Το πλήρες PCB που οραματιζόμαστε είναι συνήθως ένα κανονικό ορθογώνιο σχήμα. Αν και τα περισσότερα σχέδια είναι όντως ορθογώνια, πολλά σχέδια απαιτούν πλακέτες κυκλωμάτων ακανόνιστου σχήματος και τέτοια σχήματα συχνά δεν είναι εύκολο να σχεδιαστούν. Αυτό το άρθρο περιγράφει τον τρόπο σχεδίασης PCB ακανόνιστου σχήματος.
Σήμερα, το μέγεθος του PCB συρρικνώνεται συνεχώς και οι λειτουργίες στην πλακέτα κυκλώματος αυξάνονται επίσης. Σε συνδυασμό με την αύξηση της ταχύτητας του ρολογιού, ο σχεδιασμός γίνεται όλο και πιο περίπλοκος. Λοιπόν, ας ρίξουμε μια ματιά στο πώς να αντιμετωπίσουμε τις πλακέτες κυκλωμάτων με πιο σύνθετα σχήματα.
Όπως φαίνεται στο Σχήμα 1, ένα απλό σχήμα πλακέτας PCI μπορεί να δημιουργηθεί εύκολα στα περισσότερα εργαλεία διάταξης EDA.
Ωστόσο, όταν το σχήμα της πλακέτας κυκλώματος πρέπει να προσαρμοστεί σε ένα περίπλοκο περίβλημα με περιορισμούς ύψους, δεν είναι τόσο εύκολο για τους σχεδιαστές PCB, επειδή οι λειτουργίες σε αυτά τα εργαλεία δεν είναι οι ίδιες με εκείνες των μηχανικών συστημάτων CAD. Η σύνθετη πλακέτα κυκλώματος που φαίνεται στο σχήμα 2 χρησιμοποιείται κυρίως σε αντιεκρηκτικά περιβλήματα και επομένως υπόκειται σε πολλούς μηχανικούς περιορισμούς. Η επαναδημιουργία αυτών των πληροφοριών στο εργαλείο EDA μπορεί να διαρκέσει πολύ και δεν είναι αποτελεσματική. Επειδή, οι μηχανολόγοι μηχανικοί είναι πιθανό να έχουν δημιουργήσει το περίβλημα, το σχήμα της πλακέτας κυκλώματος, τη θέση της οπής τοποθέτησης και τους περιορισμούς ύψους που απαιτούνται από τον σχεδιαστή PCB.
Λόγω του τόξου και της ακτίνας στην πλακέτα κυκλώματος, ο χρόνος ανακατασκευής μπορεί να είναι μεγαλύτερος από τον αναμενόμενο, ακόμη και αν το σχήμα της πλακέτας κυκλώματος δεν είναι περίπλοκο (όπως φαίνεται στο Σχήμα 3).
Αυτά είναι μόνο μερικά παραδείγματα σύνθετων σχημάτων πλακέτας κυκλωμάτων. Ωστόσο, από τα σημερινά ηλεκτρονικά προϊόντα ευρείας κατανάλωσης, θα εκπλαγείτε όταν ανακαλύψετε ότι πολλά έργα προσπαθούν να προσθέσουν όλες τις λειτουργίες σε ένα μικρό πακέτο και αυτό το πακέτο δεν είναι πάντα ορθογώνιο. Θα πρέπει να σκεφτείτε πρώτα τα smartphone και τα tablet, αλλά υπάρχουν πολλά παρόμοια παραδείγματα.
Εάν επιστρέψετε το νοικιασμένο αυτοκίνητο, ενδέχεται να μπορείτε να δείτε τον σερβιτόρο να διαβάζει τις πληροφορίες του αυτοκινήτου με έναν φορητό σαρωτή και στη συνέχεια να επικοινωνεί ασύρματα με το γραφείο. Η συσκευή συνδέεται επίσης με θερμικό εκτυπωτή για άμεση εκτύπωση απόδειξης. Στην πραγματικότητα, όλες αυτές οι συσκευές χρησιμοποιούν άκαμπτες/ευέλικτες πλακέτες κυκλωμάτων (Εικόνα 4), όπου οι παραδοσιακές πλακέτες κυκλωμάτων PCB διασυνδέονται με εύκαμπτα τυπωμένα κυκλώματα, ώστε να μπορούν να διπλωθούν σε ένα μικρό χώρο.
