PCB 설계·프로그래밍·테스트 14가지 전문가 팁

시스템 설계

1. 시스템/예비 설계

PCB 프로그래밍 주안점: 보드 전체 설계를 시작 전 이해. 어떤 부품이 어디 맞는지 알면 설계 과정 훨씬 수월.

예비 설계 두 주요 단계. 첫째, 전체 시스템 다이어그램 작성. 설계 청사진으로 삼으세요. 청사진이 상세 내역 없이 입·출력, 전체 보드 기능·연결 아이디어 제공.

2. 블록 다이어그램

블록 다이어그램: 주요 부품 클러스터마다 블록 하나. 모듈 간 연결·상호작용, 각 단계 전압 흐름 표시. 모든 블록 추가 후 초기 필요 에너지 산정해 다이어그램에 추가. 전압 컨트롤러(시프터) 필요 여부 판단 용이.

전압 제어 시프터 필요 이유: 두 전기 부품이 기여 전압으로 연결. 서로 다른 에너지 레벨 쓰면 시프터 필요.

3. 마이크로컨트롤러 선정

비용, 가용성, 특성 등 필수 세부사항 기반 마이크로컨트롤러 결정. 유통사 사이트에서 정보 획득.

• 가성비: Arm Cortex-M은 저렴한 가격에 높은 성능으로 품질 MC. 8비트만 써도 32비트 Cortex-M 권장.
• 성능: GPIO 핀 수, 시리얼 프로토콜 사용 여부 기준.
• 최소 32핀 다양한 기능 갖춘 단순 저가형부터 최대 216핀 최상위까지. 초보자에겐 너무 복잡할 수 있음.
• 리드 패키지(Leaded Package): 핀 즉시 접근 가능해 우수. 리드 없는 패키지는 핀이 컨테이너 아래 숨어 테스트 포인트 없으면 접근 곤란.

PCB 프로그래밍 - 회로도 회로 설계

커넥터, 전압 제어 레귤레이터, MC 칩, PCB 프로그래밍 커넥터로 시작.

4. 커패시터

다음 단계로 진행:

1. 레귤레이터 입력 핀에 커패시터 배치, 출력 핀에도 배치. 첫째는 입력 전압용, 둘째는 비영구 부하에 전하 전달용. 둘째는 레귤레이터 안정화 역할도. 없으면 레귤레이터 변동.
2. MC 전원 핀 근처에 디커플링용 커패시터 배치. 전문가 자문으로 적정 커패시터 선정.

5. 마이크로컨트롤러 핀아웃

마이크로컨트롤러 제조사는 총 패스너 수 줄이려 같은 핀에 여러 기능 구성. 초기엔 핀 용도 자동 시작. 하지만 대체 기능도 가짐. 필요한 두 기능을 같은 핀에 할당 안 되게 확인.

6. RC 오실레이터

클록은 마이크로컨트롤러가 매초 적절 순서로 기능 수행하게 하는 필수 부품. 일부 마이컨은 프리인스톨 클록, 워치 타이머라 불리는 RC 오실레이터 보유(커패시터·저항 타이밍 결합). 단점: 정밀도 낮음. 온도가 진동 정확도 크게 영향.

스타터 키트엔 훌륭. 하지만 극한 타이밍 정확도 필요 설계엔 비추천.

7. 프로그래밍 커넥터

프로그래밍 프로토콜 두 가지: JTAG, SWD(Serial Wire Debug).

SWD: 클록, I/O, 그라운드, 기여 전압, 리셋 5핀만 필요. 소형 보드 설계 시 이상적.

JTAG: 핀 수 많고 복잡한 프로그래밍에 적합.

8. 전원

마이컨은 부품 제어용 기여 전압 필요. 외부 USB 충전기 활용 가능. 레귤레이터 입력 전압과 안정적 출력 계산해 설계 적정 전원 결정. GPIO 핀 1개당 약 24mA 전류 필요, 이에 맞춰 소스 전류 계산. 기본 모델 마이컨 최대 300mA 소비 용이.

9. 전기 규칙 검사(ERC)

색상 체크로 핀 오류 일부 포착. 보드 이슈 유무와 발생 지점 즉각 파악.

마지막 단계: 베팅 내 쇼트, 핀 간 접촉, 미연결 핀 없는지 확인.

PCB 레이아웃 설계

이 단계에서 회로 기판 설계 내 모든 부품 배치 시작. 'PCB로 변환'으로 모든 부품 제자리 잡힌 최종 제품 생성 확인.

10. 부품 배치

부품 올바른 위치 확인 단계. PCB 설계 소프트웨어 쓰면 이미 배치 가능. 하지만 레이아웃 성능 위해 전문가는 수동 배치 선호.

레귤레이터가 마이크로 USB 커넥터 위치, 출력이 입력 핀 가까이에 오게. 프로그래밍 커넥터를 설계에 맞는 곳에 배치. 모두 자리 잡으면 저항, 인덕터, 앞서 논의한 각종 커패시터 배치.

11. PCB 레이어 스택

PCB는 서로 쌓인 레이어 모음. 도전성 시트 사이엔 절연 소재 필요. 최대 두 개, 가급적 바깥쪽에 배치. 설계 고도화 시 짝수 개로 도전성 레이어 추가 가능.

12. PCB 배선

배선은 부품 배치 후 수행. 자동/수동 가능. 자동 프로세스 비효율적.

라우팅 주원칙: 트레이스 길이 최소화, 비아 수 최소화, 90도 턴 최소화. 전력 높을수록 이 원칙 중요도 증가.

비용 절감 위해 스루 비아 활용. 블라인드/베리드 비아 훨씬 고가. 트레이스도 전류 감당해야 함, 아니면 녹아 보드 손상.

13. 검증

검증 단계: 설계 규칙 검증, 스키마 검증 완료 확인.

DR 체크: 올바른 트레이스 폭, 마크 간 충분한 공간, 보드-트레이스 간격 정확성 확인.

DRS는 설계 회로 기판 종류 따라 다름. 설계 전 올바른 규칙 확보 필수.

14. 거버 파일 생성

검증 완료 후 회로 기판 설계를 업계 표준 포맷으로 변환. 이 포맷이 거버(Gerber). 각 레이어별 별도 파일 출력: 실크, 어셈블리, 솔더 마스크, 페이스트. 부품 위치 상세 파일도 생성, 제조사 자동 부품 장착기 작동 시 사용. 선택 제조사에 파일 전송.

요약

커스텀 마이컨 프로그래밍 통해 PCB 설계 과정 분석. 단계 따라갈 수 있게 간략 소개.

PCB 프로그래밍 추가 질문 시 시기적절하게 연락주세요.

WellPCB 10년 경력으로 품질 서비스와 전문 기술 제공.