Создание электрических схем в графическом редакторе P-CAD Schematic

Система проектирования радиоэлектронной аппаратуры P — CAD, разработанная первоначально фирмой ALTIUM, на сегодняшний день является одной из самых мощных, полных и последовательных систем автоматизированного проектирования для ПК. Изначально P — CAD представлял собой пакет специализированных модулей, тесно связанных друг с другом и охватывающий все этапы разработки и изготовления печатных плат. Начиная с версии P-CAD 2001, в состав пакета включен модуль схемотехнического моделирования электронных устройств, позволяющий проектировать аналоговые, логические и смешанные, аналого-цифровые устройства.

Программные средства системы позволяют автоматизировать весь процесс проектирования электронных средств, начиная свода принципиальной схемы, ее моделирования, упаковки схемы на ПП, интерактивного размещения РЭК на ПП и автотрассировки соединений, вплоть до получения конструкторской документации и подготовки информации для производства плат на технологическом оборудовании.

1. Состав системы P-CAD 2001

программа графический редактор электронный Система P-CAD 2001 представляет собой интегрированный пакет программ, предназначенный для проектирования многослойных печатных плат (ПП) радиоэлектронных средств (РЭС). Она адаптирована к операционной среде Windows и использует все настройки и возможности последней [1, 2].

P-CAD 2001 включает в себя следующие программные модули: P-CAD Library Executive, P-CAD Schematic, P-CAD PCB, P-CAD Autorouters, Symbol Editor, Pattern Editor, InterPlace PCS, Relay, Signal Integrity (рисунок 1).

Утилита Library Executive (Администратор библиотек) состоит из программы Library Manager (Менеджер библиотек), редактора символов элементов Symbol Editor и редактора посадочных мест Pattern Editor электрорадиоэлементов (ЭРЭ) на ПП.

P-CAD Schematic — графический редактор электрических схем. Он предназначен для разработки электрических принципиальных схем и может применяться для создания условных графических обозначений (УГО) отдельных ЭРЭ (файлы с расширением. sen).

P-CAD PCB — графический редактор ПП предназначен для проектирования конструкторско-технологических параметров ПП. К ним относятся: задание размеров ПП, ширина проводников, величина зазоров, размер контактных площадок, диаметр переходных отверстий (ПО), задание экранных слоев, маркировка, размещения ЭРЭ, неавтоматическая трассировка проводников и формирование управляющих файлов технологическим оборудованием.

P-CAD Autorouters предназначен для автоматической трассировки проводников ПП. Включает два автотрассировщика: программу Quick Route для проектирования рисунка ПП не очень ложных электрических схем и бессеточный трассировщик Shape — Based Router, предназначенный для проектирования многослойных ПП с высокой плотностью расположения ЭРЭ.

Symbol Editor — редактор символов элементов (файлы с расширением. sym). Предназначен для создания условных графических обозначений символов ЭРЭ электрических схем.

Pattern Editor — редактор посадочных мест (файлы с расширением. pat). Предназначен для разработки посадочных мест для конструктивных ЭРЭ на ПП.

InterPlace PCS — программа интерактивного размещения ЭРЭ.

Relay — программа просмотра ПП, расстановки ЭРЭ на ней, задания основных атрибутов, контроля технологических ограничений.

Signal Integrity — программа анализа электрических параметров ПП.

SPECCTRA — программа размещения ЭРЭ на ПП, ручной, интерактивной и автоматической трассировки проводников. Благодаря бессеточной технологии является очень эффективным трассировщиком ПП высокой степени сложности и с высокой плотностью размещения ЭРЭ. Информация о ПП в SPECCTRA передается через редактор РСВ.

Рисунок 1 — Структура P — CAD 2001

2. Создание базы электронных компонентов в редакторе Library Executive

Для начала работы необходимо создать новую библиотеку выбором в меню LibraryNew. В появившемся окне выбрать директорию для новой библиотеки, присвоив ей «Имя». lib. Для создания нового компонента библиотеки необходимо выбрать в меню SymbolNew, после чего запустится программа по созданию УГО схемы электрической принципиальной. Далее нужно произвести следующие настройки в соответствии с рисунком 2 (выбор размера рабочего поля, режима рисования, единицы измерения), рисунком 3 (установка шага сетки), рисунком 4 (установка толщины линии рисования), рисунком 5 (задание стиля шрифта).

