این پروژه مربوط به طراحی و توسعه PCB یک تجهیز اعلام حریق و تشخیص دود برای شرکت آنا ائل‌تک تبریز است که در حوزه سیستم‌های اعلام حریق و تجهیزات ایمنی فعالیت می‌کند.
در این طراحی، هدف اصلی پیاده‌سازی یک برد الکترونیکی فشرده، منظم و قابل تولید برای استفاده در تجهیزات تشخیص حریق بوده است. با توجه به محدودیت فضای برد، قطعات و مسیرهای PCB به‌صورت دقیق جانمایی شده‌اند تا بخش‌های مختلف مدار در کنار یکدیگر قرار گرفته و در عین حفظ عملکرد الکتریکی، ابعاد نهایی برد کنترل شود.
در قسمت‌های مختلف PCB، مجموعه‌ای از قطعات SMD، آی‌سی‌های پردازشی و کنترلی، دیودها، ترانزیستورها، مقاومت‌ها و خازن‌ها در کنار ترمینال‌ها و کانکتورهای ورودی و خروجی قرار گرفته‌اند.
بخش‌های مختلف طراحی
- بخش تشخیص دود (SMOKE)
- مدارهای پردازش و کنترل سیگنال
- بخش‌های تغذیه و توزیع ولتاژ
- طراحی PCB چندمنظوره با قابلیت مونتاژ قطعات SMD در سایزهای مختلف از 0402 تا 1206 و انعطاف‌پذیری در تأمین قطعات
- ورودی و خروجی‌های مربوط به اتصال تجهیز به سیستم
- مدارهای حفاظتی و واسط
- کانکتورها و ترمینال‌های ورودی/خروجی
- مسیرهای تغذیه با عرض مناسب‌تر نسبت به مسیرهای سیگنال
- مجموعه‌ای از قطعات SMD با تراکم نسبتاً بالا
یکی از نکات قابل توجه در این PCB، طراحی مسیرهای تغذیه در اطراف برد و سازمان‌دهی مناسب مسیرهای سیگنال در بخش داخلی است. همچنین جانمایی قطعات به‌گونه‌ای انجام شده که ضمن استفاده مناسب از فضای PCB، دسترسی به نقاط اتصال و بخش‌های مختلف مدار نیز حفظ شود.
چالش طراحی
یکی از چالش‌های اصلی این پروژه، ایجاد تعادل بین ابعاد فیزیکی برد، جانمایی قطعات، مسیرکشی برد بصورت تک لایه بوده که باید امکان استفاده از سایزهای مختلف قطعات SMD روی یک جایگاه PCB فراهم باشد.
با توجه به اینکه ممکن است در زمان تولید، برخی سایزهای قطعات به دلیل موجودی بازار در دسترس نباشند، Footprintهای برد به‌گونه‌ای طراحی شدند که بتوان از چند سایز مختلف قطعات در یک ناحیه مشخص استفاده کرد.
برای مثال، در بخش مقاومت R6 دو Designator با نام‌های R6 و R6_1 در نظر گرفته شده است. Footprint مربوط به R6 به شکلی طراحی شده که امکان مونتاژ مقاومت‌های سایز 1206، 0805 و 0603 را فراهم می‌کند، در حالی که جایگاه R6_1 برای مقاومت سایز 0402 در نظر گرفته شده است.
به این ترتیب، یک موقعیت منطقی در مدار می‌تواند بسته به موجودی قطعات، با سایزهای مختلف Component مونتاژ شود، بدون اینکه نیاز به تغییر اساسی در طراحی PCB وجود داشته باشد.
این روش باعث می‌شود PCB در مرحله تولید وابستگی کمتری به موجودی یک سایز خاص از قطعات داشته باشد. در نتیجه، اگر مثلاً یک مقاومت 0603 در بازار موجود نباشد، امکان استفاده از سایزهای دیگر مانند 0805 یا 1206 وجود دارد.
این موضوع به‌خصوص در پروژه‌هایی که قرار است در تیراژ بالا تولید شوند یا تأمین قطعات آنها در طول زمان ادامه داشته باشد، یک مزیت مهم محسوب می‌شود.
بنابراین در این پروژه، طراحی PCB صرفاً با هدف اتصال صحیح قطعات انجام نشده، بلکه قابلیت تأمین قطعات، انعطاف‌پذیری مونتاژ و امکان تولید در شرایط مختلف بازار نیز از ابتدا در طراحی در نظر گرفته شده است.
سایر ویژگی‌های طراحی
در کنار طراحی Footprintهای انعطاف‌پذیر، Layout برد نیز با توجه به محدودیت ابعاد و تراکم قطعات انجام شده است. قطعات SMD با تراکم مناسب در سطح برد قرار گرفته‌اند و مسیرهای سیگنال و تغذیه با توجه به عملکرد بخش‌های مختلف مدار Routing شده‌اند.
در طراحی PCB مواردی مانند:
- جانمایی دقیق قطعات
- طراحی Footprintهای چندمنظوره
- Routing منظم و قابل تولید
- مدیریت مسیرهای تغذیه و زمین
- تفکیک بخش‌های مختلف مدار
- در نظر گرفتن محدودیت‌های مونتاژ
- امکان استفاده از چند سایز مختلف قطعات
- و کاهش وابستگی به موجودی یک سایز خاص از قطعات
مورد توجه قرار گرفته است.
نتیجه پروژه
خروجی این پروژه یک PCB فشرده و انعطاف‌پذیر برای سیستم تشخیص دود و اعلام حریق است که علاوه بر عملکرد الکتریکی، با رویکردی مهندسی برای سهولت تأمین قطعات و افزایش انعطاف‌پذیری فرآیند مونتاژ طراحی شده است.
طراحی Footprintهای چندمنظوره در این پروژه باعث شده است که برد بتواند با توجه به شرایط تأمین قطعات، از سایزهای مختلف Component پشتیبانی کند و در نتیجه، ریسک توقف تولید به دلیل کمبود یک سایز خاص از قطعات کاهش پیدا کند.
این پروژه نمونه‌ای از تجربه PCBMastery در طراحی بردهای الکترونیکی صنعتی و تجهیزات ایمنی است؛ جایی که علاوه بر طراحی صحیح مدار، کیفیت Layout، قابلیت تولید و استفاده بهینه از فضای PCB اهمیت ویژه‌ای دارد.
تصاویر بیشتر
