Порядок работы.
Запустить P-CAD РСВ, произвести необходимые настройки. Загрузить файл списка соединений печатной платы, созданный на лабораторной работе №4. Разместить компоненты на монтажно-коммутационном поле. Создать правила ручной и автоматической трассировки ПП. Произвести ручную трассировку проводников.
Примечание. Класс точности (1-5), длина платы (1-4), толщина платы (1.5; 2 мм) берутся в зависимости от порядкового номера варианта. При выполнении задания создается двухслойная печатная плата с металлизированными отверстиями.
Требования:
Шаг сетки задается в соответствии с тем, какие компоненты используются:
по российским стандартам - 1.25 и 2.5 мм;
по зарубежным стандартам - 1.27 и 2.54 мм.
Для создания контура печатной платы используется слой Board.
Производится установка компонентов, созданных вручную, либо из библиотек, входящих в состав системы проектирования печатных плат P-CAD.
Связи между компонентами производятся вручную.
При задании правил трассировки задаются:
диаметр контактной площадки;
диаметр отверстий (в соответствии с размером диаметра вывода!);
минимальный зазор;
размер контактной площадки (в соответствии с требуемым классом точности ПП).
При записи файла электрической схемы выбирать формат записи текстовый (ASCII Files), чтобы в дальнейшем иметь возможность обмениваться данными с другими программами (программами-трассировщиками).
Настройка редактора печатных плат
Настройка параметров производится при вызове соответствующих опций меню Options в закладках General, Online DRC, Route и Manufacturing.
В области Units закладки General выбирается система единиц измерения, в области Workspase Size указывается размер рабочей области для размещения компонентов и трассировки электрических соединений.
В области параметров соединений Connection Options в окне Optimize Partial Route разрешается/не разрешается оптимизировать связь для достижения минимальной длины после ручной трассировки связи.
В закладке Online DRC необходимо включить флажок Enable Online DRC для проверки технологических параметров при вводе связей и размещении компонентов. Установленный флажок View Report позволяет просмотреть текстовый файл с отчетом о проверке наличия ошибок.
Кнопка Design Rules позволяет настроить различные зазоры в проекте. Кнопка Severity Levels позволяет установить значимость ошибок с точки зрения пользователя.
Закладка Route меню Options/Configure позволяет установить некоторые правила трассировки проводников печатной платы (рис. 1).
Рис. 1. Установка правил трассировки
Ручная трассировка определяется областью Manual Route. Если установлен флажок Right Mouse to Complete/Slash Key to Suspend, то для автоматического завершения трассы по кратчайшему пути используется правая кнопка мыши, а для остановки трассы в произвольном месте рабочего поля - клавиша /, в противном случае назначение клавиш меняется.
Параметры интерактивного размещения устанавливаются в области Interactive Route. Флажок Honor Layer Bias означает разрешение на трассировку в слое в направлении, определенном в окне команды Options/Layers. Как правило, на слое Тор проводники трассируются параллельно длинной стороне платы. Флажок Show Routable Area определяет видимость области трассировки.
В окне Stub Length устанавливается минимальная длина в дискретах сетки (Grid Points) или в единицах длины (Length) для сегмента линии при соединении ее с контактной площадкой.
В области Trace Length задается контроль за длиной проводника трассы. Флажок Maximize Hugging разрешает проводимой цепи выдержать минимальное расстояние до уже проведенных трасс (однако длина трассы и ее конфигурация при этом может быть неоптимальной). Флажок Minimize Length разрешает прокладку трассы минимальной длины с минимумом переходных отверстий.
В закладке Manufacturing устанавливаются технологические ограничения при металлизации контактных площадок.
Список требуемых значений ширины проводников и геометрических линий устанавливается по команде Options/Current Line.
Задание барьеров для трассировки. С помощью команды Options/Current Keepout устанавливается стиль Style и слой для барьеров — областей запретов для трассировки. Граница области запретов вводится в слое Keepout командой Place/Keepout.
Технологические параметры проекта устанавливаются командой Options/Design Rules(рис. 2).