Рисунок 2 — Настройка в меню OptionConfigure

Рисунок 3 — Настройка в меню OptionGrids

Рисунок 4 — Настройка в меню OptionCurrent Line

Рисунок 5 — Настройка в меню OptionText Style

После необходимых настроек приступаем к созданию условно графического обозначения микросхемы. По команде SymbolSymbol Wizard появится следующее окно (рисунок 6). В этом окне задается количество выводов мк/сх, номера выводов и их функциональные назначения, размеры прямоугольного очертания выводов, а также стили текстов атрибутов и номеров выводов микросхемы. Конечный результат представлен на рисунке 7. Далее это УГО сохраняется в созданную заранее библиотеку.

Рисунок 6 — SymbolSymbol Wizard

Рисунок 7 — Конечный результат созданного УГО Следующим этапом создается посадочное место микросхемы при помощи программы Pattern Editor входящей в состав P-CAD.

В этой программе необходимо произвести настройки аналогично как и в программе Symbol Editor. Далее по команде PatternPattern Wizard появится среда редактора посадочного места для микросхемы. Здесь следует задавать параметры контактных площадок, расстояния между ними вдоль и поперек, а также сами размеры микросхемы. Устанавливается привязка к первому выводу посадочного места, эта контактная площадка всегда будет привязана к сетки, не зависимо от ее параметров Рисунок 8 — PatternPattern Wizard

Результат представлен на рисунке 9.

Рисунок 9 — Конечный результат созданного посадочного места Для создания компонента присутствуют необходимые составляющие, а именно УГО и посадочное место. Теперь переходим к редактору библиотек, где задаем команду создать новый компонент ComponentNew. Далее будет предложено выбрать библиотеку, в которой он будет создаваться. После выбора библиотеки появится окно (рисунок 10). В котором, производится выбор посадочного места из нашей библиотеки, и условного графического обозначения, а также выбор числа вентилей, и выбор УГО соответствующее этому вентилю (если вентили разноименные). Пример показан на рисунке 11.

Рисунок 10 — Задание параметров микросхемы Рисунок 11 — Пример для мк/сх MAX5253

Далее после того, как загружено посадочное место, и условное графическое обозначение компонента, в таблице распиновки заполняются следующие графы (рисунок 12).

Рисунок 12 — Таблица распиновки Далее необходимо заполнить атрибуты компонента. Атрибуты компонента определяются разработчиком и АБД, в зависимости от применяемых технологически программ (рисунок 13).

Правильное заполнение таблицы проверяется подсвечиванием контактной площадки на посадочном месте мк/сх, что вызывает подсвечивание соответствующего вывода УГО компонента (Рисунок 14). После проверки созданный компонент сохраняют в библиотеку с его названием.

Рисунок 13 — Атрибуты компонента Рисунок 14 — Проверка распиновки

3. Создание электрических схем в графическом редакторе P-CAD Schematic

3.1 Общие сведения о графическом редакторе P-CAD Schematic

Графический редактор P-CAD Schematic предназначен для разработки электрических принципиальных схем с использованием условных графических обозначений элементов. При этом УГО РЭ могут извлекаться из соответствующей библиотеки или создаваться средствами самой программы.

Если не разрабатывается узел печатной платы, то при вычерчивании схем берутся УГО элементов, не связанные с их конструктивной базой. Такая схема может использоваться как иллюстративный материал. При возникновении необходимости разработки ПП ее надо дополнить соответствующей конструкторско-технологической информацией.

При выполнении проекта с разработкой узла ПП схема должна формироваться из библиотечных элементов, которые включают полную информацию о конструктивных особенностях ЭРЭ и их посадочных местах на ПП.

3.2 Создание схемы электрической принципиальной

1 Запустить графический редактор P-CAD Schematic.

2 Настроить конфигурацию графического редактора.

