Hỗ trợ thiết kế ngược PCB

Sau khi nhập dữ liệu CAM vào tài liệu CAM, bạn sẽ thấy tùy chọn Export to PCB bị vô hiệu hóa, bất kể chế độ hiện tại của trình biên tập CAM là gì (CAM hay NC). Lệnh này cho phép bạn tái tạo bố trí PCB trực tiếp từ các tệp CAM. Thao tác này không tuân theo quy trình xuất/nhập thông thường mà tải dữ liệu trực tiếp vào trình biên tập PCB.

Các phần sau trình bày chi tiết các bước cần thực hiện để tái tạo thiết kế PCB từ dữ liệu CAM, từ bước nhập ban đầu vào tài liệu CAM, qua các bước chuẩn bị cần thiết trước khi xuất, cho đến khi xuất dữ liệu thiết kế sang trình biên tập PCB.

Nhập dữ liệu

Hộp thoại Preferences

Điểm khởi đầu của toàn bộ quy trình là tải các tệp ODB++, hoặc Gerber và NC Drill vào một tài liệu CAM mới. Nếu có danh sách kết nối IPC, bạn cũng nên nhập danh sách này khi nhập dữ liệu Gerber và NC Drill. Khi nhập ODB++, chỉ nhập tệp IPC nếu danh sách kết nối không có trong thư mục ODB++. Danh sách kết nối IPC cho phép bạn cập nhật các mạng kết nối đã trích xuất bằng tên gốc của chúng và phân biệt giữa các via xuyên lỗ với các pad tự do không thuộc linh kiện.

Tất cả các lệnh trong menu con File » Import đều tìm kiếm các tệp có phần mở rộng nhất định trong một thư mục cho trước. Ví dụ, khi nhập tệp khoan, thư mục được chỉ định sẽ lọc bỏ mọi tệp ngoại trừ những tệp có phần mở rộng .DR*, .ROU, .RTE, *.NC*, và *.TX* . Nếu nhận được các tệp khoan có phần mở rộng khác, bạn có thể bổ sung vào danh sách này trên trang CAM Editor - Miscellaneous của hộp thoại Preferences. Tại đây, bạn cũng có thể thay đổi mọi danh sách phần mở rộng mặc định liên quan đến các tệp Gerber, Aperture, HPGL và Netlist.

Hộp thoại Preferences

Trang CAM Editor - Import/Export của hộp thoại Preferences cho phép bạn thay đổi các thiết lập nhập và xuất mặc định cho tệp Gerber. Ví dụ, nếu thường xuyên nhận dữ liệu CAM được tạo bằng P-CAD, bạn có thể cân nhắc thay đổi định dạng độ chính xác tọa độ từ 2:3 (mặc định của Altium Designer) thành 4:4 (mặc định của P-CAD). Nếu không thay đổi, bạn vẫn có cơ hội điều chỉnh các thiết lập mặc định này mỗi lần nhập một bộ dữ liệu.

Gán loại lớp

Hộp thoại Layer Table Detection Template

Mỗi tệp Gerber và Drill được gán cho một lớp riêng. Ngoài ra, khi nhập, trình biên tập CAM sẽ xem xét tên tệp và cố gắng gán loại lớp cho từng tệp. Việc này được thực hiện dựa trên thông tin trong hộp thoại Layer Types Detection Template, có thể truy cập bằng cách chọn Tables » Layer Type Detection từ menu chính. Đây là hộp thoại có thể tùy chỉnh hoàn toàn, chứa các phần của tên tệp (phần mở rộng, từ khóa hoặc cả hai) dùng để xác định từng tệp thuộc loại lớp nào, chẳng hạn như lớp tín hiệu, lớp mặt phẳng âm bản, lớp đường biên, lớp khoan và lớp tạm thời (cơ khí).

Ví dụ, trình biên tập PCB của Altium Designer phân biệt các lớp Gerber bằng phần mở rộng, chẳng hạn như .gtl cho lớp trên cùng và .gbl cho lớp dưới cùng. Các công cụ thiết kế khác có thể xuất tệp .top cho lớp trên cùng và tệp .sol cho lớp dưới cùng (mặt hàn). Một số công cụ này, chẳng hạn như P-CAD, cho phép người dùng tự chỉ định tên tệp Gerber đầu ra.

Sau khi nhập một nhóm tệp CAM bất kỳ, bạn có thể mở hộp thoại Layers Table và kiểm tra các loại lớp đã được gán tự động. Bạn có thể mở danh sách thả xuống của loại lớp và thay đổi bất kỳ mục gán nào. Ví dụ, bạn sẽ thấy tất cả các tệp khoan đều được tự động đặt thành loại Drill Top. Ở bước này, bạn có thể muốn phân biệt các bộ lỗ khoan phía trên, phía dưới và bên trong. Tuy nhiên, điều này không bắt buộc.

