Содержание
Введение. 4
1 Выбор САПР для автоматизированного проектирования. 7
2 Анализ исходных данных для проектирования. 12
3 Алгоритм разработки библиотеки условно-графического обозначения15
4 Алгоритм разработки конструкторской библиотеки. 16
5 Упаковка базы данных для печатной платы.. 17
6 Разработка схемы электрической принципиальной изделия. 19
7 Размещение элементов на плате. 20
8 Трассировка печатной платы.. 21
Литература. 23
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Приложение Г
Введение
Печатная плата - пластинка из электроизоляционного материала (гетинакса, текстолита, стеклотекстолита, и др.), на поверхности которой каким либо образом (например, фотохимическим) нанесены тонкие электропроводящие полоски (печатные проводники) с контактными площадками для подсоединения навесных электро- и радиоэлементов (в том числе модулей и интегральных схем). Эта формулировка дословно взята из политехнического словаря (1). Гораздо более универсальна формулировка, предложенная в монографии (2). Под печатной платой понимается конструкция электрических межсоединений на изоляционном основании. Основные конструктивные элементы печатной платы - основание (подложка) и проводники. Эти элементы необходимы и достаточны для того, чтобы печатная плата была печатной платой. Круг второстепенных элементов несколько шире: контактные площадки, переходные металлизируемые и монтажные отверстия, ламели для контактирования с разъемами, участки для осуществления теплоотвода и др.
Переход к печатным платам ознаменовал качественный скачок в области конструирования радиоэлектронной аппаратуры. Печатная плата совмещает функции носителя радиоэлементов и электрического соединения этих элементов. Последняя функция будет невыполнимой, если между проводниками и иными проводящими элементами печатной платы не будет обеспечен достаточный уровень сопротивления изоляции. Следовательно, подложка печатной платы должна выполнять еще и функцию изолятора.
Говорят, что первенство в разработке печатных плат принадлежит немецкому инженеру Альберту Паркеру Хансону (3). Хансон предложил формировать рисунок печатной платы на медной фольге вырезанием или штамповкой. Далее элементы проводящего рисунка приклеивались к диэлектрику, например к пропарафиненной бумаге. Первая заявка в патентное ведомство Германии была подана Хансоном в 1902 году. С тех пор прошло больше ста лет. Все эти годы конструкции и технологии изготовления печатных плат постоянно совершенствовались. В процессе этого совершенствования принимали участие великое множество изобретателей, в том числе всемирно известный изобретатель Томас Эдисон и гораздо менее известный изобретатель - автор настоящего исследования. Томас Эдисон предложил формировать токопроводящий рисунок посредством адгезивного материала, содержащего графитовый или бронзовый порошки. В другом варианте токопроводящий рисунок наносился раствором азотнокислого серебра, которое затем восстанавливалось до металла.
В двадцатых - тридцатых годах прошлого века было выдано множество патентов на конструкции печатных плат и способы их изготовления. Первые методы изготовления печатных плат были преимущественно аддитивными (развитие идей Томаса Эдисона). Но в современном виде печатная плата появилась благодаря использованию технологий, заимствованных из полиграфической промышленности. Печатная плата - прямой перевод с английского полиграфического термина printing plate (печатная форма или матрица). Поэтому подлинным "отцом печатных плат" считается австрийский инженер Пауль Эйслер. Он первым пришел к выводу, что полиграфические (субтрактивные) технологии могут быть использованы для массового производства печатных плат. В субтрактивных технологиях изображение формируется путем удаления ненужных фрагментов. Пауль Эйслер отработал технологию гальванического осаждения медной фольги и ее травления хлорным железом. Технологии массового производства печатных плат оказались востребованными уже во время второй мировой войны. А с середины 50-х годов началось становление печатных плат, как конструктивной основы радиоаппаратуры не только военного, но и бытового назначения.
Революционные преобразования в конструктивном исполнении печатных плат не ограничиваются объемными (статическими) преобразованиями. Хотя, придание динамичности внутреннему содержанию этого объема - один из вариантов ответа на вопрос, что же будет дальше. Перейдем к другой, более простой динамике. Для большинства людей печатная плата - это просто всего лишь жесткая пластинка. Иногда, для такой пластинки находят и другие применения, например используют в качестве подставки для чашечки кофе. Настоящее надругательство над продуктом современной электроники!
Жесткие печатные платы - самый массовый продукт, используемый в радиоэлектронике, о котором знают практически все. А о том, что существуют еще и гибкие печатные платы, знают преимущественно специалисты. Пример - так называемые гибкие печатные кабели. Такие печатные платы выполняют ограниченный объем функций (исключается функция подложки для радиоэлементов). Они служат для объединения обычных печатных плат, заменяя жгуты. Гибкие печатные платы приобретают эластичность благодаря тому, что их полимерная "подложка" находится в высокоэластическом состоянии. Гибкие печатные платы имеют 2 степени свободы. Их можно свернуть даже в ленту Мебиуса.
