Jak zjistit zapojení desky z Gerber dat

Občas může nastat situace, kdy je potřeba aktualizovat starou desku plošných spojů, ale k dispozici jsou jen Gerber data, na základě kterých byla deska vyrobena. Ty obsahují pouze informace o grafice jednotlivých vrstev desky, ať už se jedná o plošné spoje, či potisk součástek. To samo o sobě nestačí, protože chybí vlastní propojení součástek (netlist) i přiřazení konkrétních součástek obrazcům pájecích plošek (footprint). Abychom mohli provést aktualizaci desky, potřebujeme ji mít v některém návrhovém programu, nejlépe i se schematickým zapojením. Je to vůbec možné?

Možné to je, ale takový proces (tzv. Reverse Engineering), který vychází z Gerber dat, není úplně jednoduchý, protože vyžaduje kombinaci několik postupů.

Nejdříve je potřeba získat informace o zapojení. Lze z Gerber dat vytvořit netlist? Ano, ale jen kombinací několika kroků. CAM programy, jako například CAM350, umí z Gerber dat generovat netlist formátu IPC-D-356, který je používán pro testování desek. Zde je potřeba říci, že na rozdíl od běžného netlistu se jedná o netlist souřadnicový, kde souřadnice vzájemně propojených plošek (pájecí, testovací, via) mají přiřazené stejné, smyšlené značení sítě spojů (net). Z Gerber dat nelze vyčíst skutečné názvy netů ani značení vývodů příslušných součástek, ale to je možné získat dodatečně.

A jak může CAM software z Gerber dat vyčíst zapojení?

CAM software načte Gerber data spojů jednotlivých vrstev desky, takže ví, na které straně jednotlivé spoje leží. Spoje na různých vrstvách jsou propojeny přes pokovené otvory, ať už průchozí, pohřbené, nebo částečné. Informace o tom, jestli jsou otvory pokovené, a tudíž vodivé, dodává soubor s vrtacími daty, který je potřeba také načíst. Program tedy může velmi dobře zjistit, které plošky jsou vzájemně propojené, byť neví, jak se ty plošky jmenují, ke kterým součástkám patří ani jestli se jedná o via nebo testovací plošky, protože pro potřeby testování to není potřeba.

Na obr. 1 je příklad části Gerber dat dvoustranné desky zobrazených v programu CAM350. Vidíme (zdola nahoru), že síť spojů na horní straně desky (červená barva) začíná na oválné pájecí plošce SMT součástky. Jde nahoru a přes via otvor navazuje na spoj na spodní straně desky (modrá), který je opět na druhém konci napojen přes via otvor na vertikální spoj na horní straně − ten se dělí na dvě větve připojené na pájecí plošky další SMT součástky.

Program tedy může napsat jejich propojení, například v tomto zjednodušeném formátu:

Net0 X1Y1 X2Y2 X3Y3 X4Y4 X5Y5

kde Net0 je smyšlený název netu, X1Y1 mohou být souřadnice spodního vývodu součástky, X2Y2 a X3Y3 souřadnice levého a pravého via otvoru a X4Y4 a X5Y5 souřadnice horních vývodů součástky. Zápis říká, že net Net0 propojuje body- plošky s uvedenými souřadnicemi. Ve skutečnosti je netlist ve formátu IPC-D-356 složitější, jak je vidět na obr. 2, protože obsahuje i některé další informace (velikosti plošek, pokovení otvorů atd.). Vysvětlení jeho struktury je popsáno například v článku „Formát IPC-D-356 ve zkratce“ [1].

Data testovacího netlistu jsou vhodná pro testování vyrobených desek, ale nestačí pro výpis zapojení desky. Místo souřadnic by ve výpisu byly žádoucí názvy plošek součástek (například U5:7 nebo R1:2), zatímco souřadnice testovacích plošek a via otvorů nejsou potřeba a mohou být tedy odstraněné. Toho by bylo možné docílit manuální editací záznamu při sledování skutečného stavu na desce nebo potisku v Gerber datech a výpisu materiálu. Netřeba říkat, že by se jednalo o velmi pečlivou a zdlouhavou práci s reálnou možností vzniku chyb.

Modul Reverse Engineering v programu CAM350 [2] si umí testovací netlist upravit sám tak, že se v Gerber datech dané desky definují pouzdra součástek a jejich referenční značení (RefDes), opět s pomocí Gerber dat potisku, po případě osazovacího výkresu nebo skutečné osazené desky. Pokud je k dispozici výpis materiálu, lze jednotlivým pouzdrům přiřadit typy součástek. Výsledkem je klasický netlist zapojení desky doprovázený výpisem materiálu, ale také kompletní geometrie desky převzatá z Gerber dat. To už umožňuje vytvořit data desky přímo ve formátu návrhového programu, například ve formátu PADS ASCII. Jakmile jsou takto získaná data načtena do programu PADS, potom lze generovat automaticky i schematické zapojení, ve kterém mají vývody jednotlivých symbolů součástek link na navazující vývody.

Některé CAM programy používají automatické rozpoznávání textu k přečtení referenčního značení součástek z Gerber dat potisku. To ale nemusí vždy fungovat správně, protože potisk může být umístěn kdekoliv kolem součástky, někdy i blíž k jiné součástce, a nemusí tak být správně přiřazen grafice pájecích plošek dané součástky (footprint).

Lepší metodou, jak identifikovat referenční značení součástek, by mohlo být využití programu VisualPlace [3]. Ten umožňuje vysvítit danou součástku podle referenčního značení, k čemuž používá pick&place data desky.

Výše uvedené vytvoření testovacího netlistu bylo popsáno jen stručně, aniž se braly v úvahu různé detaily, jako např. pájecí plošky vykreslené, které nejsou typu „flash“. Reálný postup může být složitější, ale v zásadě vždy možný.

Odkazy:

[1] www.dps-az.cz/cad-cam-cae/id:6720/format-ipc-d-356-ve-zkratce

[2] www.downstreamtech.com/products/cam350/

[3] www.dps-az.cz/cad-cam-cae/id:77564/visualplace-pomocnik-pri-osazovani-desek