Рис. 2. Диалоговое окно команды Options/Design Rules
Работа в P-CAD РСВ.
Разработка печатных плат
Задача разработки печатных плат сводится к размещению компонентов проекта по отношению друг к другу на поле печатной платы и созданию правил ручной и автоматической трассировки соединений на плате.
Перед размещением компонентов на плату определяется шаг сетки рабочего поля. Например, для компонентов с планарными выводами этот шаг устанавливается равным 1,25 мм, а для компонентов со штыревыми выводами - 2,5 мм.
Затем необходимо в слое Board нарисовать на рабочем поле монитора замкнутый контур печатной платы. Прорисовка производится с помощью команд Place/Line и Place/Arc.
Если отсутствует принципиальная схема, выполненная в P-CAD Schematic, то компоненты на плату устанавливают по команде Place/Component. Связи между компонентами проводят по команде Place/ Connection.
Если же принципиальная схема имеется, то производится так называемая упаковка схемы на печатную плату. Перед выполнением процедуры упаковки схемы на печатную плату необходимо подключить к проекту соответствующие библиотеки. Для этой цели используется команда Library/Setup..
Упаковка схемы на печатную плату
В начале необходимо по команде Utils/Load Netlist (рис. 3) загрузить файл списка соединений (расширение .net) печатной платы.
Рис.3. Меню команды загрузки файла соединений
В диалоговом окне используются следующие опции:
Netlist Filename - выбор имени файла списка соединений на жестком диске - текстовый файл P-CAD ASCII, созданный в графическом редакторе Schematic.
Поскольку списки цепей выполнены в формате P-CAD ASCII, то возможны два варианта настройки атрибутов цепей. Настройка классов цепей производится в области Net Class and Rules Handling:
Replace Existing Net Classes — замена существующих классов цепей проекта классами цепей из списка цепей;
Ignore Netlist Net Classes - игнорировать существующие классы цепей.
Как правило, схема упаковывается на печатную плату, на которой предварительно размещены разъемы и другие фиксированные компоненты и проложены некоторые цепи.
После загрузки команды Utils/Load Netlist выводится сообщение о необходимости соблюдать следующие ограничения:
компоненты с совпадающими на плате и схеме позиционными обозначениями (RefDes) должны иметь одинаковый тип корпуса (Туре). В противном случае упаковка схемы не производится;
все компоненты, установленные на плату перед упаковкой, но не входящие в список соединений, будут сохранены;
на печатную плату переносятся все компоненты из списка соединений, которые предварительно не были установлены на плату;
предварительно проложенные электрические связи, но отсутствующие в списке соединений, будут удалены (обновляется вся информация об электрических цепях). Однако все предварительно проложенные проводники, присутствующие в списке соединений, будут сохранены.
После нажатия на кнопку Yes загружаемые компоненты проекта размещаются над верхней границей печатной платы (если уже размещена заготовка печатной платы). Если же нет заготовки печатной платы, то все компоненты размещаются в левом нижнем углу рабочего пространства проекта. При этом на экране отображаются прямые линии еще не проведенных электрических связей.
По команде Library/Setup можно просмотреть перечень открытых библиотек.
Размещение компонентов на плате
После упаковки схемы на печатную плату можно приступать к упорядоченному (с точки зрения разработчика) размещению компонентов на плоскости платы.
«Паутина» линий связей, появляющаяся между компонентами, позволяет разработчику ориентироваться при размещении компонентов. При перемещении компонентов указанная «паутина» перемещается вместе с компонентом. Компоненты при установке можно разворачивать (клавиша R) или переносить на противоположную сторону платы (клавиша F).
При размещении компонентов можно скрыть или сделать видимыми электрические связи для одной или нескольких цепей, можно переименовать одну цепь или группу цепей, можно отредактировать значения атрибутов. Для этих и других целей служит диалоговое окно команды Edit/Nets (рис. 4).
