Реферат: Выбор САПР для автоматизированного проектирования

--PAGE_BREAK--1 Выбор САПР для автоматизированного проектирования

Разработка печатной платы источника питания будет использоваться программа P-CAD 2001. В новой версии P-CAD введены функции, недоступные ни в одной существующей системе проектирования печатных плат.

Программа включает в себя восемь основных модулей. Основным достоинством данной программы является  бессеточный автотрассировщик Shape-Based Router, который сильно потеснил привычную всем программу SPECCTRA. В программе так же изменены принципы построения библиотеки компонентов P-CAD. Если раньше она была излишне запутанной, то теперь она проста и наглядна. Производитель — назначение — тип компонента, что значительно упрощает поиск в библиотеках нужного компонента. Сами библиотеки теперь разрабатываются и регулярно обновляются специальным подразделением компании поставщика программы, и свободно скачать самую последнюю их версию можно на сайте компании. В настоящее время пользователям доступно 334 библиотеки, содержащие свыше 27 тысяч компонентов, каждый из которых соответствует требованиям стандарта ISO 9001.

Последним крупным дополнением явился выход продукта CAMtastic! 2000, который также поставляется бесплатно и позволяет решить большинство проблем, связанных с подготовкой проекта платы к производству.

Все перечисленные выше дополнения присутствуют в системе P-CAD 2001 (ACCEL EDA 16). Так же в системе имеется модуль Signal Integrity, позволяющий производить анализ целостности сигналов и перекрестных искажений в цепях платы. Сейчас он поставляется бесплатно в составе полной и ограниченной (6 слоёв, 400 компонентов) конфигураций. Основу модуля составляет программа контроля целостности сигналов Fast Reflection and Crosstalk Simulator, разработанная компанией INCASES Engineering (www.incases.com), позволяющая проанализировать компоновку печатной платы и с большой достоверностью сделать вывод о её последующей работоспособности. В качестве исходных данных программа контроля целостности сигналов использует импедансы проводников, вычисленные специальной программой анализа линий передач, и макромодели компонентов.

В версии P-CAD 2001 смешанное аналогово-цифровое моделирование выполняется с помощью модуля Sim 99 из пакета Protel 99 SE, представляющего собой классическую программу моделирования SPICE3/XSPICE, разработанную в Беркли. То есть пользователю поставляется и P-CAD 2001, и облегченная версия Protel 99 SE. Принципиальная схема устройства разрабатывается в редакторе P-CAD Schematic с использованием специальных библиотек компонентов, выполненных по стандарту SPICE3, и запускает схему на расчет. После этого автоматически запускается Protel, куда схема передается в формате внутреннего списка соединений. Настройка типа производимого анализа, просмотр и обработка результатов расчета производятся уже в рамках системы Protel.

Большинство остальных достоинств относится к редактору печатных плат. Главным из них можно назвать возможность автоматического выбора топологического посадочного места, в зависимости от ориентации компонента на плате. Сейчас этой функции нет ни в одной другой системе проектирования печатных плат (в системе Protel 99 SE каждому компоненту может быть назначено до четырёх посадочных мест, но выбор их всё равно осуществляется вручную). Для поддержки функции параметрического выбора посадочного места были внесены изменения в редактор Pattern Editor и модуль Library Executive, позволяющие создавать и назначать одному компоненту восемь различных топологических посадочных мест, в зависимости от угла поворота и стороны (верхней или нижней) платы.

Другим важным дополнением программы является поддержка контрольных точек на уровне системы аналогично тому, как это реализовано в системе Protel 99 SE. Ранее управление контрольными точками осуществлялось внешней DBX-утилитой, которая работала только с редактором печатных плат. Теперь контрольные точки могут быть добавлены не только на плату, но и непосредственно к топологическому посадочному месту в редакторе Pattern Editor.

