# <center><i class="fa fa-edit"></i> PCB Design</center>
###### tags: `Training MAAT`

Software yang digunakan adalah Autodesk Eagle karena digunakan oleh banyak orang di dunia.

## Menginstall Software Autodesk Eagle
Untuk memulai, lakukan hal berikut :
1. Link download software Autodesk Eaglenya :https://www.autodesk.com/products/eagle/free-download?plc=F360&term=1-YEAR&support=ADVANCED&quantity=1
2. Kemudian diinstal, lalu open softwarenya.
3. Sign in akun Autodesk, buat aja akunnya dulu
4. Install beberapa Library yang dibutuhkan dalam perancangan PCB, yaitu :
* Sparfun library, dari https://github.com/sparkfun/SparkFun-Eagle-Libraries , kemudian klik "clone or download"
* Adafruit library, dari https://github.com/adafruit/Adafruit-Eagle-Library , kemudian klik "download zip"
Copy file yang sudah didownload, lalu masuk ke Documents -> eagle -> new folder (nama : eagle_custom_lib) kemudian paste di situ. Extract kedua file zipnya. Copy alamatnya 
. Lalu, buka eagle -> options -> directories pada tab libraries tambahkan ; lalu paste alamat dari tempat library yang sudah diinstal -> ok.
Selain itu, ada juga library online, dengan membuka library manager lalu klik library dan download atau update library online yang sudah built-in.
5. Setelah terinstall, kita sudah bisa memulai perancangan PCB.

## Mengenal PCB
Sebelum perancangan, mari kita pelajari hal-hal seputar PCB
### PCB secara umum :
* PCB = Printed Circuit Board
* Pengertian : merupakan implementasi dari rangkaian listrik yang sudah dirancang, sehingga dapat berfungsi dalam wujud fisik. PCB merupakan art dan science karena di samping memahami teori kelistrikan, dibutuhkan juga kerapihan dalam menata tiap komponen listrik di PCB.
* Fungsi PCB : sebagai pengganti kaki komponen, pengganti kabel, dan wadah

### Part PCB

* PCB = papan logam yang terdiri dari berbagai lapisan logam, umumnya tembaga dengan ketebalan 35 micron.
* Beberapa lapisan dan bagian dari PCB, yaitu :

1. Substrat, lapisan standar atau lapisan pertama yang menjadi dasar dari PCB, non konduktif, menjaga kesolid-an, tebal 1,6mm. Biasanya berupa fiberglass FR2 dan FR4.
2. Tembaga, lapisan berbentuk pipih yang dilekatkan pada substrat.
3. Soldermask, lapisan tembaga yang berfungsi sebagai jalur konduktor (warna bermacam-macam)

4. Silkscreen, pemberi tanda, nama atau indikator pada komponen elektronika. Warnanya berlawanan dengan warna soldermask agar terlihat 

### Proses PCB Sederhana

1. Menggambar rangkaian sirkuit pada PCB dengan tinta
2. Menggores rangkaian tadi, sambil mencelup di Ferric Chloride
3. Mengebor atau mengerik goresan
4. Menyolder komponen
5. Proses Finishing

### Istilah Umum pada PCB
* DRC : Design Rule Check
* Hole : lubang untuk menaruh dan menyolder komponen
* Pad : alas untuk permukaan penyolderan komponen
* Via : lubang-lubang kecil, untuk menghubungkan layer atas dan bawah PCB
* Track : jalur tembaga yang menghubungkan 2 bagian atau kabel sirkuit
* Jumper : kabel untuk menempelkan komponen ketika track tidak bisa dipakai atau tidak ingin dipakai\
* Plane : Sisa dari area tembaga yang bukan track / soldermask
* Footprint : Peletakkan komponen pada PCB

### PCB berdasarkan jumlah lapisan atau layer
1. Multilayer PCB, merupakan PCB kompleks lanjutan dengan lapisan di atas belasan
2. Double sided PCB, merupakan PCB dengan rangkaian cetak 2 sisi tembaga pada atas dan bawah yang terletak di lapisan substrat,
3. Single sided PCB,seperti double sided PCB, hanya saja jenis yang ini hanya memilki satu lapisan pada atas (paling sederhana)