Рис. 4. Диалоговое окно команды Edit/Nets
В окне Nets отображены имена всех цепей проекта, а в окне Nodes указаны имена компонентов и номера их контактов, связанные с выделенной цепью. Можно выделить все цепи списка (кнопка Set All Nets). Или после нажатия на кнопку Set Nets By Attribute выделить все цепи, имеющие одинаковое значение атрибута (например, одинаковую ширину проводника Width). Выделение цепей по атрибуту производится в появившемся диалоговом окне. Снятие выделения всех цепей производится кнопкой Clear All Nets.
Нужную цепь можно выделить по ее имени.
Кнопка Set Nets By Node Count позволяет выбрать цепи с минимальным и максимальным числом контактов, значения которых устанавливаются в окнах Min и Мах.
Кнопка Edit Attributes разрешает перейти к редактированию или установке атрибутов выделенной цепи. Кнопка View Attributes открывает редактор Notepad для просмотра установленных атрибутов цепи.
Нажатие кнопки Info отражает всю информацию о выделенной цепи.
Кнопка Show Conns подсвечивает на экране все фрагменты, соответствующие выбранной цепи, а кнопка Show Conns Only on Drag включает видимость всех связей только при перемещении компонента.
Кнопка Hide Conns скрывает отображение выделенной цепи и ее связей.
Кнопки Highlight и Unhighlight высвечивают или убирают подсветку выделенной цепи или цепей. Если выделена цепь и ее узел в окне Nodes, то нажатие кнопки Jump to Node позволяет перейти к указанному узлу. Кнопка Select позволяет перейти к редактированию выбранной цепи.
Кнопка Pad Properties позволяет изменить стиль контактной площадки.
Редактирование компонента
При размещении компонентов на печатной плате зачастую требуется скорректировать свойства компонента: изменить тип посадочного места, переместить или изменить имя компонента, зафиксировать компонент и т. п. Для этих целей служит команда Edit/Properties, которая становится доступной после выделения компонента (рис. 5).
После нажатия на кнопку Change Pattern можно изменить посадочное место компонента.
В окнах Location отображаются координаты точки привязки компонента. Флажок Flipped служит индикатором переноса компонента на противоположную сторону платы. В строке Rotation показан угол поворота компонента относительно его базового положения, зафиксированного в библиотеке компонентов. В области Visibility, при включении соответствующих флажков, устанавливается видимость позиционного обозначения, номинала и типа компонента.
Рис. 5. Закладка Pattern редактирования компонента
При нажатии на кнопку Querry из открытых библиотек можно выбрать компоненты с одинаковыми признаками (столбец Field) для возможной замены выбранного компонента.
На рис.6 показана закладка Pattern Pads для редактирования контактных площадок установочного места компонента.
В окне Pads выводится список контактных площадок выбранного компонента. В области Location отображаются координаты контактной площадки, выбранной в окне Pads. В строке Net Name указано имя цепи, подключенной к выбранному контакту. Стиль контактной площадки указан в окне Pad Style, и его можно изменить выбором нужного стиля (из доступных в проекте) в окне Pad Style или после нажатия кнопки Pad Styles. Кнопки Set All и Clear All выделяют или снимают выделение всех контактных площадок. После проведенных изменений каждой контактной площадки нажимается кнопка Apply.
Рис.6. Закладка Pattern Pads команды Component Properties
В следующей закладке Component приводится справочная информация о выбранном компоненте. В закладке Component Pins представлена информация о выводах выбранного компонента. Эта информация кодируется и редактируется при создании компонента в редакторе P-CAD Library Executive.
В закладке Attributes отображены атрибуты компонента. Для того чтобы изменить существующий атрибут, необходимо нажать кнопку Properties и произвести необходимые изменения. Для удаления атрибута надо выделить строку с именем и значением атрибута, а затем нажать кнопку Delete.
Для поиска компонента по его схемному имени, для проверки его расположения на печатной плате, проверки цепей, подсоединенных к компоненту, используется команда Edit/Components, диалоговое окно которой изображено на (рис. 7).
