folioita piirtelee. Varmista myös että valittuna on oikea kerros, eli levyn takapuoli, eli kuparipuoli.

Aloitetaan folion piirtäminen jostakin simppelistä vedosta. Vaikkapa lediltä vastukselle menevä folio. Klikkaa ledin anodipuolen anturaa. Siis sitä juotostäppää, josta lähtee kumilanka vastukselle R5. Folion piirto alkaa. Piirrossa oleva folio näkyy ruudulla kirkkaan vihreänä viivana. Folion alkupää jää kiinni klikattuun anturaan. Toinen pää seuraa hiiren kursoria. Siirrä hiiren kursori vastuksen anturan päälle, ja päätä piirto tuplaklikkaamalla anturan päällä.

Kuten foliota piirtäessä varmaan huomasitkin, kaikki samaan kytkentäverkkoon kuuluvat anturat näkyvät korostettuna, kirkkaan keltaisena. Se helpottaa folion reitin hahmottamista, samoin kuin sekin, että piirrettävän kytkentäverkon kumilangat näkyvät valkoisen sijaan keltaisina.

Onnittelut! Ensimmäinen folio on nyt piirretty. Aika kapoiseltahan se 8 milssin folio näyttää, mutta palataan siihen myöhemin. Piirrellään ensin vähän lisää.

Kuvan vasemmassa reunassa R1:n ja R4:n yläpäiden anturat voisi yhdistää seuraavaksi. Nyt samaan kytkentäverkkoon kuuluu myös R5 ja mikropiirin kuutosnasta. Mutta aloitetaan tämän kytkentäverkon piirto noiden kahden vastuksen yläanturoiden yhdistämisellä, ja sen jälkeen voitaisiin lähteä piirtämään seuraavaa foliota mikropiirin kuutosnastalta, kohti vastuksia...

Piirtovaiheessa se näyttää tältä. Vastusten yläpäiden välinen folio, kuten myös samaan kytkentäverkkoon kuuluvat anturat näkyvät kirkkailla väreillä. Piirrossa oleva folio näkyy niinikään kirkkaana, ja siinä on myös piirtovaiheen aikana näkyvissä ylimääräiset reunaviivat. Keltaiset kumilangat seuraavat mukana, kun hiirtä liikuttaa, ja osoittavat aina suorimpia reittejä saman kytkentäverkon lähimpiin anturoihin.

Piirron aikana hiiren vasemmalla saa klikkailtua folion reitille välipisteitä, joihin folion sijainti lukkiutuu. Näiden avulla saadaan monimutkaisempikin folioreitti pakotettua haluttuun kohtaan.

Folion piirto lopetetaan tuplaklikkauksella haluttuun päätöskohtaan. Päätöskohta voi olla samaan kytkentäverkkoon kuuluva antura tai folio. Folion piirron voi koska tahansa piirron aikana keskeyttää näppäimistöltä, Esc-painikkeella.

Mikropiirin kuutosnasta on nyt saatu yhdistettyä vastuksiin R1 ja R4. Sitten olisi vielä yhdistettävä R5, äsken piirrettyihin folioihin. Folion piirtäminen voidaan aloittaa komponentin anturasta, ja piirtää siitä kohti olemassa olevaa foliota, tai folion piirron voi aloittaa myös olemassa olevasta foliosta.

Folion piirron voi päättää ainoastaan sellaiseen anturaan tai folioon, joka kuuluu samaan kytkentäverkkoon. Jos yrität päättää piirron väärän kytkentäverkon folioon tai anturaan, tai sellaiseen anturaan, joka ei kuulu mihinkään kytkentäverkkoon, se ei vaan kertakaikkiaan suostu siihen päätymään, vaan folion pää jää roikkumaan hiiren kursoriin.

Tästä pitää huolen Kicad:in DRC-toiminto, eli automaattinen suunnittelusääntöjen tarkastus. Jos haluat toiminnon pois päältä, se onnistuu klikaamalla DRC:n toimintopainiketta vasemmasta työkalupalkista. Yleensä se kannattaa pitää käytössä, mutta silloin jos olet piirtämässä pelkkää piirilevyä, ilman kytkiksen piirtoa, tällöin DRC on kytkettävä pois, jotta folioita voidaan piirrellä.

Piirrellään vielä kaksi kytkentäverkkoa valmiiksi, ja käydään sitten välillä katsomassa vähän muita juttuja.

Ensin kytkentäverkko jonhon kuuluvat mikropiirin 2-nasta, C1 ja R1.

Sitten toinen kytkentäverkko johon kuuluvat mikropiirin 3-nasta, R4, R3 ja R2.

Folioiden leveydet, kytkentäverkkoluokittain
Folion oletusleveys KiCad:issa on 8mils, joka jo edellä tuli todettua. Mil tai Mils mittayksikkönä tarkoittaa tuuman tuhannesosaa, eli 8mils tekee millimetreinä 0,2mm. Teollisessa tuotannossa noin ohuet foliot eivät tuota ongelmia, ja kotitekoisissakin levyissä ovat mahdollisia. Mutta jos olet ensimmäistä kertaa tekemässä kotitekoisia levyjä, tuo leveys kyllä kannattaa vähintäänkin tuplata.

KiCad:in vanhemmassa versiossa 2007-11-29-a leveydet sai määriteltyä foliottain, ja jopa kullekin folion pätkälle erikseen. Versiossa 2010-03-14-final leveyksien määrittely on muuttunut hieman erilaiseksi. Se tapahtuu suunnittelusääntöeditorin kautta, ja sen saa auki valitsemalla Suunnittelusäännöt-valikosta kohdan Suunnittelusäännöt.

Kytkentäverkkoluokkaeditori-välilehdellä yläosassa on listattuna käytössä olevat kytkentäverkkoluokat, joita oletuksena on vain yksi, nimeltään Default. Alhaalla, kahdessa rinnakkaisessa listauksessa näkyvät käytössä olevat kytkentäverkot, jotka kaikki kuuluvat oletuksena Default-luokkaan.

