راهنمای کامل مناطق قانون (Keepouts)، قفل‌گذاری، گروه‌بندی و آرایه‌ها در طراحی PCB با Kicad - قسمت نوزدهم آموزش Kicad

در قسمت قبلی آموزش Kicad به راهنمای کامل اندازه‌ها، ویرایش گروهی و پاکسازی گرافیک‌ها در KiCad پرداختیم. در این قسمت به بررسی راهنمای کامل مناطق قانون (Keepouts)، قفل‌گذاری، گروه‌بندی و آرایه‌ها در طراحی PCB با Kicad می‌پردازیم. با سیسوگ همراه باشید.

مناطق قانون (keepouts)

مناطق قانون (به عنوان keepouts هم شناخته می شوند) مناطقی از برد هستند که قوانین DRC خاصی برای آنها تعریف شده است. برخی از قوانین اساسی موجود هستند که اگر انواع خاصی از اشیا در محدوده منطقه قانون باشند موجب رخداد خطاهای DRC می شوند هرچند مناطق قانون می توانند به همراه قوانین DRC اختیاری استفاده شوند تا عملکرد DRC پیچیده ای که تنها در حیطه منطقه قانون معتبر است را تعریف کنند.

شما می توانید با کلیک کردن روی دکمه در نوار ابزار راست یک منطقه قانون را اضافه کنید (crtl+shift+K). برای جایگذاری اولین گوشه روی صفحه کلیک کنید که پس از آن پنجره Rule Area Properties نمایش داده خواهد شد. پس از پیکره‌بندی منطقه قانون به شکل صحیح برای ادامه‌یافتن جای‌گذاری گوشه‌های دیگر منطقه قانون OK را فشار دهید. شکل منطقه می‌تواند یک شکل هندسی دلخواه باشد. روی گوشه شروع کلیک کنید یا دو بار کلیک کنید تا عملیات جای‌گذاری به پایان برسد.

پنجره Rule Area Properties گزینه هایی پیشرو را دارد:

لیست Layers تعیین می‌کند که منطقه در چه لایه‌ای اعمال شود. منطقه تنها روی این لایه‌ها نمایان شده و قوانین انتخابی فقط بر روی این لایه‌ها اعمال می‌شوند. حداقل یک لایه باید انتخاب شود. به طور پیش‌فرض لایه فعال در صفحه ویرایشگر در لیست لایه منطقه قانون از قبل انتخاب شده است.

فیلد area name اختیاری بوده و یک شناسه برای منطقه فراهم می‌آورد. اگر فراهم آورده شده باشد، این مسئله در پیام‌های نقض قانون DRC گنجانده می‌شود تا آنها را واضح‌تر بکند. این مورد همچنین می‌تواند در قوانین DRC اختیاری برای شناسایی یک منطقه قانون خاص استفاده شود.

چک‌باکس locked اینکه منطقه قفل باشد را تعیین می‌کند. به‌مانند دیگر اشیا، مناطق قانون پس از ایجادشدن می‌توانند قفل شده یا قفلشان باز شود.

چندین basic rules برای بیرون نگه‌داشتن انواع مختلفی از اشیا موجود هست. قوانین پایه می‌توانند برای بیرون نگه‌داشتن ترک‌ها، ویاها، پدها، مناطق و فوت پرینت‌ها پیکره‌بندی بشوند. اگر یک شی از بین انواع انتخاب شده در حیطه منطقه قانون باشد، یک خطای DRC رخ خواهد داد. به‌علاوه، مناطق توپر درصورتی‌که به مناطق keep out پیکره‌بندی شده باشند به طور خودکار از یک منطقه قانون دوری خواهند کرد.

✅ نکته

گزینه‌های کمی برای نمایش کادر منطقه قانون وجود دارد. مناطق می‌توانند با یک کادر هاشور زده، کاملاً هاشور زده و یا با تنها کادر بدون هیچ هاشوری نمایش داده شوند. فاصله هاشور کادر نیز قابلیت تنظیم دارد.

