[2] EasyEDA 사용법

회로에 대해 설명하기에 앞서, 내가 사용했던 EasyEDA 사이트를 사용하는 방법을 배우는 게 좋을 것 같다는 생각이 들었다. 내가 만든 회로에 대해 설명해도 회로를 직접 설계할 공간을 어떻게 사용하는 지 모르면 어렵지 않을까? 라는 생각이었다. 

따라서 나는 EasyEDA를 어떻게 사용하는 지에 대해 작성한 뒤에 다음 단계에서 각 회로들을 규정과 같이 참고하며 설계해보도록 하겠다.

나는 EasyEDA에 있는 기호를 사용했기에 방법이 다른거지, 사실 회로도를 만드는 방법은 대부분의 사이트나 프로그램들이 같을 것이라 생각된다. (물론 다른 사이트를 안 써봤지만) 회로도를 그리고, 오토라우팅을 하고, 구리 동판을 덧씌우고 거버파일을 공장에 맡기는 거에서는 큰 차이는 없을 것이라 생각된다.

시뮬레이션 관련하여 EasyEDA도 시뮬레이션을 지원하는 걸로 알고 있다. 써본 적은 없지만 사용할 프로그램을 고려할 때 참고바란다.

시작하기에 앞서, 내가 글을 쓰는 시점(24.01.16)에 EasyEDA의 새로운 버전인 Pro 버전이 업데이트되었다. 기존의 STD 버전과 디자인, 기능 등이 추가되었다는데, 기능을 써보려고 시도했으나 버퍼링이 심하고 굳이 Pro 버전으로 넘어갈 이유가 없어보인다. 따라서 STD 버전으로 사용하는 방법을 얘기하겠다.

EasyEDA 사이트에 들어간 뒤, 상단 바의 Product > Online Editor(Std Edition)을 클릭하게 되면 위와 같은 화면이 나온다. (이 클라이언트는 오프라인에서도 사용하게끔 클라이언트가 따로 있는데 아래의 Client Download를 통해 다운받을 수 있다.) 

우리가 사용할 부분은 크게 두 가지이다. 좌측의 빨간 구역은 우리가 자주 이용할 부분이다. 항목의 이름마다 간단히 설명을 남겨보겠다.

프로젝트 :
우리가 만들 프로젝트 폴더가 여기에 정리된다. 폴더 생성 시 기호도를 그릴 수 있는 Sheet_1이 자동 생성된다. 이후 PCB를 생성하게 되면 Sheet 파일과 같이 PCB 파일도 해당 폴더 내에 생성된다. 우 클릭 > 새 프로젝트 클릭 시 새로운 폴더를 생성할 수 있다.

팀원과 같이 회로도를 만들려면 Team을 설정해야 한다. 화면 우측 상단에 있는 자신의 이름에 커서를 올려놓고, 사용자 센터를 클릭한다. 이후 좌측의 Teams > Create Teams를 누르고 원하는 세부사항을 입력 후 Create 버튼을 누른다. 이러면 새로운 팀을 생성할 수 있다.

구성원을 추가하는 방법도 간단하다. 좌측 배너의 Teams 클릭 > All team > 원하는 팀 클릭 > Members(1) > Add Members 순서대로 진행하면 된다. 팀원에게 링크를 보내어 생성한 팀의 구성원으로 추가할 수 있다. 위에서 프로젝트 생성 시 Team 이름을 우클릭해서 프로젝트를 생성하면 팀 내 모든 구성원과 프로젝트를 같이 공유할 수 있다. 

※ 멤버를 추가 시, Team Role를 Administrator로 변경해주자. 권한을 넘겨줘야 팀원들도 수정이 가능하다.

공통 라이브러리 :
우리가 사용하는 모든 소자가 특수 소자인 것은 아니다. 저항, 트랜지스터, LED 등의 소자들은 세계적으로 공통되게 사용하는 규격들이 있다. 이에 대해 EasyEDA 쪽에서 기호도와 풋 프린트를 정리해놓은 라이브러리가 공통 라이브러리인 것이다. (풋 프린트란? 쉽게 설명하면 소자가 PCB에 납땜될 때 배치되는 영역을 얘기한다.)

