Работу выполнил студент группы 4086

Руководитель
Дмитроченко А.А.

Хахин И. В.
“____” ____________  20_ г.

Санкт – Петербург

2002

Изучить основы автоматизированного проектирования радиоэлектронных устройств и ознакомиться с процессом проектирования печатных плат в системе P-CAD.

Спроектировать печатную плату некоторого устройства.



Процесс проектирования радиоэлектронных устройств подразделяется на следующие основные этапы:

1.             Ввод исходных данных для проектирования:

+          В виде принципиальной электрической схемы проектруемого устройства;

+          В виде перечня элементов и списка соединений.

2.             Моделирование проектируемого устройства.

3.             Компоновка элементов схемы по корпусам.

4.             Переход к топологии проектируемого устройства.

5.             Топологическое проектирование:

+          Размещение элементов по полю конструктива;

+          Трассировка конструктива.

6.             Вывод результатов проектирования, составление документации.

Этап моделирования зачастую отсутствует, если не надо изобретать новое устройство или модернизировать старое. В данной работе процесс моделирования рассматриваться не будет, так как это достаточно объемный вопрос, требующий отдельного изучения.

Рассмотрим подробнее выполнение указанных операций в системе P-CAD[1]. В качестве проектируемого устройства была выбрана цифровая часть спектр-анализатора.



Ввод исходных данных может производиться в графическом режиме в виде принципиальной электрической схемы или в текстовой форме в виде перечня элементов устройства и списка соединений. Второй вариант применяется редко, поэтому мы будем рассматривать первый вариант.

Создание чертежа принципиальной электрической схемы в системе P-CAD выполняется с помощью графического редактора PC-CAPS. Для создания чертежа схемы нужна элементная база – условные графические изображения (УГО) компонентов (символов) принципиальной электрической схемы. Такая элементная база может быть создана непосредственно в процессе проектирования, либо может быть использована заранее разработанная библиотека компонентов, созданная с помощью программы PC-LIB (предпочтительно использование профессионально выполненных библиотек, так как это может сэкономить массу сил и времени и уменьшить количество допущенных ошибок). Создание библиотеки УГО компонентов – наиболее трудоемкая и ответственная работа, так как ошибки, допущенные при создании УГО, проявляются не только на этапе рисования принципиальной электрической схемы но и позднее при упаковке базы данных ПП.

1. Процесс проектирования элемента принципиальной электрической схемы.

Проектирование элементов производится в символьном режиме работы PC-CAPS (режим SYMB). Каждый элемент хранится в отдельном файле символа компонента с расширением SYM. Данный файл включает УГО компонента, данные об упаковке (см. ниже) и дополнительную информацию.

Сначала создается графическое изображение элемента в соответствии со стандартами. Далее выполняются следующие операции:

1.        Ввод контактов.

Сначала указывается тип вывода: входной (IN), выходной (OUT), двунаправленный (I/O) и т. д. Типы выводов используются при проверке схемы программой PC-ERC. Далее вводится имя вывода, являющееся обязательным. Процесс повторяется для всех контактов компонента.

2.        Ввод точки привязки.

Точка привязки используется при вводе элемента в схему. В качестве нее обычно выбирается левый нижний контакт.

3.        Ввод индивидуального имени элемента.

Индивидуальное имя элемента, соответствующее имени файла без расширения, используется в программе PC-LIB при создании подобных библиотечных компонентов.
4.       Идентификация типа компонента.

Тип компонента используется программами моделирования PC-LOGS и Pspice для идентификации компонентов устройств. Существует 258 числовых идентификаторов, каждый из которых соответствует определенному логическому типу.

5.       Проверка типа введенных контактов.

На данном этапе можно проверить типы введенных ранее контактов и изменить их по необходимости. Кроме того можно ввести коды эквивалентности контактов – идентификаторы, обозначающие взаимозаменяемость контактов.

6.       Ввод информации об упаковке компонента.

Указывается информация, необходимая для упаковки элементов в корпуса. Сначала вводится число вентилей в корпусе. Далее указывается место для вывода имени корпуса. После этого указываются места расположения номеров выводов и для каждого контакта вводится его номер в корпусе.