Kuten huomataan, käyttöjännitteiden kytkentäverkot kiCad osaa nimetä suunnilleen järkevästi, muut saavat vain N-kirjaimen perään tulevan juoksevan numeron. Mistä tiedämme mikä on mikäkin?

Esimerkiksi siten, että zoomataan kuvaa tarkemmaksi. Silloin KiCad tuo kytkentäverkkojen tunnukset näkyviin piirrettyjen folioiden, sekä komponenttien anturoiden päälle. Tai vaihtoehtoisesti, voidaan kytkentäverkot nimetä halutun nimisiksi, jo kytkentäkaaviota piirrellessä.

Nyt siis olisi tarkoitus saada, ensinnäkin kaikkien folioiden leveyttä lisättyä, toisekseen käyttöjännitteiden ja päävirtapiirin foliolle vielä hieman extraleveyttä, koska noissa kulkee suurempia virtoja.

Ensiksi olisi siis saatava Default-luokassa olevien folioiden leveyttä kasvatettua. No sehän onnistuu kytkentäverkkoluokkaeditorissa. Ikkunan yläosan taulukkoon pystyy suoraan muokkaamaan liuskan leveyttä, siinä kuin muitakin kenttiä. Liuskan leveys ja eritysväli ovat sellaisia asioita jotka vaikuttavat yksikerroslevyn suunnittelussa. Läpivientijutut taas ovat kaksi tai useampikerroksisten levyjen metkuja.

Muutetaan siis liuskan leveydeksi vaikkapa 0,016 ja hyväksytään muutos OK-painikkeella. Mutta muuttuivatko folioiden levydet piirilevyllä? Eivät! KiCad ei lähde suoraan muuttamaan olemassa olevien folioiden leveyksiä, jos niitä käydään kytkentäverkkoluokassa muuttelemassa. Mutta tähänkin löytyy oma työkalunsa.

Klikkaa hiiren oikeaa jonkin jo piirretyn folion päällä, ja valitse avautuvasta valikosta Globaalit liuskojen ja läpivientien asetukset. Avautuva työkalu näyttää tällaiselta...

Tällä työkalulla pääsemme muuttamaan valitun (siis sen jonka päällä klikattiin hiiren oikeaa) tai kaikkien kytkentäverkkojen liuskojen leveyksiä, sekä läpivientejä. Valitaan alaosan radiopainikkeista alin vaihtoehto, ja klikataan OK-painiketta, ja hyväksytään vielä vahvistuskysely. Nyt folioiden leveydet muuttuivat.

Sitten vielä ne päävirtapiirin ja jännitesyöttöjen levennykset. Otetaan vielä uudestaan auki kytkentäverkkoluokkaeditori. Klikataan Lisää-painiketta, ja luodaan uusi kytkentäverkkoluokka. Annetaan sille joku sopiva nimi. Uusi kytkentäverkkoluokka tulee näkyviin kytkentäverkkoluokkaeditorin yläosan taulukkoon, jossa voimme muokata sille halutun liuskan leveyden, vaikkapa 0,05.

Sitten siirretään halutut kytkentäverkot uuteen kytkentäverkkoluokkaan. Valitse oikean puolen pudotusvalikkoon äsken luotu kytkentäverkkoluokka. Pudotusvalikon alla oleva lista tyhjenee, koska siinä näytetään vain pudotusvalikosta valittuna olevan luokan kytkentäverkot. Valitse vasemman puolen listalta haluttu kytkentäverkko, tai control-näppäintä painamalla voit valita samalla useampiakin. Klikkaa nappia jossa on kolme nuolta. Valittu tai valitut kytkentäverkkoluokat siirtyvät valittuun kytkentäverkkoluokkaan.

Tällä tavoin yksittäisiä tai useampia kytkentäverkkoja voidaan helposti siirrellä eri luokkiin. Hyväksy muutokset OK-painikkeella. Tästä eteenpäin foliot piirtyvät aina sen levyisinä, mihinkä kytkentäverkkoluokkaan ne kuuluvat.

Lyhyesti sanottuna, tämän pitkän ja sekavan tarinan opetus on se, että kytkentäverkkoluokat ja niiden asetukset kannattaa käydä laittamassa kuntoon jo ennen folioiden piirron aloittamista, mutta koska aina voi suunnitelmiin tulla matkan varrella muutoksia, pääsee näitä asioita muuttelemaan myöhemminkin.

Folioiden leveydet, vapaasti määriteltävät
Yllä kuvattu tapa, folioleveyksien määrittelyyn, on hyvä, varsinkin suurempaa levyprojektia tehtäessä. Se pitää huolen siitä, että kussakin kytkentäverkossa foliolevydeksi tulee aina se, mikä sille on määritelty. Joskus tästä määritellystä leveydestä olisi kuitenkin hyvä pystyä poikkeamaan.

Esimerkiksi käyttöjännitteissä, jännitesyötön ja nollatason runkolinjat olisi hyvä olla paksumpia, mutta runkolinjoista yksittäisille komponenteille lähtevät haarat saisivat yleensä olla ohuempia. Tämä ei yllä kuvatulla tavalla onnistu. Avataanpa siis taas kerran suunnittelusääntöeditori, ja sieltä Globaalit suunnitelusäännöt-välilehti.

Oikeasta alareunasta löytyy Mukautetut liuskojen leveydet jonne voimme määritellä seitsemän eri leveyttä. Tässä välilehdessä päästään lisäksi määrittelemään läpivienteihin liittyviä juttuja, jos ollaan tekemässä kaksipuolista levyä. Läpiviennin minimihalkaisijan voimme täällä määrittää vaikkapa 0,1 tuumaksi, jos käytämme läpivientejä hyppylankojen teossa. Tästä lisää juttua vähän myöhemmin. Myös liuskan minimileveyttä voimme kasvattaa, jos kovin ohuita foliovetoja ei ole tarkoitus käyttää.

