Подключение библиотек. Упаковка соединений на печатную плату

После настройки рабочего поля редактора печатных плат, приступаем непосредственно к разводке печатной платы. Первое, что нужно сделать, - подключить созданные ранее библиотеки. Для этого в строке меню PCB выберите Library → Setup. Далее, в появившемся окне Library Setup нажмите кнопку Add и укажите месторасположение файлов библиотек (рис. 187).

Рисунок 187. Подключение библиотек.

Создание платы «с нуля»

Следующий шаг – это загрузка списка соединений, созданного ранее в редакторе P-CAD Schematic. Для загрузки выберите в строке меню Utils → Load Netlist. Далее, в появившемся диалоговом окне (рис. 188) нажмите кнопку Netlist Filename и укажите место расположения файла со списком.

В принципе, этого и достаточно: настройки, установленные в окне Utils Load Netlist по умолчанию, вполне пригодны и подходят для большинства случаев.

В раскрывающемся списке Netlist Format текстовый файл P-CAD ASC‌‌ΙΙ. Последний вариант установлен по умолчанию и используется в большинстве случаев. Для этого случая является доступной группа переключателей Attribute Handling, выбором одного из которых задается режим обработки атрибутов:

• Merge Attributes (Favor Netlist) – выбор данного значения означает объединение атрибутов подключенного списка соединений с текущими атрибутами цепей проекта. При этом в ходе объединения приоритет имеют атрибуты подключаемого списка (в случае наличия одноименных атрибутов в результате объединения принимается тот, который был в списке соединений). Используется по умолчанию.

Рисунок 188. Окно «Utils Load Netlist»

• Merge Attributes (Favor Design) – выбор данного значения означает объединение атрибутов подключенного списка соединений с текущими атрибутами цепей проекта. При этом в ходе объединения приоритет имеют атрибуты цепей проекта.

• Replace Existing Attributes – выбор данного значения означает, что текущие атрибуты проекта будут заменены на атрибуты списка цепей.

• Ignore Netlist Attributes – атрибуты списка цепей игнорируются.

Практический пример разводки печатной платы в P-CAD PCB

В данном примере мы рассмотрим проектирование печатной платы на основе созданной ранее схемы электрической принципиальной. В принципе можно и с нуля в PCB плату развести, но лучше, правильнее и надежнее действовать так, как описано в методических указаниях: создать компоненты, отрисовать с их использованием схему. На базе схемы развести печатную плату. В качестве основы мы возьмем схему, созданную в лабораторной работе № 2. Таким образом, мы завершим создание печатной платы.

Итак, запускаем программу «Трассировщик» (PCB) и в появившемся окне меняем некоторые настройки, в частности шаг сетки 0,2 мм и устанавливаем толщину линий рисования 0,25 мм. Загружаем подготовленные ранее библиотеки. Для этого в строке меню PCB выберите Library → Setup. Далее, в появившемся окне Library Setup нажмите кнопку Add и укажите месторасположение файлов библиотек (рис. 189).

Рисунок 189. Подключение библиотек.

Следующим шагом погружаем список соединений, выбрав в строке меню Utils →Load Nelist для извлечения списка соединений (рис.190).

Рисунок 190. Параметры загрузки списка соединений.

В результате элементы схемы вместе со связями будут помещены в проект печатной платы и размещены внизу рабочего поля, как показано на рис.191.

Получившуюся заготовку сохраняем на жесткий диск под именем sumator.

Рисунок 191. Элементы (и связи) помещены на плату.

Слегка растащим элементы и переходим с активного слоя Top на слой Board (рис.192).

Перейдя на слой Board, рисуем контур печатной платы размером 160 х 70 мм (рис. 193).

Рисунок 192. Переходим на слой Board

Рисунок 193. Рисуем контур платы.

