Research

วงจรไฟฟ้า !!! เขียนให้ดี ก็ดูง่าย


อาจารย์พรพจน์  โพธิ์พงศ์วิวัฒน์  
อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมคอมพิวเตอร์​ 
คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร  
17 พฤษภาคม 2558  

       หลายท่านคงเคยประสบกับตัวเองมาแล้ว ทั้งมือเก่า มือใหม่ มือสมัครเล่น หรือมืออาชีพ คือดูวงจรไฟฟ้า หรือไล่วงจรไฟฟ้าที่พบเจอในหนังสือ หรือเอกสารที่โดนมอบหมายมาทำงาน ไม่รู้เรื่อง เนื่องจากไม่ใช่เป็นผู้เขียนวงจรนั้นๆ หรือแม้แต่วงจรที่เขียนไว้เองแบบย่อๆ เก็บไว้นานวัน บางทีก็ดูเองไม่รู้เรื่องเช่นกัน

       ทำไมจึงเป็นเช่นนั้น เพราะเราละเลยข้อกำหนดสำคัญ เน้นแต่ความรวดเร็ว ฉาบฉวย ทำให้เกิดรูปแบบของการเขียนวงจรไฟฟ้าขึ้นมามากมาย จนแทบจะหาแบบฉบับที่ถูกต้องให้มือใหม่ได้ศึกษาเอาเป็นแบบอย่างไม่ได้ ยิ่งถ้าถ้าวงจรที่มีไมโครคอนโทรลเลอร์ มีบัสสัญญาณมากๆ หากไม่ถูกเขียนขึ้นอย่างประณีตแล้วละก้อ โปรแกรมเมอร์คงเขียนโปรแกรมไม่ได้ และ คนเขียนวงจรเองก็คงไม่ได้ทำงานอื่นแน่นอน เพราะมัวแต่ตอบคำถามให้กับโปรแกรมเมอร์นั่นเอง

       ในที่นี้จะขออนุญาตแนะนำหลักการเขียนวงจรไฟฟ้าเพื่อให้ดูเข้าใจง่ายกันนะครับ 
       1. การเขียนตัว IC หรืออุปกรณ์ที่มีขามากๆ  ไม่ควรเขียนขาเรียงกันแบบใน datasheet แต่ควรเขียนขาเรียงเป็นหมวดหมู่ตามฟังก์ชันการทำงาน ยกเว้นพวกคอนเนคเตอร์ ควรเขียนขาเรียงตามจริง เพื่อให้ไล่วงจรได้ง่าย ทุกขาของอุปกรณ์ต้องเขียนชื่อขาที่แสดงหน้าที่การทำงานและมีเลขที่ขากำกับไว้ด้วย

       จากรูป U1 เป็นตัวอย่างที่ดี เขียนขาเป็นหมวดหมู่ตามหน้าที่การทำงาน แต่ U2 เขียนเรียงขาตามโครงสร้างจริง หากดูผิวเผิน ก็ไม่น่าจะเป็นปัญหาอะไร แต่ลองดูให้ดี หากต้องลากสัญญาณไปยังอุปกรณ์ที่ต้องทำงานร่วมกันละก้อ ลองดู U2 นะครับ สัญญาณที่ออกมาเป็นยุ่งมาก เพราะ ขา D0(ขา 3) เป็นอินพุทของ Q0(ขา 2) แต่ขาเขียนเรียงติดกัน ถ้าเป็น แบบ U1 จะเขียนได้เรียบร้อยสวยงามกว่า เพราะขาอินพุตจะเรียงอยู่ด้านซ้ายมือ ส่วนขาเอาท์พุตก็เรียงอยู่ด้านขวามือ การเขียนเลขที่ขาและชื่อขากำกับไว้ทุกขา จะทำให้ดูหน้าที่การทำงานได้สะดวกทั้ง 2 แบบ

       2. ต้องมีการเรียงลำดับที่อุปกรณ์ทุกตัวในวงจร เช่น ถ้ามีตัวต้านทานหลายตัวก็เป็น R1, R2, R3 เรียงกันไป จะได้สะดวกสำหรับอ้างอิงเวลาอธิบายการทำงานของวงจร 

       ตัวต้านทาน 4 ตัว ด้ายซ้าย มีลำดับที่กำกับอยู่ คือ R1, R2, R3, R4 ส่วนทางด้านขวามือ มีแต่ค่ากำกับอยู่ สมมุติว่า เมื่อต่อวงจรเรียบร้อยร้อยแล้ว อยากเปลี่ยนตัวต้านทาน R3 ที่มีค่า 1k2 ให้เป็นค่าอื่น วงจรด้านซ้ายมือ จะอ้างอิงอย่างไร ว่าจะเปลี่ยนตัวไหนใช่ไหมครับ 

