4.2 Этапы разработки печатных плат с помощью пакета pcad
Процесс проектирования печатной платы с помощью пакета P-CAD состоит из следующих этапов: создание символьной библиотеки, создание корпусной библиотеки, упаковка элемента в корпус, ввод схемы Э3, компоновка элементов на плате, автотрассировка и разработка конструкторской документации на изделие.
Создание символьной библиотеки.
Суть данного этапа заключается в создании условно графического обозначения элемента, для дальнейшего его использования в графических схемах. Данный этап выполняется в редакторе P-CAD Symbol Editor. Рисование контура изображения символа производится при помощи команд Place/Line линиями выбранной толщины. Изображение символа компонента, его размер и пропорции элемента определяются требованиями Единой системы конструкторской документации (ЕСКД). Соблюдение норм ЕСКД необходимо для избежания проблем при черчение электрической принципиальной схемы. Согласно ЕСКД все размеры символов на схеме должны быть кратны 2,5 мм. После того как нарисован контур символа компонента к нему необходимо добавить пины. Выбрать команду Place/Pin и щелкнуть левой кнопкой мыши, в то место, где должен находится пин. Пример символа элемента приведён в приложении А (см. рисунки А.1, А.4, А.6).
Создание корпусной библиотеки.
На данном этапе создаётся посадочное место для элементов ЭРА. Данный этап выполняется в редакторе P-CAD Pattern Editor. На печатных платах можно разместить простые (Simple) и сложные (Complex) стеки. Стеки для штыревых выводов (DIP-корпуса) компонентов, которые имеют одинаковую форму контактных площадок на всех слоях ПП, и стеки для компонентов с планарными выводами (SMD-корпусы), имеющие контактные площадки на одном слое ПП, образуют простые стеки. Компоненты с планарными выводами размещаются на слоях Тор или Bottom. Стек первого контакта компонента желательно должен отличаться (например, квадрат или прямоугольник) от других стеков этого же компонента [ ]. Для редактирования стека выполняется команда Options/Pad Style. После выделения имени стека и нажатии на кнопку Modify (Simple) открывают меню редактирования простых стеков. Пример посадочного места приведён в приложении А (см.рисунки А.2, А.5, А.7).
Упаковка элемента в корпус.
Данный этап выполняется в редакторе P-CAD Library Executive. Суть этапа заключается в установлении соответствия между выводом элемента и его контактной площадки в корпусе элемента. После запуска программы необходимо загрузить библиотеку со всеми символами элементов и посадочными местами, выполнив команду Component/Open. Далее после загрузки библиотеки необходимо выбрать посадочное место и сам элемент, который необходимо упаковать. Важным моментом является указание числа секций элемента. После того как элемент упакован необходимо проверить его на ошибки командой Component/Validate, если ошибок не обнаружено то можно просмотреть сам упакованный элемент, нажав кнопку Symbol View. Пример упакованного элемента и упаковочной таблицы элемента приведены в приложении А (см. таблицы А.1, А.2, А.3 и рисунки А.3, А.6, А.9).
Ввод схемы Э3.
После того как все элементы созданы и упакованы в корпуса, можно приступать к созданию схемы электрической принципиальной. Данный этап выполняется в редакторе P-CAD Schematic. Схема Э3 определяет полный состав изделия и дает детальное представление о принципе работы изделия. На основе схемы электрической принципиальной разрабатывают целый ряд других конструкторских документов. На схеме электрической принципиальной изображают все электрические элементы и устройства, необходимые для осуществления и контроля в изделии соответствующих электрических процессов. Элементы изображают в виде условных графических обозначений (УГО) в соответствии с ГОСТ. Каждый элемент схемы электрической принципиальной должен иметь позиционное буквенно – цифровое обозначение в соответствии с ГОСТ 2.710 – 81. С помощью команды Place/Wire соединяются все элементы в схеме, если провод входит в шину, необходимо выполнить команду Place/Port далее указывается название порта и к какой цепи он принадлежит. После того как вся схема введена необходимо осуществить проверку цепи командой Utils/ERC. Данная команда проверяет схему на обрывы соединений с шиной, нарушение электрических правил, наличие цепей без названий. Отчёт сохраняется в отдельный файл, для удобства нахождения ошибок, можно оставить галочку напротив пункта «Annotate Erros». После того как в схеме устранены все ошибки нужно сгенерировать NetList, командой Untils/Generate Netlist, и указать название файла, в который этот «лист» будет сохранён. Пример схемы Э3 приведён в приложении Б.