Kun leveydet on määritelty, saamme ne foliota piirrellessämme käyttöön hiiren oikean napin takaa avatuvasta valikosta. Tuossa viereisessä kuvassa sivuvalikon kolme alinta on näitä erikseen määriteltyjä leveyksiä. Sivuvalikosta valittava leveys tulee käyttöön seuraavaksi piirrettäville foliolle.

Jos halutaan muuttaa jo piirretyn folion leveyttä:
1)Valitaan ensin haluttu leveys kuvassa näkyvästä sivuvalikosta.
2)Klikataan hiiren oikealla, muutettavan folion päällä. 3)Valitaan avautuvasta valikosta Muuta liuskan leveys.

Foliot piirretty
Kaikki foliot on nyt piirrelty, ja folioiden leveydet on säädelty sopiviksi. Nyt levyn pitäisi näyttää suunnilleen tällaiselta. Näyttää jo aika hyvältä, mutta kaikenlaista hienosäätöä voidaan vielä tehdä.

Komponenttien juotostäppien, eli anturoiden koot voisivat olla yksi asia. Jos zoomaat kuvaa tarkemmaksi ja katsot vaikkapa vastuksien juotostäppiä. Ovat aika pieniä, ja reikä täpän kokoon suhteutettuna aika suuri. Toiminevat hyvin teollisessa piirilevyjen valmistuksessa, mutta kotitekoisessa läpijuotettavassa levyssä saisivat täpät olla hiukan isompia.

Tähän on olemassa kaksi tapaa:

Jos kyse on suuremmasta levyprojektista, tai jos tarkoitus on myöhemmin suunnitella Kytyrin lisäksi muitakin levyjä, ainoa järkevä tapa on se, että käymme komponenttikirjaston puolella muokkaamassa siellä olevia komponentteja, omiin tarkoituksiimme sopivammiksi, tai vaikka piirtelemässä kokonaan uusia komponentteja. Tämä onkin pidemmän tarinan arvoinen juttu, johon palataan KiCad-oppaan seuraavissa osissa.

Toinen tapa on se, että voimme levyn suunnitteluvaiheessa muokata yksittäisten anturoiden ominaisuuksia haluamiksemme...

Anturoiden muokkausta ja siirtelyä
Lähdetään vaikkapa ensin muuttelemaan vastuksien anturoita. Kun klikkaat hiiren oikeaa, jonkin vastuksen juotostäpän päällä, saat näkyviin kuvan mukaisen valikon, tai sitten "Valinnan tarkennus"-valikon joka kyselee, mitä klikatun kohdan elementtiä halutaan käsitellä.

Tässä siis muokataan R2:n toista, eli ykkösanturaa. Valitse sivuvalikosta Muokkaa Anturaa. Avautuvasta ikkunasta pääsee tekemään valitulle anturalle lähes kaikkea mahdollista säätöä. Anturan halkaisijaa, porattavan reijän kokoa, anturan muotoa, sekä sitäkin, millä kerroksilla antura esiintyy.

Tässä kuvassa vastuksen toisen anturan halkaisija on kasvatettu 0,08 tuumaan ja reijän koko pienennetty 0,015 tuumaan. Huomattavasti alkuperäistä toimivampi mitoitus, simppelissä kotitekoisessa piirilevyssä ... sanoivat tähän kärpäsenpaskan kokoisia SMD-komponentteja ja kaksikerroslevyjä suosivat insinöörinalut mitä tahansa;-)

Seuraavaksi klikkaamme hiiren oikeaa uudelleen, tämän vasta muokatun anturan päällä. Sitten valitaan sivuvalikosta Kopioi tämän anturan asetukset käyttöasetuksiin. Sitten klikataan hiiren oikeaa toisen anturan päällä, ja valitaan Kopioi käyttöasetukset tähän anturaan. Tällä tavoin saadaan kopioitua asetukset anturasta toiseen.

TO-220 koteloiselle tehotrankulle saamme tämän näköiset juotostäpät, kun valitsemme anturan muodoksi ovaali, mitoiksi 0,12x0,075 tuumaa, ja porauksen kooksi 0,03 tuumaa.

Vasemman puoleisessa kuvassa virtasyötön liittimet on suurennettu halkaisijaltaan 0,12 tuumaan, ja porauksen halkaisijaksi 0,02 tuumaa. Ja koska näin suuret juotostäpät olisivat jo menneet toistensa päälle, on tässä kuvassa myös juotostäppiä siirretty.

Juotostäppiä, elikäs anturoita, voidaan vapaasti siirrellä komponentin alueella tai vaikka sen ulkopuolellekin. Tämäkin toiminto löytyy hiiren oikean napin takaa, samasta valikosta kuin anturan muokkauskin. Anturan liikutteluun liittyviä toimintoja on valikossa kaksi.

Siirrä siirtää anturaa, mutta ei kajoa anturaan jo mahdollisesti liitettyihin folioihin. Kuvan vasemman puolimmainen antura on siirretty tällä toiminnolla. Folio ja folion pää on jäänyt vanhalle paikalleen, ja KiCad:in mielestä foliolla ei ole sähköistä yhteyttä anturaan, vaikka folio anturan yli meneekin. Siirrä-toimintoa käytettäessä on siis foliot korjattava käsin.

Raahaa siirtää anturaa, sekä siihen tulevia folioita, siten että sähköiset yhteydet säilyvät. Kuvan oikean puoleinen antura on siirretty näin. Se on siis ihan toimiva noin kun se on nyt kuvassa, mutta ei todellakaan mikään nätti, eli korjausta vaatii...