Одну или даже 2 степени свободы, но очень ограниченной свободы, можно придать и обычным жестким печатным платам, в которых полимерная матрица подложки находится в жестком - стеклообразном состоянии. Этого можно достичь, уменьшая толщину подложки. Так одним из преимуществ рельефных печатных плат, изготавливаемых из тонких диэлектриков, называют возможность придания им "округлости". Тем самым появляется возможность согласовать их форму и форму объектов (ракет, космических объектов и др.), в которые их можно поместить. Результат - существенная экономия внутреннего объема изделий.
Промежуточное положение между жесткими и гибкими печатными платами занимали "древние" печатные платы, состоящие их жестких элементов, складываемых подобно гармошке. Сложенное состояние таких "гармошек" вероятно и навело на мысль о создании многослойных печатных плат. Современные гибко-жесткие печатные платы реализованы иным способом. Речь идет преимущественно о многослойных печатных платах. В них можно совместить жесткие и гибкие слои. Если гибкие слои вывести за пределы жестких, можно получить печатную плату, состоящую из жесткого и гибкого фрагментов. Другой вариант - соединение двух жестких фрагментов гибким.
Классификация конструкций печатных плат, основанная на слойности их проводящего рисунка, охватывает большую часть конструкций печатных плат, но не всех. Например, для изготовления тканых монтажных плат или шлейфов оказалось пригодным не печатное полиграфическое, а ткацкое оборудование. Такие "печатные платы" уже имеют 3 степени свободы. Так же, как и обычная ткань, они могут принимать самые причудливые очертания и формы.
В курсовой работе будет разрабатываться печатная плата с двухсторонним расположением печатных проводников.
1 Выбор САПР для автоматизированного проектирования
Разработка печатной платы источника питания будет использоваться программа P-CAD 2001. В новой версии P-CAD введены функции, недоступные ни в одной существующей системе проектирования печатных плат.
Программа включает в себя восемь основных модулей. Основным достоинством данной программы является бессеточный автотрассировщик Shape-Based Router, который сильно потеснил привычную всем программу SPECCTRA. В программе так же изменены принципы построения библиотеки компонентов P-CAD. Если раньше она была излишне запутанной, то теперь она проста и наглядна. Производитель - назначение - тип компонента, что значительно упрощает поиск в библиотеках нужного компонента. Сами библиотеки теперь разрабатываются и регулярно обновляются специальным подразделением компании поставщика программы, и свободно скачать самую последнюю их версию можно на сайте компании. В настоящее время пользователям доступно 334 библиотеки, содержащие свыше 27 тысяч компонентов, каждый из которых соответствует требованиям стандарта ISO 9001.
Последним крупным дополнением явился выход продукта CAMtastic! 2000, который также поставляется бесплатно и позволяет решить большинство проблем, связанных с подготовкой проекта платы к производству.
Все перечисленные выше дополнения присутствуют в системе P-CAD 2001 (ACCEL EDA 16). Так же в системе имеется модуль Signal Integrity, позволяющий производить анализ целостности сигналов и перекрестных искажений в цепях платы. Сейчас он поставляется бесплатно в составе полной и ограниченной (6 слоёв, 400 компонентов) конфигураций. Основу модуля составляет программа контроля целостности сигналов Fast Reflection and Crosstalk Simulator, разработанная компанией INCASES Engineering (www.incases.com), позволяющая проанализировать компоновку печатной платы и с большой достоверностью сделать вывод о её последующей работоспособности. В качестве исходных данных программа контроля целостности сигналов использует импедансы проводников, вычисленные специальной программой анализа линий передач, и макромодели компонентов.
В версии P-CAD 2001 смешанное аналогово-цифровое моделирование выполняется с помощью модуля Sim 99 из пакета Protel 99 SE, представляющего собой классическую программу моделирования SPICE3/XSPICE, разработанную в Беркли. То есть пользователю поставляется и P-CAD 2001, и облегченная версия Protel 99 SE. Принципиальная схема устройства разрабатывается в редакторе P-CAD Schematic с использованием специальных библиотек компонентов, выполненных по стандарту SPICE3, и запускает схему на расчет. После этого автоматически запускается Protel, куда схема передается в формате внутреннего списка соединений. Настройка типа производимого анализа, просмотр и обработка результатов расчета производятся уже в рамках системы Protel.
