Новости электроники
Нашли ошибку? Сообщите нам ...Распечатать: Новинка издательства Солон-пресс. Ёлшин Ю.М. Инновационные методы проектирования печатных плат на базе САПР P-CAD 200x

Новинка издательства Солон-пресс. Ёлшин Ю.М. Инновационные методы проектирования печатных плат на базе САПР P-CAD 200x



Данная книга представляет собой систематическое описание информационных и программных продуктов и основных приёмов работы при выполнении работ по проектированию электронных узлов на базе печатных плат с использованием систем автоматизированного проектирования P-CAD 2000-2006. При этом автор представляет инновационные доработки, которые не только существенно развивиют функционал этой САПР (с помощью разработанной под его руководством подситемы ГРИФ-4), но являются предпосылкой для преобразования P-CAD в импорто замещающую отечественную САПР. 
Книга написана опытным специалистом в области проектирования электронной аппаратуры на базе печатных плат, заслуженным конструктором РФ, дважды лауреатом премии имени академика Расплетина, начальником конструкторского отдела ПАО НПО "Алмаз", первым признаным евроинженером PФ на конкурсе FEANI в 2010 году.
Книга предназначена для широкого круга инженерно-технических специалистов, студентов и аспирантов технических ВУЗов, занимающихся проектированием электронных устройств на базе печатных плат.

Ёлшин Ю.М. Инновационные методы проектирования печатных плат на базе САПР P-CAD 200x

 

Оглавление

Введение    8

Благодарность    21

Глава 1. Введение в САПР печатных плат    22
Машинно-ориентированное проектирование    22
Иерархия объектов проектирования в электронной САПР    22
Свойства объектов типа 1:    23
Свойства объектов типа 2:    24
Свойства объектов типа 3:    25
Свойства объектов типа 4:    26
Свойства объектов типа 5:    27
Изготовление печатной платы    28
Стеки КП    31
Графические объекты    31
Процесс изготовления ПП    33
Функция редактора PCB в процессе проектирования    37
Проектные файлы, создаваемые в редакторе РСВ    39
Правильный проект - залог успеха    41
Как делают печатные платы    43
Типовые параметры элементов печатной платы    45
Особенности и преимущества топологической трассировки any-angle    46
Расчёт номинальных монтажных отверстий    50

Глава 2. Введение в процесс проектирования ячейки на базе печатной платы    51
Интегрированные и неинтегрированные библиотеки компонентов    51
Формирование принципиальной схемы ячейки РЭА и сопутствующих документов    54
Формирование функциональной схемы ячейки РЭА     58
Формирование таблицы цепей    59
Формирование листа расположения элементов на печатной плате    60
Формирование перечня элементов к схеме и сопутствующих файлов    61
Формирование Технического задания (ТЗК) на конструирование печатной платы    63
Формирование перечня компонентов для печатной платы в специальном формате    68
Передача/прием задания на конструирование    73
Таблица слоёв и толщины плат    75
Формирование "кучи" компонентов и бланка печатной платы    88
Размещение (расстановка) компонентов на поле платы    93
Размещение традиционных ЭРИ и поверхностно-монтируемых компонентов (ПМК).    99
Особенности размещения поверхностно-монтируемых компонентов (ПМК) на ПП.     100
Шаблон печатной платы и установка конденсаторов    115
Авто размещение компонентов     119
INITPLACE (задать начальное размещение компонентам)    120
Примеры команд авто размещения для ячеек:    123
Ручное размещение компонентов на объединительной печатной плате (ОПП)    124
Трассировка платы    129
Контроль технологических норм    132
Электротестирование печатных плат    134

Глава 3. Структура проектов и редактор РСВ    136
Общие соображения по трассировке плат    136
Печатная плата - компонент схемы    137
Макетирование    137
Источники шума и помех    137
Категории печатных плат    138
Количество слоев печатной платы и другие свойства    139
Порядок следования слоев    141
Заземление    142
Пример хорошего размещения компонентов    144
Частотные характеристики пассивных компонентов    146
Печатная плата    149
Паразитные эффекты печатной платы    151
Развязка сигналов    155
Развязка входных и выходных сигналов    157
Корпуса операционных усилителей    158
Объемный и поверхностный монтаж    160
Неиспользуемые секции ОУ    161
Основные моменты при разводке аналоговых схем    161
Разводка питания и развязка по питанию для печатных плат    163
Применение конденсаторов в качестве элементов развязки питания    164
Применение составных конденсаторов    168
Создание фотошаблона для производства    169
25 практических советов разработчику    170

