kicad 강좌 #01 회로도 및 pcb 설계 개념 이해하기

회로 개발자분들이 사용 중인 여러 캐드 프로그램 중 kicad에 대한 강좌를 시작해보고자 합니다. 첫 번째 시간은 kicad 툴 사용법 설명에 앞서 회로 설계를 처음 시작하는 분들을 위해 캐드 툴로 회로도 및 pcb 파일을 설계해 나가는 전체적인 개념에 대하여 설명드리도록 하겠습니다. 여기서 설명드리는 개념은 kicad뿐만 아니라 다른 캐드 프로그램들에도 동일하게 적용되는 내용들입니다.

그럼 아래의 목차와 같이 관련 내용을 설명드리도록 하겠습니다.

회로도
pcb 설계
회로도와 pcb 설계와의 관계

회로도

먼저 이 글을 읽으시는 분들은 모두 아시겠지만, 회로도는 모든 전자 분야의 기본 설계도입니다. 여러 전자 부품들을 기호로 표시하여, 실제 필요로 하는 기능을 만들어 내가 위한 설계도입니다. 모든 전자 장치를 만들려면 꼭 필요한 필수 요소입니다.

회로도는 얼마나 규칙적으로 잘 그리느냐에 따라 회로의 가독성 차이가 발생하며, 그에 따라 회로 설계 시의 실수나 개발 중 디버깅의 용의성에서 차이가 발생합니다. 회로도는 그리는 사람의 스타일에 따라 그 모양이나 형태가 너무도 다양해서 어떤 방법이나 형식으로 그리는 것이 정답이라고 얘기드릴 수는 없습니다. 따라서 본인이 보기 편한 형태로 회로도를 그리면서 몇 가지 규칙들을 정하여 그 규칙들에 맞추어 회로도를 그리는 습관을 가지는 것이 좋습니다. 가령 입력 커넥터는 좌측에 배치하고 출력 커넥터는 우측에 배치한다던지, 풀업, 풀다운 저항은 입력 측(혹은 출력 측)에 배치한다던지 하는 사소한 것들에 대한 규칙을 정하여 지키는 것입니다. 또한 회로가 복잡해져서 회로도가 여러 장으로 나뉠 경우 최대한 관련 회로를 보기 좋게 한 페이지에 모아서 그리는 것도 중요합니다. 이러한 규칙들을 가지고 설계를 진행해야, 나중에 회로 검토 시에 잘못된 점이 있어도 금방 찾아낼 수 있고, 디버깅 시에도 회로 가독성이 올라가게 됩니다.

pcb 설계

pcb 설계는 흔히들 pcb 아트웍이라고 부릅니다. 회로도가 전자 부품을 기호로 표시하여 사람들이 알아보기 쉽게 나타낸 설계도라면, pcb 아트웍은 기호가 아닌 전자 부품 그대로의 모양을 가지고 실제 pcb가 만들어질 동일한 모양의 설계를 진행하는 작업입니다. pcb의 동판, 패드, 비아, 홀 등을 실물과 동일하게 그려나가는 작업이라고 보시면 되겠습니다.

회로도와 pcb 설계와의 관계

앞에서 얘기드린 것과 같이 회로도는 부품을 기호로 나타내어 그린 설계도이고, pcb 아트웍은 부품을 실제와 동일하게 그려서 실제 제작될 pcb와 동일하게 그린 설계도입니다. 두 가지 모두 동일한 설계도이며, 단지 그려진 모양이나 나타난 형식이 다른 것뿐입니다.

우리가 전자 보드를 개발할 때는 거의 99% 회로도를 먼저 그리게 됩니다. 간혹 너무 간단해서 회로도를 그리는 의미조차 없는 경우 pcb 아트웍을 바로 진행하는 경우도 있긴 하지만 대부분의 경우는 회로도를 먼저 그리기 시작합니다. 회로도가 사람이 알아보기 쉽게 나타낸 설계도이므로 당연한 것이겠죠? 회로도를 그리고 나면, 그린 회로도를 pcb 파일로 변환하게 됩니다. 변환하는 방식은 간단하게만 설명드리면, 회로도의 기호와 pcb 상의 실제 부품 모양이 캐드 프로그램 내에서 매칭이 되어 있어서 회로도에 그려진 기호는 pcb 상의 부품으로, 회로도에 그려진 신호선들은 pcb 상의 네트로 변환되게 됩니다. 이렇게 회로도를 pcb로 변환한 뒤 pcb 아트웍을 진행하여 pcb 설계를 완료하게 됩니다.