Подбор исходных материалов

На первом шаге необходимо подобрать исходные материалы для создания реплики.

Большую помощь в этом оказывает сайт agatcomp.su, автор которого в течение долгих лет занимается сбором информации об Агатах и накопил обширную коллекцию, находящуюся в свободном доступе.

В результате такого подбора формируется набор фотографий и принципиальных схем, не всегда соответствующих друг другу. Причины такого несоответствия заключаются в наличии изменений, вносимых в процессе доводки предсерийных образцов, а также в опечатках, часто присутствующих в документации, источник которой, к тому же, не всегда известен.

Если не удается подобрать надёжный комплект исходных материалов, приходится задействовать омметр и имеющиеся под рукой экземпляры Агатов. В моём распоряжении имеются как Агат 7-й модели, так и 9-й, оба в штатной комплектации и рабочем состоянии, что позволяет снять большинство оставшихся вопросов.

Обработка материалов

После формирования комплекта исходных материалов, необходимо выполнить их первичную обработку.

Обработка отсканированных материалов заключается в изучении плохо различимых мест, возникающих либо на месте сгиба чертежа, либо при внесении в него изменений. Для выяснения того, что в этом месте должно быть изображено, используются фотографии печатных плат, либо замеры сопротивлений на реальных экземплярах.

Для фотографий/сканов печатных плат ситуация более сложная. Чтобы они могли быть использованы для последующей трассировке, необходимо устранить имеющиеся на них искажения. Как правило, все фотографии, даже при очень качественной съёмке, имеют сложные сферические искажения, гарантированно устранить которые можно только по краям. При устранении искажений в центральной части фотографии помогает знание того, что дорожки на старых платах, как правило, располагаются строго вертикально или горизонтально, а также то, что шаг между выводами микросхем является равным 2,5 мм. Некачественное выполнение этого этапа может привести к тому, что топология трассировки дорожек в реплике окажется нарушенной и дорожка, изначально расположенная строго вертикально или горизонтально, будет вынуждена иметь изломы.

Более качественные материалы для трассировки получаются при использовании сканера. В этом случае ситуация осложняется лишь тем, что плату с установленными компонентами, как правило, невозможно поместить вплотную к стеклу сканера. Большинство бытовых CIS-сканеров имеют ограниченную глубину резкости (расстояние, на котором изображение остаётся чётким), составляющую всего лишь несколько миллиметров. Более качественные сканы получаются с использованием CCD-сканеров, которые в настоящее время встречаются значительно реже, а стоят в 3-4 раза дороже, чем CIS. Большие узлы ЭВМ (например, объединительную плату) невозможно отсканировать на сканере формата A4 за один проход, поэтому требуется дополнительная обработка частей изображения с сопряжением всех дорожек, пересекающих линии разреза.

Также при подготовке трассировочных материалов необходимо обращать особое внимание на положение крепёжных или соединительных элементов (отверстия, разъёмы), поскольку при их смещении относительно штатного положения использование реплики может оказаться невозможным. Для этого лучше всего измерить расстояния между такими элементами на образце с помощью штангенциркуля или линейки.

Подбор компонентов

На следующем этапе подбираются модели электронных компонентов, используемые для создания реплики.

При отсутствии компонента в библиотеке, для него скачивается техническое описание, заводится условное графическое обозначение (УГО), и при необходимости формируется посадочное место и 3D-модель.

Файлы технического описания в формате pdf размещаются в подкаталоге docs каталога библиотеки и доступны для просмотра при нажатии клавиши "d" в редакторе схем комплекса KiCAD.

Если для нескольких компонент используется одно посадочное место, оно формируется только один раз.

Однотипные компоненты, отличающиеся только номером серии (например, микросхемы К155 или К555), формируются в библиотеке УГО в виде ссылок. При этом каждый из компонент может иметь собственный файл документации, поскольку технические характеристики однотипных микросхем разных серий могли отличаться достаточно сильно.

В описании УГО компонента присутствуют все выводы, включая не подключенные и не используемые в конкретной схеме. Не подключенные выводы, согласно рекомендациям по подготовке УГО комплекса KiCAD, помечаются невидимыми и смещаются относительно контура компонента таким образом, чтобы не оказаться случайно соединёнными с какой-либо цепью.

