8.2 Применение Altium Designer при проектировании печатных плат

Пакет Altium Designer 2010 фирмы Altium является интегрированной средой проектирования электронных устройств (EDA). Наряду с такими системами как OrCAD, P-CAD он поддерживает сквозной цикл проектирования устройств, включая разработку принципиальных схем и топологий ПП, создание VHDL описаний, моделирование и высокочастотный анализ. Однако Altium Designer 2010 имеет ряд особенностей, которые позволяют упростить процесс проектирования и сделать его более функциональным для разработчика.

В основе пакета лежит платформа Design Explorer (DXP), обеспечивающая взаимодействие всех приложений, входящих в состав пакета, и предоставляющая удобный графический интерфейс пользователя (GUI). В состав Protel входят приложения, обеспечивающие ввод и редактирование принципиальных схем, проведение моделирования смешанных аналого-цифровых устройств, проектирование устройств на ПЛИС, трассировку ПП, проверку целостности сигналов и др. Все они встроены в единую оболочку и имеют унифицированный интерфейс взаимодействия с пользователем. Вызов соответствующего редактора осуществляется при открытии документа проекта. Под проектом в Altium Designer 2010 понимается набор файлов, обеспечивающих реализацию устройства. В DXP различаются следующие типы проектов:

• проект ПП (PCB Project);

• проект устройства на ПЛИС (FPGA Project);

• проект разработки ПО для встраиваемых применений (Embedded Project),

• проект разработки IPядер (Core Project);

• проект интегрированной библиотеки (Integrated Library).

Все документы, связанные с проектом, хранятся в виде отдельных файлов. Файлы проекта могут располагаться в любом месте дискового пространства. Кроме того, разные проекты могут использовать один и тот же файл. Для определения физического местоположения файла в Altium Designer 2010 используется специальная утилита Storage Manager, которая, кроме функций управления хранением файлов, позволяет производить контроль версий файлов и выполнять их сравнение, т.е. реализует функции системы контроля версий. Если группой инженеров уже используется какаялибо внешняя система контроля версий, установленная на сервере, то Storage Manager обеспечивает необходимый интерфейс.

Ссылки на файлы, а также информация обо всех настройках проекта хранится в специальном файле проекта. Файлы проекта позволяют логически организовать все документы и обеспечить связь между представлениями электронного компонента в различных редакторах Altium Designer 2010. Несколько логически связанных проектов, например, проект ПП и проект устройства на ПЛИС для этой платы могут быть объединены в рабочее пространство (Workspace). При открытии рабочего пространства автоматически загружаются все проекты, связанные с ним. DXP поддерживает все стандартные формы взаимодействия пользователя со средой: меню, панели инструментов, горячие клавиши. Особенностью DXP является использование информационных панелей, обеспечивающих широкие возможности контроля и управления элементами проекта. Например, панель Projects содержит информацию об открытых проектах, структуре их файлов, показывает состояние документа (открыт, находится в скрытом состоянии, модифицирован). Переключение между панелями обеспечивается достаточно легко, путем выбора соответствующей закладки. Среда полностью настраивается под конкретного пользователя в соответствии с его привычками работы. Все настройки собраны в одном окне Preferences и разделены по группам. Существуют системные настройки и настройки отдельных приложений.

Разработка любой принципиальной схемы начинается с создания библиотеки компонентов. Для этого используется приложение Library Manager. В Altium Designer 2010 существуют три вида библиотек:

• библиотеки компонентов, содержащие условные графические изображения компонентов (УГО);

• библиотеки моделей, содержащие представление компонента в виде посадочного места, SPICEмодели, IBISмодели или объемные 3Dмодели;

• интегрированные библиотеки, которые включают в себя одну или несколько библиотек компонентов со всеми связанными с ними моделями, что обеспечивает удобство при переносе библиотек с одного компьютера на другой.

В составе Altium Designer 2010 поставляются интегрированные библиотеки, включающие более 60 тысяч готовых компонентов. Для нахождения требуемого компонента используется развитый язык запросов и система поиска.

Для разработки собственной интегрированной библиотеки необходимо создать файл проекта Integrated Library и подключить/создать библиотеки с компонентами и их моделями. При редактировании моделей компонентов, информация по ним отображается на отдельной панели, вид которой меняется в зависимости от типа библиотеки. Так при работе с библиотекой на панели отображаются список компонентов, входящих в ее состав, список выводов выделенного компонента и их характеристики, список моделей связанных с данным компонентом. Полезной особенностью Library Manager является возможность добавления своих параметров, например, таких как название фирмыпроизводителя, дистрибьютора, цены и др. Это в дальнейшем позволяет упростить процесс формирования списков компонентов для закупки.

Необходимо отметить легкость создания образов посадочных мест с помощью утилиты PCB Component Wizard, которая после ответа на часть вопросов, формирует изображение посадочного места для компонента.

Модели 3D используются для просмотра платы в трехмерном виде. Для ряда компонентов такие модели подбираются на этапе трансляции ПП в программу просмотра трехмерных изображений. Однако лучше заранее создать модели компонентов и подключить их к интегрированной библиотеке. Модели 3D создаются с использованием пакета Solid Works и импортируются в библиотеку 3Dмоделей.

После добавления к проекту всех необходимых моделей необходимо провести компиляцию интегрированной библиотеки, в результате которой получается файл, содержащий описания компонентов со всеми моделями.

Пакет Altium Designer 2010 поддерживает возможность импорта библиотечных компонентов из других EDA.