### Layer PCB
* Layer 1: layer top, merupakan konten copper pada atas PCB, yang termasuk adalah tracks dan copper pour
* Layer 2-15 : layer route, merupakan layer pada konten premium eagle (untuk profesional multilayer PCB)
* Layer 16 : layer bottom, biasanya berwarna biru, pada single sided pcb, hanya layer ini yang digunakan
* dan layer lainnya (ada banyak, tapi yang utama adalah layer top dan bottom) https://www.autodesk.com/products/eagle/blog/every-layer-explained-autodesk-eagle/
### Alat Perancangannya
* Menggunakan software komputer, seperti (populer) :
1. Protel -> Altium Designer
2. Eagle (versi gratis dan premium)
3. Mentor Graphics PADS
4. EasyEDA (gratis, berbasis website)
5. Kicad (gratis)
6. Proteus,
7. dan lain-lain.
* Kita akan menggunakan CAD Autodesk Eagle karena paling banyak dipakai, gratis untuk PCB kecil, simpel dan terintegrasi, serta banyak librarynya.

### Pengukuran dan satuan dalam PCB
* th = thou = 0,001 inci = 0,0254mm = 0,00254cm
* thou merupakan jenis satuan yang paling sering digunakan dalam merancang desain pcb
* mm juga bisa digunakan

## Merancang Single Sided PCB Design
Sebagai contoh, untuk kedepannya akan merancang +5v Power Supply. Hal yang harus dilakukan, yaitu :
* Membuat schematics
* Mencari part-partnya
* Mengecek PCB footprints pada part pcb
* Menghubungkan antar parts
* Menyelesaikan schematics

### Merancang Project pertama
1. File -> new project, rename
2. Right click -> new schematics , lalu buat schematics sampai komplit
3. Jika schematics sudah komplit, klik "Generate/switch to board" untuk pengkonversian ke board

### Seputar Schematics
* Buka schematics yang telah dibuat
* Save as schematicsnya
* Areanya adalah 
* Toolsnya adalah :
* Tools bisa dipakai dengan cara mengetikkan perintah pada papan ketik, ini lebih mudah dan efisien dibanding mengeklik ikon tools
* Pada tools add, bisa dicapai dengan cara mengetik "add" lalu enter. Setelah itu muncul part-part yang bisa dipakai
* Ketik "transformer" pada kolom search lalu enter
* Akan muncul list part transformer yang tersedia. Untuk awalan, kita akan menggunakan part "M02", search part tersebut lalu klik OK atau double klik partnya
* Akan muncul lambang dari M02 di area kanvas schematics, klik untuk menaruhnya, klik kanan untuk merubah arahnya
* Apabila ingin mencari komponen lain, klik
* Cari diode, 1N4004 sebagai rectifier
* Cara mencari spesifik komponen, dengan menambahkan *nama komponen * di antara nama komponen spesifik
* Cari * 1000uf * (tanpa spasi), lalu masukkan ke area kanvas
* Cari * 7805 * (tanpa spasi) lalu taruh
* Cara memindahkan komponen, dengan mengeklik tanda + kecil berwarna merah lalu drag ke area yang diinginkan 
* cari * resistoraxial * (tanpa spasi), lalu taruh
* cari * wire-frame * (tanpa spasi), lalu taruh, ini diperlukan sebagai letak framing semua komponen yang dibutuhkan
* Menghubungkan komponen-komponen, dengan cara tools net, atau ketik net. Lihat titik dari tiap komponen lalu pencet dan hubungkan ke komponen lainnya.
* Cara lain menghubungkan komponen selain tools net, yaitu dengan memberi label nama pada komponen-komponen yang dihubungkan, nanti akan ada konfirmasi penyambungan antara komponen.
* Bentuk schematic komplitnya : 

### Seputar Board
* Klik "Generate / switch to board" untuk mengkonversi dari schematic ke board
* Akan terdapat area hitam, dan komponen di sebelah kiri, pasang setiap komponen menurut letak schematic dengan rapi dan senatural mungkin
* Hapus garis kuning, ganti dengan add "wire" -> layer : 20, lalu buat mengelilingi komponen
* Lakukan wiring pada board, yaitu dengan menyambungkan wire mengikuti kabel kuning sampai tertutup kabel biru
* Dalam proses wiring, gunakan jalur terpendek, akan tetapi selalu ingat prinsip rapi dalam menata wiring, apabila jalur mentok, gunakan jalur kelak-kelok
* Board lengkapnya : 