Στη συνέχεια, το ερώτημα είναι "πώς να εισαγάγετε τις καθορισμένες προδιαγραφές μηχανολογίας σε εργαλεία σχεδιασμού PCB;" Η επαναχρησιμοποίηση αυτών των δεδομένων σε μηχανικά σχέδια μπορεί να εξαλείψει την διπλή εργασία και, το πιο σημαντικό, να εξαλείψει τα ανθρώπινα λάθη.
Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε μορφή DXF, IDF ή ProSTEP για να εισάγουμε όλες τις πληροφορίες στο λογισμικό PCB Layout για να λύσουμε αυτό το πρόβλημα. Κάνοντας αυτό μπορεί να εξοικονομήσετε πολύ χρόνο και να εξαλείψετε πιθανά ανθρώπινα σφάλματα. Στη συνέχεια, θα μάθουμε για αυτές τις μορφές μία προς μία.
Το DXF είναι η παλαιότερη και πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη μορφή, η οποία ανταλλάσσει κυρίως δεδομένα μεταξύ μηχανικών και τομέων σχεδιασμού PCB ηλεκτρονικά. Το AutoCAD το ανέπτυξε στις αρχές της δεκαετίας του 1980. Αυτή η μορφή χρησιμοποιείται κυρίως για δισδιάστατη ανταλλαγή δεδομένων. Οι περισσότεροι προμηθευτές εργαλείων PCB υποστηρίζουν αυτήν τη μορφή και απλοποιεί την ανταλλαγή δεδομένων. Η εισαγωγή/εξαγωγή DXF απαιτεί πρόσθετες λειτουργίες για τον έλεγχο των επιπέδων, διαφορετικών οντοτήτων και μονάδων που θα χρησιμοποιηθούν στη διαδικασία ανταλλαγής. Το σχήμα 5 είναι ένα παράδειγμα χρήσης του εργαλείου PADS της Mentor Graphics για την εισαγωγή ενός πολύ περίπλοκου σχήματος πλακέτας κυκλώματος σε μορφή DXF:
Πριν από μερικά χρόνια, οι λειτουργίες 3D άρχισαν να εμφανίζονται στα εργαλεία PCB, επομένως απαιτείται μια μορφή που να μπορεί να μεταφέρει τρισδιάστατα δεδομένα μεταξύ μηχανημάτων και εργαλείων PCB. Ως αποτέλεσμα, η Mentor Graphics ανέπτυξε τη μορφή IDF, η οποία στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκε ευρέως για τη μεταφορά πληροφοριών πλακέτας κυκλώματος και εξαρτημάτων μεταξύ PCB και μηχανικών εργαλείων.
Αν και η μορφή DXF περιλαμβάνει το μέγεθος και το πάχος της πλακέτας, η μορφή IDF χρησιμοποιεί τη θέση X και Y του στοιχείου, τον αριθμό του στοιχείου και το ύψος του άξονα Z του στοιχείου. Αυτή η μορφή βελτιώνει σημαντικά την ικανότητα οπτικοποίησης του PCB σε τρισδιάστατη προβολή. Το αρχείο IDF μπορεί επίσης να περιλαμβάνει άλλες πληροφορίες σχετικά με την απαγορευμένη περιοχή, όπως περιορισμούς ύψους στο επάνω και στο κάτω μέρος της πλακέτας κυκλώματος.
Το σύστημα πρέπει να μπορεί να ελέγχει το περιεχόμενο που περιέχεται στο αρχείο IDF με παρόμοιο τρόπο με τη ρύθμιση παραμέτρου DXF, όπως φαίνεται στην Εικόνα 6. Εάν ορισμένα στοιχεία δεν έχουν πληροφορίες ύψους, η εξαγωγή IDF μπορεί να προσθέσει τις πληροφορίες που λείπουν κατά τη δημιουργία διαδικασία.
