Piirilevyt, Protel, HIWIRE,smARTWORKS

Piirilevy on elektroniikan peruskomponentti.
Se on yksinkertainen tai monimutkainen, mutta aina tarpeellinen. Ilman piirilevyä laitteet eivät toimi kunnolla ja näyttävät käyttäjien mielestä kuin Bob Peasen luomuksilta. Katso kuva alapuolella. Se on suuren analogia neron tekemä proto.

Fischauge.jpg

3D navigointi Altium 3D piirilevy-CADillä. Altium = uusi Protelin nimi. http://www.altium.com/

pcb.jpg

Suunnittelun vaiheet

*Idea
* Piirikaavion ja komponenttien luonti
*Mekaaniset mitat piirilevylle
* Keepout-layer rajaa mitat piirilevyn sähköiselle alueella
*Piirilevykomponenttien luonti
*Kirjastokomponenttien käyttö
* Netlistan tuonti
* Autoplace
*Autoroute
* Tarkistus
*Tiedostojen luonti ja lähetys sähköpostilla
*Piirilevyn sähköinen tarkastus
* Valmistus

Piirilevyohjelmat

  • Eagle (omalla sivullaan)

* TopoR(Topological Router)

  • Venäläinen autorouter piirilevyohjelma TopoR(Topological Router)
  • tämä ohjelma ei ole täydellinen piirikaavioeditori , piirilevyeditori jne., vaan pelkkä autorouteri.

*Sopii Altium Designer, Protel DXP, P-CAD ja Mentor PADSin kanssa.

pcb_03.jpg

Protel CAD ohjelmat

Esimerkki Protelin piirikaaviokuvasta

Token5.jpg

*Ilmaiset Protel ohjelmat toimivat DOS-XP-Vista ympäristössä ja samoin Linuxissa Dos-emulaattorin avulla http://en.wikipedia.org/wiki/Dosemu

  • Altium jakaa vanhoja versioita ilmaiseksi ja uusinta versiota XP/Vista versiota 30 päivän ilmaisella käyttöoikeudella
  • Altium Altium6
  • Autotrax DOS Freeware versio 1.61 - autorouter PCB ohjelma, jossa on tuki tulostimille , plottereille ja Gerberille. Asennus :pura ohjelma root hakemistossa (C:\ d:\ jne. ).

*Ilmainen Protel Autotrax ohjelma (Autotrax 1.61) lataa ilmainen Autotrax PCB ohjelma

  • Näitä ohjelmia olen käyttänyt 30 vuotta ja tehnyt keskimäärin piirilevyn viikossa.
  • Aikoinaan kokeilin PADSiä Raimo Laukkasen kanssa, mutta sen aikaiset versiot olivat äärimmäisen hankalia käyttää, kuukauden yrittämisellä emme saaneet mitään tehtyä.
  • Hannoverin messuilla tein ilman apua kaikki tarvittavat piirikaavion luonnit, kirjastokomponentit ja piirilevyn ilman apua 15 minuutissa. Sen jälkeen en ole luopunut Protelista.

Protel Clinet99 versiosta asti tässä ohjelmassa on ollut elektroniikkasimulaattori ja FPGA kääntäjä
Alla pieni piirikavio ja sen tuottama simulointi. Simulaattorin käyttö on suhteellisen suoraviivaista.

piirikaavio2.jpg

Piirikaavion tuonti piirilevyohjelmaan

Netlist tiedosto

Kun piirkaavio on valmis, se tarkastetaan Post.exe ohjelmalla ( Dos versioissa)
Esim. Post koe.s01 koe.s01
Tuloksena saadaan esim. koe.net-tiedosto, jossa on lista osista ja niiden välisistä kytkennöistä
Tämä netlista tuodaan piirilevyohjelmaan ( PCB) Netlist/Import netlist

Tarkastus

Design rule check tarkastaa onko levyllä sähköisiä virheitä. Loogisia virheitä ei voi tarkastaa!

designrulecheck.jpg

Protel PCB 2.8

Protel for Windows 1.0- 3.5

Historia

Australiaan 14-vanhana muuttanut Nick Martin teki CAD ohjelman Tasmaniassa Microbee ( Z80) kotitietokoneelle ja perusti Protel Technology:n 1985. Hän halusi tehdä edullisia ohjelmia tavallisille pienille suunnitteluyrityksille. Näin tapahtuikin noin 15 vuotta. Nyt hinta on noussut taivaisiin.
Siihen aikaan CAD ohjelmia eivät voineet ostaa kuin suuryritykset. Ne toimivat vain erikoistietokoneilla.
Erikoiskäyttäjät olivat käyneet pitkät kurssit juuri tämän tietokoneen käytöstä ja tämän ohjelman käytöstä. Näitä ei voinut satunnainen suunnittelija itse käyttää. Ohjelmien kehitys oli hidasta, koska asiakkaat eivät voinet vaihtaa järjestelmää toiseen helposti.

