Naučí vás navrhovat PCB s nepravidelným tvarem

Co očekáváme od úplného PCB má obvykle úhledný obdélníkový tvar. Zatímco většina návrhů je skutečně obdélníkových, mnoho vyžaduje desky s nepravidelnými tvary, jejichž návrh není vždy snadné. Tento článek představuje, jak navrhnout PCB s nepravidelným tvarem.

Dnes se PCBS zmenšují a na desky se přidávají další a další funkce, což ve spojení s nárůstem hodin zvyšuje složitost návrhů. Podívejme se tedy na to, jak se vypořádat s obvodovou deskou složitějšího tvaru.

Jak ukazuje obrázek 1, jednoduché tvary desek PCI lze snadno vytvořit ve většině nástrojů EDA Layout.

ipcb

Obrázek 1: Vzhled běžné desky plošných spojů PCI.

Když je však třeba tvary desek přizpůsobit složitým skříním s vysokými omezeními, není to pro návrháře desek plošných spojů snadné, protože funkce v těchto nástrojích nejsou stejné jako v mechanických CAD systémech. Složitá deska plošných spojů zobrazená na obrázku 2 je navržena především pro pouzdro odolné proti výbuchu a podléhá mnoha mechanickým omezením. Pokus o rekonstrukci těchto informací v nástrojích EDA může trvat dlouho a být neproduktivní. Je pravděpodobné, že strojní inženýr již vytvořil kryt, tvar desky plošných spojů, umístění montážních otvorů a výškové limity požadované návrhářem DPS.

Obrázek 2: V tomto příkladu musí být deska plošných spojů navržena podle specifických mechanických specifikací, aby ji bylo možné umístit do nádob odolných proti výbuchu.

Obrázek 2: V tomto příkladu musí být deska plošných spojů navržena podle specifických mechanických specifikací, aby ji bylo možné umístit do nádob odolných proti výbuchu.

Kvůli radiánům a poloměrům v desce plošných spojů může rekonstrukce trvat déle, než se očekávalo, i když tvar desky s plošnými spoji není složitý (jak je znázorněno na obrázku 3).

Obrázek 3: Navrhování více radiánů a různých křivek poloměru může trvat dlouho.

Obrázek 3: Navrhování více radiánů a různých křivek poloměru může trvat dlouho.

Toto je jen několik příkladů složitých tvarů obvodů. Z dnešní spotřební elektroniky byste se ale divili, kolik projektů se snaží nacpat všechny funkce do malého balíčku, který není vždy obdélníkový. Chytré telefony a tablety jsou první věci, které vás napadnou, ale existuje spousta příkladů.

Pokud vrátíte auto z půjčovny, možná budete moci vidět obsluhu pomocí ručního skeneru, aby si přečetl informace o autě a poté bezdrátově komunikoval s kanceláří. Zařízení je také připojeno k termální tiskárně pro okamžitý tisk účtenek. Prakticky všechna tato zařízení používají pevné/ohebné obvody (obrázek 4), kde jsou běžné desky plošných spojů propojeny s pružnými tištěnými obvody, takže je lze složit do malých prostorů.

Obrázek 4: Pevná/flexibilní deska plošných spojů umožňuje maximální využití dostupného prostoru.

Obrázek 4: Pevná/flexibilní deska plošných spojů umožňuje maximální využití dostupného prostoru.

Otázkou tedy je „Jak importujete definované strojírenské specifikace do nástroje pro návrh DPS?“ Opětovné použití těchto dat v mechanických výkresech eliminuje duplikaci úsilí a hlavně lidskou chybu.

Tento problém můžeme vyřešit importem všech informací do softwaru PCB Layout ve formátu DXF, IDF nebo ProSTEP. To šetří spoustu času a eliminuje možnost lidské chyby. Dále se podíváme na každý z těchto formátů.

Formát pro výměnu grafiky – DXF

DXF je jedním z nejstarších a nejpoužívanějších formátů pro elektronickou výměnu dat mezi mechanickými a návrhovými doménami desek plošných spojů. AutoCAD jej vyvinul na začátku 1980. let minulého století. Tento formát se používá hlavně pro dvourozměrnou výměnu dat. Většina prodejců nástrojů DPS podporuje tento formát a zjednodušuje výměnu dat. Import/export DXF vyžaduje další funkce pro ovládání vrstev, různých entit a jednotek, které budou použity v procesu výměny. Obrázek 5 je příkladem importu velmi složitých tvarů desek s obvody ve formátu DXF pomocí nástrojů PADS společnosti Mentor Graphics:

Obrázek 5: Nástroje pro návrh desek plošných spojů (například zde popsané PADS) musí být schopny ovládat různé požadované parametry pomocí formátu DXF.