Большинство остальных достоинств относится к редактору печатных плат. Главным из них можно назвать возможность автоматического выбора топологического посадочного места, в зависимости от ориентации компонента на плате. Сейчас этой функции нет ни в одной другой системе проектирования печатных плат (в системе Protel 99 SE каждому компоненту может быть назначено до четырёх посадочных мест, но выбор их всё равно осуществляется вручную). Для поддержки функции параметрического выбора посадочного места были внесены изменения в редактор Pattern Editor и модуль Library Executive, позволяющие создавать и назначать одному компоненту восемь различных топологических посадочных мест, в зависимости от угла поворота и стороны (верхней или нижней) платы.
Другим важным дополнением программы является поддержка контрольных точек на уровне системы аналогично тому, как это реализовано в системе Protel 99 SE. Ранее управление контрольными точками осуществлялось внешней DBX-утилитой, которая работала только с редактором печатных плат. Теперь контрольные точки могут быть добавлены не только на плату, но и непосредственно к топологическому посадочному месту в редакторе Pattern Editor.
Информация о контрольных точках может передаваться в программу трассировки печатных плат SPECCTRA и обратно. При преобразовании PCB ASCII файла в проект SPECCTRA все контрольные точки, не связанные с контактными площадками и переходными отверстиями с присвоенными цепями, будут проигнорированы и потеряны.
Для контроля размещения контрольных точек введены семь новых правил проектирования: TestPointAccuracy, TestPointCenter, TestPointGrid, TestPointPermitted, TestPointRequired, TestPointSide, TestPointSpacing. Отчёт о проверке этих правил записывается в специальный файл с расширением tst, где отображается имя цепи, сторона платы, статус блокировки и координаты X и Y.
Другим важным дополнением является введение в технологические файлы Design Technology Parameters File трёх новых секций: Apertures, Design Rules и Layer Stacks. Увеличена также максимально допустимая длина имён пунктов секций Global Rules, Net Class Definition, Net Class Rules и Net Rules с 20 до 30 символов (только для редактора PCB). Аналогичное изменение коснулось длин имён объектов редакторов принципиальных схем и печатных плат: компонентов, цепей, классов цепей, листов и слоёв. Увеличено максимально допустимое число листов схемы и слоёв платы с 99 до 999. Введение новых слоёв в старые проекты осуществляется легко и никак не затрагивает уже имеющиеся слои.
В редактор печатных плат введён ряд пользовательских функций, доступных в системе Protel 99 SE. В состав меню Edit введена команда Select Highlighted, с помощью которой можно выделить все 'подсвеченные' объекты на чертеже печатной платы. Маска 'подсвечивания' объектов задается командой Selection Mask, заменившей команду Options ' Block Selection, благодаря чему стало возможно маскирование объектов не только при выборе окном (вкладка Block Selection), но и при выборе отдельных объектов, как задано на вкладке Single Selection. Здесь в поле Single Select Mode присутствуют две опции, задающие один из двух режимов выделения наложенных друг на друга объектов: Cycle-Picking - последовательный перебор объектов нажатием левой кнопки мыши или клавиши SPACEBAR; и Popup Dialog - выбор нужного объекта из всплывающего окна. При использовании режима выделения Popup Dialog во всплывающем окне все объекты расположены в порядке следования слоев от самого верхнего до самого нижнего. В списке отображаются: тип объекта (Type), слой (Layer), цепь (Net) и другая полезная информация (Information). Аналогичным образом эти режимы работают при добавлении (или удалении) объектов к набору при блочном выделении объектов в окне. При этом вызов всплывающего меню осуществляется нажатием комбинации CTRL + левая кнопка мыши.
По аналогии с функцией глобального редактирования системы Protel 99 SE изменена команда Move by RefDes. Теперь с помощью этой команды можно выбирать и размещать на плате не только один компонент по позиционному обозначению, а набор компонентов и списка всех компонентов по маске. Добавлена новая функция редактирования сегментов проводников, позволяющая к уже существующим линиям добавлять новые изломы, то есть разбивать сегмент проводника на две части. Новая команда Add Vertex добавлена в контекстном меню, вызываемом нажатием правой кнопки мыши на любой отдельной (не входящей в состав группового объекта) линии. Точка излома добавляется в середине линии. Если редактировался проводник (линия на сигнальном слое), то при перемещении вершины прилегающие сегменты будут растягиваться. При редактировании линий, расположенных на механических слоях, этого происходить не будет. Аналогичные изменения сделаны и в редакторе принципиальных схем.
К существующим на плате цепям стало возможным добавлять и удалять новые узлы. Операция добавления узла производится с помощью команды Add to Net, расположенной в контекстном меню, вызываемом нажатием правой кнопки мыши на любой неприсоединенной контактной площадке или переходном отверстии. Данная операция является обратимой, то есть возможна её отмена с помощью команды Undo. Удаление узла производится нажатием новой кнопки Remove Nodes в окне Edit Nets, вызываемом стандартным методом. Данная операция является необратимой. Кроме того, теперь можно связывать несколько точек в проекте с помощью Copper Ties без изменения внутреннего списка соединений.