## TUGAS 1 : Single Sided PCB Designs
Bisa diakses di https://www.udemy.com/course/pcb-design-with-eagle/learn/practice/1088574/introduction#content ,lalu download zipnya dan buka di eagle untuk menyelesaikan tugas terkait
Tugas 1 ini berupa tantangan :
1. Berapa banyak IC yang digunakan pada electronics cricket match?
Jawab : 
Ada 2, yaitu IC NE555P yang merupakan IC timer, dan IC CD 4017 yang merupakan Counter IC
2. Berapa banyak LED yang digunakan pada burglar alarm circuit?
Jawab : 
Ada 2, yaitu LED 1 dan LED 2

## Ground Plane
Caranya, dengan menaruh "Copper Pour"

### Fungsinya :
1. Mengurangi noise dan menjaga agar PCB dapat beroperasi
2. Menambah kecantikan PCB

### TOOLSnya, type :
* Polygon, select 16 bottom layer,pilih isolate "20" klik mengelilingi bg hitam board pcbnya, lalu beri nama signal "GND"
* Ratsnets, setelah polygon sudah kemudian ketik "Ratsnets". Maka, akan menjadi seperti ini :

## Double Sided PCB Design
* Pada Single Sided pcb, lapisan track Copper hanya ada 1 di Subtrate.
* Sedangkan, pada Double Sided PCB Design, lapisan Coppernya terdapat 2 yaitu di atas dan bawah Subtrate.

* Benefit dari double sided layer ini, yaitu penempatan componen yang disolder jadi bisa lebih banyak, yaitu bagian atas dan bawah.
* Bila layer copper atas-bawahnya mau dihubungkan, bisa dilakukan dengan membolongi lapisan subtrate, sehingga terdapat jalur

### Ciri-ciri
1. Copper tracks terdapat pada kedua sisi, yaitu atas dan bawah
2. Komponennya bisa jadi ada atau tidak ada pada kedua sisi
3. Sisi atasnya top layer, sisi bawahnya bottom layer
4. Top layer berwarna MERAH pada board
5. Bottom layer berwarna BIRU pada board

### View, Via
* Ingat, pada Autodesk Eagle Default viewnya board yaitu dari atas (Top Silk)
* Merah atas, biru bawah, biru banyak Ratsnets, lubang VIA 
* Lubang Via berfungsi menyambungkan top dan bottom layer, membuat interkoneksi antara layer, dan menjadi komponen terpenting dari double sided pcb design

## Cara Mendesain Double Sided PCB
1. Buatlah sirkuit mikrokontroller
2. Buat VIA
3. Buat route pada track top copper
4. Buat route pada track bottom copper

## Membuat PCB Double Sided
1. Buka dan copy File Schematic Tugas 1 yang Electronic cricket
2. Lihat capacitor C2, ganti dengan capacitor C1 bertipe :  kemudian sambungkan kembali kabel-kabelnya.
3. Konversi ke Board
4. Susunlah senatural mungkin
5. Lakukan Wiring menjadi : (SUDAH DIOTAK ATIK TAPI TETAP STUCK KARENA TIDAK SINKRON / BUG DENGAN VIDEO TUTORIAL, AKAN DIKONSULTASIKAN DENGAN KAKAK PEMBIMBING PADA SENIN BESOK)

## SMD Component (Surface Mounting Device)
Merupakan salah satu SMD komponen, yaitu resistor.
Resitor besar ditaruh menembus atas bawah, menggunakan banyak space.
Resistor kecil (SMT) ditaruh pada sisi atas PCB saja.

### Penempatan SMD
* Pada umumnya untuk latihan menggunakan tipe Through hole pada board dan ditaruh di satu sisi
* Bagaimanapun juga, SMD yang digunakan sesuai yang diperlukan saja dan bisa ditaruh pada kedua sisi board

### SMT
* SMT merupakan teknik menghubungkan komponen sirkuit ke PCB
* Titik perhubungannya disolder menggunakan Pad pada PCB dan metal pin komponennya
* Tidak ada lubang yang digunakan ketika membuat koneksi

| Surface Mount |Through Hole |
| -------- | -------- |
| Less space | More Space|
|Menggunakan Pads untuk menaruh sesuatu pada sirkuit |Menggunakan lubang untuk menaruh sesuatu pada sirkuit
|Sedikit sulit untuk disolder manual| Mudah disolder

* Part SMT hampir semuanya tersedia, nama lainnya SMD. Contoh, seperti Integrated circuits, capacitors, resistors, inductors, LEDs, Connnectors
* SMD digunakan ketika ruang tempat PCB terbatas

Keuntungan SMD :
* SMT lebih kecil, cepat, murah
* Hemat tempat ruang dan biaya PCB
* Banyak produk baru tyang tersedia dalam permukaan mount package seperti accelerometers, microcontrollers, sensors, special ICs.