Переходим на слой рисования Top и приступаем к расстановке компонентов на плате. Все элементы расположены по умолчанию на слой Top и простым перетаскиванием компонентов располагаем их нужным образом на заготовке печатной платы (рис. 194). В ходе такого позиционирования вы можете поворачивать компонент, нажимая кнопку «R» на клавиатуре, или при необходимости переноса части компонентов на его противоположную сторону платы с помощью кнопки «F». Оптимальное расположение компонентов удобнее всего определять исходя из имеющихся связей каждого компонента с другим.

Рисунок 194. Позиционирование компонентов на печатной плате.

Специальные приемы выравнивания компонентов на печатной плате.

Ранее мы узнали, что компоненты можно располагать на плате простым перетаскиванием мышью. Но это не всегда бывает достаточно точно. Добиться точности можно с помощью привязки. Один простейший способ привязки мы с вами уже знаем – привязка к узлам сетки. Но он не всегда пригоден, например в ситуации, когда необходимо один компонент точно спозиционировать относительно другого, а шаг сетки сделать этого не позволяет или не позволяет оценит точность построения. В P-CAD 2006 имеется возможность выравнивания тех или иных элементов относительно произвольных точек на плате. Этот способ позволяет выравнивать сразу группы элементов. Чтобы выровнять размещенные на печатной плате компонент или компоненты, их надо выделить (если их несколько, то удерживая клавишу «Ctrl»), затем щелкнуть правой кнопкой мыши и в появившемся контекстном меню выбрать команду Selection Point (рис.195) .

Рисунок 195. Выбираем команду Selection Point

Далее от нас потребуется установить точку привязки в то положение на плате, относительно которой должно производиться выравнивание (это может быть угол какого-либо компонента, центр монтажного отверстия и т.п.). щелкните мышкой в нужном месте.

Теперь снова щелчком правой кнопки мыши вызовите контекстное меню и выберите в нем команду Align. В появившемся диалоговом окне в области Alignment выберите окно из трех направлений выравнивания (рис. 196).

Рисунок 196. Выбираем режим автоматического выравнивания.

• Horizontal About Selection Point – по горизонтали относительно указанной на плате точки привязки.

• Vertical About Selection Point – по вертикали относительно точки привязки.

• Onto Grid – в ближайшие узлы сетки.

Если в области Component Spacing включен флажок Space Equally, то в окне Spacing можно точно задать расстояние между выравниваемыми компонентами. Имейте ввиду, что на зафиксированные компоненты указанные команды не действуют.

Поиск и проверка компонента на плате.

В редакторе PCB имеется удобный инструмент поиска компонента на печатной плате по схемному имени.

Рисунок 197. Диалоговое окно «Edit Components»

При этом осуществляется проверка корректности расположения его на плате, а также проверка подсоединенных к компоненту цепей. Воспользовавшись данной возможностью можно, выбрав в строке меню Edit → Components. В результате появится диалоговое окно, которое изображено на (рис. 197). В списке Components приведен полный перечень компонентов проекта. Выделите какой-либо из них и нажмите кнопку Highlight, чтобы подсветить компонент на плате, или Highlight Attached Nets – чтобы подсветить подходящие к компоненту цепи. Нажав на кнопку Jump, вы автоматически перейдете к выделенному компоненту – указатель мыши будет расположен прямо над ним. Нажатие же на кнопку Properties вызывает окно задания/изменения свойств компонента.

Чтобы нам не мешали обозначения, мы их временно уберем с экрана. Для этого сначала выполним команду Options/Selection Mack, и во вкладке блока цепи Block Selection оставим единственный флажок, напротив позиции Component (рис. 198).

Рисунок. 198. Окно команды Options Selection Mack.

Вкладка Block Selection.

Затем выделим курсором всю схему, вызовем контекстное меню (рис. 199), в нем выберем Options Properties. В появившемся окне оставим флажок только в первом окне (рис. 200) напротив Ref Des под пунктом Visibility Text Style - OK.