В редакторе печатных плат для правил проектирования, связанных с цепями (Net, Net Class и Class-to-Class), стало возможным дифференцирование их по слоям. Соответствующие атрибуты устанавливаются в диалоговом окне Option Design Rules и позволяют задавать, например, различную ширину проводников одной цепи, расположенных на разных слоях. Данные правила проектирования будут проверяться как во время пакетной проверки (DRC), так и во время ручной трассировки. Кроме того, в программу проверки правил проектирования добавлена функция проверки правил Clearance, которая во время пакетной и интерактивной проверки следит, чтобы элементы трассировки (проводники, дуги и переходные отверстия) не пересекали границы 'запрещённых' областей Keepout (полная аналогия с системой Protel 99 SE).
Добавлена возможность блокировки перемещения различных наборов объектов на плате, особенно во время размещения компонентов и трассировки проводников по слоям (по аналогии с атрибутом Lock, имеющимся у всех графических примитивов в системе Protel 99 SE). В наборы блокируемых объектов могут входить: дуги (Arcs), проводники (Lines), отдельные контактные площадки и переходные отверстия (Free Pads и Free Vias), контрольные точки (Test Points), металлизированные полигоны (Copper Pours) и компоненты (Components). Заблокированные объекты не могут быть перемещены, повернуты, отображены зеркально, удалены в буфер, удалены вообще и отредактированы. Дляблокированныхкомпонентовбудутигнорироватьсяследующиекоманды: Change Pattern, Move, Move by RefDes, Rotate, Flip, Delete, Cut, Component Type Replacement, Explode Component, Align Component и Force Update.
Функция простановки размеров претерпела ряд значительных изменений. Теперь стало возможным изменение положения обозначения размера с помощью специального маркера-манипулятора. C его помощью у размеров типов Point-to-Point, Datum, Baseline и Angular численное значение размера можно перемещать вдоль главной линии, а у размеров типов Leader, Radius и Diameter стрелки можно вращать относительно центра объекта. Расширены возможности редактирования атрибутов размеров, например, Unit, Layer, Precision и Tolerance. При простановке размеров типов Baseline и Datum стала возможна отмена последнего действия с помощью нажатия клавиш BACKSPACE или CTRL+BACKSPACE. В размере типа Leader добавлен новый символ в виде треугольника. Кроме того, только в редакторе PCB стало возможно отображение допусков для размеров типов Radius и Diameter, подавление незначащих нулей и класс точности (количество чисел после десятичной точки).
В редакторе печатных плат на вкладку General диалогового окна Options Configure добавлены две опции, задающие последовательность заливки полигонов. Ранее эта последовательность выбиралась случайным образом, и в некоторых случаях, например, когда маленький полигон находился внутри большого, он мог остаться не залитым. Теперь порядок заливки может быть следующим: сначала маленькие, затем большие (Smallest to Largest); пользовательским (Selected Order), когда области выбираются нажатием клавиш CTRL + левая кнопка мыши.
Важным дополнением к редактору печатных плат стала внешняя DBX утилита AutoRFQ, представляющая собой стандартное приложение Request For Quotation и предназначенная для связи с одним их крупнейших сайтов для заказа электронных компонентов WebQuote www.webquote.com.
Кроме того, добавлен двунаправленный транслятор IDF-формата (Intermediate Data Format), который значительно расширит возможности обмена данными с механическими САПР. Ранее такой обмен был возможен только через DXF-формат.
Во все модули программы добавлена новая функция печати. В диалоговое окно File Print в поле Print Job Overrides добавлена новая опция Current Display, с помощью которой на печать можно выводить только текущее содержимое окна редактора. При изменении масштаба просмотра чертежа содержимое распечатки также будет изменяться. Кроме того, сюда добавлен параметр Minimum Line Width, задающий минимальную ширину линий при выводе на печать. Также везде добавлена функция отображения краткой информации об объекте, находящемся в данный момент времени под указателем мыши
Таким образом система P-CAD 2001 стала менее громоздкой и при этом обогатилась новыми дополнительными функциями и возможностями, которые призваны упростить работу инженера и расширить его возможности. Даная программа не сложна в изучении и позволит добиться поставленных результатов в направлении разработки печатной платы для проектируемого устройства.
2 Анализ исходных данных для проектирования
При разработке конструкции печатной платы, необходимо рассчитывать диаметр контактных площадок и диаметр отверстий.