### PCB Footprints / PCB Package
Lihat penamaan package code dengan length dan widthnya. Terdapat pola penamaan yang ebrgantung pada panjang dan lebar package.

### Transistor & Diode Package
Intinya tetap perhatikan datasheet masing-masing komponen untuk melihat pin-pin mana saja yang usable.

## Project SMD
Dibutuhkan :
### Shematicnya
* Lagi-lagi tidak sinkron partnya, mungkin karena berbeda versi antara contoh video dengan eagle software sekarang
* Oleh karena itu, digunakan 
* Bentuk akhir dari schematicnya :
### Boardnya
* Lakukan peletakkan seperti ini : 
* Kemudian lakukan route, seperti biasa buat senatural mungkin
* Cara baru route VIA, klik 1 top, pencet sampai yang dikehendaki, lalu klik 16, lalu klik mouse scroll, lalu klik kiri, nanti bisa ganti ganti layer top atau bottom. Ini dipakai untuk melompat route lain seperti : 
* Kalau sudah, pencet polygon mengelilingi PCB, lalu namakan GND, dan memilih ukuran 50 Isolate, dan tekan Ratsnet
* Beri nama, di layer 21
* Kalau sudah menjadi seperti ini : 

## Eagle Custom Library
Setelah membuat Single sided dan Double sided PCB, terkadang kita tidak menemukan part yang diinginkan. Oleh karena itu, bisa dibuat part custom library.


* Library adalah tempat menaruh device simbol dan package.
* Oleh karena itu, dibutuhkan pembuatan package dan simbolnya lalu digabung menjadi device

### Hal-hal dasar dalam Library (dengan membaca Datasheet) :
* Pads
* Package Dimension
* Silkscreen Outline
* Name and Value

Datasheet mengandung detail informasi yang akurat dari device.

Sebagai contoh, menggunakan SOMO-II MP3 Modul dari link : https://4dsystems.com.au/somo-ii (download datasheetnya)
#### FOOTPRINT
1. Cek Dimension partnya
* Buka File > New > Library > Save
* Pencet Footprints, beri nama SOMO_MODULE
* Ubah grid size menjadi ukuran mm
* Masukkan 8 pad pada layer 21t
* Pakai dimensional tool, mencari letak terdekat 18mm, yaitu 17,78 mm lalu tandakan
* Tempat penandaan digunakan untuk menaruh 8 pad lagi Kalau sudah boleh dihapus dimensional toolnya
* Placing Origin Hole
* Memberi nama Hole
*

2. Mencari pinout dan package information
* Placing Origin Hole
* Memberi nama Hole
* Ganti layer ke 51t untuk package dimension
* Pakai line tool dan kelilingi sampai menjadi : 

3. Menambah Silk Screen
* Ganti layer ke 21t
* Pakai line tool dan kelilingi kembali

4. Menambah Placeholder
* Ganti ke layer 25t
* Text tool, beri ">NAME"
* Ganti ke layer 27t
* Text tool, beri ">VALUE"
* Ganti ke layer 21t
* Text tool, beri "SOMO 4D"
* Save 

#### SYMBOL

1. Symbol
* Klik Symbol, beri nama "SOMO_4D_AUDIO"
* Grid, ganti ke mm, turn off
* Pilih pin, buat 8 pin kiri, 8 pin kanan
* Mengganti nama pin dengan name tool, ganti dengan gambar simbol di atas 

2. Symbol Outline
* Pilih line lalu kelilingi pin
3. Memberi nama dan value placeholders
* Ganti ke layer 95,Text tool, >NAME
* Ganti ke layer 96, Text tool, >VALUE
4. Mengganti direksi pin
* Klik pin, klik kanan properties, cek direksi biasanya sudah sesuai, tapi bisa diganti-ganti
* Pada properties juga banyak hal lain yang bisa diganti seperti length
* Pin GND dan GND2, ganti direction ke Power. Hal ini opsional

