Τι είναι ένα αρχείο .SCH; Σχηματική μορφή και έξοδος PCB

Ένα αρχείο .SCH είναι ένα σχηματικό αρχείο που δημιουργείται από λογισμικό ηλεκτρονικής αυτοματοποίησης σχεδιασμού (EDA) και αποθηκεύει τη λογική σχεδίαση ενός κυκλώματος — τα εξαρτήματα και τις συνδέσεις μεταξύ τους — αντί για τη φυσική διάταξη της πλακέτας. Είναι το αρχικό έγγραφο σχεδόν κάθε έργου PCB και η ακρίβειά του καθορίζει άμεσα εάν η τελική πλακέτα μπορεί να κατασκευαστεί και να συναρμολογηθεί σωστά.

Τι είναι ένα αρχείο .SCH;

Όταν ένας μηχανικός σχεδιάζει ένα κύκλωμα, το πρώτο βήμα είναι η σχεδίαση ενός σχηματικού: ενός διαγράμματος που δείχνει κάθε εξάρτημα ως σύμβολο και κάθε ηλεκτρική σύνδεση ως γραμμή. Το λογισμικό EDA αποθηκεύει αυτό το διάγραμμα σε ένα σχηματικό αρχείο, συνήθως με επέκταση .sch. Το αρχείο καταγράφει τι είναι κάθε εξάρτημα, πώς επισημαίνεται και ακριβώς ποιες ακίδες συνδέονται σε ποια δίκτυα.

Το πιο σημαντικό είναι ότι ένα σχηματικό αρχείο περιγράφει την πρόθεση, όχι τη γεωμετρία. Λέει «αυτή η αντίσταση συνδέεται με αυτόν τον πυκνωτή και με τον ακροδέκτη 3 του μικροελεγκτή», αλλά δεν αναφέρει πού βρίσκονται αυτά τα μέρη στην πλακέτα ή πώς δρομολογείται ο χαλκός. Αυτές οι φυσικές πληροφορίες βρίσκονται σε ξεχωριστό αρχείο διάταξης. Η κατανόηση αυτού του διαχωρισμού είναι το κλειδί για την κατανόηση ολόκληρης της ροής εργασίας της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος.

Τι αποθηκεύει ένα σχηματικό αρχείο

• Συστατικά: το σύμβολο, τον προσδιοριστή αναφοράς και την τιμή κάθε μέρους.
• Δίχτυα: οι ονομαζόμενες ηλεκτρικές συνδέσεις μεταξύ των ακίδων.
• Χαρακτηριστικά: αριθμοί εξαρτημάτων, αποτυπώματα που έχουν αντιστοιχιστεί σε σύμβολα και σημειώσεις.
• Ιεραρχία: φύλλα και υποκυκλώματα σε μεγαλύτερα σχέδια.

Πώς διαφέρουν τα αρχεία .SCH μεταξύ των εργαλείων EDA

Η επέκταση .sch δεν είναι μια ενιαία καθολική μορφή. Διαφορετικά εργαλεία EDA τη χρησιμοποιούν — ή μια παραλλαγή της — με εντελώς διαφορετικές εσωτερικές δομές. Ένα αρχείο .sch από ένα πρόγραμμα συνήθως δεν μπορεί να ανοιχτεί απευθείας από ένα άλλο, γεγονός που αποτελεί την πηγή μεγάλου μέρους της σύγχυσης που έχουν οι άνθρωποι όταν λαμβάνουν ένα σχηματικό αρχείο που δεν μπορούν να διαβάσουν.

Επειδή οι μορφές διαφέρουν, η αποστολή ενός αρχείου .sch σε έναν κατασκευαστή σπάνια είναι αρκετή — ενδέχεται να μην εκτελούν το ίδιο εργαλείο και, ακόμα κι αν το κάνουν, το σχηματικό από μόνο του δεν περιέχει τη γεωμετρία κατασκευής.

Διαφορετικά εργαλεία EDA αποθηκεύουν σχηματικά στις δικές τους μορφές, παρόλο που οι άνθρωποι τα αποκαλούν όλα χαλαρά "αρχεία .sch". Τα παλαιότερα έργα Eagle χρησιμοποιούν απευθείας μια επέκταση .sch, το KiCad χρησιμοποιεί .kicad_sch, το Altium χρησιμοποιεί .SchDoc και το OrCAD χρησιμοποιεί τη δική του δομή. Το αρχείο περιέχει τη λογική σχεδίαση - σύμβολα, συνδέσεις και ονόματα δικτύων - αλλά δεν είναι άμεσα κατασκευαστικό. Για να κατασκευαστεί η πλακέτα, το σχηματικό πρέπει πρώτα να μετατραπεί σε διάταξη και στη συνέχεια σε εξόδους κατασκευής.