Информация о контрольных точках может передаваться в программу трассировки печатных плат SPECCTRA и обратно. При преобразовании PCB ASCII файла в проект SPECCTRA все контрольные точки, не связанные с контактными площадками и переходными отверстиями с присвоенными цепями, будут проигнорированы и потеряны.

Для контроля размещения контрольных точек введены семь новых правил проектирования: TestPointAccuracy, TestPointCenter, TestPointGrid, TestPointPermitted, TestPointRequired, TestPointSide, TestPointSpacing. Отчёт о проверке этих правил записывается в специальный файл с расширением tst, где отображается имя цепи, сторона платы, статус блокировки и координаты X и Y.

Другим важным дополнением является введение в технологические файлы Design Technology Parameters File трёх новых секций: Apertures, Design Rules и Layer Stacks. Увеличена также максимально допустимая длина имён пунктов секций Global Rules, Net Class Definition, Net Class Rules и Net Rules с 20 до 30 символов (только для редактора PCB). Аналогичное изменение коснулось длин имён объектов редакторов принципиальных схем и печатных плат: компонентов, цепей, классов цепей, листов и слоёв. Увеличено максимально допустимое число листов схемы и слоёв платы с 99 до 999. Введение новых слоёв в старые проекты осуществляется легко и никак не затрагивает уже имеющиеся слои.

В редактор печатных плат введён ряд пользовательских функций, доступных в системе Protel 99 SE. В состав меню Edit введена команда Select Highlighted, с помощью которой можно выделить все 'подсвеченные' объекты на чертеже печатной платы. Маска 'подсвечивания' объектов задается командой Selection Mask, заменившей команду Options ' Block Selection, благодаря чему стало возможно маскирование объектов не только при выборе окном (вкладка Block Selection), но и при выборе отдельных объектов, как задано на вкладке Single Selection. Здесь в поле Single Select Mode присутствуют две опции, задающие один из двух режимов выделения наложенных друг на друга объектов: Cycle-Picking — последовательный перебор объектов нажатием левой кнопки мыши или клавиши SPACEBAR; и Popup Dialog — выбор нужного объекта из всплывающего окна. При использовании режима выделения Popup Dialog во всплывающем окне все объекты расположены в порядке следования слоев от самого верхнего до самого нижнего. В списке отображаются: тип объекта (Type), слой (Layer), цепь (Net) и другая полезная информация (Information). Аналогичным образом эти режимы работают при добавлении (или удалении) объектов к набору при блочном выделении объектов в окне. При этом вызов всплывающего меню осуществляется нажатием комбинации CTRL + левая кнопка мыши.

По аналогии с функцией глобального редактирования системы Protel 99 SE изменена команда Move by RefDes. Теперь с помощью этой команды можно выбирать и размещать на плате не только один компонент по позиционному обозначению, а набор компонентов и списка всех компонентов по маске. Добавлена новая функция редактирования сегментов проводников, позволяющая к уже существующим линиям добавлять новые изломы, то есть разбивать сегмент проводника на две части. Новая команда Add Vertex добавлена в контекстном меню, вызываемом нажатием правой кнопки мыши на любой отдельной (не входящей в состав группового объекта) линии. Точка излома добавляется в середине линии. Если редактировался проводник (линия на сигнальном слое), то при перемещении вершины прилегающие сегменты будут растягиваться. При редактировании линий, расположенных на механических слоях, этого происходить не будет. Аналогичные изменения сделаны и в редакторе принципиальных схем.

К существующим на плате цепям стало возможным добавлять и удалять новые узлы. Операция добавления узла производится с помощью команды Add to Net, расположенной в контекстном меню, вызываемом нажатием правой кнопки мыши на любой неприсоединенной контактной площадке или переходном отверстии. Данная операция является обратимой, то есть возможна её отмена с помощью команды Undo. Удаление узла производится нажатием новой кнопки Remove Nodes в окне Edit Nets, вызываемом стандартным методом. Данная операция является необратимой. Кроме того, теперь можно связывать несколько точек в проекте с помощью Copper Ties без изменения внутреннего списка соединений.