Основными исходными данными для расчетов элементов печатного монтажа является класс плотности и шаг ко
Для разрабатываемой печатной платы выбираем первый класс плотности монтажа.
Размеры элементов проводящего рисунка для первого класса плотности
Ширина проводников, мм………………………………………………………….. 0,75;
Расстояние между проводниками, мм……………………………………………... 0,75;
Контактный поясок, мм………………………………………………………………. 0,3;
Коэффициент погрешности, мм…………………………………………………….. 0,65;
Рассчитываем диаметр отверстий:
Dотв = Dвыв + (0,2 …. 0,3)
где Dвыв
- диаметр выводов ЭРЭ.
Dотв =0,7 + 0,265 = 0,965 мм,
Диаметр контактной площадки отверстий определяется по формуле:
dK
=
D
отв +
c
+ 2
b
где dK
- диаметр контактной площадки отверстий;
D
отв -
диаметр отверстия;
с-суммарный коэффициент, учитывающий изменение диаметров отверстий, контактных площадок, межцентрового расстояния и смещения слоев в процессе изготовления (с=0,5 мм);
b-ширина контактной площадки в узком месте : b=0,15 мм.
Рассчитываем диаметр контактной площадки отверстий
dK1
=0,9+ 0,5+ 2*0,062 = 1,524 мм
Так как в разрабатываемой печатной плате нет цепей, по которым течёт большой ток, то ширину дорожек в свободных местах принимаем равной 0,75 мм.
Таблица 1 - Исходные данные для проектирования печатной платы
| Наименование элемента | Установочный размер | Количество элементов | Количество вентилей в корпусе |
Конденсатор электролитический К50-75 |
10*21 | 7 | 1 |
| Микросхема К155ИД3 | 7,5 * 31,5 | 1 | 1 |
| Микросхема PIC16F873 | 7,5 * 23 | 1 | 1 |
| Микросхема К555ЛА7 | 7,5*19,5 | 2 | 2 |
| Микросхема LM358N | 7,5*19,5 | 2 | 4 |
| Микросхема КР1533ЛА3 | 7,5*19,5 | 1 | 1 |
| Микросхема К555ИД7 | 7,5*19,5 | 1 | 1 |
| Переключатель
|
4*10 | 10 | 1 |
| Катушка индуктивности | 15*5 | 2 | 1 |
| Кварцевый резонатор 3,58МГц | 15*5 | 1 | 1 |
| Транзистор IRF44N | 6*2,5 | 1 | 1 |
| Транзистор КТ315 | 6*2,5 | 1 | 1 |
| Светодиодная матрица | 17,5*10 | 32 | 1 |
| Конденсаторы слюдяные Aico | 4,5*1,5 | 32 | 1 |
| Стабилизатор | 8*8 | 1 | 1 |
| Диод | 8*3 | 7 | 1 |
| Резистор | 5,5*2,5 | 55 | 1 |
| Контактный штырёк | 3*3 | 4 | 1 |
Предварительный расчет площади печатной платы:
где К – коэффициент интеграции, К=2…3;
Sэл
- площадь элементов;
n - количество элементов.
В соответствии с ГОСТ 10317-79 выбираем размеры печатной платы 120х160 мм.
В соответствии с ГОСТ 23751-86 выбираем ширину печатных проводников 0,75 мм.
Для всех элементов размеры контактных площадок выбираем равными 1,524мм, размеры отверстий выбираем равными 0,965мм.
3 Алгоритм разработки библиотеки условно-графического обозначения
Разработка условно-графического обозначения элемента транзистора VT4:
Первое, что необходимо сделать при разработке УГО элементов, настроить программу входящую в пакет P-CAD 2001. Для этого открываем вышеуказанную программу. В ней в главном меню заходим в настройки конфигурации. В настройках конфигурации программы задаем единицы измерения координатной сетки (миллиметры) после этого подтверждаем свои действия нажатием кнопки ОК. В нижней части окна находим поле задания шага координатной сетки. Устанавливаем шаг координатной сетки, равным пол миллиметра (0,5 мм). Теперь можем приступить к рисованию условно-графического обозначения. Для этого выбираем команду placeline и рисуем изображение транзистора VT4 согласно ГОСТ2.747-68 ЕСКД. Затем ставим выводы транзистора. Для этого выбираем команду placepin. В появившемся диалоговом окне выбираем установку длинны вывода вручную и ставим длину вывода равную 4 мм. Затем убираем галочки с названия и номера вывода (для транзистора они не нужны, так как оба вывода пассивные и равнозначные). Ставим выводы с двух сторон, соответственно УГО. Затем устанавливаем на один из выводов точку привязки к координатной сетке. Точка привязки ставится с помощью инструмента Placerefpoint. После этого устанавливаем подпись элемента командой PlaceAttribute, выбрав в появившейся таблице Component/RefDes. Сохраняем элемент в библиотеке командой Symbol/SaveAs. Компоненту присваиваем название VT_POL и сохраняем его в библиотеку.
