Tranzistory, diódy, tyristory – drobné súčiastky, ale natoľko rôznorodé čo do počtu typov puzdier a poradia vývodov, že pri tvorbe knižníc symbolov a puzdier prinášajú závažné problémy. Pozrime sa, ako sa dajú tieto problémy vyriešiť v gEDA.

Rôzne typy tranzistorov, rôzne typy puzdier, rôzne poradie vývodov – tak by sa dali charakterizovať základné vlastnosti drobných diskrétnych súčiastok z pohľadu knižnice pre návrhový systém. Aby to bolo ešte zložitejšie, tak nielen rôzne typy tranzistorov môžu mať rôzne priradenie vývodov, ale aj ten istý typ tranzistora od rôznych výrobcov môže mať rozdielne číslovanie vývodov. Pozrime si nasledujúce dva obrázky. Obidva sú o tom istom tranzistore – BC847, Prvý obrázok je z datasheetu od NXP, ten druhý z datasheetu od ST.

Takže ako nájsť systém v chaose? Pokúsil sa o to Bill Wilson v článku gschem Symbol and PCB Element Transistor Guide Ja vlastne neprinesiem nič nové, akurát skúsim jeho návrh rozšíriť a lepšie ho zasadiť kontextu.

Ďalej budem pojednávať len o bipolárnom NPN tranzistore. Uvedená metodika sa dá použiť pre akýkoľvek tranzistor alebo – všeobecnejšie – pre akúkoľvek diskrétnu súčiastku.

Tri prístupy k tranzistoru

Ak chceme spoľahlivo vyriešiť problém s variabilitou diskrétnych súčiastok, musíme k nemu prikročiť metodicky.

Môžme si zvoliť jeden z troch základných prístupov:

1. Môžme si zadefinovať základnú sadu symbolov (napríklad npn-1.sym), ktoré budú mať pevne stanovené poradie vývodov (napríklad C,B,E). K nim vytvoríme puzdrá, ktoré budú mať rôzne poradie pinov(SOT23-123, SOT23-132…). Tieto puzdrá môžme vytvárať tak, ako sa budú pri našej práci vyskytovať alebo si ich môžme vytvoriť dopredu. Každý tranzistor potom napasujeme do tohoto modelu – pokiaľ sa poradie vývodov odlišuje od nášho štandardného poradia, musíme vývody prečíslovať. Prečíslovanie vývodov môže predstavovať problém – naša súčiastka sa začne odlišovať od datasheetu. Druhá nevýhoda – nikdy som si nevedel zapamätať, aké je to „štandardné“ poradie vývodov.
2. Môžme zvoliť opačný postup – trochu lepší: vytvoríme symboly s rôznym poradím vývodov (npn-bec-1.sym, npn-bce-1.sym…) a k nim budeme priraďovať jedno štandardné puzdro (napr. SOT23 číslované z ľavého horného rohu proti smeru hodinových ručičiek alebo TO92 číslované zľava doprava). Tu narážame na podobný problém – ak chceme napasovať všetky tranzistory do tohoto modelu, v niektorých prípadoch budeme musieť vývody prečíslovať – čo opäť vedie k odchýlke od datasheetu. Problém s pamäťou nenastáva, poradie u puzdra je 1,2,3. Tento spôsob som nejaký čas preferoval – ale samotné prečíslovanie vývodov tranzistorov bolo otravné – tak som nakoniec prešiel k systému popísanému v ďalšom bode
3. Najlepšie vychádza kombinácia prístupov – vytvoríme symboly pre rôzne poradia vývodov a taktiež puzdrá s rôznym číslovaním vývodov. Tieto dva prvky skombinujeme – stačí na to letmý pohľad do datasheetu. Takže pre BC847 od NXP by sme spárovali npn-bec-1.sym s puzdrom SOT23-123 a pre BC847 od ST by sme spárovali npn-bce-1.sym s puzdrom SOT23-132. Tento spôsob je najlepší a najčistejší – súčiastku máme vytvorenú tak, ako je popísaná v datasheete.

Malá poznámka k pomenovaniu puzdier: aj keď z didaktických dôvodov uvádzame vždy poradie vývodov, v skutočnosti stačí ak poradie pinov uvedieme iba pri odchýlke od štandardu, Takže v mojej knižnici sa nachádza SOT23 a SOT23-132. Značenie je úspornejšie, prehľadnejšie a je na prvý pohľad vidieť, kde sa značenie odkláňa od štandardu.

Podobný prístup treba aplikovať pre ľubovoľný typ diskrétnej súčiastky. Pripravíme si predlohy ako pnp-bec-1.sym, pnp-bce-1.sym atď. pre PNP tranzistor, nmos-sdg-1.sym, nmos-sgd-1.sym atď. pre N-FET a tak ďalej a tak ďalej.

Príprava a umiestnenie symbolu

Takže v koncepte máme jasno, teraz nám ostáva vyriešiť praktické využitie.