nick_martin.jpg

Protel PCB Versio 2 1986
1987 - Protel PCB v 3 ja Protel SCH ( shematic )
Näitä ohjelmia myytiin Tango PCB ($495) nimellä ja Tango Schematic ( myyjä Accel) Accel
Tango muuttui aivan toiseksi ohjelmaksi ja Protel omaksi ohjelmakseen

Protel Technolgy -> Protel Technology Pty Ltd

1988 - Nick Martin muuttaa San Joseen

1988 - DOS Protel Autotrax myytiin $995 Usassa. Esiteltiin Euroopassa Hannoverin messuilla. Tapasin Nick Martinin Hannoverissa. Minä (OH3GDO) olin ensimmäinen käyttäjä Euroopassa. Aloitin myynnin Suomeen High Tech messuilla Pirkkahallissa olikohan 1988.

Sitä ennen käytin piirilevyohjelmaa HIWIRE, jossa kaikki tehtiin bittimappitekniikalla. Tulostus Rolandin kynäpiirturilla ja mustepatruunoilla muovikalvolle 2:1. Ihme ja kumma nekin toimivat. HIWIRE II ohjelmaa myydään edelleenkin, onkohan sivu jäänyt vahingossa myyntikuntoon? No vuonna 2017 ei enää kyseista sivua ole olemassa.
Ainakin sivua oli päivitetty 2003. Se näy yhtään muuttuneen 20 vuodessa. Ei tätäkään sivua ole enään vuonna 2017.
http://www.wintek.com/hiwireinfo.html

Vuonna 2015 tätä sivua ei enää löytynyt, mutta ihme ja kumma kuten demot löytyivät, otin ne talteen

Demo

ftp://ftp.wintek.com/pub/hiwire-demo/
Hiwire demo

Joku voi tunnistaa HIWIRE tyylin seuraavasta kuvasta
hiwire2303.gifhilwureogo.gif

Saman yhtiön smARTWORKS CADiä myydään myös vielä!
http://www.wintek.com/smartworkinfo.html
Jos mahdollista se on vielä alkeellisempi, kokeile dos demoa.
http://robotti.wikidot.com/local--files/piirilevyt/smartwork.zip
Tuotakaan ohjelmaa ei enää löytynyt vuonna 2017-

1989 - Protel Easytrax oli riisuttu versio Autotraxistä ( ei autorouteria) hinta oli USAssa $395
Schematic 3 $495
Protel Traxstar (Ripup ja Reroute Router) $995
Protel Traxview (Gerber editori ) $495 US
1991 - Protel Advanced PCB oli maailman ensimmäinen Windows PCB CAD.
Nick Martin muuttaa takaisin Australiaan
Protel Advanced Place
Protel Advanced Route
Advanced SB Route $990
1992 - Protel Advanced Schematic
1993 Proteliin tuli ulkoinen rip-up-router SB Router LE (Cooper and Chyan Technology lisenssi) $2995
1993 Protel For Windows PCB
Protel For Windows SCH
Hinnat alkavat nousta
1994 - Spectra rip-up- router for DOS/Windows
1996 - Advanced SCH 3
1997 - Advanced PCB 3 $2995
Advanced Route 3 $995
1998 - Advanced Schematic 98
Advanced Route 98
Advanced PCB 98
1999 - Advanced PCB 99
Advanced Route 99
Advanced PCB 99
Advanced PCB 99SE
Advanced Route 99SE
Advanced PCB 99SE
protelpcb.jpg

Nykyään Protelia ei ole, vaan ALTIUM, jossa Nick Martin on toinen johtaja
Simulointi ja FPGA ohjelmat ovat Altiumin ominta alaa piirilevy ja piirikaavio-ohjelmien lisäksi. Hinnat alkavat 10000 eurosta.
Altium alkaa olla yhtä kallis kuin Mentor. Mentorilla pienen projektin aloittaminen kestää vähintään päivän ja silloinkin pitää olla erikoismies sen tekemässä. Tämä on sisäpiirin tietoa suomalaiselta käyttäjältä.