Folioiden muokkausta
Jo kertaalleen piirrettyjä folioita voidaan joutua muokkaamaan monista syistä. Komponenttien tai niiden anturoiden siirtelyn takia, useimmiten. Tai halutaan siirtää foliota hieman toiseen kohtaan, tai sitten siirtää folio kokonaan uudelle reitille. Karkeasti jaoteltuna, tähän on olemassa kaksi eri tapaa. Voimme muokata olemassa olevaa foliota, tai poistaa vanhan folion ja piirtää kokonaan uuden tilalle.

Ensin kuitenkin annos teoriaa. Folioyhteys kahden eri kohteen välillä muodostuu aina vähintään yhdestä, yleensä kuitenkin useammasta viivasta, eli liuskasta. Nämä yhteyden muodostava yksittäiset liuskat ovat aina suoria viivoja, joista sitten muodostuu kulloinenkin reitti. Liuskat ovat kiinnittyneet päistään toisiinsa toisiinsa, ja näitä kahden (haarakohdassa kolmen) liuskan yhtymäkohtaa kutsutaan solmuksi. Idea hahmotettu? Hyvä! Jatketaan.

Jos klikkaat hiiren oikeaa liuskan päällä. Siis jossain kohdassa liuskaa, mutta ei solmukohdissa, saat hiiren oikeasta avautuvaan valikkoon seuraavanlaisia vaihtoehtoja:

Raahaa segmenttiä, pidä kulma Tällä valinnalla pääset siirtelemään valittua liuskaa, mutta vain yhdessä kulmassa. Eli vaakasuoraa liuskaa pääset siirtelemään vain pystysuunnassa, siten että liuskan pituus ja solmukohdat elävät mukana. Solmukohtiin yhtyvät naapuriliuskat säilyttävät kulmansa, mutta niidenkin pituudet elävät mukana. Kokeile niin näet.

Raahaa segmenttiä Tämä toimii muuten kuin edellinenkin, mutta liuskaa voi siirrellä kaikkiin suuntiin. Liuskan pituus säilyy samana. Solmukohtiin liitettyjen naapuriliuskojen päät elävät mukana, ja naapuriliuskojen pituudet sekä kulmat elävät siirreltävän liuskan mukana. Kokeilemalla selviää paremmin...

Murra liuska Katkaisee liuskan klikkauskohdasta. Katkaisukohtaan syntyy uusi solmukohta. Katkaistun liuskan kumpaakin puoliskoa pystyy tämän jälkeen käsittelemään, kuten yksittäisiä liuskojakin.

Jos klikaat hiiren oikeaa solmukohdan päällä, saat yleensä ensimmäiseksi Valinnan tarkennus-valikon, jossa valittavana kummatkin solmuun tulevat liuskat. Valitse kumpi vain, ja saat seuraavan valikon, jossa ensimmäisenä valikkorivinä on Siirrä solmua. Tällä valinnalla pääset vapaasti siirtelemään solmupistettä. Solmuun liittyvät liuskojen päät seuraavat mukana.

Folioiden muokkaaminen ei ole tämän monimutkaisempaa. Joskus voi kuitenkin olla helpompaa piirtää folio kokonaan uusiksi. Folion poistaminen onnistuu hiiren oikean napin takaa, tai myös pikanäppäin komennoilla. Klikkaa hiiren oikeaa poistettavan liuskan päällä. Valitse avautuvasta valikosta Poista. Avautuu sivuvalikko, josta löytyy kolme vaihtoehtoa:

Poista segmentti Otsikostaan huolimatta, poistaa vain sen liuskan, eli viivanpätkän, jonka päällä on klikattu.

Poista liuska Otsikostaan huolimatta, poistaa sen segmentin, johon klikattu liuska kuuluu. Tämä ei siis poista kaikkia folioita koko kytkentäverkosta, vaan se poistaa yhden osuuden, esimerkiksi komponentin anturasta lähtevän folion seuraavaan folioiden risteykseen saakka.

Elikäs nuo kaksi edellistä toimintoa ovat siis valikossa menneet ristiin.

Poista kytkentäverkko Kuten valinnan nimestäkin voi päätellä, tämä sitten poistaakin kaikki kyseiseen kytkentäverkkoon kuuluvat foliot.

Ja kun huono folio on ensin poistettu, voidaan piirtää uusi tilalle. Tai! Vaihtoehtoisesti voimme tehdä saman tempun vielä hieman helpomminkin. Jos meillä on olemassa oleva folioyhteys kahden eri pisteen välillä, ja haluamme siirtää folion uudelle reitille. Helpoin tapa on se, että piirrämme uuden folion pisteiden välille, jolloin KiCad osaa automaattisesti poistaa vanhan folioyhteyden.

2-puoleisen levyn foliointi
Harrasteprojekteissa yksipuoleisellakin levyllä selviää pitkälle, mutta siitä huolimatta nykyään lähdetään jo varsin yksinkertaistakin kytkentää sovittelemaan kaksipuoleiselle levylle. Liekö syynä sitten se, että piirilevyn folioinnin suunnitteluun ei nykyään viitsitä panostaa aikaa eikä vaivaa. Mene ja tiedä.

Edellä mainitun suuntauksen johdosta, lienee KiCad:issakin uuden piirilevysuunnitelman oletuksena olevan, että levy on kaksipuoleinen. Niinpä siis voimme Kytyrin piirilevylläkin kokeilla kaksipuoleisuutta, vaikka Kytyrin tapauksessa sille ei mitään tarvetta olekaan.

Kuparipuolen foliot piirtyvät vihreällä viivalla, kuten olemme jo todenneetkin. Komponenttipuolen folioinnit puolestaan näkyvät punaisina viivoina. Aktiivista piirtokerrosta, eli sitä, tuleeko piirretty folio kupari- vai komponenttipuolelle, voimme vaihtaa ikkunan oikean reunan kerrosvalitsimesta, tai yläreunan työkalupalkin pudotusvalikosta. Helpoin tapa piirtokerroksen vaihtoon, varsinkin kesken folion piirron, on kuitenkin V-kirjain näppäimistöltä.