Πώς να ανοίξετε και να προβάλετε ένα αρχείο .SCH

Εάν λάβετε ένα αρχείο .sch που πρέπει να ελέγξετε, έχετε τρεις πρακτικές επιλογές. Η πιο αξιόπιστη είναι να το ανοίξετε στο ίδιο λογισμικό που το δημιούργησε. Η δεύτερη είναι να χρησιμοποιήσετε ένα δωρεάν πρόγραμμα προβολής ή εισαγωγής που υποστηρίζει αυτήν τη μορφή. Η τρίτη, όταν δεν είναι διαθέσιμο κανένα από τα δύο, είναι να ζητήσετε από τον αποστολέα να εξαγάγει ένα PDF ή μια εικόνα του σχηματικού.

Πολλοί σχεδιαστές υποτιμούν την αξία ενός απλού σχηματικού προγράμματος προβολής. Ακόμα και όταν δεν μπορείτε να επεξεργαστείτε ένα αρχείο, η δυνατότητα προβολής της λίστας δικτύου και των τιμών των στοιχείων σάς επιτρέπει να ελέγξετε το σχέδιο, να προετοιμάσετε έναν κατάλογο υλικών και να συζητήσετε τις αλλαγές. Από την πλευρά της κατασκευής, ωστόσο, το σχηματικό είναι μόνο η αναφορά — η κατασκευή καθοδηγείται από εξαγόμενα αρχεία κατασκευής, όχι από το .sch.

Τρόποι ανοίγματος ενός σχηματικού αρχείου

• Εγγενές λογισμικό: Το αρχικό εργαλείο EDA ανοίγει πάντα σωστά τη δική του μορφή.
• Συμβατά προγράμματα προβολής: Ορισμένα εργαλεία εισάγουν ή εμφανίζουν μορφές ανταγωνιστών με ποικίλη πιστότητα.
• Εξαγόμενο PDF/PNG: Ένας καθολικός τρόπος ανάγνωσης ενός σχηματικού χωρίς λογισμικό EDA.
• Εξαγωγή λίστας δικτύου: μια λίστα κειμένων συνδέσεων που μπορεί να εξετάσει οποιοσδήποτε μηχανικός.

Από το Σχηματικό στη Διάταξη και στα Αρχεία Κατασκευής

Το σχηματικό διάγραμμα είναι το πρώτο βήμα μιας αλυσίδας. Μόλις καταγραφεί η λογική του κυκλώματος, ο σχεδιαστής αντιστοιχίζει ένα φυσικό αποτύπωμα σε κάθε εξάρτημα, τοποθετεί αυτά τα αποτυπώματα σε ένα περίγραμμα πλακέτας και δρομολογεί τις συνδέσεις χαλκού που ορίζονται από τα δίκτυα του σχηματικού. Αυτή η διάταξη εξάγεται στη συνέχεια στα τυποποιημένα αρχεία που χρησιμοποιεί στην πραγματικότητα ένα εργοστάσιο.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ένας κατασκευαστής ζητά δεδομένα Gerber ή ODB++ αντί για το αρχείο .sch. Αυτές οι μορφές είναι ουδέτερες ως προς τα εργαλεία και περιέχουν την ακριβή γεωμετρία χαλκού, τρυπανιού και μάσκας που απαιτείται για την κατασκευή, καθώς και τα δεδομένα BOM και τοποθέτησης που απαιτούνται για την αυτοματοποιημένη συναρμολόγηση.

Γιατί το Σχηματικό Διάγραμμα Έχει Σημασία για την Κατασκευή

Παρόλο που οι εργοστασιακές κατασκευές από εξαγόμενα αρχεία, το σχηματικό εξακολουθεί να διέπει το αποτέλεσμα. Η netlist που δημιουργείται από το σχηματικό ελέγχεται σε σχέση με τη διάταξη για να επιβεβαιωθεί ότι υπάρχει κάθε προβλεπόμενη σύνδεση και ότι δεν δημιουργήθηκαν ακούσιες. Τα footprints που αντιστοιχίζονται στο σχηματικό στάδιο καθορίζουν εάν τα πραγματικά στοιχεία θα ταιριάζουν. Και το BOM προέρχεται από τα χαρακτηριστικά των στοιχείων του σχηματικού.