Создаем УГО микросхемы. Для того, чтобы избежать повторной настройки программы, удаляем с поля изображение транзистора, за исключением подписи RefDes. Выбираем шаг координатной сетки 5 мм, так как по ГОСТ 2.743-91 ЕСКД расстояние между выводами УГО микросхемы 5 мм. Устанавливаем выводы элемента. Для выводов необходимо поставить подпись номера PinDes. Для выхода необходимо установить OutsideEdge в значение Dot. Затем инструментом PlaceLine рисуем габариты УГО в виде прямоугольника. Для установки точки привязки сперва меняем шаг координатной сетки в нижней части окна программы на 2,5 мм. Затем командой PlaceLineрисуем информационные поля выводов микросхемы, командой PlaceTextставим её обозначения. Командой PlaceRefPoint устанавливаем точку привязки и сохраняем элемент с названием DD4 в ранее созданной библиотеке library.lib. Диалоговое окно сохранения элемента вызывается командой Symbol/Saveas.
4 Алгоритм разработки конструкторской библиотеки
Проектирование посадочных мест осуществляется средствами программы P-CAD Pattern Editor.
Запускаем программе P-CADPattarnEditor. Прежде чем приступить к разработке условно-графического обозначения элемента устанавливаем единицы измерения координатной сетки в миллиметры. Для этого открываем окно настройки конфигурации программы Option/Configure… В этом окне устанавливаем единицы измерения «мм». Закрываем диалоговое окно конфигурации. Так как шаг координатной сетки в нашем случае на печатной плате будет равен 2,5 мм, устанавливаем этот шаг координатной сетки в нижней части окна в поле настройки шага координатной сетки.
Далее рисуем габаритные размеры корпуса микросхемы. Для этого выбираем инструмент Placelineи в слое TopSilk. Ставим шаг координатной сетки 0,5 мм и рисуем прямоугольник. После этого рисуем ключ первого вывода.
Посадочное место установлено, осталось установить основные атрибуты. Устанавливаем точку привязки командой PlaceRefPoint. Атрибут подписи элемента устанавливаем командой PlaceAttribute, в диалоговом окне PlaceAttributeустановив AttributeCategoryв значение Component, Nameв положение RefDes.
Сохраняем посадочное место конденсатора с названием DD16 в ранее созданной библиотеке командой Pattarn/SaveAs.
Создаем посадочное место для транзистора. Для этого устанавливаем шаг координатной сетки 1 мм. Очищаем поле удалив все элементы кроме атрибутов. Устанавливаем три контактные площадки на расстоянии два cполовиной миллиметра по горизонтали. С помощью элемента PlaceArc и PlaceLineрисуем габаритные размеры транзистора установив шаг координатной сетки 1 мм. Точку привязки переносим на один из выводов.
Сохраняем посадочное место транзистора в ранее созданной библиотеке командой Pattarn/SaveAsпод именем Transistor.
5 Упаковка базы данных для печатной платы
Упаковка базы элементов печатной платы дает возможность объединить библиотеку УГО с библиотекой посадочных мест. Это необходимо сделать, чтобы затем в редакторе SchematicEditor и PCB Editor производить конструкторское проектирование. Упаковка элементов производится в программе P-CADLibraryExecutive.
Упаковка микросхемы:
Запускаем программу P-CADLibraryExecutive.
Выбираем меню Component/New, после чего открывается диалоговое окно, в котором выбираем библиотеку с УГО и посадочными местами. После выбора библиотеки открывается окно ComponentInformation. В нем выбираем посадочное место (кнопка SelectPattern) микросхемы. В строке NumberofGates (количество логических частей) устанавливаем значение 1. Затем в строке RefdesPrefix (префикс позиционного обозначения) устанавливаем значение DD. Далее выбираем УГО (кнопка SelectSymbol).
Затем открываем окно PinView, нажатием на одноименную кнопку. В этом окне задаются номера и имена выводов на УГО и посадочном месте, для их соответствия. Вводим соответствующие номера в столбцах, относящихся к УГО и посадочным местам.
При этом номера логических выводов задаем в колонке Gate#, номера выводов УГО в колонке SymPin #, номера выводов корпуса в колонке PinDes. Тип вывода задается в колонке ElecTypeиз выдвижного меню. Для выводов питания отдельно указываем название выводы, которое будет соотносится с компонентами типа Power.
После этого сохраняем компонент, выбирая меню Component/SaveAs…
в той же библиотеке под именем DD3.
Упаковка транзистора:
Упаковка транзистора проводится аналогично.
