Když přijde vhod PCB Reverse Engineering

Nestává se to často, ale přeci – mám starou osazenou desku plošných spojů, kterou potřebuji znovu vyrobit, případně i upravit. Možná, že mám i původní data desky z návrhu, ale jsou ve formátu návrhového programu, který již dnes není dostupný. Mohu mít také Gerber data, ale já bych potřeboval data desky ve svém stávajícím návrhovém programu, abych mohl desku dále upravovat, nebo dokonce získat schematické zapojení. Jde to vůbec provést, a pokud ano, co je k tomu potřeba?

Postupům, s jejichž pomocí vytvořím potřebná data z již hotové desky, se říká PCB Reverse Engineering. Vhodný postup závisí na tom, co mám k dispozici a co potřebuji dostat.

Mám pouze starou desku a potřebuji vyrobit novou

Toto je nejhorší případ, protože kromě staré osazené desky nemám nic dalšího. Abych mohl zjistit grafiku (plošné spoje, pájecí plošky, otvory atd.) jednotlivých vrstev desky, bude nutné odstranit součástky. Obnažené části desky se potom oskenují (nebo ofotí), aby se tak získal obrázek grafiky jednotlivých vrstev, který potom slouží jako předloha pro vytvoření motivů jednotlivých vrstev. Pokud bude deska vícevrstvá, potom je potřeba ji buď delaminovat na jednotlivé vrstvy, a tím ji v podstatě obětovat, nebo použít některé moderní techniky, které mohou zobrazit měděné spoje a plošky spolu s otvory uvnitř struktury desky bez jejího poškození.

Reverse Engineering lze pak provést několika způsoby:

– V programu vytvořeném pro tyto účely, například v modulu návrhového programu Target 3001 [2], kde lze s použitím předlohy navrhnout přímo desku plošných spojů, případně i schéma. Obrázek slouží pouze jako podklad pro nakreslení obrysu desky, umístění součástek, nakreslení plošných spojů, via otvorů a otvorů či výřezů. Pokud jsou součástky známé, je možné do navrhované desky vložit přímo konkrétní součástky, čímž se získá nejenom grafika pájecích plošek, ale i podklady pro pozdější vytvoření schematického zapojení. Pokud součástky nejsou známé, potom je potřeba na desku vložit symboly odpovídajících pouzder s pájecími ploškami – v takovém případě nebude možné získat schematické zapojení (Stručný postup práce byl popsán v článku „Potřebujete vytvořit CAD data z hotové desky? Target 3001 to umí“ na www.dps‑az.cz). Výsledkem je deska plošných spojů navrhnutá v programu Target 3001, ze které lze generovat Gerber a Pick& Place data, a v případě položení skutečných součástek získat i schematické zapojení. Protože cena programu Target 3001 není nijak vysoká, představuje tato možnost zajímavé řešení pro jednostranné a oboustranné desky.

– Podobně jako v programu Target by to jistě šlo i s jinými programy, které nemají přímo potřebný modul, i za cenu více kroků. Postup práce by mohl být například tento: Načtu obrázek desky do některého CAD programu a použiji ho jako předlohu pro nakreslení obrysu desky, spojů (ať již v dané šířce, nebo s jednotnou šířkou) a zachycení tvaru, velikosti a polohy pájecích plošek, via otvorů a otvorů, potisku a referenčního značení. Takto získaný vektorový obrázek vyexportuji do DFX, což je formát, který už lze načíst jako předlohu do editorů Gerber dat (například CAM350) nebo programu pro návrh desek plošných spojů (například PADS). Opětovným překreslením vektorové grafiky mohu získat Gerber data (v Gerber editoru) nebo přímo navrženou desku. Pro každou vrstvu desky bych musel použít jednu předlohu. V návrhovém programu bych nemusel vkládat jednotlivé pájecí plošky, ale přímo odpovídající pouzdra součástek, čímž by se eliminovaly nepřesnosti použitého obrázku.

– Nejjednodušší, ale také nejdražší, možností by bylo použití zařízení pro Reverse Engineering desek plošných spojů od americké firmy ScanCAD International Inc. [3]. Ta je patrně jediným výrobcem takového zařízení, které nedestruktivním způsobem zjistí grafiku jednotlivých vrstev desky, včetně otvorů, a umožní získat CAD data návrhového programu desek, včetně schématu (je nutné znát součástky). Zařízení rozpozná i slepé a pohřbené via otvory, stejně jako potisk součástek. Sestává z vlastního softwaru a snímacího a kalibračního zařízení pro ověření rozměrů a mezer. Získané obrázky desky se převádí na Gerber data a dále na CAD data některých návrhových programů.

Pokud se někomu stručně popsaná metoda založená na použití oskenovaného obrázku zdá poněkud divoká, může se podívat na webové stránky firem, které tento způsob Reverse Engineering běžně provádějí. Vynikají v tom zejména čínské firmy, které jsou takto schopné kopírovat snad jakoukoliv desku. Jako příklad lze uvést společnost Fast PCB Studio [4], která tímto způsobem získává nové výrobní podklady, výpis materiálu, data ve formátu některého návrhového systému a odpovídající schematické zapojení.

PCB Reverse Engineering tak, jak je zde stručně popsán, může být celkem jednoduchou záležitostí u jednoduchých desek, stejně jako velmi komplikovaný u velkých, hustě osazených vícevrstvých desek. Kromě dobrých znalostí z elektroniky vyžaduje i znalosti o deskách samotných, nemluvě o potřebném vybavení. Na YouTube je video [5], které názorně ukazuje Reverse Engineering vícevrstvé desky tak, jak bylo předvedeno na konferenci DEF con 22 Hacking 2014. O Reverse Engineering pojednává také kniha „The Art of PCB Reverse Engineering“, která je k dispozici na stránkách Amazonu.

Mám k dispozici původní Gerber data

Pokud mám Gerber a vrtací data staré desky, a nepotřebuji provádět na desce žádné změny, mohu je hned použít pro výrobu holé desky. Aby bylo možné desku osadit, je potřeba znát jednotlivé součástky a jejich umístění na desce.

Když ale potřebuji na desce provést úpravy, je potřeba Gerber data modifikovat. Drobné úpravy bych sice mohl provést přímo v editoru Gerber dat, ale na vlastní riziko, protože editor nemůže kontrolovat výsledné elektrické zapojení. Lepší je převést Gerber data do formátu některého návrhového programu, ve kterém se potřebná změna provede a následně se zhotoví nová Gerber data. Jak takový převod funguje?

Postup byl již jednou v tomto časopise vysvětlen [6] na příkladu softwaru CAM350 Reverse Engineering, zde si ho jen stručně připomeneme. Protože Gerber data jsou pouze grafikou bez informací o součástkách, přiřazení pájecích plošek vývodům součástek atd., je potřeba nejdříve vytvořit pouzdro součástky bez konkrétního typu pro každou konfiguraci pájecích plošek v Gerber datech. Vzniklé pouzdro (nekonkrétní součástka) se vloží do Gerber dat, kde se mu přiřadí značení součástky, případně i typ. Protože si program CAM350 umí z Gerber dat zhotovit výpis spojů pro testování desky, umí také vytvořit netlist a podle dat vložených pouzder i partlist. Vestavěný konvertor potom ze získaných dat vytvoří data desky určitého formátu návrhového programu, například PADS, Orcad atd. V návrhovém programu lze potom původní desku modifikovat podle potřeby a generovat nové výrobní podklady pro výrobu holé desky i pro osazování. Modul Reverse Engineering [8] programu CAM350 lze získat za výhodnou cenu i jako samostatný program.