#### Device
1. Device, Prefix, Description
* Klik Device, beri nama SOMOMODULE
* Add, symbol, taruh
* Klik new, add local package, klik paling atas dua kali
* Klik connect, sambungkan sesuai datasheet, kalau sudah semua klik ok
* Bisa ganti prefix, ketik MOD
* Pilih Value ON
* Tambah deskripsi
* Save
* KLIK KANAN PADA LIBRARY KITA, KLIK USE pada menu utama eagle
* Library buatan yaitu SOMO sudah siap digunakan

## AUTOROUTER
Biasanya kita mengeroute secara manual, tetapi ada cara autorouter (cheat), walaupun hal ini tidak sebagus route manual. Jika projectnya simple, dan tidak banyak desain maka hal ini bisa diterapkan

1. Menempatkan komponen berdekatan dan natural
2. Copy board power supply
3. Ketik ripup;
4. Route manual akan hilang
5. Klik tools, drc, sizes, minimum widthnya 15ml
6. Klik tools, autorouter, karena ini single sided pcb, maka hanya bottom 16 layer saja yg auto. Selain itu N/A
7. Kalau sudah 100% semua tunggu sebentar lagi lalu klik end job. Menjadi : 

Pada Double sided PCB juga bisa, pakai board FT232 yang sudah dibuat.Prosesnya sama
1. Copy board FT232
2. Ketik ripup;
3. Tools, DRC, Sizes, 10mil, check
4. Tools, autorouter, continue, start, yes, yes, yes, yes, end job. Menjadi :

## Menambah Library Penting Lainnya
* Buka schematic power supply
* Buka library, open library, add device, import
* ketik adafruid 1N4004, ok, save
* Nanti library yang dipilih akan terdaftar di library yang kita custom buat

## Manufacturing Guide
### Print Single Sided PCB
* Bisa diprint secara DIY, cara lengkapnya ada di video
* Cek jarak antar route
* View, layer settings, remove yang tidak diperlukan seperti top, unrouted, tnames, dll, cek
* File, Print, Microsoft Print to PDF, Scale Factor 1, ok, tempat save, save

### Gerber File Extraction
* Misal sudah selesai mendesain dan akan memberikan desain ke tempat manufaktur print
* File, CAM Processor, Gerber, Output type bisa dipilih, bisa memilih variansi layer, bisa export zip, process job.

### Generate Bill of Material
Merupakan Fact sheet yang dipegang orang manufaktur soldering untuk detail value tiap komponen yang akan disambungkan.

1. Buka file schematic, File, export, BOM, bisa pilih type formatnya, bisa dicek view dulu, baru save
2. Misal type format txt, maka open dengan chrome :

## SOLUTION
* Pada pembuatan electronic cricket, terdapat perbedaan versi eagle. Oleh karena itu, bisa terjadi bug, seperti capacitor yang tidak muncul atau sesuai, perbedaan ic.
* Tetap lakukan penempatan komponen, edit, net classes, rules, width ganti ke 15ml, pakai autorouter, layer 16 only.
* Mengenai gerber, bisa mengirim file gerber ke vendor pengeprint-nan dengan tambahan deskripsi spesifikasi atau requirement yang diinginkan, seperti copper thickness 35 atau 70 micron, board thickness 1.6 atau 2 atau 0.8 mm, solder mask color bisa green atau yang lain, batchnya juga sudah dicut atau belum. Variabel tersebut mempengaruhi harga.
* Pembuatan PCB board, dibuat berdekatan agar cepat, kombinasi autorouter dan route manual agar rapi.
* Practice terus agar lancar buat PCB

## Eagle Current Calculation
Selama ini mempelajari pembuatan PCB tapi yang versi DIY. Kalau untuk versi komersial berarti harus detail, lengkap, akurat. Oleh karena itu dibutuhkan kalkulator TRACE width PCB. Dengan link :
https://www.4pcb.com/trace-width-calculator.html
https://www.eeweb.com/tools/internal-trace-width-calculator-pcb/
* Intinya width trace mempengaruhi maximal arus yang lewat pada PCB ataupun komponen, jadi tebal-tipis, lebar bisa menyesuaikan tergantung alirannya.
* Makin tebal, maka maximum aliran arus yang mengalir makin tinggi, jadi makin aman. Tapi biaya print pcbnya makin tinggi juga, jadi pertimbangkan baik-baik

## PENUTUP
### CONGRATULATION COURSE PCB DESIGN SUDAH SELESAI