Ένα σφάλμα στο σχηματικό διαδίδεται σιωπηλά στη διάταξη και στη συνέχεια σε μια ενσωματωμένη πλακέτα. Μια λανθασμένη ανάθεση αποτυπώματος, ένα λανθασμένη ετικέτα δικτύου ή ένας λανθασμένος αριθμός εξαρτήματος μπορεί να περάσει μέχρι τη συναρμολόγηση πριν κάποιος το προσέξει. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η αξιολόγηση κατασκευασιμότητας ενός κατασκευαστή διασταυρώνει τα δεδομένα σχεδιασμού: η ανίχνευση ενός προβλήματος αποτυπώματος ή λίστας δικτύων σε χαρτί είναι πολύ φθηνότερη από την ανακάλυψή του σε μια γεμάτη πλακέτα.

Προετοιμασία ενός πακέτου καθαρού σχεδιασμού για τον κατασκευαστή σας

Τα πιο ομαλά έργα φτάνουν ως ένα πλήρες, αυτοσυνεπές πακέτο που δημιουργείται από μία έκδοση αναθεώρησης σχεδίασης. Η αποστολή ενός απλού αρχείου .sch ή η ανάμειξη αρχείων από διαφορετικές αναθεωρήσεις είναι μία από τις πιο συνηθισμένες αιτίες καθυστερήσεων στην υποβολή προσφορών και σφαλμάτων συναρμολόγησης. Ένα καθαρό πακέτο επιτρέπει στο εργοστάσιο να υποβάλει προσφορά για την πραγματική έκδοση αντί να μαντεύει.

Τι να συμπεριλάβετε στο πακέτο κυκλοφορίας σας

• Αρχεία Gerber ή ODB++ συν το αρχείο τρυπανιού NC και το περίγραμμα της πλακέτας.
• Μπιλ υλικών με ακριβείς αριθμούς εξαρτημάτων κατασκευαστή και εγκεκριμένες εναλλακτικές λύσεις.
• Δεδομένα Centroid (επιλογή και τοποθέτηση) και ένα σχέδιο συναρμολόγησης που σηματοδοτεί την πολικότητα και την ακίδα ένα.
• Σημειώσεις στοίβαξης και ολοκλήρωσης αριθμός στρώσεων κάλυψης, βάρος χαλκού και φινίρισμα επιφάνειας.
• Μια συνεπής αναθεώρηση έτσι ώστε οι εργασίες κατασκευής και συναρμολόγησης να προέρχονται από την ίδια πηγή.

Η ίδια προσοχή ισχύει ανεξάρτητα από τον τύπο της πλακέτας. Ένας πυκνός σχεδιασμός μπορεί να χρειάζεται τις ανοχές μιας διαδικασίας κατασκευής HDI , ένα προϊόν με υψηλό αριθμό στρώσεων βασίζεται σε ακριβή δεδομένα στοίβαξης για μια κατασκευή πλακέτας πολλαπλών στρώσεων και ένας εύκαμπτος σχεδιασμός έχει τους δικούς του περιορισμούς που καταγράφονται κατά την κατασκευή εύκαμπτων PCB . Για μια πρώτη εκτέλεση, μια υπηρεσία συναρμολόγησης χαμηλού όγκου είναι ένας αποτελεσματικός τρόπος για την επικύρωση της συσκευασίας πριν από την κλιμάκωση. Η διαχείριση των πάντων μέσω ενός συνεργάτη κατασκευής διατηρεί το σχηματικό, τη διάταξη και τα εξαγόμενα αρχεία ευθυγραμμισμένα από την προσφορά έως την παράδοση.

Μετατροπή αρχείου .SCH σε Gerber για κατασκευή

Ένα σχηματικό αρχείο δεν μπορεί να κατασκευαστεί απευθείας. Ένα εργοστάσιο κατασκευάζει από δεδομένα Gerber και γεωτρήσεων, έναν κατάλογο υλικών και ένα αρχείο τοποθέτησης, επομένως το .SCH πρέπει να περάσει από τη διάταξη και στη συνέχεια να εξαχθεί στις μορφές που διαβάζει στην πραγματικότητα μια γραμμή παραγωγής.

Βασικά βήματα στη μετατροπή

• Ολοκληρώστε το σχηματικό: επιβεβαιώστε ότι τα σύμβολα, οι τιμές και οι συνδέσεις είναι σωστά.
• Αντιστοίχιση footprints: Αντιστοιχίστε κάθε σύμβολο σε ένα επαληθευμένο μοτίβο γης.
• Τοποθετήστε τον πίνακα: Τοποθετήστε τα εξαρτήματα και δρομολογήστε τις συνδέσεις από τη λίστα δικτύου.
• Εκτέλεση ελέγχων κανόνων σχεδίασης: παραβιάσεις της απόστασης, του πλάτους και του ελεύθερου χώρου μεταξύ των αλιευμάτων.
• Δημιουργία δεδομένων κατασκευής: εξαγωγή στρώσεων Gerber και του αρχείου drill NC.
• Εξαγωγή δεδομένων συναρμολόγησης: εξάγετε το BOM και το αρχείο τοποθέτησης κεντροειδούς.