Глава 4. Введение в промышленные стандарты    173
Введение в организацию стандартов    174
Институт печатных плат IPC     175
Институт печатных плат IPC (ассоциация предприятий электронной промышленности)    175
Союз электронной индустрии (EIA)    175
Объединённый промышленный совет по электронным устройствам (JEDEC)    175
International Engineering Consortium (IEC) - интернациональный технический консорциум    176
Military Standards (военные стандарты)    176
American National Standards Institute (ANSI)    177
Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)    177
Классы и типы печатных плат    177
Класс исполнения    178
Уровни технологичности    178
Типы плат и подклассы сборки    179
Уровни плотности размещения    180
Введение в стандарты норм изготовления    180
Регистрация допусков    180
Отвод трассы от КП и контроль контактного ободка КП    181
Размеры ПП и допуски    182
Нормы зон обработки и эффективное использование панели    183
Стандарты толщин РСВ    183
Толщины препрега    184
Толщина меди для металлизированных КП и ПО.    185
Медное плакирование/толщина фольги    186
Медные трассы и допуски на травление    186
Стандартные размеры отверстий    187
Допуски для маски пайки    189
Литература    189
Рекомендуемая литература    190
Другие интересные источники    190
Стандарты Российской Федерации    190

Глава 5. Введение в "проектирование для производства"     193
Сборка РСВ и процессы пайки    193
Процессы ручной сборки    194
Процессы автоматической сборки (Pick and Place)    194
Процессы пайки    195
Ручная пайка    196
Пайка волной    196
Пайка в печи    199
Размещение компонентов и ориентация    201
Дискретные компоненты SMD (монтаж на поверхность)    205
Посадочные места и стеки КП     207
Посадочные места для SMD    207
Посадочные места для компонента со сквозными выводами (THD)    214
Символы засветки для термальных рельефов    219
Механические символы    221
Глухие, замурованные переходные отверстия и Microvias    223
Ширины трасс и зазоров    224
Размеры маски пайки и пасты для пайки    229
Гибкие печатные платы    230
Проблемы изготовления плат    230
Ссылки на литературу    234

Глава 6. Проектирование печатных плат с учетом целостности сигналов    235
Шумы и искажения    235
Фоновый шум    235
Внутренний шум    236
Электромагнитная интерференция и взаимное влияние каналов    237
Индуктивность контура    239
Электрические поля и емкостная связь    241
Земляные слои и "дрожь" земли (колебания уровня напряжения GND)    242
Земляной (возвратный) слой    245
"Земляной рикошет и шинная осадка"    245
Разделение слоев питания и земли    248
Электрические характеристики печатных плат. Импеданс - Характеристическое сопротивление    249
Электрические характеристики печатных плат    249
Электрические характеристики печатных плат    251
Отражения    253
"Звон" или затухающий колебательный процесс    256
Электрически длинные трассы    258
Критическая длина    262
Нагрузки в линиях передачи    263
Размещение компонентов и электрические проблемы    264
Стек слоёв РСВ    266
Шунтирующие конденсаторы и фанауты     271
Ширина трассы для управляемого импеданса    272
Зазоры между трассами для минимизации перекрёстных помех (правило 3w)    279
Трассы с острыми углами и углами 90 градусов    281
Pspice для моделирования линий передачи    283
Ссылки на литературу    287

Глава 7. Создание посадочных мест, обзор программ-утилит    289
Характеристики КП, ПО и текстов для печатных плат    289
Формовка выводов и создание библиотеки компонентов    294
Модули (калькуляторы) формирования характеристик компонентов     299
Формирование неграфической атрибутики    315
Формирование линий-выносок на сборочном чертеже платы    317
Генерация 3D моделей компонентов    322
Примеры создания описаний компонентов     325
Дополнительные комментарии к работе CompBox    336
Генерация 3D-модели печатной платы в целом.    342
Краткое описание программ-утилит различного назначения    349
Полезная литература по теме    380
Список дополнительных литературных источников    381

Глава 8. Выпуск конструкторской документации на печатную плату    382
Состав и содержание комплектов КД на плату и ячейку    382
Состав КД Для ячейки на основе ДПП:    383
Состав КД Для ячейки на базе МПП     387
Формирование текстовой конструкторской документации    388
Перечень элементов ячейки (ПЭ3)    388
Формирование Спецификации    390
Формирование смешанной чертёжной и конструкторской документации.    397
Формирование листа сверления отверстий     399
Формирование документа "Печатная плата"     400
Формирование сборочного чертежа ячейки и стека МПП    404
Ускоренный выпуск комплекта КД на ячейку    410
Состав документов на ДПП с крышками (внешняя экранировка платы):    421
Состав документов на МПП     423
Порядок формирования папки с проектными данными    425
Некоторые аспекты организации работы сектора САПР    426
Организация сопровождения проекта в производстве    427
Организация электронного документооборота на этапах разработки ячеек 
(модулей) РЭА    429
Общие технические требования к документообороту    435
Размещение данных для работы в САПР ГРИФ-4    436

Приложение 1    438
Инструкция по формированию alt-формата платы    438

Приложение 2    441
Инструкция по трассировке печатных плат в системе Pcad200х-Spectra    441
Идеология работы и особые свойства системы TopoR    447

Приложение 3    453
Устранение неисправностей при работе с системой SPECTRA    453
Заключение    455