Рисунок 199. Контекстное меню. Команда Options Properties.

Рисунок 200. Окно команды Options Properties.

Опять выполним команду Options/Selection Mack, и во вкладке блока цепи Block Selection восстановим флажки - ОК.

Для запуска ручной трассировки выберите в строке меню пункт Route → Manual или щелкните по кнопке на панели инструментов, находящейся под строкой меню. Обращаем внимание, что трассировка может производиться только на сигнальных слоях.

Чтобы построить соединение, щелчком мыши укажите первый контакт и, удерживая левую кнопку мыши, наметьте первый сегмент трассы. С помощью клавиш-стрелок на клавиатуре в ходе построения можно перемещать фрагмент трассы на один шаг сетки. Кроме того, очень полезным является использование клавиши «О» (при нажатой мыши), которая позволяет варьировать характер излома (под прямым углом, по диагонали, скругление), а также клавиши «F», которая позволяет оперативно менять расположение точки излома. Чтобы завершить трассировку в какой-либо точке, доведите до нее сегмент цепи и нажмите правую кнопку мыши.

Начинаем соединять посадочные места проводниками, используя вспомогательную панель (рис. 201).

Рисунок 201. Панель улучшенной интерактивной прокладки проводников

В окнах, в нижней части экрана выбираем слой Top и толщину линии. Если проводник должен сгибаться под углом 45°, а не 90°, оперативно нажмите клавишу «O». Ширину линий можно менять в процессе работы, вызывая команду Properties из контекстного меню (рис. 202, 203).

Рисунок 202. Окно контекстного меню Properties.

Рисунок 203. Окно Line Properties.

Для установки удобного порядка работы, выводим на экран окно Options Configure и во вкладке Manual Route, установить флажок напротив T-Route by Default (рис. 204).

Рисунок 204. Окно «Options Configure». Вкладка T-Route by Default.

Бывает полезным использовать эту опцию . Она выделяет сеткой доступную для разводки область платы (рис. 205).

Рисунок 205. Контекстное меню улучшенной интерактивной трассировки.

Однако, еще больше инструмент, предоставит в ваше распоряжение окно Options → Design Rules. В результате на экране появится диалоговое окно Options Design Rules. Вкладка Layer (рис. 206) служит для регулирования зазоров между различными объектами в конкретных слоях печатной платы.

Рисунок 206. Диалоговое окно «Options Desing Rules». Вкладка «Layer».

Вверху вкладки приведена сводная таблица по всем слоям, а внизу вкладки размещены поля, позволяющие оперативно менять значения зазоров:

• Pad to Pad: контактная площадка – контактная площадка.

• Pad to Line: контактная площадка – проводник.

• Line to Line: проводник – проводник.

• Pad to Via: контактная площадка – переходное отверстие.

• Line to Via: проводник – переходное отверстие.

• Via to Via: переходное отверстие – переходное отверстие.

После задания всех значений, чтобы они вступили в силу, нажмите кнопку Update. Обращаем внимание, что указанные вами значения интерпретируются как минимально допустимые.

В случае установки индикатора ошибок (рис. 207), то в случае нарушения правил разводки на экран выводится сообщение (рис. 208), в котором

Рисунок 207. Установка индикатора ошибок.

описывается суть ошибок и примерные координаты ее расположения.

Рисунок 208. Отчет о выявленных ошибках.

Иногда полезно бывает временно переключиться на принципиальную схему.

Весьма интересная функция, выделение отдельных элементов (компонентов, цепей и т.д.) на схеме в Schematic посредством опции Highlight из контекстного меню (рис. 209). В результате подсвеченный элемент будет выделен и на печатной плате в PCB.

Рисунок 209. Включаем подсветку фрагмента цепи.

В тех случаях, когда разобраться в переплетении соединительных линиях затруднительно на помощь придет опция Optimize Nets из меню Utils (рис. 210, 211).