Для создания принципиальной электрической схемы в Altium Designer 2010 используется приложение Schematic Editor, изображенное на рис. 8.1. С одной стороны приложение очень похоже на аналогичные редакторы других EDA, а с другой стороны существует большое количество настроек, позволяющих сделать работу в редакторе максимально удобной. Все настройки разбиты по группам и включают настройки сеток, размеров и формы курсора, скорости и режимов панорамирования и автофокусировки. Можно настроить способы отображения некоторых графических объектов.

В процессе проверки принципиальной электрической схемы очень удобным может оказаться использование панели Navigator, которая позволяет быстро выбрать нужный компонент или цепь, посмотреть его связи с другими объектами. При этом в основном окне редактора с помощью задания соответствующих настроек в Schematic Preferences можно задать различные режимы отображения интересующей информации, например, можно выделить ярким цветом выбранные объекты, а остальные затенить, или с помощью линий показать связи данного объекта с остальными.

Рис. 8.1. Редактор принципиальных схем Schematic Editor

Очень удобно реализован процесс аннотирования компонентов схемы. В основной форме можно задать порядок назначения номеров компонентам в схеме, просмотреть все сделанные обозначения, откорректировать при необходимости их вручную и только потом внести изменения в схему. Существуют режимы разрешения конфликтных ситуаций в обозначении компонентов.

Для сложных многолистовых проектов Schematic Editor поддерживает иерархию. Для таких проектов возможно создание схем верхнего уровня, на которых прямоугольниками изображены листы проекта и определены связи между листами как с помощью проводников, так и с помощью шин. При этом на этапе компиляции выполняется проверка всех связей.

После создания схемы выполняется автоматическая проверка в соответствии с правилами, определенными в установках проекта. К таким правилам, в первую очередь, относится матрица соединений, в которой определяются уровень ошибки или ее отсутствие для всех типов соединений в схеме. В опциях проекта также определяются события, при которых должны формироваться сообщения, определяются правила сравнения, задаются классы для компонентов.

Перед трансляцией списка связей в файл топологии ПП необходимо создать шаблон ПП. Здесь можно воспользоваться уже входящими в состав Altium Designer 2010, либо сделать свой. Шаблон ПП проще всего создать с помощью утилиты PCB Board Wizard. Ответив на ряд вопросов, касающихся размера платы, количества слоев, типа и расположения основной части компонентов, а также параметров разводки, пользователь получает файл, содержащий контуры ПП и набор предустановленных базовых правил разводки.

Правила проекта легко менять, удалять, добавлять новые. Для удобства пользователя все правила разбиты на группы по назначению. Изюминкой являются средства визуализации, которые позволяют прямо на картинке увидеть какие именно параметры эти правила определяют. При изменении правил разводки каких-либо цепей нет необходимости пересматривать остальные правила этой группы, поскольку действуют более жесткие ограничения, переопределяющие правила разводки этой цепи.

К достоинствам Altium Designer 2010 также следует отнести механизм управления слоями ПП. В первую очередь это относится к диалоговому окну, в котором можно посмотреть порядок расположения слоев, задать толщину медной фольги, определить толщину и тип межслойного диэлектрика.

На рис. 8.2 изображено окно редактора ПП.

Последние параметры не только позволяют упростить процесс создания конструкторской документации, но и провести анализ целостности сигналов с учетом особенностей топологии ПП.

Слои делятся на три вида: электрические (сигнальные и планарные), механические (содержат информацию о размерах ПП, различную текстовую информацию) и специальные (маска, шелкография и т.п.). С помощью одного диалогового окна можно индивидуально включать и отключать слои, настраивать их цвет. Одной кнопкой можно отключить все неиспользуемые слои.

Трансляция списка соединений и информации о корпусах компонентов в файл ПП осуществляется довольно легко. При этом пользователь контролирует все изменения, которые будут сделаны в ПП. В окне транслятора создается полный список изменений, включающий добавление и удаление компонентов, цепей, их переименование и др. После трансляции рядом с изображением ПП появляются топологические изображения компонентов и связи между ними. Как и во всех других EDA, размещение компонентов на плате лучше выполнять вручную. Этот процесс облегчается использованием комнат для многолистовых схем. Приятной особенностью являются команды выравнивания компонентов по определенной границе и расположения компонентов с одинаковым пространственным зазором.

Разводку можно выполнять в автоматическом режиме средствами встроенного трассировщика Situs или в интерактивном режиме. Кроме того, файл со всеми настройками можно транслировать в программу SPECCTRA для дальнейшей трассировки ПП.

Удобной особенностью интерактивного режима прокладки трасс является отображение направления линии. Второй приятной особенностью является способ повторной прокладки трасс. Для этого нет необходимости удалять старые сегменты трассы, просто нужно провести трассу по новому участку и старые сегменты будут удалены автоматически. Разумеется, в редакторе присутствуют все стандартные способы прокладки трасс.

Рис. 8.2. Окно редактора печатной платы

Несмотря на то, что при ручной разводке в отдельном слое редактора ПП отображаются все ошибки, что дает возможность тут же их исправить, после ручной разводки обычно выполняется автоматическая проверка на наличие ошибок в плате (DRC).

В Altium Designer 2010 входит программа CAMtastic, которая позволяет просмотреть и отредактировать файлы в формате Gerber и выполнить ряд других CAM операций.

На рис. 8.3 изображена программа просмотра 3D модели ПП.

Рис. 8.3. Программа просмотра 3D модели печатной платы

Переход к 3D модели ПП осуществляется одним нажатием клавиши. В программе просмотра можно вращать модель и отключать отдельные типы изображений.

Пакет Altium Designer 2010 действительно обеспечивает удобный интерфейс и повышает скорость разработки ПП, однако, из изложенного ранее можно сказать, что данное программное обеспечение достаточно дорогим по стоимости.