Введение
В течение ряда последних лет в области разработки радиоэлектронных модулей на базе печатных плат (ПП) происходят существенные изменения, как в части роста диапазона схемных рабочих частот, так и в части применения сложных, многовыводных и программируемых компонентов (микросхем). Эта тенденция настоятельно требует создания современных систем автоматизированного проектирования (САПР) радиоэлектронных компонентов и устройств, позволяющих реализовать проекты, адекватно отвечающие новым требованиям, с помощью специальных процедур размещения компонентов на поле печатных плат, трассировки соединений, формирования экранных слоёв, дифференциальных пар и реализации многих других этапов проектирования. Для схем с повышенными рабочими частотами возникает необходимость как предтрассировочного компьютерного анализа схемных решений, так и посттрассировочного анализа геометрии сформированных трасс (в смысле анализа целостности сигналов и взаимных помех между проложенными на плате трассами). 
Сегодня возникают новые глобальные оценки конструкции платы, в том числе:
Задержка в трассе важнее и предпочтительнее её длины;
Снижения уровня перекрёстных помех важнее и предпочтительнее расстояния между проводниками;
Применение дифференциальных пар предпочтительнее, чем одиночных линий;
Минимизация индуктивностей цепей питания, возвратных токов и заземления предпочтительней топологических рекомендаций по их проектированию;
Чем на более ранних стадиях будет принято решение по удовлетворению тех или иных требований к целостности сигнала и электромагнитной совместимости, тем меньше будут итоговые затраты и сроки создания аппаратуры.
Весьма существенным является также решение вопросов, связанных с выпуском комплектов документации в электронном виде, что требует помимо разработки специального программного обеспечения, выработку унифицированных требований к составу и виду КД на электронные модули, разработку доступных электронных баз данных по электронным компонентам в доступных разработчикам унифицированных форматах и т.п. Каковы же основные проблемы сегодняшнего процесса проектирования? Инженер-конструктор должен обеспечить:
Понимание и точную реализацию схемы и требований её разработчика-схемотехника.
Целостность сигналов.
Технологичность в производстве.
Качество монтажа.
Тесто - и ремонтопригодность ПП.

В первую очередь успех проекта зависит от взаимодействия и взаимопонимания между схемотехником и разработчиком. Мнение, что разработчику проще самому растрассировать плату, чем писать Техническое Задание на Конструирование (ТЗК), неверно. Опыт зарубежных и продвинутых отечественных КБ электронных изделий показывает, что это не так. Грамотное ТЗК, на подготовку которого для самых сложных проектов уходит от 1 дня до 1 недели, позволяет на деле сократить сроки проектирования. А главное - освободить разработчика для выполнения его основных обязанностей. 
Хорошо подготовленные, компетентные инженеры-конструкторы, понимая особенности скоростных цифровых и аналоговых схем, сумеют реализовать в плате все требования к контролю импеданса и целостности сигналов и представить заказчику результаты соответствующих проверок. Здесь под импедансом подразумевается комплексное сопротивление двухполюсника для гармонического сигнала, что позволяет одновременно учитывать и амплитудные и фазовые характеристики сигналов и систем.
Что касается факторов технологичности, качества и т.д., для этого необходимо в конструкторском отделе внедрить правила проектирования, основанные на рекомендациях ГОСТ и стандартов IPC (международного института печатных плат), конструкторам быть более тесно связанными с производством и монтажом ПП, знать технологические особенности плат. Это позволит исключить многочисленные итерации при выходе на серийное производство. Понимая, что схема и компоненты со временем будут меняться, необходимо соответствующим образом выполнять компоновку и трассировку, иметь необходимые вспомогательные программы (утилиты), с тем, чтобы изменения были внесены легко и быстро. Представленные результаты и разработанные утилиты различных САПР нацелены именно на это.

Следует также упомянуть проблему лицензионного программного обеспечения в области САПР. Нынешние используемые САПР устарели, а современные системы проектирования достаточно дороги. Поэтому существует практика использования нелегального программного обеспечения (ПО) - гораздо более дешёвого. Однако не всё так просто. Приобретая лицензионное программное обеспечение, покупатель заручается серьёзной поддержкой поставщика легального ПО - возможностью адаптации ПО под конкретную компанию, обучения инженеров, регулярных обновлений и пр. Это, безусловно, важный фактор при организации Электронного КБ на предприятии. Однако применительно к крупным предприятиям электронного профиля следует рекомендовать ориентироваться на разработку конкурентно-способного автоматического трассировщика (по существу, ядра САПР) отечественной разработки. Конкретным предложениям и разработкам на эту тему и посвящена эта книга.