7.       Ввод атрибутов.

С помощью атрибутов вводится дополнительная информация, например, о цепях питания и земли. Для дискретных компонентов с помощью атрибута VAL можно задавать значения номинала сопротивления, емкости и т. д.

8.       Сохранение файла

Имя файла желательно вводить такое же, как и индивидуальное имя.

2. Проектирование принципиальных электрических схем.

После создания символов всех элементов схемы можно приступать к проектирванию собственно принципиальной схемы. Оно выполняется в схемном режиме работы редактора PC-CAPS (режим DETL). База данных схемы хранится в файле .SCH.

При проектировании схемы выполняются следующие операции.

1.     Ввод символов элементов в схему.

2.     Ввод цепей в схему.

3.     Задание схемных имен элементов.

4.     Именование цепей.

5.     Изображение линий групповой связи (шин).

6.     Нанесение позиционных обозначений компонентов и номеров выводов.

7.     Сохранение изменений в файле.

После создания чертежа принципиальной электрической схемы его нужно перевести во внутренний формат P-CAD. Это выполняется с помощью программы-транслятора PC-NODES, составляющего файл списка электрических связей .NLT на основе информации, содержащейся в файле принципиальной схемы.

Если схема имеет несколько листов, т. е. состоит из нескольких файлов или содержит иерархические элементы, то все фрагменты схемы, оттранслированные программой PC-NODES далее объединяются с помощью программы PC-LINK.

 

При топологическом проектировании создается образ печатной платы, на которой будут размещены компоненты, – конструктив. Далее конструктив объединяется с конструкторско-технологическими образами элементов и на него переносится информация о связях между элементами.

Как и в случае с элементами принципиальной электрической схемы, нужна библиотека образов компонентов печатной платы. Она создается с помощью программы PC-LIB. Если такой библиотеки нет, то конструкторские образы элементов создаются в процессе проектирования.

1. Создание конструкторских образов компонентов.

Конструкторские образы компонентов создаются в редакторе PC-CARDS в символьном режиме (SYMB). Графическое изображение конструктива компонента и некоторая дополнительная информация содержатся в файле .PRT

При проектировании образов компонентов выполняются следующие этапы:

1.        Создание образа компонента.

При создании рисунка конструктива необходимо точно следовать размерам элемента.

2.        Ввод контактов.

При вводе контакта указываются его тип и код эквивалентности, одинаковый  у всех взаимозаменяемых контактов. Тип контакта задает диаметр отверстий, форму и размер контактных площадок и соответствует номеру диаграммы фотоплоттера. Далее указывается место будущего контакта и вводится его имя. Вводить контакты рекомендуется по порядку, так как помимо имен контактов им присваивается сквозная нумерация, используемая при упаковке вентилей в корпус.

3.        Ввод ключевых точек (точек привязки).

К данной точке будет привязываться изображение элемента на плате. Обычно выбирается первый по номеру контакт.

4.        Ввод индивидуального имени элемента.
5.        Задание информации об упаковке компонента.

Сначала вводится код идентификации типа компонента, используемый при размещении компонентов по полю конструктива ПП и определяется тип выводов (планарные или штыревые). Затем проверяется правильность задания типа и кодов эквивалентности выводов. После этого задается упаковочная информация, включающая количество вентилей в корпусе, количество выводов в одной секции, имена выводов и их соответствие номерам выводов. При этом имена контактов в конструкторском образе должны соответствовать именам контактов в символах элементов принципиальной схемы. В связи с этим, чтобы избежать ошибок и упростить работу, информацию об упаковке целесообразно перенести из файла SYM с помощью программы PC-COMP.

6.        Создание атрибута Footprint.

Атрибут привязки используется при автоматическом размещении компонентов по конструктиву.

7.        Сохранение файла

2. Проектирование конструктива печатной платы.

Проектирование конструктива производится в редакторе PC-CARDS (режим DETL). Файл базы данных печатной платы имеет расширение .PCB

При создании образа конструктива рисуется его графическое изображение и вводятся область трассировки и различные области запрета операций. После этого вручную вводятся компоненты, положение которых должно быть зафиксировано (разъемы и др.).

