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【转载】PCB反向工程实战

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顾问一叶落吱天下秋
2015-3-16 20:43:05 只看该作者

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PCB反向工程,又称PCB抄板,即在已经有电子产品实物和电路板实物的前提下,利用反向研发技术手段对电路板进行逆向解析,将原有产品的PCB文件、物料清单(BOM)文件、原理图文件等技术文件以及PCB丝印生产文件进行1:1的还原,然后再利用这些技术文件和生产文件进行PCB制板、元器件焊接、飞针测试、电路板调试,完成原电路板样板的完整复制。
对于PCB反向工程,很多人存在概念误解,甚至认为是山寨,事实上,随着抄板行业的不断发展和深化,今天的PCB抄板概念已经得到更广范围的延伸,不再局限于简单的电路板的复制和克隆,还会涉及产品的二次开发与新产品的研发。
PCB抄板软件的选择?
  
    抄板软件的好坏主要还是取决于功能是否完整,最好是把所有工作都能在抄板软件里去做,这样效率才高,包括元件的放置支持PROTEL99SE为最好,目前99SE的元件库非常丰富,可在互连网上下载到。这个也是很关键的事情,抄板靠手工制作元件的时代已经过去,因为很多象BGP元件封装中有上百个之多的元素,靠手工再去建元件代价太大。
  为了电路稳定可靠,在设计电路时一般要有大块的铜皮和电源或地连接,这样可减少电路的噪声和干扰。所以涉及到网络铺铜的问题,对于复杂的电路板来说,铺铜上面有很多是要连接也有很多是要隔离的,那么如果解决不好这个问题,铺铜就无法实现,所以这里一定要定义网络来铺铜(“同一网络相连,不同网络隔离”),简单的把所有的都填充上铜皮是会出现短路的。这也是衡量抄板软件的一个关键性问题。
  选择好功能完善的软件之后,为保证效果的完美,对于双层板和多层板的抄板,技术上也应该具备丰富的经验和熟练的技巧。由于同一张双层或者多层的PCB板,孔在同一个位置,只是线路连接不同,那么,在抄板软件中描绘原板的布线规则时,把双层板已经抄出的顶层的PCB文件叠在另一层的扫描图像上,两者的过孔重叠,再设置成顶层线路和丝印不显示,根据过孔位置描绘出另一层的线路,这样,导出的PCB文件就包含了双面板的两面资料。
  多层板同理,只是需要在描出表层PCB文件图之后用砂纸打磨掉表层,使内层走线规则暴露出来,然后借助抄板软件以同样的技巧方式抄出即可。
  
    目前市场上的抄板软件最常用的还是PROTEL99SE,另外就是quickpcb 2005 V3.0和各种版本的彩色抄板软件了。
  其中,Protel99SE原本是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件,采用设计库管理模式,可以进行联网设计,具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能,是一个32位的设计软件,可以完成电路原理图设计,印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作,可以设计32个信号层,16个电源--地层和16个机加工层。
  quickpcb 2005 V3.0软件全部操作符合大多数设计人员操作习惯,能在很大程度上提升抄板效率,并解除操作人员的检测之苦。抄板的一次性合格率也能进一步得到保证。

PCB抄板的技术过程
  PCB抄板的技术实现过程简单来说,就是先将要抄板的电路板进行扫描,记录详细的元器件位置,然 后将元器件拆下来做成物料清单(BOM)并安排物料采购,空板则扫描成图片经抄板软件处理还原成pcb板 图文件,然后再将PCB文件送制版厂制板,板子制成后将采购到的元器件焊接到制成的PCB板上,然后经过 电路板测试和调试即可。
  具体技术步骤如下:
  第一步,拿到一块PCB,首先在纸上记录好所有元气件的型号,参数,以及位置,尤其是二极管,三级管的方向,IC缺口的方向。最好用数码相机拍两张元气件位置的照片。现在的pcb电路板越做越高级上面的二极管三极管有些不注意根本看不到。
  第二步,拆掉所有器件,并且将PAD孔里的锡去掉。用酒精将PCB清洗干净,然后放入扫描仪内,扫描仪扫描的时候需要稍调高一些扫描的像素,以便得到较清晰的图像。再用水纱纸将顶层和底层轻微打磨, 打磨到铜膜发亮,放入扫描仪,启动PHOTOSHOP,用彩色方式将两层分别扫入。注意,PCB在扫描仪内摆放一定要横平竖直,否则扫描的图象就无法使用。
  第三步,调整画布的对比度,明暗度,使有铜膜的部分和没有铜膜的部分对比强烈,然后将次图转为黑白色,检查线条是否清晰,如果不清晰,则重复本步骤。如果清晰,将图存为黑白BMP格式文件TOP.BMP和BOT.BMP,如果发现图形有问题还可以用PHOTOSHOP进行修补和修正。
  第四步,将两个BMP格式的文件分别转为PROTEL格式文件,在PROTEL中调入两层,如过两层的PAD和VIA的位置基本重合,表明前几个步骤做的很好,如果有偏差,则重复第三步。所以说pcb抄板是一项极需要耐心的工作,因为一点小问题都会影响到质量和抄板后的匹配程度。
  第五步,将TOP层的BMP转化为TOP.PCB,注意要转化到SILK层,就是黄色的那层,然后你在TOP层描线就是了,并且根据第二步的图纸放置器件。画完后将SILK层删掉。不断重复知道绘制好所有的层。
  第六步,在PROTEL中将TOP.PCB和BOT.PCB调入,合为一个图就OK了。
  第七步,用激光打印机将TOP LAYER,BOTTOM LAYER分别打印到透明胶片上(1:1的比例),把胶片放到那块PCB上,比较一下是否有误,如果没错,你就大功告成了。
  一块和原板一样的抄板就诞生了,但是这只是完成了一半。还要进行测试,测试抄板的电子技术性能是不是和原板一样。如果一样那真的是完成了。
  备注:如果是多层板还要细心打磨到里面的内层,同时重复第三到第五步的抄板步骤,当然图形的命名也不同,要根据层数来定,一般双面板抄板要比多层板简单许多,多层抄板容易出现对位不准的情况,所以多层板抄板要特别仔细和小心(其中内部的导通孔和不导通孔很容易出现问题)。
  