Kaksipuoleisessa levyssä folion piirto menee seuraavasti. Piirto lähtee liikkelle siltä puolelta, joka on aktiivisena. Oletuksena komponenttipuoli. Valitse folion piirron työkalu. Klikkaa folion alkukohtaa. Piirto lähtee liikkeelle vihreällä komponenttipuolella, jos se on aktiivisena. Piirrä foliota sinne saakka, jossa haluat vaihtaa puolta. Paina V-kirjainta näppäimistöltä. Piirto vihreällä päättyy, kohtaan muodostetaan läpivientiantura (lontooksi via), ja piirto jatkuu punaisella, levyn komponenttipuolella. Tästä piirtoa voidaan taas jatkaa normaalisti, kunnes tullaan kohteena olevaan komponentin anturaan, tai kohtaan jossa halutaan taas vaihtaa puolta.

Läpivientianturat näkyvät levyllä harmaina täplinä. KiCad:in oletuskoko läpivientianturoille on 35mils, eli aika pieni. Lienee sopiva teolliseen valmistusprosessiin, jossa on käytössä läpivientireikien kemiallinen läpikuparointi. Mutta harrastehommana tehtävässä levyprojektissa voi näin pieni koko olla haastavampi. Läpivientianturoidenkin kokoa saa kuitenkin kasvatettua samalla tavoin, kuin folion leveyttä. Siis suunnittelusääntöeditorissa.

1-puoleinen levy ja hyppylangat
Simppelin yksipuoleisen levyn toki suunnittelee sitenkin että siinä ei hyppylankoja tarvita. Monimutkaisemmissa levyissä sensijaan voi väkisinkin tulla tarvis hyppylankojen käytölle. Valitettavasti vaan KiCad:issa, sen paremmin kuin muissakaan ohjelmissa, ei ole hyppylankojen tarvetta otettu huomioon.

Yksi konsti tämän ongelman kiertämiseen on se, että hyppylangat piirretään jo kytkiksen puolelle vastuksiksi, jolloin ne myös piirilevyn suunnittelussa käytäytyvät kuten vastukset. Laitteen kasausvaiheessa sitten huomioidaan asia, ja kolvaillaan näiden vastusten paikoille hyppylangat.

Mielestäni tuo on kuitenkin levyn suunnittelun kannalta, sekä muutenkin, aika kömpelö tapa. KiCad:issa olen kiertänyt ongelman seuraavasti. Levyn suunnitteluvaiheessa piirrän hyppylankakohdat komponenttipuolen folioiksi, aivan kuten 2-kerroksisessa levyssä. Toki tällöin täytyy näiden punaisten hyppylankaviivojen piirrossa huomioida se, että niitä piirtelee vain pysty- tai vaakasuoriksi linjoiksi. Ja toki läpivientianturoiden koko on tällöin määriteltävä sen verran isommaksi, että se toimii kunnollisena juotosanturana hyppylangalle.

Tekstit ja piirrokset
Tekstit tai piirrokset eivät ole piirilevyllä välttämättömiä, mutta monesti niistä voi olla hyötyä. Tavallisin tapaus on yleensä se, että levyn takapuolelle, halutaan kupariin syövyttää tekstiä. Vaikkapa projektin nimi, suunnittelupäivämäärä, ja suunnittelijan puumerkki tai nimi.

Mitä piirroksiin tulee, levyn reunaviivat toki ovat hyvinkin tarpeelliset, ja myös kiinnitysruuvien reijät tai muut aukotukset on hyvä piirrellä reunaviivojen kanssa samalle tasolle. Joskus voidaan tarvita myös sellaisia piirroksia, jotka eivät tule näkyviin levyn kuparointiin. Jos vaikkapa suunniteltavan vehkeen lopullinen rakenne tulee olemaan sellainen, että siinä kasataan piirilevyn yhteyteen mekaanisia rakenteita. Tällöin voisi levyn suunnittelua helpottaa, jos mekaaniset rakenteet on piirelty piirrostasolle. Tällöin ne näkyvät levyä suunniteltaessa, mutta eivät vaikuta levyn kuparointiin.

Kaikki tekstin ja grafiikan työkalut eivät kuitenkaan toimi kaikilla tasoilla. Myös siinä on oma logiikkansa, mitä tulee näkyviin valotuskalvolle, ja sitä kautta piirilevyn kuparipintaan. Seuraava taulukko selventänee näitä ominaisuuksia.

Työkalu Taso
Taka
Copper
Etu
Component
Piirrokset
Drawings
Kommentit
Comments
Levyn reuna
Edges Pcb

Lisää grafiikkaa (viiva tai monikulmio)
Add graphic line or polygon
Ei käytettävissä kuparitasoilla. Näille tasoille piirretyt grafiikat näkyvät suunnitteluvaiheessa, mutta eivät tule näkyviin etu- tai takapuolen kuparitasoille. Tälle tasolle piirretyt grafiikat näkyvät levyn suunnittelussa, ja tulevat näkyviin kaikille kuparitasoille. Levyn ääriviivat, ruuvinreijät ja muut aukotukset piirretään aina tälle tasolle.

Lisää grafiikkaympyrä
Add graphic circle

Lisää grafiikkakaari
add graphic arc

Lisää tekstiä
Add text
Näille tasoille kirjoitettu teksti näkyy suunnitteluvaiheessa, sekä tulee piirilevylle näkyviin kyseiselle kuparitasolle. Tekstit näkyvät suunnitteluvaiheessa, mutta eivät tule näkyviin etu- tai takapuolen kuparitasoille. Tekstit näkyvät suunnitteluvaiheessa, sekä kaikilla kuparitasoilla.