Η αποστολή αυτού του πλήρους πακέτου, αντί μόνο του σχηματικού, επιτρέπει σε ένα εργοστάσιο να υποβάλει προσφορά και να κατασκευάσει με ακρίβεια από την πρώτη φορά. Αυτό έχει μεγαλύτερη σημασία σε πυκνά σχέδια, όπως οι ρομποτικοί πίνακες ελέγχου που κατασκευάζουμε, και οι μηχανικοί στις εγκαταστάσεις μας στην Κίνα μπορούν να επιβεβαιώσουν τις ρυθμίσεις εξαγωγής σας πριν από την κυκλοφορία.

Η μετατροπή ενός σχηματικού σε κάτι που μπορεί να κατασκευάσει ένα εργοστάσιο ακολουθεί μια καθορισμένη διαδρομή. Το σχηματικό δημιουργεί μια λίστα δικτύου που παραθέτει κάθε σύνδεση. Αυτή η λίστα δικτύου καθοδηγεί τη διάταξη του PCB, όπου τοποθετούνται τα εξαρτήματα και δρομολογούνται τα ίχνη. Και η τελική διάταξη εξάγεται ως αρχεία τρυπανιών Gerber και NC, συν έναν κατάλογο υλικών και δεδομένα επιλογής και τοποθέτησης για συναρμολόγηση. Το σχηματικό από μόνο του δεν μπορεί να αποτελέσει προσφορά για κατασκευή — είναι η πηγή από την οποία προέρχονται τα αρχεία που μπορούν να κατασκευαστούν.

Συχνές ερωτήσεις

Ποιο πρόγραμμα ανοίγει ένα αρχείο .sch;

Εξαρτάται από το εργαλείο που το δημιούργησε. Τα Eagle, KiCad, OrCAD και άλλα χρησιμοποιούν όλα .sch ή παρόμοιες επεκτάσεις με διαφορετικές εσωτερικές μορφές, επομένως η ασφαλέστερη επιλογή είναι το αρχικό λογισμικό. Ορισμένα προγράμματα προβολής μπορούν να εισαγάγουν ξένες μορφές και μια εξαγωγή PDF θα ανοίξει οπουδήποτε.

Είναι ένα αρχείο .sch το ίδιο με ένα αρχείο διάταξης PCB;

Όχι. Ένα αρχείο .sch περιέχει το σχηματικό διάγραμμα — τη λογική του κυκλώματος και τις συνδέσεις. Η διάταξη της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος, η οποία περιγράφει τη φυσική τοποθέτηση και τη δρομολόγηση του χαλκού, αποθηκεύεται ξεχωριστά, συνήθως με επέκταση .brd, .pcb ή .PcbDoc.

Μπορώ να στείλω το αρχείο .sch μου σε έναν κατασκευαστή πλακέτας τυπωμένων κυκλωμάτων για να κατασκευαστεί μια πλακέτα;

Γενικά όχι. Οι κατασκευαστές κατασκευάζουν από δεδομένα κατασκευής Gerber ή ODB++, αρχεία τρυπανιών, έναν κατάλογο υλικών και αρχεία τοποθέτησης που εξάγονται από το σχέδιό σας. Το σχηματικό είναι χρήσιμο ως αναφορά, αλλά δεν περιέχει τη γεωμετρία που απαιτείται για την κατασκευή της πλακέτας.

Πώς μπορώ να μετατρέψω ένα σχηματικό σε αρχεία κατασκευής;

Μέσα στο εργαλείο EDA, αντιστοιχίστε αποτυπώματα, ολοκληρώστε τη διάταξη PCB, εκτελέστε ελέγχους σχεδιασμού και ηλεκτρικούς ελέγχους και, στη συνέχεια, εξαγάγετε τα δεδομένα Gerber/ODB++, το αρχείο τρυπανιού NC, το BOM και το κεντροειδές. Αυτά τα εξαγόμενα αρχεία είναι αυτά που στέλνετε στο εργοστάσιο.

Γιατί κάποιο άλλο εργαλείο EDA δεν ανοίγει σωστά το αρχείο .sch μου;

Επειδή κάθε εργαλείο αποθηκεύει σχηματικά στη δική του μορφή. Ακόμα και όταν δύο προγράμματα χρησιμοποιούν και τα δύο την επέκταση .sch, η εσωτερική δομή διαφέρει, επομένως το διασταυρούμενο άνοιγμα είτε αποτυγχάνει είτε χάνει πληροφορίες. Η εξαγωγή σε ουδέτερη μορφή, όπως PDF ή netlist, αποφεύγει αυτό.