       3. ระบุค่า/เบอร์ของอุปกรณ์ทุกตัว เพื่อให้เวลาประกอบวงจรเพื่อทดสอบ หรือ ออกแบบลายวงจรพิมพ์ จะได้ง่ายต่อการตรวจสอบความถูกต้อง เวลาคำนวณค่ากระแส และแรงดันในวงจร

       4. เขียนชื่อสัญญาณกำกับไว้ที่ขาอุปกรณ์  แทนการลากเส้นเพื่อเชื่อมต่อสัญญาณจากขาถึงขา เพื่อลดเส้นต่างๆ ในวงจร ไม่ให้ดูยุ่งเหยิง

       จากรูป U10(ขา 30) ต้องต่อไปยัง U11(ขา 11) ส่วน U20(ขา 30) ต้องต่อไปยัง U21(ขา 11) ทำนองเดียวกัน แต่รูปด้านขวามือ ใช้การเขียนชื่อสัญญาณ (Net Label) แทนการลากเส้นเชื่อมต่อ จะทำให้วงจรดูโล่งกว่า เพราะถ้ามีเส้นเชื่อมต่อที่วกไปวนมา ในวงจรมากๆ จะทำให้ วงจรดูยุ่งไม่เรียบร้อย การเขียนชื่อสัญญาณควรเขียนตามหน้าที่ ที่ขานั้นๆ ถูกใช้งานอยู่ ซึ่งอาจไม่เหมือนกับชื่อของขา และควรเรียงเลขเป็นหมวดหมู่ตามหน้าของขาด้วย 

       5. ควรใช้โปรแกรมสำหรับเขียนวงจรโดยเฉพาะ เพราะจะมี Library ซึ่งรวบรวมอุปกรณ์ หรือ IC ของหลากหลายบริษัท เตรียมไว้ให้ สะดวกลดเวลาในการเขียนวงจรได้ ในที่นี้ผมใช้ Altium DXP Version2004 ซึ่งก็เก่ามากแล้ว ปัจจุบันมีรุ่นที่ใหม่กว่า และมี Licence ราคาพิเศษสำหรับนักศึกษาด้วย แต่หากใช้ของเถื่อน ก็ให้ระวังนิดนึงครับ Library ที่มีมาให้ อาจมี Bug ไม่สมบูรณ์ มีผิดนิดๆ หน่อยๆ ต้องตรวจดูให้ดีด้วยนะครับ 

       อย่างที่ผมโดนมาก็ Optoisolator1 ที่ Library ซ่อนขาเอาไว้ พอใช้งานออกแบบ PCB ขา E ของเจ้าออปโตทรานซิสเตอร์ ที่น่าจะเป็นขา 3 กลับเป็นขา 4 ซะ ทำให้ PCB ที่แบบมาเสียงานไปเลย ผมเลยต้องแก้ไข Library ใหม่ เป็นเจ้าตัวด้านขวามือ ที่แสดงเลขขามาด้วยเลย เพื่อความชัวร์

       6. ถ้าวงจรใหญ่มากกว่าหนึ่งหน้ากระดาษ และมีสัญญาณที่ต้องต่อข้ามไปหน้ากระดาษอื่น ก็ควรเขียน Bus Label เพื่ออ้างอิงไปยังวงจรอีกหน้าด้วย จะทำให้ไล่วงจรได้ง่าย 

       7. อุปกรณ์ทุกตัวควรมีสัดส่วนที่เหมาะสมกัน ตัวที่ขามากก็ควรตัวใหญ่ กว่าตัวที่ขาน้อย หากเขียนโดยไม่คำนึงถึงสัดส่วนของอุปกรณ์ จะทำให้วงจรดูไม่เป็นระเบียบ ดูไม่มีมาตรฐาน ขาดความน่าเชื่อถือ

       8. หากวงจรที่เขียนขึ้น ต้องการนำไปออกแบบเป็นแผ่นวงจร PCB ยังมีสิ่งที่ต้องคำนึงถึงอีกอย่างคือ Footprint หรือลักษณะขาของอุปกรณ์  หากกำหนดได้อย่างถูกต้อง ก็จะได้แผ่นวงจร PCB ที่สามารถนำไปประกอบเป็นวงจรที่สมบูรณ์ได้โดยง่าย  

       เกร็ดเล็ก เกร็ดน้อย เหล่านี้ผมเล่าจากประสบการณ์ที่ได้ทำงานออกแบบวงจรมาหลายปี สำหรับมือใหม่คงมีประโยชน์ไม่น้อย แต่หากมือเก่าอยากแลกเปลี่ยนประสบการณ์ ก็ยินดีครับ

 

<< ย้อนกลับ