Выбираем меню Component/New, после чего открывается окно, в котором выбираем ранее созданную библиотеку. После выбора библиотеки открывается окно ComponentInformation. В нем выбираем посадочное место (кнопка SelectPattern) конденсатора. В строке NumberofGates (количество логических частей) устанавливаем значение 1. Затем в строке RefdesPrefix устанавливаем значение R. Далее выбираем УГО (кнопка SelectSymbol).
Затем открываем окно PinView и заполняем таблицу аналогично предыдущему элементу.
В колонке Gate# расставляем номера логических частей в соответствии с выводами на посадочном месте, а в SymPinномера выводов на УГО.
В колонке PinNameничего не вводим, так как при построении схемы электрической принципиальной нет необходимости, чтобы выводились имена выводов.
В колонке Elec Type указываем Passiveтак как выводы не выполняют ни какой активной функции.
После этого сохраняем компонент, выбирая меню Component/Save As… в той же библиотеке под именем
VT_POL.
6 Разработка схемы электрической принципиальной изделия
Для разработки электрической принципиальной схемы используется программа P-CADSchematic.
Запускаем P-CADSchematic.
В начале работы устанавливаем параметры. В меню Options/Configure устанавливаем единицы измерения — мм, а размер рабочей зоны — А2.
Также изменяем шаг сетки устанавливая шаг равный 0,5 мм.
Затем входим в меню Library/Setup, где открываем свою библиотеку с элементами.
Начинаем с вывода на рабочее поле УГО элементов, извлекая их из библиотеки. Выбираем команду Place Part, открывается одноименное диалоговое окно, в котором предлагается выбрать элемент. Выбрав необходимый элемент щелкаем левой кнопкой мыши по рабочему полю и устанавливаем его. После этого устанавливаем ориентацию элемента поворачивая его кнопкой R на клавиатуре. Подпись элемента перетаскиваем левой кнопкой мыши удерживая клавишу Shift.
Все эти действия производятся для всех элементов.
Далее вычерчиваем электрические связи между элементами с помощью команды PlaceWire(вычерчиванием цепи, последовательно щелкая по местам перегибов и завершая ее в точке, где она должна соединиться со свободным выводом элемента или с линией связи, с автоматическим образованием узла).
Когда все цепи будут созданы, сохраняем схему в файл sh.sch, а также сохраняем список цепей через меню Utils/GenerateNetlist в файл типа sh.net.
7 Размещение элементов на плате
Размещение компонентов на печатной плате относится к одной из самых сложных задач проектирования РЭС. Результаты её решения очень влияют на последующие этапы проектирования. Задача размещения плохо формализируется, что связано с необходимостью учёта большого количества факторов и критериев, часто противоречащих друг другу. Исходной информацией для решения задачи размещения является:
- количество и геометрические размеры конструктивных элементов, подлежащих размещению;
- схема соединений, а также ряд ограничений на взаимное расположение отдельных элементов, учитывающих особенности разработки конструкции.
Размещение элементов в P-CAD 2001 основано на интерактивных методах и может осуществляться вручную и автоматически. Авторазмещение элементов на плате произойдёт, если предварительно был загружен список цепей и скомпонованы элементы. Если в результате автоматического размещения компонентов не устраивает положение отдельных составляющих схемы, то эти компоненты можно перемещать вручную.
Для загрузки списка цепей следует сделать следующее:
Запускаем редактор P-CAD PCB Editor
В начале работы устанавливаем параметры. В меню Options/Configureустанавливаем единицы измерения — мм.
Также изменяем шаг сетки: меню Options/Grids или в нижней части окна задаем такую же сетку, какая была принята при создании посадочных мест элементов схемы (2,5 мм).
Затем входим в меню Library/Setup, где открываем свою библиотеку с элементами.
После этого загружаем список цепей (меню Utils/LoadNetlist) выбрав файл списка цепей, созданный в программе Schematic.
В результате на рабочем поле появятся уже соединенные между собой элементы. Но авторазмещение компонентов на плате не полностью соответствует необходимости. Проанализировав взаимное расположение компонентов и связей между ними, изменяем расположение некоторых микросхем и других элементов, уменьшив тем самым длину соединений и число пересечений связей.
Рисуем в слое Board основание платы и зону крепежных отверстий, свободную от дорожек (инструменты PlaceLine ). Сохраняем полученный результат в файл plata.pcb.
8 Трассировка печатной платы
Задача трассировки сводится к отысканию для каждого размещенного элемента таких позиций, при которых обеспечиваются наиболее благоприятные условия последующего электрического монтажа. Уменьшение длин соединений улучшает электрические характеристики устройства.