따라서 우리는 단순한 소자들은 굳이 라이브러리에서 일일이 검색해 사용하지 않아도 된다. 이 공통 라이브러리에서 꺼내어 사용하면 된다. 여기서 주의할 점은 소자들의 기호가 같아도 풋 프린트가 다를 수 있다는 점이다. SMD 저항과 스루홀 저항은 저항 크기가 같으나 소자 크기가 다른 것처럼 말이다. 따라서 라이브러리에서 소자를 사용하기 전에 소자 이름 우측의 ▽ 버튼을 눌러 풋 프린트의 종류를 설정한 뒤에 사용해야 한다. 예시로, "R_AXIAL_0.3_US" 는 "길이가 0.3인치(0.3_US)인 막대 저항(R_AXIAL)" 을 의미한다.

풋 프린트가 다른 건 어떻게 확인할까?

소자를 클릭 후 자신의 Sheet이 캔버스에 배치한다. 이후 소자를 클릭 시 우측 부품 속성 창의 '사용자 속성' 중 풋 프린트가 있다. 이 항목 우측의 소자 이름을 클릭하면 풋 프린트의 모양 및 수치를 간단히 확인할 수 있는 창이 생성된다. 예시로 R_AXIAL_0.3_US은 스루홀 구멍 간의 길이가 0.3인치(7.62mm)인 것을 확인할 수 있다.

라이브러리 :
위에서 사용한 공통적인 소자 이외에 세상엔 무수한 소자들이 있다. 그 소자들의 기호도, 풋 프린트는 어디 있을까? 바로 이 라이브러리에 있다. 

우리가 원하는 소자를 검색창에 검색하면 여러 회사, 사람들이 올린 기호도를 볼 수 있다. 이를 클릭해 우측의 미리보기 화면에서도 볼 수 있다. 소자 정보를 올린 곳이 기업인지 개인(공로자)인지에 따라서도 살짝 다른데, LCSC라는 홍콩 전기회사가 올려준 것은 기호도부터 풋 프린트, 3D 모델링같은 데이터를 충분히 제공하지만, 개인이 올린 기호들은 기호도와 풋 프린트만 있다. 따라서 사용할 소자를 선택할 때는 우선적으로 LCSC에서 올려준 것을 사용하고, 없다면 개인이 올린 소자를 사용하자.

개인이 올린 소자는 기호는 맞을 지 몰라도 풋 프린트 간격이 우리 소자와 다를 수 있다. 치수를 잘 확인한 뒤에 이를 이용하자.

LCSC 부품, JLCPCB:
이 배너를 누르면 각 사이트로 이동한다. 사용하지 않으니 넘어가겠다.

지원:
EasyEDA의 사용법에 대해 친절하고 상세히 적어놓았다. 관련 PDF 및 유튜브도 지원하니 내 설명 이외에 추가적으로 궁금한 사항은 참고하면 좋을 듯 하다.
사이트 이용방법부터 회로도 수정, PCB 제작과 같은 간단한 내용들이 정리되어있다.

자, 이제 더 이상의 설명은 없다. 진짜로 회로도를 그리는 방법을 알아보자.

상단의 파일에서 새 파일 > 프로젝트를 클릭한 뒤 폴더 위치(개인 또는 팀), 제목을 적어주고 저장을 누른다. 그럼 아래와 같은 화면이 생성될 것이다.

우리는 이제 소자 배치 공간에 라이브러리들에서 소자를 가져와 회로를 구성할 것이다. 소자 배치 공간의 우측 상단에는 도구들이 생기는데, 우리는 이를 이용할 것이다. 번호에 따라 사용법을 간략히 적어두겠다.