Rip up router

Kuten yllä tuli mainittua Rip-up- routerit ovat kalliita erikoisohjelmia, jotka purkavat ja yrittävät uudestaan eri tavalla, jos ensimmäiset yritykset eivät johtaneet toivottuun lopputulokseen.
Nykyään rip-up-router ominaisuus on melkein kaikissa malleissa.

Tarvitaanko Autorouteria?

Jos levy monimutkainen ja annat routerin tehdä kaiken, saatat saada sen valmiiksi ilman käsin koskematta, mutta sitä et voi näyttää kenellekään!

Vaikka paremmissa routereissa voi asetella jokaisen johdon ominaisuudet, routerin käyttäminen on erittäin hankalaa. Turha luulla, että siihen pystyy muutaman viikon harjoittelulla.
Entä jos ei ole aikaa hioa taitoja vuosikaupalla?
Tehdään manuaalisesti tai korkeintaan yksi piiri ja kytkentä kerrallaan.
Silloin tiedät mitä tuli tehtyä ja miksi. Jos levyssä on yli tuhat johdotusta, sen tekemiseen ei päivä riitä.
Useimmiten pitää tehdä masentavia siirtoja laajemmalta alueelta.
No, onneksi ei piirilevyn tekeminen kestä koko kesää kuten eräällä teekkarilla Nokia Kondensaattoritehtaalla 1970-luvun alussa.

Silloin käytettiin Bishopin teippitarvikkeita. Pelkän mikropiirin kuva (teippikuvio) maksoi enemmän kuin siihen tarvittava mikropiiri.

Itselläkin oli ainakin metrin pino teippipohjia. Olen säilyttänyt vain muutaman malliksi.
Kun A0-kokoisella piirustuslaudalla oli radiohenkilöhakulaitteen nelikerrosteippaus neljä kertaa suuremmassa mittakaavassa, pomotkin näki, että tuossa tehdään vaikeita töitä. Tämä taphtui Mobirassa 1989. Menin silloin viemään sinne Mobiralle testuslaitteen. Mobiran henkilökunta tuli joukolla mukaan saamaan päivällisen ilmaiseksi läheiseltä ravintolanlta. Kuka maksoi? No minä, tyhmyyksissäni.

Entä nykyään? Mitä kuvaputkelta näkyy? Vajaa A4, ja sitäkään ei voi kosketella käsin tai käännellä erivärisiä kerroksia auki.

Käyttämällä kahta monitoria ja kahta näytönohjauskorttia, piirilevy-CAD on hieman helpompaa.
Piirilevy-CAD on kuitenkin mekaanista työtä, jota monessa isomassa yhtiössä tekee piirtäjä-tasoinen henkilö, joka ei välttämättä ymmärrä laitteen toiminnasta mitään. Kun aloittaa ison piirilevyn tekemisen, se on aluksi mielenkiintoista ja valmista tulee hyvin nopeasti. Loppuvetojen tekeminen on joskus tuskallista varsinkin kun luulee juuri saaneensa levyn valmiiksi, tulee esiin joku ongelma, yleensä tila-ongelma.

Kaikkein pahinta on tehdä salaista piirilevyä. Eräällä asiakkaalla on tapana salata kaikki. Piirikaavio on metri * metri lakana, jossa on lyijykynällä piirretty ja korjattu satoja vetoja. Osat ovat mustia laatikoita, ei edes vakio TTL-komponentteja tai jänniteregulaattoreita saanut tietää.
Tällaiseen projektiin pitää tehdä kaikki alusta alkaen. Kaikki komponentit pitää luoda tyhjästä samoin piirilevytäpläkuviot. Aivan turhauttavaa ja tehotonta työtä. Minulla on yksi hyvä kuva tällaisesta suttulakanasta. Tarkastaminen on tuskallista. Se piti saada päivässä valmiiksi. Ei tullut, sitten sitä teki toinen kaveri ainakin muutaman kuukauden.
Ja tietysti aloitti minun luomalla kuvalla.
Kestikähän itse laitteen tekeminen useamman vuoden. Olen yhden nähnyt sellaisen Aleksanterintien oven pielessä.
Asiakkaat ainakin kirosivat se monimutkaisen käyttöliittymän.

Easy PCB on Engantilainen piirikaavio ja piirilevy ohjelma.