В настоящее время в РФ отсутствуют отечественные комплексные САПР электронных модулей на базе печатных плат, позволяющие успешно решать задачи проектирования печатных плат. Приобретение же лицензионных импортных САПР электронных модулей требует весьма значительных затрат. Однако нужно отметить, что значительные объёмы работ в направлении автоматизации важных аспектов проектной деятельности в данном научном направлении, были продолжены российскими энтузиастами. В частности, эффективные наработки были достигнуты коллективами, под руководством Лузина С.Ю. (САПР TopoR) и Ёлшина Ю.М. (САПР ГРИФ-4). Эти разработки шли несколько последних лет по взаимным соглашениям для синхронизации этапов их разработки в рабочем порядке. Поэтому их функциональная ориентация является взаимно дополняющей, а не дублирующей. Технический уровень этих разработок практически не уступает известным зарубежным САПР электронной ориентации, а по некоторым аспектам превосходят.
В рамках данной книги рассматриваются основные проблемы и задачи, возникающие при выполнении электронных проектов, при их конструктивной реализации в виде печатной платы. Поскольку различные САПР предлагают (или вообще не предлагают) различные способы выполнения отдельных аспектов электронных проектов, то в книге рассматриваются наиболее прогрессивные способы решения проблем, присущие существующим САПР (по мнению автора, так как в последние годы никто не попытался присвоить им рейтинг). При этом приоритет отдаётся отечественным разработкам. Однако это не всегда удавалось сделать. 
В рамках данной книги рассматривается, в частности, совместный программный комплекс, содержащий указанные выше средства комплексной отечественной САПР, получивший предварительное (условное) название RUS-eCAD. RUS-eCAD является относительно новым инструментом проектирования электронных модулей на базе печатных плат (PCB), который содержит САПР ГРИФ-4 и САПР "TOPOR". Целью этой книги является ознакомление пользователей этой системы с основными её свойствами при проектировании ПП. Вместе с тем, ряд материалов, представляющий несомненный интерес для читателей, заимствован из работы "Kraig Mitzner. CompletePCb Design Using OrCAD Capture and PCB Editor". Основными требованиями, предъявляемыми к отечественным современным САПР ПП, являются:
Полная русификация системы;
Поддержка системы сквозного проектирования в реальном времени;
Возможность адаптации к технологии проектирования и производства ПП на конкретном предприятии;
Наличие отечественных и импортных баз данных электрорадиоизделий (ЭРИ) и поверхностно монтируемых компонентов (ПМК), а также эффективных средств формирования библиотечных компонентов;
Наличие автоматического размещения ЭРИ, ПМК и трассировки ПП;
Автоматизированный выпуск эксплуатационной и конструкторской документации в соответствии с ГОСТ 1.123-93;
Возможность выполнения операций обмена (экспорта-импорта) с другими САПР через список цепей и перечень элементов;
Расширение функциональности (наличие инструментов для моделирования схемы, контроля целостности сигналов на плате, проверка электромагнитной совместимости и т.д.);
Невысокая стоимость.
САПР RUS-eCAD представляется комплексной системой проектирования ячеек радиоэлектронной аппаратуры на основе печатных плат. Система использует программные средства САПР PCAD 2000-2006, SPECCTRA, САПР TopoR, собственную базу данных проектирования и дополнительные программные средства, разработанные в рамках комплекса программ ГРИФ-4, с целью оптимизации и модернизации технологических процессов проектирования печатных плат. ГРИФ-4 имеет специальные уникальные средства формирования и хранения базы данных компонентов печатных плат (комплекс CompBox), средства Контроля проектов, средства Ускоренного формирования и Выпуска электронных комплектов Документации (комплекс УВД) на спроектированные ячейки и печатные платы. Перечисленные средства не имеют аналогов в САПР P-CAD 200х. САПР TopoR в свою очередь содержит уникальные средства для интерактивного и автоматического выполнения процедур размещения и трассировки печатных плат. Вместе с тем, внедрение САПР RUS-eCAD предполагает наличие у пользователя САПР P-CAD 200x. При наличии у пользователя системы SPECCTRA, она может успешно применяться, совместно с ГРИФ-4. Таким образом, ГРИФ-4 является консервативной оболочкой, а в качестве ядра может быть использована та САПР, которая имеет экспортно-импортные процедуры взаимодействия. Здесь можно отметить, появление таких процедур c начала 2014 года в системах OrCAD и Allegro фирмы Cadance. Это взаимодействие согласовано с характеристиками печатных плат в формате ГРИФ-4.
САПР RUS-eCAD предназначена как для использования в крупных, корпоративных предприятиях со значительным объёмом разработок и производства радиоэлектронных изделий (ячеек, модулей) на базе печатных плат (при объёме до 100 вновь проектируемых плат в год), так и для использования в условиях работы малых предприятий и отдельных индивидуальных пользователей.
Успех при выполнении таких разработок базируется на отработанных базах данных, библиотеках радиоэлектронных компонентов, платах стандартных и уникальных типоразмеров, а также на единых технологических процессах проектирования, которые установлены в ранге стандартов предприятия. Состав и содержание конструкторских документов, формируемых средствами ГРИФ, полностью соответствует требованиям отечественных ГОСТ, в том числе ЕСКД, а также требованиям к КД на оборонных предприятиях.
В настоящее время RUS-eCAD обеспечивает функционирование следующих технологических процессов проектирования:
Техпроцесс автоматизированного проектирования цифро-аналоговых ячеек РЭА на базе двух и многослойных печатных плат различных стандартных и нестандартных типоразмеров;
Технологический процесс конструкторского проектирования микрополосковых СВЧ и гибридных (смешанных) ячеек на базе двухслойных печатных плат;
Техпроцесс автоматизированного проектирования объединительных двух и многослойных печатных плат (ОПП);
При этом рекомендуется унификация ячеек в части конструкции планок (передних панелей ячеек) с элементами индикации, контроля и средств извлечения ячеек из блока, составляющими фронтальную часть таких ячеек. 
RUS-eCAD базируется на основных свойствах САПР P-CAD, ГРИФ-4 и ТOPOR, поэтому эта книга будет полезна не только новым, но и также опытным пользователям системы САПР P-CAD 200х. RUS-eCAD является мощным, полновесным инструментом разработчика-схемотехника и конструктора печатных плат. 
Структура комплекса ГРИФ предполагает наличие двух составляющих логических уровней, обеспечивающих адаптивность САПР к различным типам САПР печатных плат и электронных модулей. При этом уровни Баз Данных и Оболочки САПР ГРИФ являются независимыми от сменяемого ядра. Состав этих внешних логических уровней базируется на средствах САПР P-CAD 2000 (2006), дополненных собственными программными средствами ГРИФ, а в составе ядра может быть использована практически любая САПР печатных плат, имеющая в своём составе программные средства для выполнения экспортно-импортных операций обмена данными с САПР P-CAD. В данной книге в качестве сменяемого ядра по умолчанию рассматривается САПР в версии TOPOR-6-1. На рисунке 1.1 приведена структура объединённой САПР.