Система P-CAD 2001 предполагает три вида трассировки ПП:
- ручная;
- интерактивная;
- автоматизированная.
Ручная трассировка ПП предполагает рисование проводника пользователем перемещением курсора.
Интерактивная трассировка проводников производится прокладыванием трассы (движением курсора при нажатой левой кнопки мыши), при этом автоматически огибаются препятствия (проводники, выводы компонентов, переходные отверстии и области металлизации), соблюдаются допустимые зазоры. При этом часть трассы можно провести вручную, а остальную провести автоматически с соблюдением установленного ранее режима ввода проводников (ортогонально или по диагонали) и допустимых зазоров.
Автоматическая трассировка выполняется программой. На ней должны быть размещены все компоненты и указаны электрические связи между их выводами. Ограничивать область трассировки контуром трассировки, располагаемым на слое Board, не обязательно, все равно программа не обратит на него никакого внимания. Для выполнения автоматизированной трассировки печатной платы необходимо выполнить команду Route/Autorouters, после чего выбрать редактор Shape Router. В настройках трассировщика зменяем толщину дорожек, установив её равной 0,75, и расстояние 0,75 и нажимаем START. Трассировка печатной платы произошла. Нажимаем Save and Return, и возвращаемся в приложение PCB.
Заключение
Согласно заданию на курсовой проект, необходимо было разработать печатную плату источника питания. Все требования, которые обычно предъявляются к устройствам, были соблюдены. Это надежность, экономичность, устойчивость к воздействиям. Перечисленные критерии выполнялись при выборе элементов схемы, чтобы интервал номинальных значений не превышал допустимые пределы.
При разработке конструкции сначала были созданы библиотеки УГО и посадочных мест. На этом этапе трудностей не возникло. Хотя именно на него было потрачено больше всего времени, так как в это время осуществлялось общее ознакомление с программой P-CAD. Ошибки возникали при упаковке базы данных печатной платы и касались упаковки микросхем, в частности, были связаны с заполнением таблицы. Однако эти трудности были самостоятельно успешно преодолены.
Создание принципиальной электрической схемы производилась вручную. Здесь корректировались старые и вводились новые обозначения, номиналы и типы элементов.
Размещение элементов на плате программа выполнила автоматически, однако к расположению элементов на плате схемы предъявлялись специальные требования, касающиеся размещения элементов коммутации. То есть они должны быть расположены на краю платы. Поэтому пришлось менять расположение этих элементов вручную. Также были внесены некоторые изменения в расстановку остальных элементов на плате, чтобы уменьшить тем самым общую длину соединений, общую площадь, занимаемую элементами, число пересечения связей между элементами.
Для более углубленного улучшения качества конструкции, необходимо сперва более фундаментально изучить функциональные возможности всех элементов схемы, а потом уже осуществлять практическую реализацию.
После получения чертежей в формате P-CAD их необходимо перенести в формат AutoCAD. Для этого необходимо в программах P-CADSchematic и P-CADPCBвойти в меню File/DFXOut.После этого откроется окно, в котором будет предложено выбрать необходимые слои (выбираем все), а также единицы измерений (мм). После нажатия ОК в текущей папку появятся файлы типа .dfx. Получив эти файлы, редактируем их в программе A-CAD так, чтобы они соответствовали ГОСТам (чертим рамку, основную надпись, корректируем надписи, создаем сетку и др.).
Литература
1. Акимов Н. Н., Ващуков Е. П., Прохоренко В. А., Ходоренок Ю. П. Конденсаторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА: Справочник. — Мн.: Беларусь, 1994.
2. Галкин В. И., Булычев А. Л., Лямин П. М. Полупроводниковые приборы: Транзисторы широкого применения: Справочник — Мн.: Беларусь, 1995.
3. Галкин В. И., Булычев А. Л., Лямин П. М. Полупроводниковые приборы: Справочник — Мн.: Беларусь, 1994.
4. Галкин В. И., Булычев А. Л., Прохоренко В. А. Аналоговые интегральные схемы: Справочник — Мн.: Беларусь, 1994.
5. Деньдобренко Б. Н., Малика А. С. Автоматизация конструирования РЭА — М.: Высшая Школа, 1980.
6. Краткий справочник конструктора РЭА / Под редакцией Р. Г. Варламова — М.: Советское радио,1972.
7. Норенков И. П., Маничев В. Б. Основы теории и проектирования САПР — М.: Высшая Школа, 1990.
8. Разевиг В. Д. Проектирование печатных плат в P-CAD 2001 —М.: Солон-Р, 2001.
9. Снежкова И. М. Автоматизация конструкторско-технологического проектирования. Методическое пособие. — Мн.: МГВРК, 2000.
10. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник / М. И. Богданович и др. — Мн.: Беларусь,1991.