Далее производится упаковка базы данных ПП, т. е. объединение конструктива с конструкторсими образами компонентов и перенос на конструктив соединений между элементами. Для этого, сначала необходимо создать текстовый файл соответствий конструкторских образов символам принципиальной схемы. Данный файл имеет расширение .FIL. Кроме информации о соответствии в данном файле указывается информация о подключении цепей питания и земли к микросхемам. С помощью информации, содержащейся в фале соответствий, программа PC-PACK заменит в базе данных проекта УГО компонентов их конструктивами.

3. Упаковка базы данных печатной платы.

Упаковка базы данных печатной платы выполняется программой PC-PACK на основе следующей информации:

1)      Файла списка электрических связей .NLT или .XNL.

2)      Файла конструктива печатной платы с предварительно размещенными компонентами .PCB.

3)      Файла перекрестных ссылок .FIL.

4)      Файлов образов компонентов .PRT.

Выходным файлом является файл с расширением .PKG.

Размещение, как ручное так и автоматическое, выполняется в программе PC-CARDS. Процесс размещения в автоматическом режиме (ручной режим рассматриваться не будет) включает в себя следующие основные этапы:

1.        Разбиение элементов на группы путем задания атрибутов привязки.

2.        Задание количества сеток размещения.

3.        Привязка элементов к сеткам размещения через Footprint.

4.        Задание минимальных расстояний между дискретными компонентами и основными по 4 направлениям.

5.        Задание минимальных зазоров между компонентами по двум направлениям.

6.         Задание сеток размещения на конструктиве.

7.        Запуск авторазмещения.

После окончания процесса размещения, могут остаться неразмещенные элементы. Они помещаются под конструктив и размещаются вручную.



После того, как компоненты размещены по полю конструктива можно приступить к трассировке связей. Ручная трассировка выполняется в редакторе PC-CARDS, но она довольно неэффективна и применяется редко. Автоматическая трассировка выполняется в программе PC-ROUTE.

Основные этапы при автоматической трассировке следующие:

1.       Написание файла стратегии трассировки .CTL, содержащего следующие разделы:

+       Основные параметры трассировки – задание сеток трассировки для волнового алгоритма, алгоритма трассировки, порядка разводки связей, диагональной разводки, минимизации переходных отверстий, сглаживания углов ;

+       Дополнительные параметры трассировки – типы переходных отверстий, сетка переходных отверстий, задание областей трассировки, количества проходов на слой, расстояния до края конструктива, цены переходных отверстий, преобладающего размещения компонентов и др.;

+       Параметры перетрассировки (RIP-UP) – задание числа проходов основного алгоритма трассировки, Rip-Up и алгоритма оптимизации числа переходных отверстий, задание цен на повторные проходы.

+       Правила для проводников – ширина проводников, расстояния между проводниками и контактами.

+       Классы цепей – задание правила для проводников, приоритета разводки, слоев разводки и перечисление цепей, входящих в данный класс.

+       Описание слоев – указание числа слоев разводки и задание приоритетных направлений разводки по слоям.

2.        Запуск автоматической трассировки.

Разведенная плата запоминается в файле с расширением .PCB



Для вывода графического изображения принципиальной схемы, образа печатной платы с размещенными компонентами и разведенными связями следует подготовить специальные файлы для вывода на внешние устройства, имеющие расширение .PLT. Для этого используются рафические редакторы PC-CAPS и PC-CARDS. Далее подготовленные файлы выводятся на внешние устройства с помощью специальных программ.






В процессе проектирования печатной платы были получены результаты, приведенные на прилагающихся распечатках и были сделаны следующие выводы.

Система P-CAD является достаточно мощным инструментом для проектирования радиоэлектронных устройств, позволяющим выполнять весь цикл проектирования от синтеза структуры устройства до выпуска конструкторской документации. Единственный недостаток данной системы – слегка неудобный интерфейс не позволяющий быстро и эффективно устранять возникающие ошибки, особенно начинающим пользователям.