Рисунок 210. Запускаем автоматическую оптимизацию связей.

Рисунок 211. Автоматическая оптимизация связей в действии.

После оптимизации читать схему значительно легче.

В подавляющем большинстве плат приходится выводить часть проводников на нижнюю сторону. Переход на нее осуществляется посредством нажатия клавиши «L», и программа автоматически создаст переходное отверстие. Параметры последнего можно устанавливать по собственному желанию в окне Via Properties (рис. 212). При желании отверстия можно расставлять на плате по своему усмотрению, воспользовавшись соответствующим инструментом на инструментальной панели. Нужно лишь не забывать подключать отверстия к элементам схемы соединительными линиями.

Рисунок 212. Задаем свойства переходного отверстия.

Нелишним будет узнать, как можно подставлять один компонент вместо другого. В качестве примера возьмем один из резисторов. Прежде чем осуществить данную операцию, включим меню Utils → Record ECOs…(рис. 213), позволяющее фиксировать все произведенные изменения (рис. 214).

Рисунок 213. Диалоговое окно меню «Utils → Record ECOs».

Рисунок 214. Диалоговое окно команды «Utils Record ECOs».

Нажмем правой кнопкой на один из резисторов и в появившемся контекстном меню нажимаем команду Properties (рис. 215).

Рисунок 215. Контекстное меню. Команда «Properties.

Подключаем библиотеки и вводим новый элемент вместо прежнего (рис. 216).

Рисунок 216. Подключение библиотек и ввод нового элемента.

СОЗДАНИЕ ОБЛАСТЕЙ МЕТАЛЛИЗАЦИИ.

Если нам потребуется залить часть платы, воспользуемся соответствующей опцией на инструментальной панели или в строке меню выберите Place → Copper Pour (предварительно перейдя на нужный слой) рис. 217. Сначала выберем активный слой. Пусть это будет Bottom.

Рисунок 217. Окно меню «Place Copper Pour»

Задание области металлизации проводится путем вычерчивания ее контура в виде многоугольника. При построении обратите внимание, что стороны этого многоугольника не могут пересекаться. Завершив построение контура, выделите его щелчком левой кнопкой мыши. В случае необходимости вы можете подправить очертания области, просто перетаскивая мышью какие-либо ее стороны. Не снимая выделения, щелкните по нему правой кнопкой мыши и в появившемся контекстовом меню выберите Properties, чтобы задать свойства металлизации. В результате на экране появится диалоговое окно Copper Pour Properties, чтобы задать свойства области металлизации (рис.218).

Рисунок 218. Диалоговое окно «Copper Pour Properties». Вкладка «Style»

Во вкладке Style задаем толщину линии 0,25 мм. Во вкладке Connectivity (рис. 219) и в раскрывающемся списке Net выбрать цепь, к которой должна быть подключена созданная область заливки. В области Pad Thermals – задается необходимость использования тепловых барьеров для контактных площадок компонентов (в противном случае Direct Connection – прямое соединение). Включив использование тепловых барьеров, в поле Spoke Width вы сможете ввести величину зазора между заливкой и контактными площадками (или и переходными отверстиями) – например, 0,25 мм.

В области Via Thermals – задается необходимость использования тепловых барьеров для переходных отверстий (в противном случае Direct Connection – прямое соединение).

Рисунок 219. Диалоговое окно «Copper Pour Properties». Вкладка « Connectivity »

Теперь можно вернуться на вкладку Style, где нашему вниманию, прежде всего, предстанут настройки штриховки (рис. 220), которой должна быть залита область металлизации. Сделать свой выбор можно, щелкнув по наиболее понравившейся кнопке в области Pattern. В зависимости от того, какой вид штриховки выбран, вы сможете задать:

• Line Width – ширину линий штриховки.

• Line Spacing – расстояние между линиями штриховки.

В области Backoff Smoothness указывается качество (точность) выполнения контура:

• Low – грубая точность.