Minä myin näitä aina vuosittain samalle kaverille.
En ikinä päässyt edes kokeilemaan tätä ohjelmaa.
Kyllä kai sekin kohtuullisesti toimi.
Tästä ohjelmasta oli monta versiota, sen mukaan kuinka monta nastaa siihen voi laittaa.

500 nastaa

1000 nastaa

2000 nastaa

heading level 3

Gerber import

Eagle

Ilmaisen version rajoitukset

+++Autoroute

Altium

Kerrokset

Piirilevyssä on useita kerroksia.

* Yläpuoli
* Alapuoli
* välikerrokset ( 1.14)
* JEP (juotoksen estokerros) yläpuoli ja alapuoli
* Silkkipainokerros ylä- ja alapuolelle
* Mekaniikkakerrokset 1-4
* Keep-out-kerrros (piirilevyn koko)
* Paste kerrokset (miten tehdään liimauskerrokset eri piirilevyille)

Valmistus tiedostot

Aine
-FR4 (lasikuitu)
- teflon on monimutkainen aine. Käytä aina vain yhtä tyyppiä, jotta tiedät miten se käyttäytyy eri taajuuksilla.
- fenoli (pertinax)

* Paksuus, normaali 1.6mm
* Miten paksu on tinaus. Jos piirilevyllä on tarkoitus johtaa suuria virtoja esim. 10A tai enemmän, pyydä kaksinkertainen tinaus. Tämä auttaa huomattavasti.
Liitä tilaukseen tiedostot :
- Gerbertiedosto *.gbl ( gerber bottom layer, gerber top layer, gerber bottom pastelayer, jne)
-Työkalutiedostot porausta varten : porakoot milseinä (1/1000 tuumaa)
-ruksi: Embedded Tools laittaa molemmat ylläolevat tiedosto yhteen tiedostoon
-poraustiedosto *.txt
-poraustyökalut *.drr

Poraustiedosto *.txt

RS-274-X muotoista (X loppuliite tarkoittaa, että työkalut kuuluvat poraustiedostoon

Tässä on tyypillinen poraustiedosto
Aluksi on tiedoston alkumerkki M71 ja sitten tehdään työkalujen tarkastus, onko kaikki käytettävissä?
% on varsinaisen ohjelman alkumerkki
Sitten otetaan työkali T01 käyttöön
ja tehdään reikä paikaan X=119 ja Y=3725 (mils)
Lopuksi on ohjelman loppumerkki M30

M71
M48
T1F00S00C0.032
T2F00S00C0.035
T3F00S00C0.039
T4F00S00C0.051
T5F00S00C0.059
T6F00S00C0.122
%
T01
X119Y93725
X1195Y93775
X12Y93725
X12225Y93698


X13504Y95846
X1
M30

' =====================
Työkalu luettelo *.DRR

Tool Hole Size Hole Count Tool Travel


T1 32mil (0.8128mm) 38 107.641 Inch (2734.074 mm)
T2 35mil (0.889mm) 62 102.710 Inch (2608.844 mm)
T3 39mil (0.9906mm) 55 112.945 Inch (2868.798 mm)
T4 51mil (1.2954mm) 31 106.742 Inch (2711.251 mm)
T5 59mil (1.4986mm) 2 95.552 Inch (2427.017 mm)
T6 122mil (3.0988mm) 4 105.758 Inch (2686.257 mm)


Totals 192 631.348 Inch (16036.241 mm)

+++GERBER tiedostot

gerber.jpg gerber2.jpg Gerber Systems Corporation kirjoitti kirjan (1980) miten heidän valopiirtureita ohjataan.
ph_plot.gif

Valoplottereissa oli työkaluja, oikeastaan erikokoisia filmejä, joissa oli erilaisia ja muotoisia valoreikiä.

CAD tiedostojen muoto oli alkuaan sama kuin NC-ohjelmissa EIA RS-274-D, nykyäään RS-274-X . X tarkoittaa Extended eli tiedostomuotoja on lisätty

Lisää: PDF muodossa http://www.artwork.com/gerber/274x/rs274xrevd_e.pdf

274X otsikko

RS274X sisältää määritelmän, joka sisällyttää tiedon muodotaan nollien poistamisesta ja tiedon muodosta yhdessä rivissä.