Máme dve možnosti:

• Prvá možnosť je, že budeme používať štandardné symboly, ktorým po umiestnení do schémy zmeníme príslušné atribúty. Treba si uvedomiť, že v tomto prípade je potrebné mať urobené všetky popisy pomocou atribútov – pevné texty nemáme možnosť zmeniť. Zdôrazňujem to preto, že symbol navrhnutý podľa štandardných odporúčaní má viditeľný popis vytvorený ako text. Avšak ak ho vytvoríme ako atribút, tak po umiestnení zmení farbu z odporúčanej zelenej na žltú – a ak chceme dodržať vizuálnu konzistenciu vzhľadu symbolov, tak musíme farbu zmeniť ručne.Tento spôsob sa môže zdať pomerne jednoduchý, pretože nepotrebujeme vytvárať knižnicu súčiastok. Nevýhodou tohoto systému je, že pri každom umiestňovaní tranzistoru musíme opakovane riešiť rovnakú otázku: ktorý symbol a ktoré puzdro použiť. Minimálne to znamená pozrieť do datasheetu, pozrieť sa na iný tranzistor v schéme alebo sa spoliehať na dobrú pamäť.
• Druhý systém (odporúčaný aj v článku gschem Symbol and PCB Element Transistor Guide) je o niečo lepší – keď identifikujeme správny symbol pre tranzistor, použijeme ho ako základ pre nový symbol, pomenovaný podľa tranzistora. Napríklad, v našom prípade pre tranzistor BC847 od NXP skopírujeme symbol npn-bec-1.sym do symbolu BC847-1.sym a zmeníme jeho popis a atribúty (najmä atribút device) a priradíme správne puzdro – SOT23. Tým získame raz a prevždy symbol pre tento tranzistor.

Ale čo v prípade,že neskôr budeme mať v sklade tranzistor od ST? Môj odporúčaný postup je vytvoriť nový symbol skopírovaním npn-bce-1.sym do BC847-ST-1.sym a priradením puzdra SOT23-132. Opäť odporúčam zásadu – štandardné súčiastky majú jednoduché meno, odchýlky sú vyznačené v názve.

Ja osobne som skúšal nejaký čas používať prvý spôsob ale po krátkom čase som zistil, že je pomerne únavné skúmať každý jeden tranzistor. Tak som prešiel na druhý spôsob, funguje hladko. Ba čo viac, perfektne zapadá do konceptu celej gEDA Suite – od návrhu symbolu po výstup netlistera.

Postup – zhrnutie

Tu je postup vytvorenia nového symbolu z predlohy:

• v datasheete identifikujeme poradie vývodov súčiastky podľa čísla vývodu
• skopírujeme príslušnú šablónu a dáme jej meno podľa súčiastky
• v datasheete identifikujeme číslovanie pinov – postupujeme v štandardnom smere (proti smeru hodinových ručičiek alebo zľava doprava)
• v novom symbole zmeníme atribút device a text obsahujúci meno súčiastky a priradíme mu príslušné puzdro (zmeníme atribút footprint)

Symbol môžme upraviť textovým editorom, priamo programom gschem, alebo, ako spravny unixáci takto (za predpokladu, že naša predloha obsahuje popis DEVNAME a atribúty device=DEVNAME a footprint=DEVFP):

cp npn-bec-1.sym BC847-1.sym
sed -i -e 's/DEVNAME/BC847/g' BC847-1.sym
sed -i -e 's/DEVFP/SOT23/g' BC847-1.sym

Nekompatibilné puzdrá

Aj keď diskrétne súčiastky majú vačšinou pre rôzne typy puzdier rôzne typové označenie (napr. BC847 je v SOT23 a jeho ekvivalent v TO92 je BC547), môže sa stať, že sa vyskytne súčiastka existujúca pod tým istým typovým označením v rôznych puzdrách. Ak číslovanie vývodov bude zhodné, nie je problém. V prípade, že číslovanie vývodov sa odlišuje, neostáva nám nič iné ako vytvoriť dva symboly obsahujúce v názve aj typ puzdra (napríklad BC999-SOT23-1.sym a BC999-TO92-1.sym). Ťažko povedať, ktoré z nich je štandardné, tak je treba vytvoriť obidve varianty s plným názvom.

Jeden signál na viac vývodoch

Ak máme prípad, že sa súčiastka nachádza v puzdre s viacerými vývodmi (napr. výkonové tranzistory), neostáva nám nič iné ako nakresliť špeciálny symbol pre túto variantu. Takýto symbol je síce škaredý, ale bohužiaľ, nemáme inú možnosť. V oblasti viacnásobných pinov gEDA bohužiaľ trochu zaostáva. Pozor – po umiestnení symbolu do schémy nesmieme zabudnúť prepojiť všetky piny. Pokiaľ máme v jednom puzdre viac rovnakých diskrétnych súčiastok (napríklad dvojitá dióda DA227), radšej využime možnosť slotov ako kresliť symbol s dvomi nezávislými súčiastkami. Samozrejme, symbol diódy s dvomi slotmi si musíme vytvoriť. Pokiaľ ale súčiastky zdieľajú niektorý vývod (napríklad dvojitá dióda DAP202), špeciálny symbol si musíme nakresliť.

Diódy a iné dvoj-vývodové súčiastky

Má význam vytvárať knižnicu symbolov aj pre dvoj-vývodové súčiastky ako je dióda alebo si vystačíme so štandardnými symbolmi?

Áno, podľa mňa má. Aj keď nie je problém v priraďovaní pinov k vývodom súčiastky, uľahčí nám život v tom, že k tej-ktorej dióde budeme mať priamo priradené puzdro. A aj to sa počíta. Tá extra vynaložená námaha je minimálna – upraviť predlohu je otázka pár sekúnd. Dôležitý faktor je, že našim vlastným symbolom vieme dôverovať. Knižnica symbolov v gEDA a PCB nie je v dobrom stave – nesie na svojom chrbte bremeno histórie a zmien, takže každý symbol alebo puzdro ktoré chceme použiť musíme skontrolovať. Naša vlastná knižnica by mala tieto kontroly vylúčiť.

Zdroj

http://geda.seul.org/wiki/geda:transistor_guide
http://geda.seul.org/wiki