①  와이어. 소자의 핀 사이를 연결하는데 사용한다. 단축기 W로 쉽게 사용할 수 있다. 처음에는 좌 클릭을 하여 시작할 지점을 정하고, 우클릭을 하여 와이어를 끊을 수 있다. 또한 시작 지점 이후 좌클릭으로 와이어의 방향 전환이 가능하다.
② 연결 없음 플래그. 소자에서 사용하지 않는 핀은 이 기호를 연결해 사용하지 않음을 명시해줘야 한다.
③ Netflag GND.  회로도를 생성할 때 GND에 해당되는 곳은 이 기호를 다 붙여줘야 한다.
④ Net 포트. 선 연결을 간단히 하기 위한 기호이다. 같은 이름의 Net 포트는 서로 이어져있다.
⑤ 문서 설정. 소자 배치 공간의 크기, 방향을 정할 수 있다.
⑥ Text. 소자 배치 공간에 간단하게 메모를 남겨놓을 때 사용한다.
⑦ 직사각형. 회로들을 간단하게 묶어 표시할 때 사용한다.

회로를 그릴 때는 가급적 아래의 항목들을 충족하면서 작성하면 좋다.

1. Net 포트를 자주 이용해 와이어를 직접 잇지 말자.

2. 점선 직사각형을 이용해 회로를 조각조각 나누자.

3. 나눈 직사각형마다 Netflag GND를 각각 붙여주자.

4. 여러 부분으로 나눈 회로도마다 Text로 각각 동작 방법과 원리를 적어두자.

처음 보면 어떤 소리인지 이해가 잘 되지 않을 것이다. NE555의 Astable 모드 회로를 위의 조건들을 하나씩 충족해가며 만들어보겠다. (예시 회로는 falsted의 555 Timer Chip의 Square Wave Generator를 사용했다)

좌측의 회로도를 EasyEDA로 옮겨봤다. Falsted 내 NE555 소자의 핀 위치가 실제 NE555와 달라 서로가 약간 다른 모습이다. 그런데 위 두 사진은 불편한 점이 있다. 각 소자가 어떤 역할을 하는 지도 모르고, 전선도 복잡하게 연결되어있어 핀을 검증하기도 귀찮다. 이때 위에서 얘기한 Net 포트와 점선 직사각형, Netflag GND, Text들을 적용해보겠다.

◎ 사각형을 점선으로 변경하기 위해서 사각형을 생성한 뒤, 획 스타일을 '대쉬'로 변경해주면 된다.
◎ GND가 이어지는 부분에는 항상 Netflag GND를 붙여주자.

어떤가? 좌측의 회로도를 우측처럼 표현해봤다. 두 회로도는 같은 회로도이며 Net 포트로 선을 대신하고 점선 직사각형으로 구분한 뒤 Text로 각 부분에 대해 회로 의미를 적어주었다. 지금은 간단한 회로도라 "엥? 우측이 더 복잡한데요?" 할 수 있지만, 소자 갯수가 50개만 넘어가도 이들을 잇는 와이어는 무수하게 많을 것이다.

따라서 우측처럼 구분하여 나누는 것이 이해하기 쉽고, 보기 쉬운 회로도를 그리는 방법이다.

자, 회로도를 열심히 만들었다. 빵판에 직접 실험하고 하나씩 검증해나가며 잘 만들었다. 그러면 이제 이를 PCB로 제작해야 된다.

먼저, PCB를 제작하기 전에 사이트 상에서 임시로 검사를 한다. 회로들에 붙여진 이름들이 중복이 없는지, Net 포트가 쌍으로 잘 있는 지 확인하는 단계를 거친다. 이 검사는 PCB로 변환할 때 검사를 할 지, 안 할지 물어본다. 상단 배너의 [설계] > [회로를 PCB로 변환]을 클릭하자. [미완성 Net가 있습니다. 먼저 Net를 확인하시겠습니까?] 경고문이 나오면 [예, Net 확인]을 클릭하자. 이후 Net를 확인하고 문제점이 없다면 [아니오, 계속 진행]을 클릭하면 된다.