Obrázek 5: Nástroje pro návrh desek plošných spojů (například zde popsané PADS) musí být schopny ovládat různé požadované parametry pomocí formátu DXF.

Před několika lety se v nástrojích PCB začala objevovat 3D funkčnost a byl potřeba formát, který by dokázal přenášet 3D data mezi stroji a PCB nástroji. Z toho společnost Mentor Graphics vyvinula formát IDF, který byl od té doby široce používán k přenosu informací o deskách a součástech mezi PCBS a obráběcími stroji.

Zatímco formát DXF obsahuje velikost a tloušťku desky, formát IDF používá pozice X a Y komponenty, číslo bitu komponenty a výšku osy z komponenty. Tento formát výrazně zlepšuje schopnost vizualizace DPS ve 3D pohledu. Do souboru IDF mohou být zahrnuty také další informace o zakázaných oblastech, jako jsou výšková omezení v horní a dolní části desky.

Systém musí být schopen řídit, co bude obsaženo v souboru IDF, podobným způsobem jako nastavení parametru DXF, jak je znázorněno na obrázku 6. Pokud některé součásti nemají informace o výšce, mohou exporty IDF přidat chybějící informace během vytváření.

Obrázek 6: Parametry lze nastavit v nástroji pro návrh DPS (v tomto případě PADS).

Obrázek 6: Parametry lze nastavit v nástroji pro návrh DPS (v tomto případě PADS).

Další výhodou rozhraní IDF je, že kterákoli ze stran může komponentu přesunout na nové místo nebo změnit tvar desky a poté vytvořit jiný soubor IDF. Nevýhodou tohoto přístupu je, že musíte znovu importovat celý soubor představující změny na desce a komponentách, a v některých případech to může kvůli velikosti souboru trvat dlouho. Kromě toho může být obtížné určit z nového souboru IDF, jaké změny byly provedeny, zejména na větších deskách. Uživatelé IDF mohou nakonec vytvořit vlastní skripty k určení těchto změn.

STEP a ProSTEP

Aby bylo možné lépe přenášet trojrozměrná data, hledají designéři vylepšený způsob, vznikl formát STEP. Formát STEP může přenášet rozměry desek plošných spojů a rozložení součástí, ale co je důležitější, součásti již nemají jednoduchý tvar s pouze výškovou hodnotou. Model součásti STEP je podrobná a komplexní reprezentace komponent v trojrozměrné formě. Mezi deskou plošných spojů a strojem lze přenášet informace o desce i komponentách. Stále však neexistuje mechanismus pro sledování změn.

Pro zlepšení výměny souborů STEP jsme zavedli formát ProSTEP. Tento formát přesouvá stejná data jako IDF a STEP a má velké zlepšení – může sledovat změny a také poskytovat schopnost pracovat v původních systémech disciplíny a kontrolovat všechny změny, jakmile je stanovena základní linie. Kromě změn zobrazení mohou technici desek plošných spojů a strojní zařízení schvalovat všechny nebo jednotlivé změny součástí v rozložení a úpravách tvaru desky. Mohou také navrhnout různé velikosti desek nebo umístění komponent. Tato vylepšená komunikace vytváří ECO (Engineering Change Order) mezi ECAD a mechanickým týmem, který nikdy předtím neexistoval (obrázek 7).

Obrázek 7: Navrhnout změnu, zobrazit změnu na původním nástroji, schválit změnu nebo navrhnout jinou.

Obrázek 7: Navrhnout změnu, zobrazit změnu na původním nástroji, schválit změnu nebo navrhnout jinou.

Dnes většina ECAD a mechanických CAD systémů podporuje použití formátu ProSTEP ke zlepšení komunikace, šetří spoustu času a snižuje nákladné chyby, které mohou vyplývat ze složitých elektromechanických návrhů. A co víc, inženýři mohou ušetřit čas vytvořením složitého tvaru desky plošných spojů s dalšími omezeními a následným přenosem těchto informací elektronicky, aby se zabránilo nesprávné interpretaci rozměrů desky plošných spojů.

závěr

Pokud jste k výměně informací ještě nepoužili žádný z těchto datových formátů DXF, IDF, STEP nebo ProSTEP, měli byste zkontrolovat jejich použití. Zvažte použití této edi, abyste přestali ztrácet čas vytvářením složitých tvarů desek.