Lisää mittamerkintöjä
Add dimension
Ei käytettävissä kuparitasoilla. Mittajanat näkyvät suunnitteluvaiheessa, mutta eivät tule näkyviin etu- tai takapuolen kuparitasoille. Mittajanat näkyvät suunnitteluvaiheessa, sekä kaikilla kuparitasoilla.

Tässä on Kytyrin piirilevylle piirrelty kaikenlaista. Tekstejä on kaksi. Ylhäällä sininen teksti on kirjoitettu kommentti-tasolle. Näkyy levyä piirrellessä, mutta ei tule valotuskalvoille. Alempi vihreä teksti on kirjoitettu takapuolen kuparitasolle. Se tulee näkyviin takapuolen valotuskalvolle. Takapuolen teksti tulee oletuksena peilikuvana, koska suunnitteluvaiheessa levyä katsellaan etupuolelta.

Tekstien lisääminen tapahtuu seuraavasti:

  • Varmista että oikea taso on valittuna.
  • Valitse tekstin työkalu.
  • Klikaa suunnilleen siihen, minne tekstin haluat.
  • Kirjoita teksti avautuvaan ikkunaan, ja tee tarvittaessa muut asetukset.
  • Hyväksy OK:lla.
  • Teksti jää roikkumaan hiiren kursoriin, josta voit klikkaamalla pudottaa sen haluttuun kohtaan.

    Levyn ääriviivoja osoittavat mittajanat on piirretty levyn reunojen tasolle. Kiinitysruuvien etäisyyden mittajan ovat piirroksien tasolla.

    Täytöt
    Kun piirilevylle tehdään täyttöjä, tarkoitetaan sitä että tyhjäksi jäävät kuparialueet, jotka muuten syövytettäisiin pois, täytetään kytkennän maatasoon liittyvällä yhtenäisellä kuparifolioinnilla. Tämä ei ole välttämätön toimenpide, mutta se tuo mukanaan muutamia etuja:

  • Häiriösuojaus paranee, kun levyllä on lähes joka paikassa maatasoa signaalifolioiden ympärillä.
  • Maatason folioinnissa muodostuvat resistanssit pienenevät.
  • Syövytettävää kuparia on vähemmän, jolloin syövytyskemikaalia säästyy.

    Täyttäminen lähtee liikkeelle, valitsemalla ensin täytön työkalu käyttöön. Kun työkalu on valittu, klikkaa seuraavaksi piirilevyn päällä, siinä kohdassa, johonka haluat täytettävän alueen reunaviivan ensimmäisen nurkkapisteen. Siis vaikkapa levyn vasemmassa yläreunassa. Klikkaus avaa valintaikkunan, jossa voidaan määritellä tehtävän täytön asetukset.

    Tuossa on monenlaisia juttuja, joilla voidaan vaikuttaa täytön luomiseen. Oletusasetukset ovat useimmiten ihan hyvät, ja itse asiassa ainoa juttu, joka tuossa asetusikkunassa on pakko valita, on alareunasta löytyvä kytkentäverkon valinta. Tähän siis valitaan GND, eli luotava täyttö yhdistyy kytkennän maatasoon.

    Kerros-valinnassa valitaan, millekä kuparikerrokselle luotava täyttö tehdään. Yksipuolisessa levyssä se on levyn takapuoli, mutta kaksikerroksisessa levyssä täyttö voidaan tehdä myös levyn molemmille puolille.

    Täytön asetuksissa on monenlaisia valintoja, joilla voidaan vaikuttaa täytön ulkoasuun ja eristyksien leveyksiin. Pienentämällä täytön minimi eristysväliä ja täytön minimileveyttä, täyttö saadaan tunkeutumaan pienemppin rakosiin. Lämpöhelpotus puolestaan jättää täytön siisään jäävän maatason anturan osittain irti ympäröivästä täytöstä. Tämä helpottaa juottamista.

    Yleensä levylle riittää yksi, koko levyn suuruinen täyttöalue, joka kattaa koko levyn, reunasta reunaan. Tai jos on tarvis, täyttö voidaan tehdä vain osalle levyä. Tai joskus voi olla tarvis tehdä levylle, saman kuparikerrokseen useampi erillinen täyttö.


    Tällainen voi olla tarpeen esimerkiksi silloin, jos samalla levyllä on kahden toisistaan erillisen potentiaalitason juttuja, joille kummallekin tehdään omalle alueelleen oma maataso.

    Tai jos laite toimiikin samassa nollatasossa, voi joskus olla tarvis tehdä omat täyttönsä ohjauspuolelle ja tehopuolelle, siten että täyttöalueet ovat vain yhdestä kohdasta yhteydessä toisiinsa. Kytyrin levyyn teemme, harjoituksen nimissä, tällaisen ratkaisun.

    Kun asetusikkunassa on tarvittavat asetukset tehty, klikataan OK:ta, jolloin asetusikkuna häviää, ja täyttöalueen reunaviivan piirto alkaa edellä klikkamastamme kohdasta. Piirtele reunaviivaa viereisen kuvan mukaisesti, siten että viiva lopulta muodostaa suljetun alueen, ja päätä lopuksi viivan piirto tuplaklikkamalla. Tehopuolen täytön alue on nyt rajattu.

    Seuraavaksi rajataan ohjauspuolen täytön alue. Siis piirrellään vasemman puoleisen kuvan mukaisesti suorakaiteen muotoinen alue ohjausosan ympärille. Pysty- ja vaakasuorien linjojen lisäksi voidaan toki käyttää vinojakin linjoja täyttöalueiden rajaukseen.