    双面板抄板方法
  1.扫描线路板的上下表层,存出两张BMP图片。
  2.打开抄板软件Quickpcb2005,点“文件”“打开底图”,打开一张扫描图片。用PAGEUP放大屏幕,看到焊盘,按PP放置一个焊盘,看到线按PT走线……就象小孩描图一样,在这个软件里描画一遍,点“保存”生成一个B2P的文件。
  3.再点“文件”“打开底图”,打开另一层的扫描彩图;
  4.再点“文件”“打开”,打开前面保存的B2P文件,我们看到刚抄好的板,叠在这张图片之上——同一张PCB板,孔在同一位置,只是线路连接不同。所以我们按“选项”——“层设置”,在这里关闭显示顶层的线路和丝印,只留下多层的过孔。
  5.顶层的过孔与底层图片上的过孔在同一位置,现在我们再象童年时描图一样,描出底层的线路就可以了。再点“保存”——这时的B2P文件就有了顶层和底层两层的资料了。
  6.点“文件”“导出为PCB文件”,就可以得到一个有两层资料的PCB文件,可以再改板或再出原理图或直接送PCB制版厂生产
  
多层板抄板方法:
  其实四层板抄板就是重复抄两个双面板,六层就是重复抄三个双面板……,多层之所以让人望而生畏,是因为我们无法看到其内部的走线。一块精密的多层板,我们怎样看到其内层乾坤呢?——分层。
  现在分层的办法有很多,有药水腐蚀、刀具剥离等,但很容易把层分过头,丢失资料。经验告诉我们,砂纸打磨是最准确的。
  当我们抄完PCB的顶底层后,一般都是用砂纸打磨的办法,磨掉表层显示内层;砂纸就是五金店出售 的普通砂纸,一般平铺PCB,然后按住砂纸,在PCB上均匀磨擦(如果板子很小,也可以平铺砂纸,用一根 手指按住PCB在砂纸上磨擦)。要点是要铺平,这样才能磨得均匀。
  丝印与绿油一般一擦就掉,铜线与铜皮就要好好擦几下。一般来说,蓝牙板几分钟就能擦好,内存条大概要十几分钟;当然力气大,花的时间会少一点;力气小花的时间就会多一点。
  磨板是目前分层用得最普遍的方案,也是最经济的了。咱们可以找块废弃的PCB试一下,其实磨板没什么技术难度,只是有点枯燥,要花点力气,完全不用担心会把板子磨穿磨到手指头。

分辨率的考量:

DPI越高,图片就越清晰,精度越高,但缺点是图片太大,对硬件要求较高,所以要根据具体情况具体设置。对于一般精度的板子一般采用400DPI就很好了,手机板之类的可设定在1000DPI以上。

抄板精度 :

对于抄板的精度问题,取决于两个环节,一个是软件的精度,一个是原始图象精度,对于软件精度来说采用32位浮点表示可以说不存在任何精度限制,所以最主要的还是取决于原始扫描的图象精度,打个比方说吧,如果用100万像素拍出的照片可洗5寸照片,但如果要把它洗成20寸照片那就根本看不清楚了,道理是一样的,所以对于精度要求很高的电路板来说,要想抄出精度非常高的PCB图,在扫描时就要选择较高的DPI。

DPI的意义是每英寸多少个点。也就是说扫描出来的图象上每两个点之间的距离就是1000/DPI,单位mil.