Структура САПР RUS-CAD

Рис. 1.1 Структура САПР RUS-CAD

 

Главной особенностью процедур оболочки является обеспечение инвариантности относительно ядра САПР и форматов его данных. Такой подход позволяет, приняв однажды формат описания данных наиболее освоенной на предприятиях РФ САПР P-CAD 200х в качестве основного формата, в дальнейшем успешно адаптировать процедуры оболочки при переходе к САПР с другими ядрами.
В качестве унифицированной оболочки САПР в данной работе рассматривается комплекс ГРИФ, разработка и совершенствование которой производилось (и сейчас производится) в процессе её плановой эксплуатации. Представленный далее материал, при необходимости, ссылается на описания состава средств и организации работы этой системы совместно с системами из упомянутого выше ряда САПР P-CAD. Попутно следует отметить, что на сегодняшний день, этот формат (в кодировке ASCII) позволяет использовать в качестве ядра такие системы как Spectra Expert System, Allegro и OrCAD фирмы Cadence Design System (США), САПР TopoR фирмы ООО Эремекс (Россия), а также САПР Altium Designer (Австралия). 
Опыт работы с ранее разработанными отечественными САПР, такими как ГРИФ-3 и РАПИРА (реализованной на ЕС ЭВМ), а также с системами P-CAD показывает, что они не могли в полной мере удовлетворить новым проектным требованиям к электронным проектам. Более того, фирма Altium официально сообщила о прекращении дальнейшего развития, поддержки и продажи последних версий системы P-CAD (по информации Российского дистрибьютера этих систем - фирмы РОДНИК СОФТ), а именно P-CAD 2004-2006, одновременно сообщив о выходе на рынок с другой САПР аналогичного профиля, а именно Altium Designer 6, программные возможности которой частично соответствуют современным требованиям, предъявляемым к САПР этого класса, но которые не обеспечивают полной преемственности по отношению к САПР P-CAD, как в части идеологии построения, так и в части наработанных баз данных, библиотек, проектных процедур и опыта эксплуатации. 
Таким образом, дальнейшее развитие работ по проектированию печатных плат на многих предприятиях, с активным подключением к проектным работам схемотехников и конструкторов, представляется проблематичным по изложенным выше причинам, не говоря о недопустимо высоких финансовых затратах на приобретение лицензионных версий новых, зарубежных САПР данного класса и их практического внедрения. 
Отметим также, что число рабочих мест на базе персональных компьютеров, которые предназначены для разработки электронных модулей на базе печатных плат, составляет на крупном предприятии (по оценкам работы за последнее десятилетие) как минимум 100 -150 экземпляров, каждый из которых, в принципе, должен иметь на своём компьютере установленную лицензионную САПР, а цена самой дешевой из имеющихся на рынке экземпляров САПР, а именно P-CAD 2006, составляла €13.500, цена экземпляра системы Specctra составляет более $40.000, а цена наиболее популярной на Западе экземпляра системы Mentor Graphics находится на уровне $100.000. 
К большому сожалению, масштабная разработка САПР печатных плат, которая проводилась на ряде предприятий СССР, практически была прекращена с началом перестройки. Отметим, что проведённый анализ рынка подобных отечественных САПР, показал отсутствие в РФ систем такого класса, которые обеспечивают сквозной (интегрированный) процесс проектирования, от интерактивного ввода принципиальной схемы и её моделирования, до пострассировочного анализа и выпуска комплектов файлов для изготовления плат (САМ) и формирования полного комплекта КД в электронном виде. Также отметим, что разработка полной и самостоятельной отечественной САПР печатных плат силами сотрудников даже крупного государственного или коммерческого предприятия в разумные сроки нереальна. 
Таким образом, создание современной отечественной САПР, удовлетворяющей потребностям предприятия, сегодня возможно только посредством разумной кооперации, использования в разработке принципов интероперабельности, при максимальном использовании имеющихся отечественных программных наработок.
Такая САПР должна содержать интерактивное ядро (в составе подсистем интерактивного размещения компонентов схемы на коммутационном поле печатной платы и модулей ручной и автоматической трассировки платы), а также программные модули оболочки для организации подготовки различных представлений компонентов для формирования библиотеки компонентов (условных графических обозначений компонентов на принципиальной схеме, посадочных мест и условных представлений корпусов компонентов), неграфических атрибутов для корпусов, трёхмерных изображений корпусов, чертежей установки компонента на плате, симуляционных моделей компонентов для различных видов моделирования, программных модулей контроля выполненных проектов и т.п., т.е. некоторую информационно-программную среду проектирования (оболочку).