В случае, если в любой из реплик эти выводы в действительности имеют соединение (например, имевшее целью расширение функционала при смене компонента, как это часто бывает в случае с микросхемами памяти), в библиотеке эти выводы описываются как видимые с пометкой "NC".

Отрисовка схемы

В большинстве случаев, исходные материалы не имели единого стиля исполнения принципиальных схем кроме основных требований, указанных в ГОСТ 2.702.

При отрисовке схемы реплики в редакторе схем комплекса KiCAD, по возможности выделяются её основные функциональные элементы (например, тактовый генератор, дешифратор адресов, формирователь управляющих сигналов и т.п.).

При объединении цепей используются шины, при этом в шину объединяются только цепи, имеющие единое назначение (например, шина адреса или шина данных). Каждая цепь, входящая в шину, помечается соответствующей меткой.

Для разнородных цепей объединение не используется. Такие цепи либо соединяются графическими линиями, либо (в случае, если это приводит к чрезмерному усложнению принципиальной схемы) разрываются и объединяются в единую цепь по имени.

По возможности, имена ставятся для всех цепей, даже если эти цепи не имеют разрыва. Это необходимо для последующего упрощения трассировки и отладки. Если цепь формируется из нескольких сигналов с использованием элементов цифровой логики, в её имя включаются имена сигналов, формирующих это значение. Например, если элемент "И-НЕ" имеет на входе цепи с именами "A12" и "A13", имя выходной цепи будет A12_13.

В некоторых случаях цепи в исходных материалах имели подписи. В случае, если эти подписи не противоречат друг другу (они не всегда были уникальными и могли повторяться в разных участках одной и той же схемы), имя цепи выбирается согласно подписи (KiCAD допускает имена цепей, содержащие кириллицу).

Трассировка платы

Трассировка платы выполняется в редакторе печатных плат комплекса KiCAD. Начиная с версии 7.0, этот редактор имеет удобный функционал добавления фонового изображения, значительно упрощающий создание реплик. В качестве фонового изображения используются подготовленные ранее фотографии двух сторон печатной платы, размещаемые на слоях F.Cu и B.Cu соответственно. При переключении между слоями в процессе трассировки дорожек редактор будет автоматически отображать соответствующее изображение. На вкладке "Внешний вид" можно установить уровень прозрачности для изображений, что также помогает при трассировке. При формировании итоговой версии проекта, фоновые изображения удаляются для уменьшения размера файла проекта (в текущей версии KiCAD содержимое фоновых изображений помещается непосредственно в файл проекта в текстовом формате).

Перед началом трассировки, на слое Edge.Cuts формируется контур платы а также на плате фиксируются элементы, имеющие заранее известное положение. Дальнейшее размещение элементов схемы осуществляется относительно них с выравниванием контактных отверстий по сетке, кратной 2,5 мм. После размещения всех элементов согласно оригинальным фотографиям, выполняется трассировка дорожек.

В печатных платах того времени было широко распространено изменение направления дорожек под прямым углом, что в настоящий момент по ряду объективных причин не приветствуется, отдавая предпочтение шагу изменения направления трассировки в 45°. Однако для получения достоверной реплики, при трассировке дорожек используется оригинальная геометрия. Переключение режима трассировки в комплексе KiCAD выполняется клавишами "Ctrl+/", причём для разных мест одной и той же дорожки могут быть использованы разные режимы изменения направления, согласно оригиналу.

На некоторых платах используется переменная ширина дорожек с сужением при прохождении дорожки рядом с переходным отверстием другой цепи. Эта особенность трассировки, в силу её непрактичности и сложностей в реализации, в репликах не воспроизводится.

При обнаружении несоответствия схемы фотографии платы, выполняется анализ ситуации, и в схему вносятся необходимые изменения.

Формирование результатов

После завершения трассировки и выполнения проверки правил проектирования как для принципиальной схемы, так и для платы, формируется комплект выходных файлов, необходимых для изготовления печатной платы и её последующего монтажа.

Кроме обычных принципиальной и монтажной схем в формате PDF, для изготовления печатной платы должны быть сформированы производственные файлы в формате Gerber. Наиболее просто это сделать с помощью дополнения Gerber to Order, которое позволяет за одну операцию сформировать zip-архивы с учётом требований всех основных производителей печатных плат.

Значительную помощь при заказе компонентов и монтаже оказывает дополнение Interactive HTML BOM, создающее HTML-файл с интерактивной схемой монтажа и списком элементов.