Для этого необходимо:

— в меню Options щелкнуть ЛК по строке Configure. Появится диалоговое окно Options Configure. В области Workspace Size «выбрать» формат A3 или через кнопку User в окне Width задать размер 420 мм, а в окне Height — 297 мм. В поле Units установить миллиметры — mm как основную систему единиц. Нажать кнопку ОК;

Рисунок 15

— в меню Options щелкнуть по строке Grid, появится диалоговое окно Options Grid. В нем установить новую сетку графического редактора с шагом 1,25 мм. Для этого в области Grid Spacing набрать на клавиатуре 1.25 и нажать кнопку Add. Нажать кнопку ОК;

Рисунок 16

— установку элементов и проведение электрических цепей на одной линии удобно выполнять, пользуясь курсором в форме большого перекрестья. Для этого надо выполнить команды Options/Display (Установка экрана). В открывшемся одноименном окне перейти на закладку Miscellaneous (Разнообразные) и в поле Cursor Style выбрать Large Cross.

3 Установить элементы. Для этого выполнить команды Р1аse/Part (Размещение элементов). Появится одноименное окно Place Part. Нажать панель Library Setup. Откроется окно, в котором представлены загруженные библиотеки. Нажать кнопку Add. В появившемся стандартном окне Windows нужно выбрать файл XXX. lib и нажать кнопку «Открыть». После этого нажать кнопку ОК в окне Library Setup.

Рисунок 17

— в диалоговом окне выбрать элемент и щелкнуть по кнопке ОК. Нажать на клавишу R, элемент повергается на 90° с каждым нажатием этой клавиши. После этого курсором указать на рабочем поле место для его размещения и нажать ЛК, а затем ПК.

Рисунок 18

— провести те же самые операции и для остальных элементов схемы электрической принципиальной.

4 Провести электрические цепи между выводами элементов. Для этого выполнить команды Place/Wire (Разместить проводник). Чтобы соединить выводы элементов, нужно щелкнуть ЛК на одном выводе и, не отпуская ЛК, переместить курсор ко второму выводу. После этого отпустить ЛК и нажать ПК и т. д.

Рисунок 19

Результат представлен на рисунке 20

Рисунок 20 — Схема электрическая принципиальная

4. Создание ПП в графическом редакторе P-CAD PCB

4.1 Общие сведения о графическом редакторе P-CAD PCB

Графический редактор P-CAD PCB предназначен для выполнения работ, связанных с технологией разработки и конструирования узлов печатных плат. Он позволяет упаковывать схемы на плату, задавать размеры ПП, ширину проводников и величину индивидуальных зазоров для разных проводников, задавать размеры контактных площадок и диаметры переходных отверстий, экранные слои. Редактор позволяет выполнять маркировку ЭРЭ, их размещения, неавтоматическую трассировку проводников и формировать управляющие файлы для технологического оборудования.

Система P-CAD 2001 включает две программы автоматической трассировки печатных проводников, которые вызываются из редактора P-CAD PCB. Это трассировщики Quick-Route и Shape-Based Router.

Программа Quick-Route реализует сеточную технологию (Grid Based) и пригодна для быстрой разработки не очень сложных ПП, включающих не более 4-х слоев металлизации. По сравнению с другими эта программа менее эффективна и работает только в дюймовой системе.

Трассировщик Shape-Based Router основан на бессеточной технологии (Shape-Based) и реализует принципы оптимизации нейронных сетей. Программа предназначена для трассировки многослойных ПП (до 30 слоев) с высокой плотностью размещения ЭРЭ и реализует такие алгоритмы, которые стремятся получить 100% трассировки соединений. Работает программа в автоматическом, интерактивном и ручном режимах.

4.2 Автоматическая трассировка печатных плат программой Shape-Based Route

Загрузить программу P-CAD РСВ. Открыть файл размещения элементов на плате «Результат размещения».

1 Для вызова программы Shape-Based Router выполнить команды Route/Autorouters. Нажатием кнопки Autorouters открыть список и выбрать трассировщик P-CAD Shape-Router.

В разделе Strategy выбрать имена файлов:

— PRF File (исходный файл) — «Трассировка Shape-Based Router. str»;

— Output PCB File (файл выходной ПП) — «Трассировка Shape-Based Router. pcb»;

— Output Log File (файл протокола команд) — «Трассировка Shape-Based Router. log».

2 Для сохранения параметров конфигурации нажать на кнопку Save.

3 Для запуска программы Shape-Based Router нажать кнопку Start. Откроется окно трассировщика и программой выдается файл с расширением.prf.