Рис. 7. Меню для редактирования компонента
В окне Components представлен весь список компонентов проекта. После нажатия на кнопку Jump можно перейти на схеме к выделенному компоненту. И, наконец, можно приступить к редактированию компонента после нажатия на кнопку Properties.
Команда Utils/Force Update позволяет заменить в проекте указанные пользователем компоненты на однотипные другие библиотечные компоненты (рис. 8).
Рис. 8. Диалоговое окно Utils/Force Update
В списке Components перечислены типы всех компонентов, используемых в проекте. Заменяемые компоненты можно выделить стандартным способом. Флажок Maintain Rotation сохраняет углы поворота компонентов. В области Attribute and Pin Label Handling устанавливаются следующие опции:
Merge Attributes (Favor Library) - объединение атрибутов библиотечных компонентов с текущими атрибутами проекта, приоритет за атрибутами библиотечных компонентов;
Merge Attributes (Favor Design) — объединение атрибутов библиотечных компонентов с текущими атрибутами проекта, приоритет за атрибутами проекта;
Replace Attributes in The Design - замена текущих атрибутов проекта на атрибуты библиотечных компонентов;
Ignore Attributes From Library — игнорирование атрибутов библиотечных компонентов. После внесения изменений нажимается кнопка Update.
Задание правил трассировки соединений
Перед началом трассировки формулируется ряд правил и ограничений, которые должны выполняться при ручной и автоматической трассировке, а также при формировании областей металлизации.
Установка шага сетки
В некоторых случаях, кроме регулярной сетки, для трассировки можно использовать и нерегулярную сетку с целью 100-процентной прокладки всех соединений схемы. Например, если шаг между выводами компонента задан величиной 2,5 мм и диаметр контактной площадки равен 1,5 мм, то для прокладки двух проводников толщиной 0,2 мм между соседними выводами при допустимой величине зазора 0,2 мм необходимо задать сетку 1,05 мм-0,2 мм-0,2 мм-1,05 мм или 1 мм -0,5 мм-1 мм. Для этого необходимо выполнить команду Options/Grids (рис. 9).
Установка зазоров между проводниками
Для разных объектов (для совокупности электрических цепей, для разных участков ПП и т. п.) проекта устанавливаются разные правила трассировки и им присваиваются различные приоритеты:
Class To Class - правила класс-класс (высший приоритет);
Net — правила для цепей;
Net Class — правила для классов цепей;
Global - глобальные правила (низший приоритет).
Глобальные установки зазоров устанавливаются в меню Options/ Design Rules в закладке Design.
Рис. 9. Установка сеток на печатной плате
Зазоры между различными объектами в различных слоях ПП устанавливаются в закладке Layer.
Классы цепей определяют в закладке Net Class команды Options/ Design Rules (рис. 10). Внутри каждого класса устанавливаются допустимые зазоры для пары объектов (контактная площадка - проводник, контактная площадка - контактная площадка, проводник - проводник и т. п.) и общие правила установки зазоров.
Можно ввести Net Class — новый класс цепей (группа цепей, использующих одни и те же правила трассировки).
Добавление новой цепи к выделенному классу производится после выбора одной или нескольких (удерживайте клавишу Shift или Ctrl) цепей в поле Unassigned Nets и нажатии кнопки Add. Имена выделенных цепей отобразятся в окне Nets in this Class, а в поле Unassigned Nets отображается список цепей, не принадлежащих ни к одному из классов цепей.
Рис. 10. Окно заданных классов цепей и их атрибутов
Классы цепей можно переименовывать (Rename) и удалять (Delete).
В окне Class Attributes записаны уже сформированные после нажатия кнопки Edit Attrs значения атрибутов.
Кнопка Set Nets From Design Selection позволяет внести в список цепей, принадлежащих данному классу, все цепи, выделенные пользователем с помощью команды Edit Select на рисунке принципиальной схемы.
Зазоры для конкретных цепей устанавливаются в закладке Net команды Options/Design Rules (рис. 11). Редактирование цепи производится после выделения ее имени в столбце Nets, нажатии на кнопку Edit Nets.
