สอนออกแบบ PCB ให้มีรูปร่างผิดปกติ

สิ่งที่เราคาดหวังให้สมบูรณ์ PCB is usually a neat rectangular shape. แม้ว่าการออกแบบส่วนใหญ่จะเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า แต่หลายๆ แบบก็ต้องการบอร์ดที่มีรูปร่างไม่ปกติ ซึ่งไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะออกแบบ This paper introduces how to design PCB with irregular shape.

ปัจจุบัน PCBS มีขนาดเล็กลงและมีการเพิ่มฟังก์ชันต่างๆ ให้กับบอร์ด ประกอบกับการเพิ่มความเร็วสัญญาณนาฬิกา ทำให้การออกแบบมีความซับซ้อนมากขึ้น มาดูวิธีจัดการกับแผงวงจรที่มีรูปร่างซับซ้อนกันดีกว่า

As figure 1 shows, simple PCI board shapes can be easily created in most EDA Layout tools.

รูปที่ 1: ลักษณะของแผงวงจร PCI ทั่วไป

อย่างไรก็ตาม เมื่อจำเป็นต้องปรับรูปร่างของบอร์ดให้เข้ากับกล่องหุ้มที่ซับซ้อนซึ่งมีข้อจำกัดสูง นักออกแบบ PCB ไม่ใช่เรื่องง่ายเพราะฟังก์ชันในเครื่องมือเหล่านี้ไม่เหมือนกับฟังก์ชันในระบบ CAD เชิงกล แผงวงจรที่ซับซ้อนที่แสดงในรูปที่ 2 ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับตัวเรือนที่ป้องกันการระเบิด และอยู่ภายใต้ข้อจำกัดทางกลหลายประการ Trying to reconstruct this information in EDA tools can take a long time and be unproductive. เป็นไปได้ว่าวิศวกรเครื่องกลได้สร้างตัวเรือน รูปร่างของแผงวงจร ตำแหน่งรูสำหรับติดตั้ง และขีดจำกัดความสูงที่ผู้ออกแบบ PCB ต้องการแล้ว

รูปที่ 2: ในตัวอย่างนี้ PCB ต้องได้รับการออกแบบตามข้อกำหนดทางกลเฉพาะเพื่อให้สามารถวางในภาชนะที่ป้องกันการระเบิดได้

เนื่องจากเรเดียนและรัศมีในแผงวงจร การสร้างใหม่อาจใช้เวลานานกว่าที่คาดไว้ แม้ว่ารูปร่างของแผงวงจรจะไม่ซับซ้อน (ดังแสดงในรูปที่ 3)

รูปที่ 3: การออกแบบหลายเรเดียนและเส้นโค้งรัศมีที่แตกต่างกันอาจใช้เวลานาน

นี่เป็นเพียงตัวอย่างเล็กๆ น้อยๆ ของรูปทรงแผงวงจรที่ซับซ้อน However, from today’s consumer electronics, you’d be surprised how many projects try to cram all the functionality into a small package that isn’t always rectangular. Smartphones and tablets are the first things that come to mind, but there are plenty of examples.

หากคุณคืนรถเช่า คุณอาจเห็นผู้ดูแลโดยใช้เครื่องสแกนแบบใช้มือถือเพื่ออ่านข้อมูลของรถและสื่อสารแบบไร้สายกับสำนักงานได้ The device is also connected to a thermal printer for instant receipt printing. อุปกรณ์เหล่านี้แทบทั้งหมดใช้แผงวงจรแบบแข็ง/ยืดหยุ่นได้ (รูปที่ 4) โดยที่บอร์ด PCB แบบธรรมดาจะเชื่อมโยงกับวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นเพื่อให้สามารถพับเป็น Spaces ขนาดเล็กได้

รูปที่ 4: แผงวงจรแข็ง/ยืดหยุ่นช่วยให้ใช้พื้นที่ว่างได้สูงสุด

คำถามคือ “คุณจะนำเข้าข้อกำหนดทางวิศวกรรมเครื่องกลที่กำหนดลงในเครื่องมือออกแบบ PCB ได้อย่างไร” การนำข้อมูลนี้มาใช้ซ้ำในแบบเขียนแบบเครื่องกลช่วยขจัดความซ้ำซ้อนของความพยายาม และที่สำคัญกว่านั้นคือความผิดพลาดของมนุษย์

เราสามารถแก้ปัญหานี้ได้โดยการนำเข้าข้อมูลทั้งหมดไปยังซอฟต์แวร์ PCB Layout โดยใช้รูปแบบ DXF, IDF หรือ ProSTEP ซึ่งช่วยประหยัดเวลาได้มาก และขจัดความเป็นไปได้ที่จะเกิดข้อผิดพลาดจากมนุษย์ ต่อไป เราจะดูที่แต่ละรูปแบบเหล่านี้

Graphics interchange format – DXF

DXF เป็นหนึ่งในรูปแบบที่เก่าแก่ที่สุดและใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดสำหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูลทางอิเล็กทรอนิกส์ระหว่างโดเมนการออกแบบทางกลและการออกแบบ PCB AutoCAD พัฒนาขึ้นในช่วงต้นทศวรรษ 1980 รูปแบบนี้ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูลสองมิติ ผู้จำหน่ายเครื่องมือ PCB ส่วนใหญ่รองรับรูปแบบนี้ และทำให้การแลกเปลี่ยนข้อมูลง่ายขึ้น การนำเข้า/ส่งออก DXF ต้องการฟังก์ชันเพิ่มเติมเพื่อควบคุมเลเยอร์ เอนทิตีและหน่วยต่างๆ ที่จะใช้ในกระบวนการแลกเปลี่ยน รูปที่ 5 เป็นตัวอย่างการนำเข้ารูปร่างแผงวงจรที่ซับซ้อนมากในรูปแบบ DXF โดยใช้เครื่องมือ PADS ของ Mentor Graphics:

Figure 5: PCB design tools (such as PADS described here) need to be able to control the various parameters required using DXF format.

เมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา ฟังก์ชัน 3 มิติเริ่มปรากฏในเครื่องมือ PCB และจำเป็นต้องมีรูปแบบที่สามารถถ่ายโอนข้อมูล 3 มิติระหว่างเครื่องและเครื่องมือ PCB จากสิ่งนี้ Mentor Graphics ได้พัฒนารูปแบบ IDF ซึ่งนับแต่นั้นมามีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการถ่ายโอนข้อมูลแผงวงจรและข้อมูลส่วนประกอบระหว่าง PCBS และเครื่องมือเครื่อง

แม้ว่ารูปแบบ DXF จะมีขนาดและความหนาของบอร์ด แต่รูปแบบ IDF จะใช้ตำแหน่ง X และ Y ของส่วนประกอบ หมายเลขบิตส่วนประกอบ และความสูงแกน z ของส่วนประกอบ This format greatly improves the ability to visualize a PCB in a 3D view. Additional information about forbidden areas, such as height restrictions on the top and bottom of the board, may also be included in the IDF file.

ระบบจำเป็นต้องควบคุมสิ่งที่จะอยู่ในไฟล์ IDF ในลักษณะเดียวกับการตั้งค่าพารามิเตอร์ DXF ดังแสดงในรูปที่ 6 หากส่วนประกอบบางอย่างไม่มีข้อมูลความสูง การส่งออก IDF สามารถเพิ่มข้อมูลที่ขาดหายไปในระหว่างการสร้าง

Figure 6: Parameters can be set in the PCB design tool (PADS in this example).

ข้อดีอีกประการของอินเทอร์เฟซ IDF คือฝ่ายใดฝ่ายหนึ่งสามารถย้ายส่วนประกอบไปยังตำแหน่งใหม่หรือเปลี่ยนรูปร่างของบอร์ด แล้วสร้างไฟล์ IDF อื่น ข้อเสียของวิธีนี้คือ คุณต้องนำเข้าไฟล์ทั้งหมดอีกครั้งซึ่งแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงในบอร์ดและส่วนประกอบ และในบางกรณีอาจใช้เวลานานเนื่องจากขนาดไฟล์ In addition, it can be difficult to determine from the new IDF file what changes have been made, especially on larger boards. Users of IDF can eventually create custom scripts to determine these changes.

STEP และ ProSTEP

เพื่อที่จะส่งข้อมูลสามมิติได้ดียิ่งขึ้น นักออกแบบกำลังมองหาวิธีปรับปรุง รูปแบบ STEP จึงเกิดขึ้น รูปแบบ STEP สามารถส่งผ่านขนาดของแผงวงจรและเค้าโครงส่วนประกอบได้ แต่ที่สำคัญกว่านั้น ส่วนประกอบไม่ได้มีรูปร่างที่เรียบง่ายแต่มีค่าความสูงเท่านั้นอีกต่อไป โมเดลส่วนประกอบ STEP คือการแสดงส่วนประกอบที่มีรายละเอียดและซับซ้อนในรูปแบบสามมิติ สามารถถ่ายโอนข้อมูลแผงวงจรและส่วนประกอบระหว่าง PCB และเครื่องได้ อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีกลไกในการติดตามการเปลี่ยนแปลง

เพื่อปรับปรุงการแลกเปลี่ยนไฟล์ STEP เราได้แนะนำรูปแบบ ProSTEP This format moves the same data as IDF and STEP and has a big improvement – it can track changes and also provide the ability to work within the discipline’s original systems and review any changes once a baseline has been established. In addition to viewing changes, PCB and mechanical engineers can approve all or individual component changes in layout, board shape modifications. นอกจากนี้ยังสามารถแนะนำขนาดบอร์ดหรือตำแหน่งส่วนประกอบต่างๆ ได้อีกด้วย การสื่อสารที่ได้รับการปรับปรุงนี้จะสร้าง ECO (ลำดับการเปลี่ยนแปลงทางวิศวกรรม) ระหว่าง ECAD และทีมเครื่องกลที่ไม่เคยมีมาก่อน (ภาพที่ 7)

รูปที่ 7: แนะนำการเปลี่ยนแปลง ดูการเปลี่ยนแปลงในเครื่องมือเดิม อนุมัติการเปลี่ยนแปลง หรือแนะนำเครื่องมืออื่น

ปัจจุบัน ECAD และระบบ CAD เชิงกลส่วนใหญ่รองรับการใช้รูปแบบ ProSTEP เพื่อปรับปรุงการสื่อสาร ประหยัดเวลาได้มาก และลดข้อผิดพลาดที่มีค่าใช้จ่ายซึ่งเป็นผลมาจากการออกแบบระบบเครื่องกลไฟฟ้าที่ซับซ้อน ยิ่งไปกว่านั้น วิศวกรสามารถประหยัดเวลาด้วยการสร้างรูปทรงแผงวงจรที่ซับซ้อนพร้อมข้อจำกัดเพิ่มเติม แล้วส่งข้อมูลนั้นทางอิเล็กทรอนิกส์เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้ผู้อื่นตีความขนาดของแผงวงจรผิด

ข้อสรุป

หากคุณยังไม่ได้ใช้รูปแบบข้อมูล DXF, IDF, STEP หรือ ProSTEP เหล่านี้เพื่อแลกเปลี่ยนข้อมูล คุณควรตรวจสอบการใช้งาน ลองใช้ edi นี้เพื่อหยุดเสียเวลาในการสร้างรูปร่างของบอร์ดที่ซับซ้อนขึ้นใหม่