(추가로 전원 10V, GND를 공통 라이브러리의 커넥터와 연결하였고, 출력 OUT에 저항 1K와 LED를 연결하였다)

여기서는 검사하는 사항은 (1) Net 포트 2개 이상이 잘 연결되어있는지 (2) 사용하지 않는 핀에 연결없음 플래그를 장착했는 지 (3) 그 외의 오류는 없는 지를 검사한다. 프로그램에서 확인한 에러가 있다면 경고 기호와 함께 좌측 배너에 표시된다.

위의 경우는 같은 지점에 2개 이상의 Net 포트가 연결되어있어서 경고가 표시되었다. 이는 우리가 의도한 것이므로 경고를 무시한다.

또한 접두어가 같은 경우도 에러 사항으로 처리한다. 우리가 소자를 소자 배치 공간에 놓을 때 3개가 보이게 되는데 기호, 접두어(R8 or U5), 부품 값 또는 부품 명(1M or NE555)이 표시된다. 여기서 접두어는 중복되면 안되므로 임의로 수정 시 이를 참고하도록 하자.

※ 접두사는 생성되는 순서에 맞춰 1, 2, 3... 으로 생성되어 회로를 왔다갔다하며 수정하면 접두어가 순서대로 보이지 않는다. 이 경우엔 배너의 [편집] > [주석]을 클릭하면 된다. 내가 원하는 소자, 방법으로 변경이 가능하다. 

회로를 완성하고 설계 관리자의 에러 문구를 확인한 뒤 문제가 없음을 확인했다면, 배너의 [설계] > [회로를 PCB로 변환] > [아니오, 계속 진행]을 눌러 PCB 파일을 생성하자.

※ 처음 생성 시에는 회로를 PCB로 변환하면 되고, PCB 생성 이후 회로를 수정하고 이를 PCB에 반영하고 싶다면 PCB 업데이트를 눌러 PCB 파일을 업데이트하자.

새 PCB를 생성 시 PCB의 모양, 크기와 레이어 갯수를 정하게 된다. 레이어는 회로 전선을 몇 층으로 쌓을 것인지에 대한 얘기인데 2층이면 우리 수준에선 충분하다. 나머지는 회로 생성 후에도 고칠 수 있는데 시작 X, 시작 Y를 각각 0, 0으로 설정만 하자. 폭과 높이를 계산하기 쉽도록 원점에 PCB를 놓는 것이다.

생성된 모습을 보면 소자들이 파란 선들로 연결되어있고 가지런히 정리되어있다. 우리는 이 소자들을 보라색 PCB 공간 내에 넣어야 한다.

넣기 이전에 우리는 풋 프린트를 확인해야 한다. SMD와 스루홀은 풋 프린트만 봐도 확연히 다르다. 구멍이 뚫린 스루홀과 달리 SMD는 구멍이 있을 자리에 네모난 공간만 있기 때문이다. 우리는 스루홀로 PCB를 제작할꺼니까 확인하고 SMD의 풋 프린트를 변경해줘야한다.

소자의 접두어를 보고 설계 파일로 되돌아가서 일일이 찾는 것은 귀찮다. 따라서 변경하고자 하는 풋 프린트를 클릭 후 [도구] > [프루브 교차]를 누르면 클릭한 풋 프린트에 해당하는 소자로 이동한다. (설계 파일과 PCB 파일 두 개가 작업 탭에 있어야 한다) 이후 풋 프린트 이름을 눌러 아래의 창으로 이동한 뒤, 우측 상단의 검색 항목을 이용해서 풋프린트를 변경한다. 패드 크기를 유심히 보면서 생각하는 크기가 맞는 지 잘 확인하자.

위처럼 풋 프린트를 모두 알맞게 변경하고 다시 PCB 설계 화면으로 넘어오자. 우리가 해야될 작업들을 아래에 순서대로 적어보겠다.