• Medium – средняя точность.

• High – высокая точность.

Рисунок 220. Диалоговое окно «Copper Pour Properties». Вкладка «Style»

Группой настроек Backoff задается размер зазора от области металлизации до объектов, которые могут оказаться внутри нее, будут принадлежать другим цепям и должны быть изолированы от области металлизации (это делается программой автоматически – создаются как бы вырезы в области металлизации). При этом вы можете:

• либо установить переключатель Fixed и ввести свое фиксированное значение зазора в ставшее доступным поле.

• либо установить переключатель Use Design Rules – тогда величина зазора будет определяться самой программой в соответствии с определенными в настройках PCB правилами.

Группа переключателей State позволяет задать состояние металлизации:

• Poured – металлизация произведена.

• Unpoured – металлизация отсутствует.

• Repour – необходимо осуществить повторную металлизацию с автоматическим расчетом зазоров в случае изменения разводки проводников.

Включаем флажки в областях High, и Poured. Устанавливаем в Line Width – ширину линий штриховки и в Line Spacing – расстояние между линиями штриховки, – например, 0,255 мм.

Теперь перейдем на вкладку Island Removal (рис. 221).

Рисунок 221. Диалоговое окно «Copper Pour Properties».

Вкладка «Island Removal»

Она специально предназначена для задания параметров автоматического удаления безымянных островков металлизации, оставшихся после создания вырезов в области металлизации (для обхода сторонних цепей) и не подключенных ни к одной цепи.

Задать, что именно должно удаляться, можно в области Automatic Island Removal:

• Установив флажок Minimum Area, вы сможете ввести ограничения по размеру удаляемых островков – удаляться будут только те из них, площадь которых будет меньше, чем значение в расположенном напротив поле (там вы вольны задать свое значение). Если данный флажок не включать, то удалены будут все островки.

• Установив флажок Interior, вы в принципе включите удаление островков, образовавшихся внутри контура области металлизации.

• Установив флажок Unconnected, вы включите режим удаления всех областей металлизации, не подключенных ни к одной цепи.

• Флажок Do Not Repour – указывает не удалять никакие островки.

Мы поставили флажки в окнах Interior и Unconnected.

Вкладка Net диалогового окна Copper Pour Properties носит чисто информационный характер (рис. 222).

Рисунок 222. Диалоговое окно «Copper Pour Properties». Вкладка «Net»

На ней вы сможете увидеть параметры цепи, компонентов, их контактов и слов печатной платы, с которыми связана данная область металлизации. Так в области Connection Lengths отображается протяженность цепи, в области Copper Lengths – длина уже проложенных медных проводников, а в области Counts – количество дуг (Arc), полигонов (Polygon), линий (Line), контактных площадок (Pad). Нажав кнопку Edit Net, вы перейдете в стандартной диалоговое окно, в котором сможете подправить атрибуты цепи.

Вкладка Polygon диалогового окна Copper Pour Properties (рис. 223) содержит настройки возможностей изменения контура области металлизации.

Рисунок 223. Диалоговое окно «Copper Pour Properties». Вкладка «Polygon»

Так, установка флажка Show Fillet Handles приведет к тому, что при выделении области металлизации по ее контуру будут проставлены точки-«ручки», ухватившись за которые можно добиться нужного вам скругления углов. В поле Chord Hight можно прописать размер хорд скругления. Установка флажка Fixed закрепляет (фиксирует) полигон области металлизации на печатной плате.

Рисование вырезов в областях металлизации.

В принципе, создание вырезов в случаях прокладки проводников через область металлизации должно производиться автоматически (рис. 224). За это отвечает включение флажка Auto Plow Copper Pours на вкладке General диалогового окна Options Configure.