В составе оболочки должны быть также программные модули подготовки технического задания для организации сквозного процесса проектирования, а также набор программных модулей (утилит) для контроля проекта на соответствие Техническому Заданию на проектирование изделия, формирования и выпуска графической и текстовой документации, в том числе на бумаге и в электронном виде, организовывать электронный документооборот, обеспечивать наполнение, ведение и модернизацию Базы Данных, а также интерфейсные модули для организации обмена данными с производством (САМ) и ядрами других САПР. 
Проведённый автором анализ имеющихся в этой области отечественных наработок позволил рассматривать в качестве ядра, при возможном варианте разработки отечественной САПР, систему TopoR (Topological Router), разработанную в филиале ООО Прософт Технолоджи (Санкт-Петербург) под руководством д.т.н. Лузина С.Ю. Автором книги выполнен тщательный анализ этой системы после закупки двух её лицензионных версий в 2007 года и проведены консультации с Лузиным С.Ю., на предмет участия подразделения разработки САПР в совместной разработке законченной сквозной САПР печатных плат (предварительное название RUS-eCAD). Признано целесообразным, при разработке системы, необходимость использования программных наработок, проведённых автором (в рамках разработанного и эксплуатируемого комплекса Гриф-4) для формирования проектной оболочки (в части организации логической структуры САПР, использования наработанных баз данных и специальных проектных процедур, в том числе для ведения библиотек) и организации подключения к ядру элементов оболочки, успешно используемых при работе с системой P-CAD 2000 и Specctra. 
Технические характеристики системы TopoR не имеют зарубежных аналогов и, в некотором смысле, превосходит свойства такой системы, как Specctra, которая считается лидером на мировом рынке автоматических систем размещения и трассировки. Система САПР, построенная с таким ядром и оболочкой на базе процедур Гриф-4, представляется конкурентоспособной на отечественном рынке программных продуктов этого класса. 
Основные характеристики системы TopoR приведены ниже:
Гибкая автоматическая топологическая трассировка соединений в произвольных направлениях (не только 90 и 45 градусов).
Автоматическое вычисление оптимальной геометрии проводников. Каждый проводник имеет кратчайшую длину и огибает препятствия практически по дугам окружностей с заданным зазором.
100% разводка цепей обеспечивается практически мгновенно (за доли секунды). При этом разводятся все связи, даже если для этого приходится нарушить некоторые технологические ограничения, а в дальнейшем, эти нарушения устраняются вручную или автоматически.
Параллельная оптимизация нескольких альтернативных вариантов топологии. Пользователь имеет возможность выбрать понравившуюся ему топологическую конфигурацию.
Автоматическое размещение компонентов, в том числе в выделенном окне (room).
Возможность задания для каждой цепи минимально допустимого и оптимального зазоров.
Система автоматически уменьшает ширину проводника, если он подходит к контакту, имеющему меньшую ширину (или диаметр контакта меньше ширины проводника), и при проходе через узкие места (например, между контактами компонента).
Каплевидное сглаживание стыков проводников с контактными площадками (tear-drops).
Перемещение компонентов на уже разведённой плате с сохранением целостности разводки и соблюдением заданных зазоров.
Абсолютный минимум (в рамках найденной топологии) числа межслойных переходов. 
Автоматический контроль конструктивно-технологических ограничений в процессе трассировки, в процессе редактирования топологии платы (Online DRC) и контроль выходного файла (DRC).
В предлагаемой системе реализовано формирование дискретного топологического рабочего поля на основе информации о размещении элементов на конструктивном узле (бланке платы) и, тем самым, устанавливается тесная связь между этапом размещения и этапом трассировки, которая совершенно отсутствует при традиционном применении метрического рабочего поля в его геометрическом представлении. Именно эта связь позволяет после построения модели топологии трасс вернуться на этап размещения и скорректировать его результаты на основе информации о насыщенности промежутков между контактными точками.
Как показала опытная эксплуатация этого трассировщика (на примерах, проектируемых в КБ печатных плат различного типа) и по данным независимой экспертизы, полученной разработчиками системы TopoR, топология формируемых трасс позволяет практически на порядок уменьшить взаимные перекрёстные помехи между цепями. Эти свойства позволяют, в большинстве проектов, практически получать хорошие проектные решения без использования пострассировочного программного анализа ячеек на базе печатных плат. Вместе с тем, использование этой системы в рамках работы в ГРИФ-4 не встретит каких-либо трудностей у пользователей, так как эти проектные процедуры практически аналогичны работе при использовании в качестве ядра трассировщика SPECCTRA, хорошо освоены и проверены.
Основные характеристики оболочки (на базе Гриф-4) приведены ниже:
Наличие сформированных библиотек компонентов на логическом (УГО) и физическом уровне (посадочные места и корпуса в формате P-CAD PCB). В составе сформированных и находящихся в эксплуатации библиотек имеется более 900 УГО и более 7000 физических, наиболее часто используемых компонентов (в форматах ASCII PCB и ASCII SCH соответственно). 