Рис. 11. Окно закладки Net команды Options/Design Rules
Зазоры между цепями, относящихся к разным классам, устанавливают в закладке Class to Class (рис. 12). Формирование пары классов производится после выполнения следующих операций. Нажимается кнопка Edit Class to Class. В появившемся окне (рис. 13) в двух одноименных строках Net Class Name выбирают имена двух разных классов цепей, которые определены ранее, и нажимают кнопку Add Definition. В результате имена пары классов появляются в окне Net Class To Net Class Definition. Нужные величины зазоров устанавливают в появившемся окне Place Attribute после последовательных нажатий на кнопки Edit и Add.
Рис. 12. Закладка Class to Class команды Options/Design Rules
Задание атрибутов цепям и компонентам
Атрибуты выбранной цепи устанавливают после выполнения команды Edit Nets (см. рис. 12). В диалоговом окне меню можно просмотреть список атрибутов цепи после нажатия на кнопку View Attributes или приступить к редактированию атрибутов после нажатия на кнопку Edit Attributes. Для добавления или изменения атрибута далее нажимают кнопку Add и в открывшемся меню со списком всех стандартных атрибутов (рис. 14) в левой области Attribute Category выбирают категорию атрибута Net, а в правой области Name выбирают имя атрибута. Затем в области Value вводится значение атрибута.
Рис. 13. Окно для создания пары классов цепей
Задание атрибутов цепям и компонентам
Атрибуты выбранной цепи устанавливают после выполнения команды Edit Nets (см. рис. 11). В диалоговом окне меню можно просмотреть список атрибутов цепи после нажатия на кнопку View Attributes или приступить к редактированию атрибутов после нажатия на кнопку Edit Attributes. Для добавления или изменения атрибута далее нажимают кнопку Add и в открывшемся меню со списком всех стандартных атрибутов (рис. 14) в левой области Attribute Category выбирают категорию атрибута Net, а в правой области Name выбирают имя атрибута. Затем в области Value вводится значение атрибута.
В окне Attribute Category выводятся списки типов атрибутов для различных объектов проекта:
All Attributes - список всех стандартных атрибутов;
Component - атрибуты компонентов;
Net - атрибуты цепей;
Clearence - атрибуты допустимых зазоров;
Physical — атрибуты физических характеристик;
Рис. 14. Меню редактирования атрибутов
Electrical - атрибуты электрических характеристик;
Placement - атрибуты авторазмещения;
Manufacturing - атрибуты улучшения технологичности проекта;
Router - атрибуты автотрассировщика PRO Route;
Simulation - атрибуты моделирования схемы;
SPECCTRA Route — атрибуты автотрассировщика программы SPECCTRA;
SPECCTRA Placement — атрибуты авторазмещения программы SPECCTRA.
Атрибуты компонентов вводятся аналогично после выполнения команды Edit/Components, выбора имени компонента, нажатия на кнопку Properties, выбора закладки Attributes, последующего нажатия на кнопку Add и ввода в окно Value значения атрибута.
Создание и подключение областей металлизации
В сигнальных слоях можно расположить области металлизации, которые электрически подсоединяются к одной из цепей и автоматически отделяются зазорами от других цепей и контактных площадок.
Контур области металлизации рисуется после выполнения команды Place/Cooper Pour или после нажатия на одноименную пиктограмму. Сама область должна быть вычерчена в виде полигона, стороны которого не пересекаются. Построенную область выделяют, нажимают правую кнопку мыши, выделяют строчку Properties и в появившемся меню (рис. 15) устанавливают требуемые параметры.
Рис. 15. Выбор стиля полигона
В закладке Style в области Fill Characteristics определяются:
Pattern - способ металлизации области (сплошная заливка или различного вида «штриховка» металлическими линиями);
Line Width — ширина линий штриховки;
Line Spacing - расстояние между линиями штриховки;
В области Backoff Smoothness указываются виды полигонов для обеспечения зазоров:
Low - полигоны с 8-10 сторонами;
Medium — полигоны с 12-14 сторонами;
High — полигоны с 16-18 сторонами.