В редакторе печатных плат для правил проектирования, связанных с цепями (Net, Net Class и Class-to-Class), стало возможным дифференцирование их по слоям. Соответствующие атрибуты устанавливаются в диалоговом окне Option Design Rules и позволяют задавать, например, различную ширину проводников одной цепи, расположенных на разных слоях. Данные правила проектирования будут проверяться как во время пакетной проверки (DRC), так и во время ручной трассировки. Кроме того, в программу проверки правил проектирования добавлена функция проверки правил Clearance, которая во время пакетной и интерактивной проверки следит, чтобы элементы трассировки (проводники, дуги и переходные отверстия) не пересекали границы 'запрещённых' областей Keepout (полная аналогия с системой Protel 99 SE).

Добавлена возможность блокировки перемещения различных наборов объектов на плате, особенно во время размещения компонентов и трассировки проводников по слоям (по аналогии с атрибутом Lock, имеющимся у всех графических примитивов в системе Protel 99 SE). В наборы блокируемых объектов могут входить: дуги (Arcs), проводники (Lines), отдельные контактные площадки и переходные отверстия (Free Pads и Free Vias), контрольные точки (Test Points), металлизированные полигоны (Copper Pours) и компоненты (Components). Заблокированные объекты не могут быть перемещены, повернуты, отображены зеркально, удалены в буфер, удалены вообще и отредактированы. Дляблокированныхкомпонентовбудутигнорироватьсяследующиекоманды: Change Pattern, Move, Move by RefDes, Rotate, Flip, Delete, Cut, Component Type Replacement, Explode Component, Align Component иForce Update.

Функция простановки размеров претерпела ряд значительных изменений. Теперь стало возможным изменение положения обозначения размера с помощью специального маркера-манипулятора. C его помощью у размеров типов Point-to-Point, Datum, Baseline и Angular численное значение размера можно перемещать вдоль главной линии, а у размеров типов Leader, Radius и Diameter стрелки можно вращать относительно центра объекта. Расширены возможности редактирования атрибутов размеров, например, Unit, Layer, Precision и Tolerance. При простановке размеров типов Baseline и Datum стала возможна отмена последнего действия с помощью нажатия клавиш BACKSPACE или CTRL+BACKSPACE. В размере типа Leader добавлен новый символ в виде треугольника. Кроме того, только в редакторе PCB стало возможно отображение допусков для размеров типов Radius и Diameter, подавление незначащих нулей и класс точности (количество чисел после десятичной точки).

В редакторе печатных плат на вкладку General диалогового окна Options Configure добавлены две опции, задающие последовательность заливки полигонов. Ранее эта последовательность выбиралась случайным образом, и в некоторых случаях, например, когда маленький полигон находился внутри большого, он мог остаться не залитым. Теперь порядок заливки может быть следующим: сначала маленькие, затем большие (Smallest to Largest); пользовательским (Selected Order), когда области выбираются нажатием клавиш CTRL + левая кнопка мыши.  

Важным дополнением к редактору печатных плат стала внешняя DBX утилита AutoRFQ, представляющая собой стандартное приложение Request For Quotation и предназначенная для связи с одним их крупнейших сайтов для заказа электронных компонентов WebQuote www.webquote.com.

Кроме того, добавлен двунаправленный транслятор IDF-формата (Intermediate Data Format), который значительно расширит возможности обмена данными с механическими САПР. Ранее такой обмен был возможен только через DXF-формат.

Во все модули программы добавлена новая функция печати. В диалоговое окно File Print в поле Print Job Overrides добавлена новая опция Current Display, с помощью которой на печать можно выводить только текущее содержимое окна редактора. При изменении масштаба просмотра чертежа содержимое распечатки также будет изменяться. Кроме того, сюда добавлен параметр Minimum Line Width, задающий минимальную ширину линий при выводе на печать. Также везде добавлена функция отображения краткой информации об объекте, находящемся в данный момент времени под указателем мыши

Таким образом система P-CAD2001 стала менее громоздкой и при этом обогатилась новыми дополнительными функциями и возможностями, которые призваны упростить работу инженера и расширить его возможности. Даная программа не сложна в изучении и позволит добиться поставленных результатов в направлении разработки печатной платы для проектируемого устройства.