Hộp thoại Layer Table

Nếu thường xuyên nhận các tệp Gerber hoặc tệp khoan không được tự động gán đúng loại lớp, bạn nên xem xét tên tệp để tìm các đặc điểm phân biệt mà CAM Editor có thể dùng để nhận diện chúng, rồi thêm các đặc điểm đó vào hộp thoại Layer Types Detection Template. ODB++ không cần sử dụng hộp thoại Layer Types Detection Template vì tất cả thông tin cần thiết để xác định từng lớp đều được lưu trong tệp ma trận. Tuy nhiên, bạn vẫn nên kiểm tra việc gán loại lớp sau khi quá trình tải kết thúc.

Cấu trúc xếp lớp bo mạch và các bộ lỗ khoan

Hộp thoại Create/Update Layers Order

Các lớp đã được gán là lớp tín hiệu (trên cùng, dưới cùng hoặc bên trong) hoặc lớp mặt phẳng giờ sẽ xuất hiện trong hộp thoại Create/Update Layers Order, có thể truy cập bằng cách chọn Tables » Layers Order từ menu chính. Trong hầu hết các trường hợp, CAM Editor có thể xác định cấu trúc xếp lớp từ dữ liệu CAM được cung cấp, nhưng trong một số trường hợp, dữ liệu chỉ cung cấp thứ tự logic (thứ tự nhập các lớp). Tốt nhất bạn nên bảo đảm thông tin trong cột Layer Physical Order là chính xác, trong đó số một là lớp trên cùng. Hãy cẩn thận để không gán cùng một số thứ tự cho các lớp khác nhau. Sau khi bạn chỉ định cấu trúc xếp lớp hợp lệ, cột thứ tự vật lý sẽ được ưu tiên hơn danh sách logic khi mở lại hộp thoại này, và bạn sẽ thấy các lớp được liệt kê theo cấu trúc xếp lớp dự kiến.

Thứ tự vật lý này cũng sẽ được thể hiện trong hộp thoại Create/Update Layers Sets, có thể truy cập bằng cách chọn Tables » Layers Sets từ menu chính, nơi bạn ghép các tệp khoan với các tập hợp lớp. Hãy xét một bo mạch 6 lớp (bốn lớp tín hiệu, hai lớp mặt phẳng) có cả via mù và via chôn. Thiết kế có thể chứa bốn tệp khoan riêng biệt:

• một tệp cho cặp Top-Bottom (lỗ xuyên)
• một tệp cho cặp Top-InternalPlane1
• một tệp cho cặp MidLayer1-MidLayer2
• một tệp cho cặp Bottom-InternalPlane2.

Trích xuất danh sách kết nối

Bước này, được truy cập bằng cách chọn Tools » Netlist » Extract từ menu chính, phụ thuộc vào độ chính xác của các bước trước đó. Bạn hoàn toàn không thể thực hiện bước này nếu chưa gán loại lớp cho mọi lớp trong bo mạch (bạn nên đặt các lớp cơ khí thành Temporary). Sau khi chạy lệnh, thông tin danh sách kết nối sẽ được trích xuất và danh sách các mạng kết nối sẽ xuất hiện trên tab Nets  của bảng CAMtastic . Mỗi mạng kết nối được liệt kê kèm tổng chiều dài của nó. Khi nhấp vào một mục mạng kết nối trong bảng, mạng đó sẽ được chọn và phóng to trong không gian thiết kế.

Trình biên tập CAM sẽ dò kết nối từ lớp này sang lớp khác, tham chiếu các tệp khoan NC để xác định kết nối giữa các lớp. Vì lý do này, cấu trúc xếp lớp bạn đã xác định trong hộp thoại Create/Update Layers Order và các cặp lớp khoan bạn đã chọn trong hộp thoại Create/Update Layers Sets là những yếu tố tiên quyết quan trọng để trích xuất danh sách kết nối chính xác từ dữ liệu CAM.

Nếu đã nhập kèm tệp netlist IPC-D-356 cùng với các tệp Gerber và NC Drill, bạn có thể khôi phục tên net gốc (có ý nghĩa rõ ràng) bằng cách chọn Tools » Netlist » Rename Nets từ menu chính. Sau khi chạy lệnh, các net sẽ được so sánh và các net được trích xuất từ tài liệu hiện tại sẽ được đổi tên theo tên net trong tệp netlist IPC. Các tên đã cập nhật sẽ xuất hiện trên tab Nets  của bảng CAMtastic .