В области Backoff (зазор до других объектов, которые могут быть внутри полигона металлизации, близко от него расположены и принадлежат другим цепям) определяются: фиксированный зазор (Fixed) - устанавливается вручную, и Use Design Rules — использование зазоров, заданных в конфигурации.
В области State указывается состояние металлизации:
Poured - металлизация области;
Unpoured — отсутствие металлизации;
Repour — металлизация области с повторным автоматическим расчетом зазоров при изменении топологии проводников.
В закладке Connectivity указывается имя цепи, к которой подключается область металлизации. Там же указывается необходимость использования тепловых барьеров контактных площадок (Thermals) или непосредственное соединение (Direct Connections) области металлизации к контактам.
Вырезы в области металлизации производятся по команде Place/ Cutout. При прокладке проводников через область металлизации зазоры образуются автоматически, если в закладке General меню Options/Configure включен флажок Auto Plow Copper Pours. Если же флажок не включен, то для образования новых зазоров после прокладки новой цепи через область металлизации в закладке Style меню Properties необходимо включить режим Repour.
После обработки вырезов в сигнальных цепях зачастую остаются «островки» с малыми размерами и не присоединенные ни к одной цепи. Для очистки области металлизации от таких «островков» используются опции закладки Island Removal (рис. 16):
Minimum Area - удаляются «островки», имеющие площадь, меньшую, чем заданная в окне;
Interior - удаляются «островки», лежащие внутри полигона;
Unconnected — удаляются «островки», не имеющие связи с какой-либо цепью;
Do not repour - не удаляются никакие «островки».
Рис. 16. Закладка Properties
Закладка Net отражает имя цепи, имена компонентов и их контактов и слоев ПП, к которым подсоединяется полигон (рис. 17).
В закладке Polygon при включенной опции Show Fillet Handles при выделении полигона на нем отображаются точки, перемещение курсором которых приводит к скруглению углов полигона. Размер хорд скругления задается в окне Chord Hight. Флажок Fixed фиксирует полигон на ПП. В этом случае полигон не может быть подвержен каким-либо преобразованиям.
Рис. 17. Опции закладки Properties
Ручная трассировка соединений
Перед началом трассировки должны быть установлены на плате все компоненты схемы (команда Place/Component), определена(ы) сетка(и) трассировки, слой, в котором проводится трасса, ширина проводника и заданы все соединения, т. е. выполнена команда Utils/Load Netlist. После выполнения последней команды между контактами установленных компонентов на ПП появляются условные линии связей. Если вводится новая связь, не указанная в списке соединений, то предварительно, перед трассировкой, выполняется команда Place/ Connection, и щелчком мыши вначале указывается первый контакт, а затем, не отпуская кнопку мыши, и второй контакт, подлежащие соединению. После указания второго контакта появляется окно, в котором пользователь может оставить предлагаемое системой имя цепи или изменить это имя и нажать ОК. После указанной процедуры появляется условная линия связи между контактами, а затем можно проводить связь вручную.
Ручная трассировка выполняется после команды Route/Manuаl или нажатия на соответствующую пиктограмму. Трассировка производится только в сигнальных слоях, в противном случае появляется сообщение об ошибке. Если необходима перетрассировка уже проведенной связи, то эта связь предварительно удаляется.
Нарушение установленных зазоров между элементами трасс сопровождается звуковым сигналом и появлением на экране вблизи места ошибки индикатора ошибок в виде окружности с косым перекрестьем.
Для последовательного удаления ранее проложенных сегментов трассы вместе с возможными индикаторами ошибок используется клавиша Backspace. Полностью удаляется последняя трасса командой Edit/ Undo или при нажатии соответствующей пиктограммы.
В процессе прокладки трассы в строке информации отображаются данные о приращении координат текущего сегмента dX и dY (пока нажата левая кнопка), общая текущая длина трассы с учетом дуг сглаживания трассы (Total length) и число ошибок по завершении прокладки трассы - «"n" error(s) during routing».