Состав компонентов в формате УГО соответствует требованиям отечественных ГОСТов в части формирования принципиальных схем. Новый программный комплекс CompBox позволяет формировать посадочные места и другие свойства компонентов для проектирования библиотек компонентов в формате P-CAD 200x, при минимальных временных затратах и максимальной информативности полученных результатов.
Наличие варианта и структуры единообразного описания компонента для лёгкого и эффективного обмена проектными библиотечными файлами между взаимодействующими проектными предприятиями, создавая фактически распределённую БД компонентов в унифицированном формате.
Используемый в Гриф-4 интерактивный вариант формирования перечня элементов (по схемным данным) простым выбором из автоматически представляемых минимальных вариантов корпусов компонентов (с учётом разброса номиналов), возможность при этом просмотра посадочных мест (patterns), УГО схемных представлений компонентов, 3D представлений компонентов в векторном формате Solid Works и пиксельном формате JPG, наборов неграфических атрибутов, вариантов установки и т.п. обеспечивает беспрецедентно корректное формирование спецификации (СП) на изделие и является образцом для реализации электронного документооборота на предприятии. Процедуры программного контроля перечня компонентов на соответствие Главному Реестру Компонентов (который ведётся, и актуализируется Администратором Базы Данных) не пропускают ошибочных записей в спецификацию (СП), что подтверждено плановой эксплуатацией.
Процедура формирования набора компонентов и связей между их выводами, реализованная в Гриф-4, позволяет оперативно и надёжно готовить исходные данные для работы процедур ядра (для выполнения размещения и трассировки), при этом компоненты, связанные с "внешним миром" автоматически размещаются в необходимые позиции и получают признак фиксации (т.е. они автоматически фиксируются на плате), получая необходимые и достоверные координаты из БД. Бланк (описание типоразмера ПП, без компонентов) печатной платы заданного типоразмера автоматически загружается из Базы Данных Гриф-4.
Полностью автоматическое формирование спецификации (СП) на ячейку в формате WORD, при этом СП полностью соответствует требованиям ГОСТ в части оформления и сортировок разделов СП и внешнего вида СП на изделие.
В Гриф-4 реализован дополнительный (альтернативный) вариант формирования набора компонентов (Heap - "куча") со связями, без использования файла принципиальной схемы, в специальном Alt-формате, в простой текстовой кодировке. Этот же формат используется также и для хранения результатов размещения компонентов на плате, после выполнения расстановки компонентов (Placing).
Главный Реестр Компонентов содержит наборы данных о введённых в БД компонентах, в том числе - наименование компонента (на русском и английском языках), - тип компонента, - информацию для заказа (децимальный номер, ТУ или фирма),- номинал, - единицы измерения номинала, - наименование УГО компонента (Symbol), - наименование корпуса и посадочного места компонента (Pattern), - вариант установки корпуса, - высоту компонента, - наличие и состав драгметаллов в компоненте, - наработку на отказ, - признак разрешения на применение компонента в проекте, в соответствии с МОП-перечнем элементов, разрешённых к использованию в изделиях военного применения, - примечание. Количество записей в Реестре - более 7 тысяч. Реестр, как и БД собственно компонентов, создаётся по мере появления новых компонентов в проектах и постоянно обновляется, при изменении фирмы-изготовителя компонента, или модификации МОП-перечня.
В составе процедур ГРИФ-4 содержится пакет программ ускоренного автоматического выпуска документации (пакет УВД) на спроектированную печатную плату, в соответствии с требованиями ГОСТ и стандартами предприятия, в том числе процедуры автоматического формирования сборочного чертежа ячейки, чертежа сверления, масштабирования файла РСВ и ряд других специальных программных модулей для реализации проектов цифровых, аналоговых, гибридных печатных плат, объединительных (кросс) плат, контроля проекта на соответствие данным в Базе Данных, формирования контрольных сумм для файлов проекта (в составе электронного комплекта КД) и др. Эти процедуры предназначены для повышения производительности при выполнении проектных работ и обеспечения их качества. Они не имеют аналогов в известных зарубежных САПР печатных плат. Пакет УВД позволяет на порядок сократить время, затрачиваемое конструктором, на выпуск комплекта КД на электронную ячейку на базе ПП. 
Глава 1 знакомит читателя с основами конструирования ПП. Глава начинается с введения концепции конструирования с помощью САПР, применительно к работе инженера-схемотехника, инженера-конструктора и инженера-производственника. Далее поясняется, как использовать эти инструменты для конструирования и изготовления многослойных ПП. Здесь иллюстрируются конструктивные свойства ПП. Здесь также поясняются такие известные темы как ядро ПП и распределение слоёв платы, функции редактора РСВ в процессе проектирования, поясняются функция и назначение Gerber-файлов для изготовления фотошаблонов ПП.