Επηρεάζει το σχηματικό τον κατάλογο υλικών;

Ναι. Το BOM δημιουργείται από τα χαρακτηριστικά των εξαρτημάτων στο σχηματικό, συμπεριλαμβανομένων των αριθμών και των τιμών των εξαρτημάτων. Σφάλματα ή παραλείψεις στο σχηματικό μεταφέρονται απευθείας στο BOM, γι' αυτό και θα πρέπει να ελέγχεται πριν από την κυκλοφορία του.

Θα ελέγξει ο κατασκευαστής το σχέδιό μου πριν από την κατασκευή;

Ένας καλός κατασκευαστής εκτελεί μια αξιολόγηση κατασκευασιμότητας στα εξαγόμενα αρχεία σας, διασταυρώνοντας τα αποτυπώματα, τη λίστα δικτύου και το BOM με τις δυνατότητες της διεργασίας. Αυτό εντοπίζει τα σφάλματα που προέρχονται από σχηματικά σφάλματα νωρίς, πριν φτάσουν σε μια κατασκευασμένη και συναρμολογημένη πλακέτα.

Μπορεί ένας κατασκευαστής να κατασκευάσει μια πλακέτα απευθείας από ένα αρχείο .sch;

Όχι. Ένα σχηματικό αρχείο περιγράφει τη λογική σχεδίαση, όχι την φυσική πλακέτα. Ένας κατασκευαστής χρειάζεται τη διάταξη που εξάγεται ως αρχεία τρυπανιών Gerber και NC, καθώς και ένα BOM και δεδομένα pick-and-place, για να κατασκευάσει και να συναρμολογήσει την πλακέτα.

Πώς μπορώ να ανοίξω ένα αρχείο .sch αν δεν έχω το αρχικό λογισμικό;

Πολλά εργαλεία EDA προσφέρουν δωρεάν προγράμματα προβολής και ορισμένες μορφές ανοίγουν σε προγράμματα προβολής με διασύνδεση ή σε διαδικτυακά προγράμματα προβολής. Η πιο αξιόπιστη προσέγγιση είναι να το ανοίξετε στο πρόγραμμα που το δημιούργησε ή να ζητήσετε από τον σχεδιαστή να εξαγάγει ένα PDF και τα αρχεία κατασκευής.

Είναι ένα σχηματικό αρχείο το ίδιο με ένα αρχείο Gerber;

Όχι. Ένα σχηματικό διάγραμμα καταγράφει τη λογική και τις συνδέσεις του κυκλώματος, ενώ τα αρχεία Gerber περιγράφουν τα φυσικά στρώματα χαλκού, μάσκας και μεταξοτυπίας που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή της πλακέτας. Τα Gerber δημιουργούνται από τη διάταξη, η οποία βασίζεται στο σχηματικό διάγραμμα.

Ποια αρχεία πρέπει να στείλω για μια προσφορά PCB;

Στείλτε αρχεία τρυπανιών Gerber και NC, ένα περίγραμμα της σανίδας και τη στοίβαξη, καθώς και ένα αρχείο BOM και pick-and-place για συναρμολόγηση. Σαφείς σημειώσεις σχετικά με το υλικό, το φινίρισμα και την ποσότητα, αφήστε το εργοστάσιο να σας δώσει την πραγματική προσφορά κατασκευής αντί να κάνει εικασίες.

Γιατί δεν ανοίγει το αρχείο .sch μου σε άλλον υπολογιστή;

Συνήθως, ο άλλος υπολογιστής δεν διαθέτει το εργαλείο EDA ή τη βιβλιοθήκη που το δημιούργησε ή το αρχείο αναφέρει τμήματα από μια βιβλιοθήκη που λείπει. Η εγκατάσταση του ίδιου εργαλείου ή η λήψη ενός εξαγόμενου αρχείου προβολής το επιλύει.

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ ενός σχηματικού αρχείου και ενός αρχείου διάταξης;

Ένα σχηματικό αρχείο αποθηκεύει τη λογική σχεδίαση — σύμβολα και συνδέσεις — ενώ ένα αρχείο διάταξης αποθηκεύει την φυσική πλακέτα: θέσεις εξαρτημάτων, χαλκό και stackup. Η διάταξη δημιουργείται από το σχηματικό και είναι το αρχείο από το οποίο εξάγονται τα αρχεία κατασκευής.