    продолжение
--PAGE_BREAK--2 Анализ исходных данных для проектирования




При разработке конструкции печатной платы, необходимо рассчитывать диаметр контактных площадок и диаметр отверстий.

Основными исходными данными для расчетов элементов печатного монтажа является класс плотности и шаг координатной сетки <metricconverter productid=«2,5 мм» w:st=«on»>2,5 мм.

Для разрабатываемой печатной платы выбираем первый класс плотности монтажа.

Размеры элементов проводящего рисунка для первого класса плотности

Ширина проводников, мм…………………………………………………………… 0,75;

Расстояние между проводниками, мм……………………………………………… 0,75;

Контактный поясок, мм………………………………………………………………. 0,3;

Коэффициент погрешности, мм……………………………………………………… 0,65;

Рассчитываем диаметр отверстий:
Dотв = Dвыв + (0,2 …. 0,3)
где Dвыв — диаметр выводов ЭРЭ.
Dотв =0,7  + 0,265 = 0,965 мм,
Диаметр контактной площадки отверстий определяется по формуле:
dK
=
D
отв +
c
+ 2
b
где dK
— диаметр контактной площадки отверстий;

D
отв — диаметр отверстия;

с-суммарный коэффициент, учитывающий изменение диаметров отвер­стий, контактных площадок, межцентрового расстояния и смещения слоев в про­цессе изготовления (с=0,5 мм);

b-ширина контактной площадки в узком месте: b=0,15 мм.

Рассчитываем диаметр контактной площадки отверстий
dK1 =0,9+ 0,5+ 2*0,062 = 1,524 мм

Так как в разрабатываемой печатной плате нет цепей, по которым течёт большой ток, то ширину дорожек в свободных местах принимаем равной <metricconverter productid=«0,75 мм» w:st=«on»>0,75 мм.
Таблица 1 — Исходные данные для проектирования печатной платы



Предварительный расчет площади печатной платы:
<img width=«359» height=«36» src=«ref-2_1141782110-1195.coolpic» v:shapes="_x0000_i1025">
где К – коэффициент интеграции, К=2…3;

Sэл — площадь элементов;

n — количество элементов.
В соответствии с ГОСТ 10317-79 выбираем размеры печатной платы 120х160 мм.

В соответствии с ГОСТ 23751-86 выбираем ширину печатных проводников <metricconverter productid=«0,75 мм» w:st=«on»>0,75 мм.

Для всех элементов размеры контактных площадок выбираем равными 1,524мм, размеры отверстий выбираем равными 0,965мм.

    продолжение
--PAGE_BREAK--3 Алгоритм разработки библиотеки условно-графического обозначения


Разработка условно-графического обозначения элемента транзистора VT4:

Первое, что необходимо сделать при разработке УГО элементов, настроить программу входящую в пакет P-CAD2001. Для этого открываем вышеуказанную программу. В ней в главном меню заходим в настройки конфигурации. В настройках конфигурации программы задаем единицы измерения координатной сетки (миллиметры) после этого подтверждаем свои действия нажатием кнопки ОК. В нижней части окна находим поле задания шага координатной сетки. Устанавливаем шаг координатной сетки, равным пол миллиметра (<metricconverter productid=«0,5 мм» w:st=«on»>0,5 мм). Теперь можем приступить к рисованию условно-графического обозначения. Для этого выбираем команду placelineи рисуем изображение транзистора VT4 согласно ГОСТ2.747-68 ЕСКД. Затем ставим выводы транзистора. Для этого выбираем команду placepin. В появившемся диалоговом окне выбираем установку длинны вывода вручную и ставим длину вывода равную <metricconverter productid=«4 мм» w:st=«on»>4 мм. Затем убираем галочки с названия и номера вывода (для транзистора они не нужны, так как оба вывода пассивные и равнозначные). Ставим выводы с двух сторон, соответственно УГО. Затем устанавливаем на один из выводов точку привязки к координатной сетке. Точка привязки ставится с помощью инструмента Placerefpoint. После этого устанавливаем подпись элемента командой PlaceAttribute, выбрав в появившейся таблице Component/RefDes. Сохраняем элемент в библиотеке командой Symbol/SaveAs. Компоненту присваиваем название VT_POLи сохраняем его в библиотеку.