Mặc dù thông tin netlist IPC-D-356 không bắt buộc đối với quá trình xuất, nhưng bạn nên có thông tin này. Thông tin này sẽ giúp CAMtastic Editor phân biệt pad với via, nhờ đó tạo đúng via thay vì pad cho mọi via mù hoặc via chôn trong thiết kế. Quan trọng hơn nhiều, netlist IPC cung cấp dữ liệu tham chiếu để so sánh với netlist đã trích xuất khi chọn Tools » Netlist » Compare từ menu chính. Sau khi chạy lệnh, quá trình so sánh sẽ được thực hiện và báo cáo Netlist-Compare.rpt sẽ được tạo rồi mở dưới dạng tài liệu đang hoạt động trong cửa sổ thiết kế chính. Báo cáo liệt kê từng net được tìm thấy trong netlist đã nhập nhưng bị thiếu trong netlist đã trích xuất.

Nếu netlist IPC được nhập đúng cách, bạn sẽ thấy hai lớp được thêm vào danh sách lớp trong bảng CAMtastic : <fabrication_testpoint_report_for_DesignName>.ipc_t và <fabrication_testpoint_report_for_DesignName>.ipc_b, thể hiện thông tin netlist cho các lớp tín hiệu trên và dưới. (Lớp thứ ba, <fabrication_testpoint_report_for_DesignName>.ipc_in, sẽ xuất hiện nếu thiết kế PCB có các lớp tín hiệu bên trong. Trừ khi có via mù và/hoặc via chôn liên quan đến các lớp này, lớp thứ ba sẽ trống và bạn có thể giữ lại hoặc xóa khỏi danh sách lớp).

Đối với netlist IPC được tạo từ PCB Editor, bạn sẽ nhận thấy chức năng so sánh của CAM Editor thường tìm thấy một loạt "net bị thiếu" không có tên. Nguyên nhân là định dạng IPC của PCB Editor bao gồm cả các net chỉ có một chân. Ngược lại, khi xử lý netlist, CAM Editor bỏ qua các pad không có kết nối đồng nào. Thực tế, chức năng DRC của trình chỉnh sửa này có tùy chọn loại bỏ các pad không có chức năng.

Đường biên và lớp plane

Khi CAM Editor xuất tệp PCB sang PCB Editor, đường bao bo mạch sẽ được tạo tự động. Để thực hiện việc này một cách chính xác, cần có một đường đa đoạn khép kín trên lớp kiểu Border. Nếu không tìm thấy đường đa đoạn khép kín nào trên lớp này, hoặc nếu có nhiều lớp được chỉ định làm đường biên trong hộp thoại Layers Table, hình dạng bo mạch tạo ra có thể không như bạn mong muốn.

Mọi vùng chia tách trên các lớp plane bên trong cũng phải được xác định bằng các đường đa đoạn khép kín. Để xác định một đường đa đoạn có khép kín hay không, hãy truy vấn đường đó (phím tắt Q). Bạn có thể kiểm tra xem toàn bộ đường đa đoạn có được tô sáng hay không và có được báo là đường đa đoạn khép kín trên tab Info của bảng CAM hay không. Nếu không, bạn có thể chuyển đường hiện có thành đường đa đoạn khép kín bằng lệnh Join trong menu con Edit » Objects.

Các vùng plane chia tách có thể cần xử lý thêm vì mỗi vùng cần có một đường bao khép kín riêng. Mặc dù các vùng plane dạng đảo có thể được nối như mô tả ở trên, các vùng plane chia tách có chung đường bao với vùng chia tách khác hoặc với đường đa đoạn biên phải được vẽ lại. Để vẽ đường đa đoạn khép kín của riêng bạn, hãy nhấp chuột phải sau khi chọn đỉnh cuối cùng, rồi chọn Close.

Hiện chưa hỗ trợ các vùng plane lồng nhau (các đảo nằm trong vùng plane chia tách).

Xuất polygon

Trang CAM Editor - Import/Export của hộp thoại Preferences cung cấp các tùy chọn bổ sung để xử lý cách xuất polygon từ tài liệu CAM sang tài liệu PCB. Nếu polygon có hình chữ nhật, chúng có thể được tạo dưới dạng vùng tô kín (fill) trong tài liệu PCB. Đối với polygon không phải hình chữ nhật, bạn có thể tạo vùng đổ đồng polygon dạng gạch chéo (Hatched) hoặc đặc (Solid) trong PCB Editor. Bạn có thể truy cập các hộp thoại tùy chọn cho hai kiểu đổ đồng polygon này để kiểm soát tốt hơn cách xử lý các polygon đã xuất trong PCB.

Khi bật tùy chọn Create Hatched Polygons, CAM Editor sẽ sử dụng cùng một kích thước lưới và cùng một độ rộng đường mạch để tô tất cả các polygon trong tệp. Nếu dữ liệu CAM có các polygon rất nhỏ, bạn cần đảm bảo các tùy chọn xuất được điều chỉnh đủ nhỏ để xử lý chúng.