1. PCB 공간을 적당히 넓힌 후, 내부에 소자들을 옮겨 넣기

2. 오토라우팅 이용해 선을 잇기 및 기타 설정

3. 구리 도금 영역 설정

내부에 소자들을 옮겨 넣기

처음에 소자들은 PCB 설계 공간에 그냥 가지런히 배열되어 있는데, 우리는 소자들을 PCB 공간에 잘 정리해서 넣어야 한다. 소자를 아무렇게 배치한 뒤에 전선을 이어도 되지만, 그러면 전선도 길어지고 불필요하게 공간도 차지할 것이다. 그럼 어떻게 정리할까? 여기서 PCB 제작의 경험과 여러 시도가 필요하다. 소자 배치 방법은 다양하지만, 그 중에서 나는 한 가지는 필수적으로 충족하면 좋겠다고 생각한다. 우리가 위에 설계한 점선 직사각형대로 회로를 블록화해 설치하는 것이다. 이러면 소자가 고장났을 때 어떤 역할을 하는 지 잘 알고, 입출력 블록도 나누어 전선 정리가 훨씬 훨씬 편하다. (추가적인 내용은 사이트를 참고하자.)

위에서 회로를 4개로 쪼개어 표현했는데, 이를 기반으로 PCB에 소자를 배치해보겠다. 소자 배치 시 R를 누르면 회전하니 이를 참고하도록 하자.
(PCB 공간을 늘리고 싶다면 [도구] > [보드 윤곽선 설정]을 클릭하여 초기 값을 변경할 수 있다)

기존에 회로를 그릴 때 나누었던 블럭대로 회로에도 구성했다. 이를 통해 각 부분이 어떤 역할을 하는 지 쉽게 알 수 있다. 또한, 파랑색 선이 최대한 덜 겹치는 구성으로 PCB를 설계하는 편이 좋다. 이후에 오토라우팅 시 선이 덜 겹치기 때문이다.

※ 여기서 GND의 선은 크게 고려하지 말자. 이유는 추후에 작성하겠다.

이제 파랑색의 가상의 선을 실제 전선으로 이어야 한다. 이걸 손수 하나하나 잇는다면 단순한 회로라 해도 많은 시간이 걸릴 것이다. 따라서 이를 자동으로 해주는 시스템, '오토라우팅'을 적극 사용할 차례이다. 배너의 [라우트] > [오토라우팅]을 클릭하자.

오토 라우팅

여기서 조금 복잡해진다. 나는 기본 설정으로 실행한 뒤 원하는 부분은 내가 하나씩 수정하는데, 그래도 아는 게 힘 아니겠는가. 아래 약간의 설명을 덧붙인다. 

라우터 서버 : 로컬과 클라우드가 둘 다 같은 성능이지만 가끔가다 클라우드에 사람이 몰리면 안된다고 한다. 이런 점이 불편하면 로컬 오토라우터를 다운받으면 된다.
라우팅 규칙 : 규칙을 새로 정해서 특정 Net 리스트에 트랙(전선)의 두께, 비아 지름 등을 따로 설정할 수 있다.

상위 / 하위 레이어 : PCB의 상판에 전선을 생성하려면 상위 레이어, 하부에 전선을 생성하려면 하위 레이어를 클릭한다. 우리는 초기 생성 시 2층 레이어로 설정했으니 2개를 모두 설정해놓는다.

Net 건너뛰기 : 오토 라우팅을 하고 마음에 들지 않는 부분이 있다면, 그 부분을 삭제한 뒤 Net 건너뛰기를 선택하고 다시 오토라우팅을 실행하면 했던 부분은 건너뛰고 삭제한 부분만 다시 라우팅해준다.

회로가 작기도 하고 특별히 규칙을 정해줄 부분이 없어서 나는 바로 실행 버튼을 눌러주었다.