Настройка стратегии трассировки выполняется командами Options/Auto-Router. Открывается диалоговое окно Autorouter Setup. В нем имеется три закладки: Routing Passes, Parameters и Testpoints.

На закладке Routing Passes в полях Router Passes и Manufacturing Passes задается тип трассировки.

Здесь каждое из окон обозначает следующее:

Memory — трассировка типа «память»;

Fan Out User SMD Pins — генерация веерообразно расположенных стрингеров;

Pattern — трассировка фрагментов ПП с использованием типовых образцов;

Shape Router — Push And Shove — раздвигание и отталкивание мешающих трасс;

Shape Router — Rip Up — разрыв и повторная трассировка трасс, проложенных с нарушением;

Clean During Routing — минимизация числа изгибов трасс и ПО при трассировке;

Clean After Routing — минимизация числа изгибов трасс и ПО после трассировки;

Evenly Space Traces — равномерное распределение проводников;

Add Testpoints — вставка контрольных точек.

В поле Options выбирается угол изгиба трасс в окне Routed Corners: 90 или 45 град.

На закладке Parameters в поле Router Direction для слоев ПП задают ориентацию трасс. Щелчок в этой колонке напротив требуемого слоя вызывает стрелку, по которой открывается ниспадающее меню вариантов ориентации трасс:

Auto — автоматический выбор;

Vertical — вертикальная;

Horizontal — горизонтальная и др. Установить автоматический выбор.

Щелчок по панели Analyze Directions выбирает предпочтительные направления трассировки слоев в автоматическом режиме. Справа окна параметров:

Units — система единиц отражаемых величин;

Via Type — разрешение на использование ПО;

Via under SMD — разрешение размещения ПО под КП планарных ЭРЭ;

Channel Size — размер канала трассировки;

Primary Pad Size — диаметр КП выводов штыревых ЭРЭ;

Primary Via Width — диаметр ПО;

Primary Trace Width — ширина трасс;

Primary Clearance — минимальный зазор на ПП.

На закладке Testpoints устанавливается приоритет размещения различных контрольных точек на ПП. Назначить режим запрета.

По командам Edit/Net Attributes открывается диалоговое окно задания атрибутов цепям проекта (рис. 8.2.6), в котором:

— в 1-й колонке (Net Attributes) дан список цепей на ПП;

во 2-й (Display) — разрешение на отображение цепей;

в 3-й (Priority) — приоритет трассировки;

в 4-й (Length Minimize) — минимальная длина трассы;

в 5-й (Route Action) — тип трассировки;

в 6-й (Route Layer) — слой трассировки;

в 7-й (Width) — ширина трассы.

До начала трассировки командами Reports /Pre-Route Synopsis просмотреть статистические данные на проектируемую ПП.

Для трассировки ПП выполнить команды Tools/Start Autorouter. Программа выполнит трассировку проводников.

Неоднократное нажатие на кнопку Start Autorouter приводит к перетрассировке рисунка ПП. При этом сокращается длина отдельных соединений, но могут вводиться дополнительные переходные отверстия. Поэтому, пользуясь этой командой, можно получить более качественный рисунок ПП. После окончания трассировки командами Reports/Routing Statistics просмотреть итоговый статистический отчет.

Заключение

Главной целью курсовой работы являлась задача проектирования печатной платы в системе P-CAD 2001. Система P-CAD 2001 представляет собой интегрированный пакет программ, предназначенный для проектирования многослойных печатных плат (ПП) радиоэлектронных средств (РЭС). В ходе работы были созданы библиотечные компоненты, которые состоят из условного графического обозначения и посадочного места компонента. Была создана электрическая принципиальная схема в графическом редакторе P-CAD Schematic необходимая для дальнейшей разработки. В графическом редакторе P-CAD PCB была проведена компоновка радиокомпонентов на печатной плате и трассировка дорожек печатной платы.

Список используемых источников

1 А. С. Уваров. P-CAD2002. SPECCTRA.

2 А. В. Лопаткин. Проектирование печатных плат P — CAD 2001.

3 М. Я. Мактас. Восемь уроков по P-CAD 2001.

4 В. Д. Резевиг. Система проектирования печатных плат в P-CAD 2001.

5 С. Т. Усаченко. Выполнение электрических схем по ЕСКД. Справочник.