Создаем УГО микросхемы. Для того, чтобы избежать повторной настройки программы, удаляем с поля изображение транзистора, за исключением подписи RefDes. Выбираем шаг координатной сетки <metricconverter productid=«5 мм» w:st=«on»>5 мм, так как по ГОСТ 2.743-91 ЕСКД расстояние между выводами УГО микросхемы <metricconverter productid=«5 мм» w:st=«on»>5 мм. Устанавливаем выводы элемента. Для выводов необходимо поставить подпись номера PinDes. Для выхода необходимо установить OutsideEdgeв значение Dot. Затем инструментом PlaceLineрисуем габариты УГО в виде прямоугольника. Для установки точки привязки сперва меняем шаг координатной сетки в нижней части окна программы на <metricconverter productid=«2,5 мм» w:st=«on»>2,5 мм. Затем командой PlaceLineрисуем информационные поля выводов микросхемы, командой PlaceTextставим её обозначения. Командой PlaceRefPointустанавливаем точку привязки и сохраняем элемент с названием DD4 в ранее созданной библиотеке library.lib. Диалоговое окно сохранения элемента вызывается командой Symbol/Saveas.



4 Алгоритм разработки конструкторской библиотеки

Проектирование посадочных мест осуществляется средствами программы P-CADPattern Editor.

Запускаем программе P-CADPattarnEditor. Прежде чем приступить к разработке условно-графического обозначения элемента устанавливаем единицы измерения координатной сетки в миллиметры. Для этого открываем окно настройки конфигурации программы Option/Configure… В этом окне устанавливаем единицы измерения «мм». Закрываем диалоговое окно конфигурации. Так как шаг координатной сетки в нашем случае на печатной плате будет равен <metricconverter productid=«2,5 мм» w:st=«on»>2,5 мм, устанавливаем этот шаг координатной сетки в нижней части окна в поле настройки шага координатной сетки.

Далее рисуем габаритные размеры корпуса микросхемы. Для этого выбираем инструмент Placelineи в слое TopSilk. Ставим шаг координатной сетки <metricconverter productid=«0,5 мм» w:st=«on»>0,5 мм и рисуем прямоугольник. После этого рисуем ключ первого вывода.

Посадочное место установлено, осталось установить основные атрибуты. Устанавливаем точку привязки командой PlaceRefPoint. Атрибут подписи элемента устанавливаем командой PlaceAttribute, в диалоговом окне PlaceAttributeустановив AttributeCategoryв значение Component, Nameв положение RefDes.

Сохраняем посадочное место конденсатора с названием DD16 в ранее созданной библиотеке командой Pattarn/SaveAs.

Создаем посадочное место для транзистора. Для этого устанавливаем шаг координатной сетки <metricconverter productid=«1 мм» w:st=«on»>1 мм. Очищаем поле удалив все элементы кроме атрибутов. Устанавливаем три контактные площадки на расстоянии два cполовиной миллиметра по горизонтали. С помощью элемента PlaceArcи PlaceLineрисуем габаритные размеры транзистора установив шаг координатной сетки <metricconverter productid=«1 мм» w:st=«on»>1 мм. Точку привязки переносим на один из выводов.

Сохраняем посадочное место транзистора в ранее созданной библиотеке командой Pattarn/SaveAsпод именем Transistor.



    продолжение
--PAGE_BREAK--