Компоновка элементов на плате.
Этап выполняется в приложении P-CAD PCB. Данный этап можно осуществлять только после того, как очерчен контур платы, и подключены все библиотеки (Library/Setup) и загружены все списки соединений элементов (Utils/Load Netlist) можно приступать к размещению ИМС на плате. Расстановку элементов стоит
начинать с разъёма. Критерием качества размещения можно считать минимальную суммарную длину соединений. Для минимизации этой характеристики нужно выполнить команду Utils/Optimize Nets. Компоновка ИМС приведена в соответствии с рисунком 3.6.
Автотрассировка.
Этап выполняется в приложении P-CAD PCB. Все трассировщики можно найти командой Route/Autorouters. В пакете P-CAD существуют следующие автотрассировщики: Quick Route, Shape Base Route, SPECCTRA, Pro-Route, Pro-Route 2/4.
Автотрассировщик Quick Route не требует указания границы печатной платы в слое Board и не изменяет топологию предварительно проложенных пользователем проводников. Предварительно на плате должны быть размещены все компоненты, определены все электрические связи. Некоторые связи могут быть уже проведены. Можно задать области запрета для трассировки по команде Place/KeepOut.
Автотрассировщик ProRoute позволяет трассировать без ограничения числа выводов компонентов проекта до 30 сигнальных слоев и до 99 слоев металлизации на печатной плате. Так же как и в предыдущем случае автотрассировки, должна быть загружена плата с размещенными на ней компонентами и указаны связи между выводами компонентов. В слое Board должна быть указана область трассировки в
виде контура и, в случае необходимости, барьеры для трассировки. Некоторые компоненты должны быть зафиксированы (разъемы, элементы питания и т. п.). Если вручную проведены некоторые электрические связи («земля», питание и др.), и они должны быть сохранены в процессе автотрассировки, то эти связи должны иметь атрибут NoAutoRoute.
Автотрассировщик Shape Base Route предназначен для интерактивной и автоматической трассировки многослойных печатных плат с высокой плотностью размещения компонентов. Особенно эффективен для компонентов с планарными контактами, выполненных в разных системах единиц измерения. Автотрассировщик обрабатывает печатные платы, имеющих до 30 слоев, до 4000 компонентов, до 5000 контактов в одном компоненте до 1000 цепей и до 16 000 электрических соединений в проекте.
Автотрассировщик SPECCTRA поставляется дополнительно к P-CAD и используется не только для трассировки соединений, но и для ручного или автоматического размещения компонентов на печатной плате [ ].
Примеры работы трассировщиков Quick Route и Shape Base Route приведены в приложениях В, Г, Д соответственно.
Разработка конструкторской документации на изделие.
В данном этапе создаётся сборочный чертёж устройства и чертёж печатной платы. Создание чертежа печатной платы осуществляется в редакторе P-CAD PCB, открыв файл с оттрасированной платой, необходимо создать три проекции платы (лицевая, тыльная, торцевая), путём выделения определённых слоёв, от основного чертежа. Далее полученные проекции выгружаются в редактор P-CAD Schematic, где дорабатываются. Создание сборочного чертежа начинается в редакторе P-CAD PCB, где удаляются все переходные отверстия и удаляется слой с проводниками.
Далее полученный файл выгружается в P-CAD Schematic, где дорисовывается вид «сбоку» и обозначаются все микросхемы и компоненты входящие в его состав из составленной спецификации устройства. Чертёж печатной платы приведён в приложении Е. Сборочный чертёж приведён в приложении Ж, а спецификация приведена в приложении И.