综上所述,在扫描板子时设定DPI就要根据实际板子所要求的精度而定,如果象手机板子线间距等精度要求在1mil以下,这时就需要扫描DPI就应该设定在1000DPI以上。目前市场上的扫描仪都可以满足这个条件。

在PCB反向技术研究中,反推原理图是指依据PCB文件图反推出或者直接根据产品实物描绘出PCB电路图,旨在说明线路板原理及工作情况。并且,这个电路图也被用来分析产品本身的功能特征。而在正向设计中,一般产品的研发要先进行原理图设计,再根据原理图进行PCB设计。
  无论是被用作在反向研究中分析线路板原理和产品工作特性,还是被重新用作在正向设计中的PCB设计基础和依据,PCB原理图都有着特殊的作用。那么,根据文件图或者实物,怎样来进行PCB原理图的反推,反推过程有该注意那些细节呢?
  一、合理划分功能区域
  在对一块完好的PCB电路板进行原理图的逆向设计时,合理划分功能区域能够帮工程师减少一些不必要的麻烦,提高绘制的效率。一般而言,一块PCB板上功能相同的元器件会集中布置,以功能划分区域可以在反推原理图时有方便准确的依据。
  但是,这个功能区域的划分并不是随意的。它需要工程师对电子电路相关知识有一定的了解。首先,找出某一功能单元中的核心元件,然后根据走线连接可以顺藤摸瓜的找出同一功能单元的其他元件,形成一个功能分区。功能分区的形成是原理图绘制的基础。另外,在这一过程中,不要忘记巧妙利用电路板上的元器件序号,它们可以帮助您更快的进行功能分区。
  二、找对基准件
  这个基准件也可以说是在进行原理图绘制之初所借助的主要部件,在确定基准件之后,根据这些基准件的引脚进行绘制,能够在更大程度上保证原理图的准确性。
  对于工程师而言,基准件的确定不是很复杂的事情,一般情况下,可以选择在电路中起主要作用的元器件作为基准件,它们一般体积较大、引脚较多,方便绘制的进行,如集成电路、变压器、晶体管等等,都可以作为合适的基准件。
  三、正确区分线路,合理绘制布线
  对于地线、电源线、信号线的区分,同样需要工程师有相关的电源知识、电路连接知识、PCB布线知识等等。这些线路的区分,可以从元器件连接情况、线路铜箔宽度以及电子产品本身的特征等方面进行分析。
  在布线绘制中,为避免线路交叉与穿插,对地线可以大量使用接地符号,各种线路可以使用不同颜色的不同线条保证清晰可辨,对各种有元器件还可以运用专用标志,甚至可以将单元电路分开绘制,最后再进行组合。
  四、掌握基本框架,借鉴同类原理图
  对于一些基本电子电路的框架构成和原理图画法,工程师需要熟练掌握,不仅要能对一些简单、经典的单元电路的基本组成形式进行直接绘制,还要能形成电子电路的整体框架。
  另一方面,不要忽视,同一类型的电子产品在原理图上具有一定的相似性,工程师可以根据经验的积累,充分借鉴同类电路图来进行新的产品原理图的反推。
  五、核对与优化
  原理图绘制完成之后,还要经过测试与核对环节才能说PCB原理图的逆向设计结束。对PCB分布参数敏感的元件的标称值需要进行核对优化,根据PCB文件图,将原理图进行对比分析与核对,确保原理图与文件图的完全一致。
  若在核对中发现原理图布局上与要求不符,还将要进行原理图的调整,直到达到完全的合理与规范,准确和清晰。


操作实例,板上有三防漆:  


1)反向工程后的原理图====

      ===(2)反向工程后的PCB图====

      ===(3)制作的简单的BOM=====

      ===(4)描述并较正过的顶层图片====

      ===(5)描述并较正过的底层图片====


希望这份资料能够对坛友们有所帮助!


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正式队员c-h-y
2015-3-16 22:34:56 只看该作者
牛逼!反向操作。
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步兵TANGX
2015-3-16 22:52:13 只看该作者
一叶落吱天下秋 发表于 2015-3-16 21:00
某种程度上来说的确是。。。不过也不失为学习别人并加以借鉴的一种好方法 ...

确实是的
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顾问一叶落吱天下秋
 楼主| 2015-3-16 21:00:28 只看该作者

某种程度上来说的确是。。。不过也不失为学习别人并加以借鉴的一种好方法
沙发

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前哨站哈哈哈
2015-3-16 20:54:44 只看该作者
卧槽。。。好流弊!!!
板凳

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步兵TANGX
2015-3-16 20:57:58 只看该作者
山寨利器
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地板

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顾问一叶落吱天下秋
 楼主| 2015-3-16 20:58:31 只看该作者
哈哈哈 发表于 2015-3-16 20:54
卧槽。。。好流弊!!!

对大家有用就好~~~
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英雄DarkPatio
2015-3-16 21:18:17 只看该作者
谢谢楼主,很受用
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英雄zzipeng
2015-3-16 21:59:40 只看该作者
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顾问一叶落吱天下秋
 楼主| 2015-3-16 22:39:39 只看该作者
DarkPatio 发表于 2015-3-16 21:18
谢谢楼主,很受用

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