قفل کردن

اکثر اشیا می‌توانند از طریق پنجره‌های خصوصیاتشان با راست کلیک‌کردن روی منوی مربوطه و یا با استفاده از میان‌بر قفل‌کردن L قفل شوند. اشیا فیلتر شده نمی‌توانند انتخاب شوند مگر آنکه چک‌باکس “Locked items” در فیلتر انتخاب فعال شده باشد. تلاش برای جابه‌جایی آیتم‌های قفل شده منجر به نمایش پنجره هشدار خواهد شد:

انتخاب “override Locks” در این پنجره اجازه حرکت آیتم‌های قفل شده را خواهد داد. انتخاب “OK” به شما اجازه خواهد داد تا هر آیتم قفل نشده‌ای را حرکت بدهید و آیتم‌های قفل شده را پشت سر بگذارید. انتخاب “Do not show again” انتخاب شما را برای دفعات بعدی به‌خاطر خواهد سپرد.

آیتم‌های قفل شده با یک سایه رنگی در اطرافشان نمایش داده می‌شوند. این قابلیت می‌تواند در طرح رنگ شما سفارش سازی شود.

گروه ها

گروه‌ها این اجازه را به شما می‌دهند تا برای حرکت‌دادن و یا چرخش اشیا با چندین شی مثل یک شی تکی برخورد کنید. هر شی در گروه موقعیت خود را نسبت به دیگر اشیا در گروه حفظ خواهد کرد. گروه‌ها همچنین می‌توانند یک اسم داشته باشند که در زمانی که گروه انتخاب شده است در قاب ویرایش نمایش داده می‌شوند.

بیشتر انواع اشیا در ویرایشگر برد می‌توانند گروه‌بندی شوند: فوت پرینت‌ها، ترک‌ها، مناطق، آیتم‌های گرافیکی و حتی دیگر گروه‌ها. گروه‌ها می‌توانند چندین نوع مختلف از اشیا را هم‌زمان شامل شوند.

برای اضافه‌کردن اشیا به یک گروه، آنها را انتخاب کنید، سپس راست کلیک کرده و Grouping -> Group Items را انتخاب کنید. برای حذف تمامی آیتم‌ها از یک گروه، گروه را انتخاب کرده و Grouping -> Ungroup Items را انتخاب کنید.

هنگامی که اشیا به یک گروه اضافه شدند، انتخاب هر شی ای کل گروه را به‌مانند یک کل واحد انتخاب می‌کند (بجای انتخاب اشیا سازنده آن). برای ویرایش یک شی خاص در درون یک گروه ابتدا گروه را انتخاب کرده سپس راست کلیک کرده و Enter Group را انتخاب کنید. با دو بار کلیک‌کردن روی یک گروه نیز وارد گروه می‌شوید. در هنگام واردشدن به یک گروه، اشیا در داخل گروه می‌توانند بدون تحت‌تأثیر قراردادن دیگر اشیا در گروه به‌صورت انفرادی انتخاب و ویرایش بشوند. برای خارج‌شدن از گروه و توقف ویرایش اعضای آن به‌صورت تکی، راست کلیک کرده و Leave Group را انتخاب کنید یا اینکه شی ای خارج از گروه انتخاب کنید، یا از Esc بهره ببرید.

راه‌های مختلفی برای ویرایش اینکه چه اشیایی به یک گروه تعلق دارند وجود دارد. برای حذف اشیا از یک گروه وارد گروه شوید سپس اشیایی که می‌خواهید حذف کنید را انتخاب کنید. راست کلیک کرده و Grouping -> Remove Items را انتخاب کنید. برای اضافه‌کردن آیتم‌ها به یک گروه، ابتدا تمامی آیتم‌ها را از گروه‌بندی خارج کنید. این کار باعث می‌شود که اعضای قبلی گروه انتخاب شوند. سپس آیتم جدید را به انتخاب‌شدگان اضافه کرده و انتخاب‌ها را گروه‌بندی کنید. دقت کنید که در ابتدا بدون خارج‌سازی از گروه این فرایند یک گروه تودرتو ایجاد خواهد کرد: یک گروه جدید شامل آیتم جدید و گروه اصلی کل و نه‌تنها آیتم‌ها در گروه اصلی.