Hộp thoại Polygon Options, được truy cập bằng cách nhấp vào nút Hatched Polygon Options tương ứng, cho phép bạn sửa đổi kích thước lưới, độ rộng đường mạch và chiều dài tối thiểu của đối tượng nguyên thủy cho các polygon. Nếu muốn các polygon được tô kín hoàn toàn với độ chính xác cao, bạn nên giữ tất cả các giá trị này trong một khoảng hẹp quanh các yêu cầu nhỏ nhất trên bo mạch. Nếu không, có thể xuất hiện khoảng trống trong polygon, các mẫu gạch chéo thay vì vùng tô kín hoàn toàn, hoặc thậm chí toàn bộ polygon bị bỏ qua khi xuất.

Hộp thoại Polygon Options

Mặt khác, các giá trị này sẽ được áp dụng cho tất cả các polygon được xuất, nên các giá trị rất nhỏ sẽ làm tăng dung lượng tệp xuất và gây ra các vấn đề liên quan đến việc xử lý tệp (chẳng hạn như tốc độ vẽ lại). Vì vậy, tốt nhất bạn nên sử dụng các giá trị lớn nhất có thể mà vẫn đảm bảo độ chính xác cần thiết cho tất cả các polygon trên bo mạch.

Khi bật tùy chọn Create Solid Polygons, mỗi polygon sẽ được tô bằng một hoặc nhiều vùng đồng đặc. Số lượng vùng đồng được sử dụng phụ thuộc vào số vùng riêng biệt được tạo bên trong polygon bởi các đối tượng net hiện có, chẳng hạn như đường mạch và pad.

Hộp thoại Solid Polygon Options

Hộp thoại Solid Polygon Options, được truy cập bằng cách nhấp vào nút Solid Polygon Options tương ứng, cho phép bạn xác định cách xử lý các đảo đồng và các nhánh đồng hẹp, cũng như cách đổ đồng khi đổ lên các đối tượng thuộc cùng net với vùng đổ đồng:

• Pour Over All Same Net Objects - chọn tùy chọn này nếu bạn muốn vùng đổ đồng polygon tự động kết nối với tất cả các đối tượng thuộc cùng net với vùng đổ đồng

• Pour Over Same Net Polygons Only - chọn tùy chọn này (mặc định) nếu bạn muốn vùng đổ đồng polygon chỉ tự động kết nối với các đối tượng đổ đồng polygon nằm trong đường biên của nó và thuộc cùng net

• Don't Pour Over Same Net Objects - chọn tùy chọn này nếu bạn không muốn vùng đổ đồng polygon kết nối với bất kỳ đối tượng net nào khác. Nếu chọn một trong hai tùy chọn đầu tiên và vùng đổ đồng polygon được gán cho No Net, vùng đồng sẽ được đổ tránh tất cả các đối tượng, bất kể chúng được gán cho net nào.

Xuất sang PCB

Sau khi netlist được trích xuất từ dữ liệu CAM, lệnh File » Export » Export to PCB sẽ được kích hoạt. Khi thực thi lệnh này sau khi đã hoàn tất mọi bước cần thiết, một tài liệu PCB sẽ được tạo ra, chứa thiết kế bo mạch có hình thức rất giống bản gốc.

Sau khi chạy lệnh, một tài liệu PCB mới sẽ được tạo (<CAMDocumentName>.PcbDoc) và mở làm tài liệu đang hoạt động trong không gian thiết kế. Trình tự thực tế khi truyền thông tin giữa tài liệu CAM và tài liệu PCB như sau:

1. Tài liệu PCB được tạo với đường bao bo mạch dựa trên kích thước hiện tại của bo mạch trong tài liệu CAM.

2. Các đối tượng net được tạo trong tài liệu PCB bằng thông tin net trích xuất từ tài liệu CAM.

3. Cấu trúc xếp chồng lớp được tạo dựa trên thứ tự các lớp vật lý đã xác định trong tài liệu CAM (hộp thoại Create/Update Layers Order, được truy cập qua Tables »  Layers Order).

4. Các net được gán cho mọi lớp plane bên trong.

5. Các net được gán cho mọi vùng plane phân chia hiện có. Các vùng này có thể được 

6. Các quy tắc thiết kế về khoảng hở, độ rộng và kiểu kết nối plane nguồn được tạo. Các kết nối tản nhiệt được tạo cho từng net của plane.

7. Các padstack được xây dựng từ dữ liệu CAM (sử dụng các pad trên lớp tín hiệu/plane theo thứ tự vật lý, tiếp theo là lỗ khoan, lớp phủ chống hàn, lớp kem hàn, v.v.). Các padstack được nạp vào PCB và kiểu cần thiết được xác định (padstack đơn giản hoặc đầy đủ).

8. Các đường mạch PCB được tạo.

9. Toàn bộ bo mạch được kiểm tra DRC.