    Seuraavaksi täytetään täytettäväksi valitut alueet. Klikkaa hiiren oikeaa jossakin kohdin äskettäin piirretyn reunaviivan päällä. Avautuvaan valikkoon on nyt ilmestynyt uusi alavalikko, nimeltään Täytöt. Sieltä löytyy läjä erilaisia työkaluja täyttöjen muokkaaukseen. Valitse Täytä täyttö. Täyttöalue, jonka reunaviivan päällä klikkasit, täyttyy, liuskoja ja anturoita lukuunottamatta, vihreällä värillä, eli lopullisessa piirilevyssä kuparilla. Tee sama temppu myös toiselle täyttöalueelle.

    Lopputulos näyttänee suunnilleen tällaiselta. Täytöt ovat syntyneet, mutta jotakin fiksattavaa vielä jää. Ohjauspuolen yläosan ja oikean reunan täyttö puuttuu.

    Täyttöalueiden maatasot ovat nyt yhteydessä toisiinsa vain vastuksen R2 alta kulkevan liuskan kautta. Mikropiirin koipien väliin jäävät raot ovat sen verran ahtaat, että täytössä käytettyjen asetusten mukaisesti, täyttö ei pääse leviämään mikropiirin koipien välistä piirin yläpuoliselle alueelle. Vieressä tehopuolella toki olisi samaa maatasoa tarjolla, mutta koska se kuuluu eri täyttöalueeseen, täyttö ei pääse sieltä leviämään mikropiirin yläpuoliselle alueelle.

    Täyttö ei siis pääse leviämään kaikille sellaille alueille, joille sen haluttaisiin leviävän. Hyvin tyypillinen tilanne sellaisessakin tilanteessa, jossa levylle tehdään vain yksi ainoa täyttö, ja vielä helpommin näin käy, jos levyllä on useampia täyttöjä. Tilanteen mukaan, on harkittava, minkälaisin konstein ongelmaa lähdettäisiin korjamaan:


  • Hiiren oikean napin valikko täyttöalueen reunaviivan päällä. Valitaan Täytöt sivuvalikosta Muokkaa täytön parametreja. Avautuvasta valintaikkunasta voidaan Pienin täytön eristysväli- tai Täytön minimileveys-parametria pienentämällä parantaa täytön tunkeutuvuutta pienemmistä väleistä. Tämä on helpoin konsti, mutta ei välttämäti aina paras. HUOM! Näiden asetusten muutos ei tule lennossa käyttöön: Parametrien muuttamisen jälkeen on samaisesta valikosta valittava ensin Tyhjennä täyttö ja sen perään Täytä täyttö.

  • Siirtämällä komponentteja tai liuskoja sopivissa kohdissa, voidaan tehdä kriittisiin kohtiin lisätilaa täytön leviämiselle. Tyhjennä täyttö. Tee muutokset. Jos tarvis, korjaile myös täytön reunaviivoja. Täytä täyttöalue uudelleen.

  • Kahden tai useamman täyttöalueen levyprojektissa voi apua olla myös täyttöalueiden rajavyöhykkeen siirrossa sopivampaan kohtaan. Tyhjennä täytöt. Muokkaa täyttöalueiden reunaviivoja, tai poista ja piirrä kokonaan uudelleen. Täytä täyttöalueet.

    Korjaukset tehty. Täytön parametreihin ei tässä ole kajottu. Täyttöjen rajalinjaa on ensinnäkin muutettu vastuksen R2 kohdalta. Täyttö pääsee nyt leviämään R2:n alta, ja alapuolen kautta oikealle puolelle.

    Toinen muutos on tehty levyn oikeaan reunaan. Vastusta R1 on siirretty puoli tuuman kymmenystä vasemmalle. Täten on saatu R1:n oikean puolen ja täyttöalueen reunaviivan väliin sen verran tilaa, että täyttö pääsee sieltä leviämään R1:n yläpuolisille alueille.

    Levyn kiinnitysruuvien reijät on tässä jätetty täytön sisään. Täyttö kyllä kiertää ruuvinreikien reunaviivat, samoin kuin alareunassa olevan tekstikentänkin, mutta silti täyttö, eli levyn maataso tulee hyvin lähelle levyn kiinnitysruuveja. Silloin tämä voi olla hyväkin asia, jos levyn maatasosta on saatava kiinnitysruuvien kautta sähköinen yhteys laitteen koteloon. Mutta jos ruuvit halutaan erilleen maatasosta, tällöin voidaan täyttöalueen reunaviivaa piirrettäessä jättää ruuvin paikat täyttöalueen ulkopuolelle.

    3D-näkymä
    Kytyrin levy alkaa olemaan pikku hiljaa valmis. Ennen piirilevykalvon tulostamista voinee kuitenkin olla vielä hyvä katsella, minkälainen siitä lopullisesta piirikortista tulisi. Tällöin voi vielä löytää jotakin fiksailtavaa. Valmista levyä, tai keskeneräistä, voimme milloin tahansa, suunnittelutyön aikana pyöritellä myös kolmiulotteisessa näkymässä.

    Valitse valikkoriviltä 3D-esitys jolloin piirilevyn kuva aukeaa uuteen ikkunaan, jossa sitä voidaan tarkastella mistä kuvakulmasta tahansa. Levyn pyörittely 3D-muodossa on helppoa kuin heinän teko. Ota jostakin kohdasta kiinni hiirellä ja ala pyörittelemään.

    Levy näkyy läpinäkyvänä, joten komponenttipuoleltakin katseltuna alapuolen foliot ja täytöt näkyvät vihreinä. Komponenttien anturoiden ympärillä olevat tummanpunaiset täpät ovat levyn komponenttipuolen foliointia. Koska KiCad-olettaa levyn olevan aina vähintään kaksipuoleinen, tulevat komponentiten anturoiden folioinnit näkyviin myös komponenttipuolelle, vaikka ainuttakaan foliota emme ole komponentitpuolelle piirrelleet. Tämä on kuitenkin vain kosmeettinen haitta, ja lopulliselle piirilevyllehän nämä eivät vaikuta mitään.