شما می توانید در پنجره خصوصیات گروه، اشیا را از یک گروه حذف و یا به آن اضافه کنید. برای باز کردن پنجره خصوصیات گروه، E را فشار داده و یا راست کلیک کرده و Properties را انتخاب کنید. پنجره خصوصیات اشیا موجود در گروه را لیست می کند. برای اضافه کردن شی اضافه به گروه روی دکمه  کلیک کرده سپس روی شی مورد نظر در قاب طراحی کلیک کنید. شی ای که روی آن کلیک می کنید به گروه اضافه خواهد شد. برای حذف یک شی آن را در لیست انتخاب کرده سپس روی دکمه  کلیک کنید.

پنجره خصوصیات گروه همچنین به شما اجازه می‌دهد تا برای گروه اسمی انتخاب کنید و یا آن را قفل کنید. گروه‌ها می‌توانند با استفاده از پنجره مدیریت خصوصیات نیز نام‌گذاری و یا قفل بشوند.

آرایه ها

Kicad یک ابزار آرایه برای ایجاد مستطیل یا آرایه‌های دایره‌ای از اشیا (فوت پرینت، ویاها، اشیا گرافیکی و غیره) داراست. دو نوع از آرایه‌ها ممکن هستند: شبکه و دایره‌ای Grid  و Circular

Grid Arrays مستطیلی بوده و توسط یک horizontal count و vertical count توصیف می‌شوند که تعداد ردیف‌ها و ستون‌ها در آرایه را مشخص می‌کنند. تنظیمات spacing  horizontal  و vertical فاصله بین سطرها و ستون‌ها را تعریف می‌کنند درحالی‌که تنظیمات horizontal and vertical offset یک شیفت (حرکت) اعمالی به هر سطر و ستون را در مقایسه با سطر و ستون قبلی تعریف می‌کنند.

شما می‌توانید با انتخاب تنظیم stagger یک الگوی پله‌ای تکرارشونده ایجاد کنید که تعداد سطرها و ستون‌هایی که آفست هستند را قبل از تکرارشدن الگوها کنترل می‌کند. شما می‌توانید به‌وسیله سطر یا ستون پله ایجاد کنید. برای مثال، اگر دو سطر پلکانی انتخاب شوند، هر سطر به‌صورت افقی از سطر قبلی به‌اندازه نصف فاصله افقی تنظیمی آرایه منحرف خواهد شد. هر سطر دیگری در آفست و فاصله اولیه قرار خواهد گرفت. اگر تعداد 3 عدد ستون پلکانی انتخاب شده باشد، هر ستون به اندازه یک سوم فاصله عمودی آرایه تنظیمی به صورت عمودی آفست خواهد شد. هر ستون سوم در آفست و فاصله اولیه قرار خواهد گرفت. آفست‌ها از تنظیمات پلکانی به تنظیمات آفست عمودی و افقی قبلی اضافه می‌شوند.

Circular Arrays توسط یک نقطه مرکزی، یک فاصله زاویه‌ای و تعدادی از آیتم‌های آرایه‌ای توصیف می‌شوند. اگر set center by position انتخاب شده باشد، نقطه مرکزی آرایه توسط موقعیت‌های X/Y مطلق که شما در center pose X و center pose Y وارد کردید تعریف می‌شوند. اگر set center by radius انتخاب شده باشد، نقطه مرکزی آرایه توسط پارامترهای array angle و array radius تعریف خواهند شد که موقعیت مرکز آرایه نسبت به موقعیت شی مبدأ را توصیف می‌کنند. موقعیت شی مبدأ برای ارجاع به‌عنوان ref point pos X و ref point pos Y نمایش داده می‌شوند.