Рисунок 224. Диалоговое окно «Options Configure». Вкладка « General »

Далее, для создания вырезов воспользуйтесь кнопкой с панели инструментов или выберите в строке меню Place → Cutout. Далее просто очертите область выреза. Завершение построения производится щелчком правой кнопки мыши.

Рисунок 225. Создание вырезов в металлизации. Нанесение надписи.

Нажатие кнопки позволяет наносить на схему надписи (рис. 225). После того, как надпись набрана, ее желательно отредактировать. Параметры текста можно регулировать в окне Text Properties. Особое внимание обратите на то, чтобы все объемные (векторных True Type) штрихи, были заменены на штриховые (Stroke) иначе в процессе травления данное действие может произойти автоматически – см. рис. 226.

Рисунок 226. Параметры текстового стиля.

Когда мы имеем дело с надписями на обратной стороне платы, целесообразно отображать их зеркально, чтобы текст легко читался при взгляде с одной стороны. Кстати, надписи можно наносить непосредственно шелкографией (рис.227).

Рисунок 227. Нанесение надписи на обратной стороне платы.

Для проверки платы на наличие ошибок запускаем команду Utils → Load Netlist, указываем эталонный список соединений ( ) и нажимаем Ok (рис. 228). После этого знакомимся с выведенной программой отчетом и при необходимости устраняем выявленные недочеты.

Рисунок 228. Эталонный список соединений.

Чтобы вывести проект на печать нажимаем кнопку и заполняем в появившемся на экране окне File Print позиции отображаемые для каждого из распечатываемых листов. Всего таковых будет четыре:

• TOP – верхний слой;

• BOT – нижний слой;

• TOP_SB – шелкография на лицевой стороне;

• BOT_SB – шелкография на оборотной стороне;

На рисунке 229 приведен образец заполнения формы листа TOP.

Рисунок 229.Диалоговое окно «File Print».

По завершению предыдущего этапа в области Scale/Adjustments флажок напротив позиции Scale to Fit Page (Override Print Jobs), чтобы увеличить масштаб изображения до размера страницы. После этого проверяем результаты при помощи опции Print Preview и в случае, если итог работы нас устраивает (как, например, на рис. 230), нажимаем на кнопку Generate Printouts.

Рисунок 230. Готовые к выводу на принтер листы.

Порядок выполнения работы:

1. Получить задание у преподавателя.

2. Загрузка подготовленных ранее библиотек.

3. Получение списка соединений.

4. Загрузка списка соединений

5. Компоновки элементов на плате

6. Создания областей металлизации.

7. Рисования вырезов в областях металлизации.

8. Защитить лабораторную работу.

Контрольные вопросы:

1. Порядок задания производственных параметров.

2. Условные обозначения отверстий в печатной плате на чертеже

3. Порядок загрузки списка соединений

4. Порядок компоновки элементов на плате.

5. Специальные приемы выравнивания компонентов на печатной плате

5. Порядок ручной трассировки.

6. Порядок создания областей металлизации.

7. Порядок создания вырезов в областях металлизации

Литература:

1. Справочная система P-CAD 2006.

2. Э.Ц. Саврушев. P-CAD 2006. Руководство схемотехника, администратора библиотек, конструктора. – М.; ООО. Бином-Пресс», 2007 г. – 768 с.: ил.

3. Динц К.М., Куприянов А.А., Прокди Р.Г. и др. P-CAD 2006. Схемотехника и проектирование печатных плат. Самоучитель. Книга+видеокурс – СПб.: Наука и Техника, 2009. – 320 с.: ил. (+DVD с видекурсом).

4. Галис В.П., Градусов А.Б. Проектирование печатных плат с использованием САПР P-CAD: Практикум для студентов специальности 210100/Владимирского Гос. ун-т, Владимир, 2003, 55 с.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

по дисциплинам «Компьютерная электроника»,

«Цифровые системы»

для студентов специальности «Системы управления и автоматика»,

шифр специальности 6.091400.

Составитель Елисеев В.И., старший преподаватель