    3D-katselimen työkaluriviltä löytyy painikkeita, joilla näkymää pystyy zoomailemaan, siirtelemään ja pyörittelemään. Valikkoriviltä puolestaan pääsee kuvan tallentamaan png- tai jpg-muodossa. Myös kuvassa näkyviä juttuja pystyy joitakin piilottamaan Asetukset-valikon kautta.

    Kun kuvaa ollaan tarpeeksemme ihailtu, voidaan 3D-katselimen ikkuna sulkea, ja päästään takaisin levyn suunnittelunäkymään. Jos jotakin korjattavaa vielä ilmenee, korjaillaan ne, jos ei, voimmekin siirtyä prosessin viimeiseen vaiheeseen, eli piirilevyn valotuskalvon tulostukseen.

    Piirilevykuvien tulostaminen
    Piirilevyn folioinnin tulostamiseen löytyy KiCad:istä pyöreästi kaksi erilaista tapaa. Toinen niistä soveltuu valotuskalvon tulostamiseen, toinen taas ihan muunlaiseen käyttöön. Tutustutaan tähän ensin.

    Tällainen printterin kuva löytyy yläreunan työkalupalkista. Samanlainen tuttu tulostuspainike, jolla tulostamaan pääsee monissa muissakin ohjelmissa. Tätä kautta pääsemme tulostamaan piirilevyn foliokuvan, tai valintojen mukaan myös mitä tahansa muitakin kerroksia näkyviin. Tulostuspainikkeesta aukeaa seuraavanlainen valintaikkuna.

    Vasemmasta reunasta valitaan, mitä kerroksia halutaan tulostukseen mukaan. Levyn reunat tulostuvat aina, oli se kerroksista valittunata tai ei, mutta jos reunat haluaa pois, niin laita täppä Jätä reunakerros pois-valintaruutuun. Valintaikkunan keskiosasta päästään muuttelemaan tulostuksen skaalausta, ja vasemasta reunasta muita tulostukseen liittyviä juttuja.

    Tällä tulostustyökalulla saat tulostettua piirilevystä vedoksia, joita voi tarvita esimerkiksi silloin jos levyprojektin tuloksia halutaan arkistoida perinteiseen paperimuotoon. Piirilevyn valotuskalvon tulostukseen tämän työkalun tulostustarkkuus ei riitä, ja siksi sitä hommaa varten onkin kokonaan oma työkalunsa...

    Piirilevyn valotuskalvon tulostaminen
    Toiminto jolla valotuskalvo saadaan tulostettua on nimeltään piirto, lontoon murteisessa versiossa Plot. Painiketta klikkaamalla aukeaa alla kuvattu valintaikkuna, josta löytyy iso kasa valittavissa olevia juttuja...

    Ensin kuitenkin yksi oleellinen juttu! Tällä työkalulla ei tulosteta valotuskalvoja suoraan tulostimelle. Tällä työkalulla luodaan piirrostiedostoja, joista sitten voimme tulostaa kalvoja, tai joita voi halutessaan lähetellä piirilevytehtaalle.

    Vasemmassa yläkulmassa valitaan, mistä kerroksista kuvat halutaan luoda. Kaikki rukseista valittuna olevat kerrokset luodaan kukin omina kuvanaan, eli noita ruksattuja juttuja ei yhdistetä samaan kuvaan. Valittavissa on kuparikerrokset, sekä tekniset kerrokset. Levyn reunat tulevat kuitenkin valotuskalvolle näkyviin, vaikka ruksattuna onkin ainoastaan kuparikerroksista, levyn takapuoli.

    Kotitekoisen yksikerroksisen levyn valotuskalvon tulostuksessa siis riittää, että takapuoli on ruksattuna.

    Toinen oleellinen juttu on tiedostotyypin valinta. Valiottavissa on HPGL, Gerber, Postscript ja DXF. Itse tulostelen kalvot kotona lasertulostimella, joten oma valintani on Postscript A4.

    Kolmas oleellinen juttu löytyy valintaikkunan oikeasta yläreunasta. Peilattu vai peilaamaton piirto. Mieti kumpaa käytät. Se syö rotan lailla, kun valmiille piirilevylle alkaa kolvailemaan osia kiinni, ja vasta tässä vaiheessa huomaa levyn olevan peilikuvana.

    Valinnat tehty? Klikkaa sitten Piirrä-nappia. Projektin kotihakemistoon ilmestyvät valitut kerrokset, kukin omana kuvatiedostonaan. Tästä eteenpäin homma sitten sujuukin sen mukaan mitä jakelua tai käyttistä käytät. Debianissa, Gnome-työpöydällä, seuraavasti.

    Avataan tiedostoselaimeen projektin kotihakemisto. Sieltä pitäisi nyt löytyä juuri luotu tiedosto. Tässä tapauksessa kytyri-Taka.ps. Avataan tiedosto tuplaklikkaamalla. Nyt pääsemme näkemään minkälainen se lopputulos sitten on. Jos kaikki näyttää olevan kunnossa, sitten vaan Tiedosto-valikosta tulostusta kehiin.

    Kuusi osaa KiCad-opasta on nyt valmiina, ja ensimmäinen piirilevy on saatu suunniteltua. Seuraavassa osassa keskitytään piirrosmerkki- ja kotelokirjastojen käsittelyyn, muokkaamiseen, ja omien komponenttien luomiseen.
    Milloin tämä seuraava, KiCad-oppaan seitsemäs osa sitten julkaistaan? Hyvä kysymys! Paras kai etten lähde mitään tarkempaa lupailemaan... Joskus tulevaisuudessa;-)

    Edellinen osa   Sisällysluettelo

    Tulostuskelpoinen sivu

  • harraste ELEKTRONIIKKA - ©Kari Huhtama, Iittala