فیلد item count تعداد اشیا در آرایه را تعیین می‌کند که شامل شی مبدأ می‌شود. فیلد angle با داشتن نقطه مرکز در وسط آرایه فاصله بین آیتم‌ها را تعیین می‌کند. زوایای مثبت به یک چرخش پادساعت‌گرد نسبت به نقطه مرکز و آیتم مبدأ منجر می‌شود درحالی‌که زوایای منفی ساعت‌گرد می‌چرخد. زاویه چرخش 0 منتهی به یک دایره کامل می‌شود به همراه اشیایی که به طور مساوی فاصله گرفته‌اند تا تعداد معین اشیا را فراهم کنند. اگر تعداد اشیا برای ایجاد یک دایره کامل با فواصل مساوی زیاد از حد کم باشد، آرایه یک دایره کامل نخواهد بود. هنگامی که rotate items انتخاب شده باشد، اشیا حول مرجعشان خواهند چرخید درحالی‌که آرایه در اطراف نقطه مرکز حرکت می‌کند. در غیر این صورت اشیا به‌عنوان آیتم مبدأ جهتی مشابه را حفظ می‌کنند.

در هنگام خلق آرایه‌ای از فوت پرینت‌ها چه دایره باشد و چه مستطیل، تنظیمات Footprint Annotation اینکه فوت پرینت‌های جدید دارای چه شناسه‌های مرجعی باشند را کنترل می‌کند. این موضوع بر ارتباط فوت پرینت‌های جدید و شماتیک اثرگذار است. اگر keep existing reference designators انتخاب شده باشد، فوت پرینت‌های جدید در آرایه به‌عنوان فوت پرینت‌های مبدأ شناسه‌های مرجع مشابهی خواهند داشت که باعث به‌وجودآمدن شناسه‌های مرجع تکراری در برد می‌شود. اگر assign unique reference designators انتخاب شده باشد، هر فوت پرینت جدید ایجاد شده در آرایه یک شناسه مرجع منحصربه‌فرد خواهد داشت که به‌صورت خودکار به آن اختصاص می‌یابد.

✅نکته

پس از ایجاد آرایه، اشیا تازه اضافه شده انتخاب شده باقی می مانند (شامل شی مبدا اولیه نمی شود) که در صورت نیاز به تنظیم پارامترها به شما به آسانی اجازه پاک کردن آرایه را می دهد.

استفاده از تصاویر مرجع

Kicad از نمایش تصاویر مرجع روی قاب طراحی پشتیبانی می‌کند. این عکس‌ها تصاویر پس‌زمینه‌ای هستند که به شما کمک می‌کنند تا یک برد را طرح‌ریزی کنید. آنها فقط و فقط برای ارجاع در طول فرایند طراحی بوده و در خروجی‌های ساخت حاضر نیستند.

برای اضافه کردن تصویر ارجاعی، روی دکمه  در نوار ابزار راست کلیک کرده و فایل تصویری دلخواه خود را انتخاب کنید.

وقتی تصویر به قاب طراحی اضافه شد شما می‌توانید با باز کردن پنجره خصوصیات آن E و تنظیم مقیاس در سربرگ Image و یا با درگ‌کردن تصویر اندازه آن را تغییر بدهید. در اینجا در صورت داشتن تمایل می‌توانید از گزینه Convert to Greyscale هم استفاده کنید.

تصاویر ارجاعی یک لایه مرتبط با خود دارند. تصاویر به همراه این لایه نمایان شده و یا مخفی می‌شوند. لایه‌ای که نخست مرتبط با عکس ارجاعی است همان لایه‌ای است که در هنگام اضافه‌شدن عکس لایه فعال بود. شما می‌توانید لایه مرتبط را در خصوصیات تصویر تغییر بدهید.

راه دیگر برای مخفی‌کردن تصویر ارجاعی استفاده از مدیریت ظاهر است. شما می‌توانید تمامی تصاویر ارجاعی را با معکوس کردن رویت پذیری شی تصویر در سربرگ Objects (دکمه) نمایان کرده و یا مخفی کنید. شما همچنین قادرید تا شفافیت تصاویر را در اینجا تنظیم کنید.