Глава 2 проводит новых пользователей программного обеспечения через очень простые проектные примеры. Целью примеров является нарисовать крупными мазками "большую картину" организации проектных процедур. Пример начинается с пустой форматки для схемы устройства и заканчивается Gerber-файлами. Схема является до смешного простой, однако она не мешает пониманию самого процесса. Далее рассматриваются некоторые проблемы и инструменты размещения и трассировки с помощью редактора ПП совместно с некоторыми другими инструментами, которые рассматриваются в главе 3.
В главе 3 представлен обзор проектных файлов и структур САПР и частично поясняется набор инструментов Редакторов РСВ. Глава повторно возвращается и поясняет выполнение некоторых действий и инструментария, используемого при выполнении примеров в главе 2. Там же частично рассматриваются общие соображения по трассировке печатных плат, понятия заземления цепей, паразитные эффекты, вопросы формирования и использования входных и выходных сигналов, объёмный и поверхностный монтаж компонентов, применение конденсаторов для развязки питания и другие вопросы.
Глава 4 содержит информацию о некоторых индустриальных организационных стандартах, относящихся к проектированию и изготовлению ПП (например, IPC - Information processing center - Центр обработки информации и JEDEC - Joint Electronic Devices Engineering Council - Объединённый технический совет по электронным приборам). Также описывается поведение классов и уровней пригодности, совместно с базисными идеями, затрагивающими нормативы изготовления ПП. Эти концепции здесь приведены, чтобы помочь читателю выполнить некоторые требования производства (изготовления) ПП, минимизирующие эти трудности и идентифицируются некоторые руководящие источники и стандарты, которые возникают при конструировании РСВ.
Глава 5 затрагивает механические аспекты конструирования РСВ - проектирование с учётом изготовления. Здесь разъясняется, какие компоненты должны размещаться на плате, какие используются расстояния между компонентами и рекомендуемые ориентации с учётом возможностей производства. Здесь рассматривается программа контроля правил проектирования, применительно к изготовлению ПП и концепции стандартов IPC. Целью является достижение понимания свойств проекта, процессов реализации проекта, таких как прямая пайка и пайка волной, сборочно-установочные операции и термальные ограничения. Эта информация далее используется как руководство при задании металлизированных сквозных отверстий, мест поверхностного монтажа компонентов и формирования фотошаблонов ПП в целом. Приведённые таблицы суммируют информацию и служат руководством к действию при проектировании размещения и трассировки ПП. 
Глава 6 рассматривает электрический аспект проекта электронного модуля. Здесь имеется несколько хороших отсылок необходимых для обеспечения целостности сигналов, электромагнитной совместимости и перекрёстных наводок. В главе приведён обзор по этой тематике и их применению непосредственно при проектировании РСВ. Здесь обсуждаются такие темы, как петли индуктивности, отскок заземления, экранирование землёй, вычисление импедансов, отражений сигналов и звоны. Введена идея "невидимой схемы" (РСВ размещение) и рассмотрена её роль в схемных операциях. Рассмотрение таблиц и формул обеспечивают корректное определение требуемой ширины трасс при ручных манипуляциях, а также определения импедансов трасс, как и задания зазоров между трассами для высоковольтных проектов и высокочастотных параметров цепей. Здесь также описываются топографии стеков слоёв для МПП в части аналоговых, цифровых и смешанных приложений. Также здесь кратко рассмотрено, как использовать PSpice для моделирования линий передачи сигналов на этапе схемного проектирования и размещения элементов на ПП.
В главе 7 приведены данные как быстро и надёжно формировать описания библиотечных компонентов на основе работы специальных калькуляторов и использовании топологических типов компонентов. Приведены данные об организации обмена библиотечными данными между взаимодействующими командами проектировщиков печатных плат в Российской Федерации, как решать проблему ввода данных, применимых при разных требованиях к точностным характеристикам компонентов, вводимых в базу данных САПР. Детально рассмотрен состав и назначение вспомогательных программных процедур, разработанных для оптимизации выполнения проектных работ в рамках оболочки электронной САПР, что позволяет существенно сократить ручные операции при выполнении проектных работ.

В главе 8 представлена детальная информация по организации и выполнению работ по выпуску комплектов конструкторской документации на проекты различных типов печатных плат, в том числе описание комплекса программ ускоренного выпуска таких комплектов. 

Купить книгу можно через форму заказа у нас на сайте здесь.

Дата публикации: 27.04.2016
 Предыдущая   Все за текущий день   Следующая
Другие новости ...
Архив


RadioRadar.net - datasheet, service manuals, схемы, электроника, компоненты, semiconductor,САПР, CAD, electronics