Ένα άλλο πλεονέκτημα της διεπαφής IDF είναι ότι κάθε μέρος μπορεί να μετακινήσει τα στοιχεία σε μια νέα θέση ή να αλλάξει το σχήμα του πίνακα και στη συνέχεια να δημιουργήσει ένα διαφορετικό αρχείο IDF. Το μειονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ότι ολόκληρο το αρχείο που αντιπροσωπεύει τις αλλαγές της πλακέτας και των στοιχείων πρέπει να εισαχθεί εκ νέου, και σε ορισμένες περιπτώσεις, μπορεί να χρειαστεί πολύς χρόνος λόγω του μεγέθους του αρχείου. Επιπλέον, είναι δύσκολο να προσδιοριστεί ποιες αλλαγές έχουν γίνει με το νέο αρχείο IDF, ειδικά σε μεγαλύτερες πλακέτες κυκλωμάτων. Οι χρήστες του IDF μπορούν τελικά να δημιουργήσουν προσαρμοσμένα σενάρια για να καθορίσουν αυτές τις αλλαγές.
Για την καλύτερη μετάδοση τρισδιάστατων δεδομένων, οι σχεδιαστές αναζητούν μια βελτιωμένη μέθοδο και δημιουργήθηκε η μορφή STEP. Η μορφή STEP μπορεί να μεταφέρει το μέγεθος του πίνακα και τη διάταξη του στοιχείου, αλλά το πιο σημαντικό, το στοιχείο δεν είναι πλέον ένα απλό σχήμα με μόνο μια τιμή ύψους. Το μοντέλο στοιχείων STEP παρέχει λεπτομερή και σύνθετη αναπαράσταση εξαρτημάτων σε τρισδιάστατη μορφή. Τόσο οι πληροφορίες πλακέτας κυκλώματος όσο και εξαρτημάτων μπορούν να μεταφερθούν μεταξύ PCB και μηχανήματος. Ωστόσο, δεν υπάρχει ακόμη μηχανισμός παρακολούθησης των αλλαγών.
Για να βελτιώσουμε την ανταλλαγή αρχείων STEP, εισαγάγαμε τη μορφή ProSTEP. Αυτή η μορφή μπορεί να μετακινήσει τα ίδια δεδομένα με το IDF και το STEP και έχει μεγάλες βελτιώσεις - μπορεί να παρακολουθεί τις αλλαγές και μπορεί επίσης να παρέχει τη δυνατότητα να εργαστεί στο αρχικό σύστημα του θέματος και να ελέγξει τυχόν αλλαγές μετά τη δημιουργία μιας γραμμής βάσης. Εκτός από την προβολή αλλαγών, οι PCB και οι μηχανολόγοι μηχανικοί μπορούν επίσης να εγκρίνουν όλες ή μεμονωμένες αλλαγές εξαρτημάτων στη διάταξη και τις τροποποιήσεις του σχήματος του πίνακα. Μπορούν επίσης να προτείνουν διαφορετικά μεγέθη πλακέτας ή θέσεις εξαρτημάτων. Αυτή η βελτιωμένη επικοινωνία δημιουργεί μια ECO (Engineering Change Order) που δεν υπήρξε ποτέ πριν μεταξύ της ECAD και της μηχανικής ομάδας (Εικόνα 7).
Σήμερα, τα περισσότερα συστήματα ECAD και μηχανικών CAD υποστηρίζουν τη χρήση της μορφής ProSTEP για τη βελτίωση της επικοινωνίας, εξοικονομώντας έτσι πολύ χρόνο και μειώνοντας τα δαπανηρά σφάλματα που μπορεί να προκληθούν από πολύπλοκους ηλεκτρομηχανολογικούς σχεδιασμούς. Το πιο σημαντικό, οι μηχανικοί μπορούν να δημιουργήσουν ένα περίπλοκο σχήμα πλακέτας κυκλώματος με πρόσθετους περιορισμούς και στη συνέχεια να μεταδώσουν αυτές τις πληροφορίες ηλεκτρονικά για να αποφύγουν την εσφαλμένη επανερμηνεία του μεγέθους της πλακέτας, εξοικονομώντας έτσι χρόνο.
Εάν δεν έχετε χρησιμοποιήσει αυτές τις μορφές δεδομένων DXF, IDF, STEP ή ProSTEP για την ανταλλαγή πληροφοριών, θα πρέπει να ελέγξετε τη χρήση τους. Σκεφτείτε να χρησιμοποιήσετε αυτήν την ηλεκτρονική ανταλλαγή δεδομένων για να σταματήσετε να χάνετε χρόνο για να αναδημιουργήσετε πολύπλοκα σχήματα πλακέτας κυκλωμάτων.