* format (x,y)
* zero suppression (etunollien poisto, takanollien poisto trailing or ei mitään )
* koordinaatit (absoluuttiset tai inkrimenttaali koordinaatisto l)

Jossa :
L = Etunollien poisto
T = Takanollien poisti
D = Kiinteä pilkunpaikka (ei etu- tai takanollia saa poistaa )
A = absoluuttikoordinaatisto
I = inkrimenttaali koordinaatisto
Nn = järjestynnumero n on monta numeroa(ei useinkaan käytössä)
Gn = funktio koodi (ei useinkaan käytössä)
Xa =X-Datan muoto (5.5 on maksimia kuten C-kielessä)
Yb =Y Datan muoto (5.5 on maksimia kuten C-kielessä)
Zb = Z Datan muoto (5.5 on maksimia kuten C-kielessä)
Dn = versio nro
Mn =apumerkkejä

Esimerkki

%FSLAX24Y24*%

Formaatti rivi tarkoittaa etunollien poistoa, Absoluuttiset koordinaatit , formaatti=2.4 ( 2 ennen pilkkua ja 4 jälkeen)

%FSTIX44Y44*% ( 4 ennen pilkkua ja 4 jälkeen)

Formaatti rivi tarkoittaa loppunollien poistoa, inkrimenttaalikoordinaatisto

Yksiköt

RS274X koordinaatit ja aukot ( työkalut) voivat olla joko tuumia tai millimetrejä
%MOIN*% Tuumat
%MOMM*% Millimetrit

Piirilevyn kerroksilla on omat päätteet tiedoston nimissä

* .GBL - Gerber Bottom Layer
* .GTL - Gerber Top Layer
* .GBS - Gerber Bottom Solder Resist
* .GTS - Gerber Top Solder Resist
* .GBO - Gerber Bottom Overlay
* .GTO - Gerber Top Overlay

Alla on sivun yläreunassa olevan piirilevyn alku-, keski- ja loppuosa

Tähti * lopettaa komennon joka rivillä
%AD ohjelman alussa on kuvaa työkalua, siis reikää.
D0- D9 ovat komentoja ja D10-99 ovat työkaluja

Esimerkki
robo.GBL on piirilevyn robo.pcb johtava alakuparikerros kuvattuna Gerber tiedostoon

*%FSLAX23Y23* '%FS L=etunollien poisto luvuista, A=Absoluuttinen koordinaatisto , numerot luetaan muodossa 2.2*2.2 ( 2 kokonaista ja 2 desimaalia X ja Y alueilla)
*%MOIN*% ' MOIN = tuumat
G01* ' G01 lineaarikoordinaatisto, G02 on polaarikoordinaaltisto
%ADD11C,0.006*% työkalu D11: pyöreä reikä (circular) 0.006 tuumaa eli 0.15 mm halkaisija
%ADD13C,0.008*% työkalu D11:
%ADD66R,0.104X0.104*% työkaluD66: pyöreä reikä (circular) 0.066 tuumaa eli 1.67 mm halkaisija


D13* ' valitaan työkalu D13
X7943Y6800D02* ' siirrytään absoluuttisen paikkaan X7943 mil Y6800mil eli X201.75mm ja Y172.72mm
Y7037D01* ' liikuta vain Y-akselia
Y8966D02* ' liikuta vain Y-akselia
Y9202D01* ' liikuta vain Y-akselia
D03* ' Siirry uuteen paikkaan suljin kiinni, tee sitten Flash eli pieni piste
D14*
X10561Y7447D02*
D02* ' Siirry uuteen paikkaan suljin auki
M02* ' ohjelman lopetusrivi

Lisää gerber formattista voit lukea täältä
lisää gerbreistä

Panelointi

Samoja piirilevyjä tehdään rinnakkain ja allekkain. Osien käsittely ja ladonta on helpompaa

Leikkaukset

Joissakin piirilevyssä tarvitaan erikoisia jyrsintöjä. Ne pitää kuvat mekaniikkakerroksissa

Kultaukset

Piirilevyliittimien pinnat usein kullataan kemiallisesti . Alkuperäisen IBM PC emolevyn ISA liittimet olivat kullattuja levyliitimiä, joissa oli 0.158" ( =4mm) välit.

Liittimen sormet pitää olla sähköisesti toisissaan kiinni liittimen ulkopuolta piirilevyn valmistuksen aikana. Prosessin jälkeen leikataan nämä ylimääräiset johdotukset pois. Kultaus maksaa huomattavasti lisää, joten harkitse onko valmis liitin parempi.

Kuinka ennen tehtiin piirilevjä, ennen CAD-ohjelmia ( <1985):
http://users.monash.edu.au/~ralphk/analog-rtty-decoder.html

Pekka OH3GDO

Unless otherwise stated, the content of this page is licensed under Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License