오토라우팅을 너무 맹신하면 안된다. 이 전선들을 연결할 때도 최적으로 연결하는 방법이 있는데, 이에 대해 설명하기엔 나도 잘 모르고 많이 찾아본 결과 전문적인 지식이라 내용이 많이 어려웠다. 두 가지만 기억하고 넘어가자. 전선을 90도로 연결하지 않기, 너무 밀집되게 전선 간격을 유지하지 않기. 이를 기억하구 와이어를 수정하자. (더 많은 라우팅 팁은 이 사이트를 참고하자.)

추가적인 팁

와이어를 제거하려면 제거할 와이어를 선택하고 Del 키를 누르자. 다시 이어주려면 우측 상단 레이어와 객체 창을 클릭한 뒤, 수정할 전선의 색깔에 해당되는 것을 선택하고 단축기 W를 눌러 시작과 끝 점을 다시 이어주자.

수정하면서 선의 길이를 최적화할 수 있다면 선을 삭제하고 다시 이어주자. 또한 한쪽 레이어에 몰아서 전선을 설치할 필요는 없다.

이때 가상의 선인 파랑 선의 시작과 끝을 이어줘야 한다. 이 파란 선은 회로 설계에서 우리가 연결한 전선이 임시로 보여지는 것이니 이를 무시하고 맘대로 이으면 절대! 안된다.

PCB 설계 팁

라우팅을 하면 상위 / 하위 레이어가 변경되는 지점은 소자의 구멍 부분인 것을 알 수 있다. 하지만 설계하다보니 공간이 부족해 다른 층의 레이어로 이동할 경우가 종종 있다. 이때 비아(Via)를 사용하여 다른 층으로 이동할 수 있다. 단축키 V를 이용해 구멍을 뚫은 뒤, 다른 층의 와이어로 이어주면 된다. (예시를 위해 Via를 사용해보겠다.)

우리가 소자를 납땜할 때 접두어를 보는 것보다 소자의 이름이나 값을 보는 게 편하다(NE555, 10K, 1M 등). PCB에서 소자의 접두어 대신 소자의 이름과 값을 보려면 다음과 같은 과정을 거치면 된다. 배너의 [편집] > [유사 객체 찾기] > [유형]을 부품으로 설정 후 [찾기] 클릭 > [취소] > 우측 객체 속성에서 [접두어 표시]를 '아니오', [표시 이름]을 '예'로 변경한다.

PCB에 이름이나 그림을 넣고 싶다면 PCB 도구의 텍스트나 그림을 클릭해 삽입한 뒤, 속성의 레이러를 '상위 실크레이어'로 변경해주자

회로 커넥터에 그 핀이 어떤 역할을 하는 지 적어두면 편하다.

자, 진짜 다 왔다. 마지막 하나인 구리 도금만 해주면 된다.

구리 도금 영역 설정

위에서 라우팅을 할 때 GND는 신경쓰지 말라고 했는데, 그 이유가 바로 구리 층을 설정해주기 때문이다. 이 구리층은 회로의 GND가 되는 층이라 GND 배선이 따로 필요하지 않다. (그 외에 여러 이유가 있는데 이 사이트를 참고하자)

PCB 도구에서 [Copper Area]를 선택한 뒤, PCB를 덮는다고 생각하고 4개의 꼭짓점보다 멀리 점을 찍어주자. Net은 GND로 설정해주면 된다. (직사각형 기준) 3번째 꼭짓점까지는 좌클릭을, 마지막 꼭짓점에선 우클릭을 하여 작업을 끝낸다. 이러면 자동으로 PCB 내부에 GND 구리 도금층을 생성하게 된다. 레이어와 객체를 클릭해 [하위 레이어]로 이동해 똑같이 작업을 진행해주자.

생성한 PCB는 2D, 3D로도 볼 수 있다. 맨 처음 회로 설계 시 3D 모델이 있는 소자를 사용했다면 소자 3D 모델도 같이 포함되어 볼 수 있다.