Projektowanie urządzenia elektronicznego

1. tworzenie rysunku schematu ideowego,

2. symulacja działania układu,

3. projekt płyty drukowanej,

4. przygotowanie płyty do produkcji (fotoploter, wiertarka sterowana numerycznie).

Oprogramowanie EDA (Electronic Design Automation)

• CAE (Computer Aided Engineering); 1 - SCS (Schematic Capture System),
  2 - SDT (Schematic Design Tool),

• CAD (Computer Aided Design); 3 - PCB (Printed Circuit Board); ale również ocena niezawodności, rozkładu temperatur na płycie, transfer danych do zewnętrznego autoroutera i innych pakietów CAD - np. AutoCAD),

• CAM (Computer Aided Manufacture); 4 - przygotowanie projektu płyty do wykonania masek na fotoploterze - edycja, panelizacja itd., przygotowanie zbioru do możliwości wykonawcy, pliki do sterowania wiertarką numeryczną.

Wybrane nazwy oprogramowania do projektowania PCB

CADSTAR, Eagle, EdWin, Multiboard, Number One, OrCAD, PADS, P-CAD, Protel, TRACKS, VISULA

Cechy oprogramowania wspomagającego proces projektowania urządzeń elektronicznych

Wykorzystanie wielozadaniowości systemu WINDOWS (możliwość natychmiastowej, wzajemnej interakcji miedzy zmianami wprowadzanymi na schemacie, przebiegami czasowymi na symulatorze i projektem PCB) - zwłaszcza współbieżna praca w SDT i PCB! Równoczesne śledzenie trzech programów wymaga odpowiedniego sprzętu (duży monitor, szybka karta graficzna i procesor, duża pojemność pamięci operacyjnej). Często realizacja na stacjach roboczych w środowisku UNIX.

Właściwości programów do projektowania PCB:

• automatyczne rozmieszczanie elementów (AUTOPLACEMENT); przy rozmieszczaniu możliwość obrotu elementów np. co 1°,

• automatyczne prowadzenie ścieżek (AUTOROUTER); różna jakość, efektywność dla wielu (2÷16) warstw równocześnie, możliwość ręcznego ustalenia wzoru prowadzenia automatycznego ścieżek (ważne przy tworzeniu magistral),

• ręczna edycja ścieżek, elementów i napisów,

• automatyczna zamiana wprowadzonych połączeń na nowe (RECONNECT),

• automatyczna zamiana układów i wyprowadzeń realizujących te same funkcje logiczne (GATE & PIN SWAP),

• automatyczne sprawdzanie zachowania minimalnych zadeklarowanych odległości (DIMENSION CHECK, CHECK SPACING) i poprawności połączeń z danymi wejściowymi,

• rozbudowane opcje modyfikacji ścieżek (tworzenie, przekształcanie i przemieszczanie odcinków ścieżek, „przerzucanie” ich na wybrane warstwy),

• automatyczne wypełnianie wyznaczonych obszarów miedzią (MAXIMIZE COPPER),

• możliwość generacji raportów z wykazami elementów i połączeń do programów symulujących układy analogowe (np. SPICE) lub cyfrowe (np. SUSIE), programów projektowania układów PLD, programów edycji zbiorów sterujących fotoploterem (np. GERBER) i przygotowujących projekt płyty do technologii wytwarzania (programy CAM), programów analizy termicznej, analizy EMI, itd.

Niezbędne operacje realizowane w procesie projektowania:

• wykonanie schematu ideowego np. w programie PowerLogic:

• wprowadzenie do projektu całkowicie zdefiniowanego elementu bibliotecznego
  z biblioteki programu np. PARTS LIBRARY (biblioteki standardowe podzielone są według producentów elementów - AMD, Motorola, Intel, itp., oraz na uniwersalną - Common; użytkownik może sam zdefiniować własną bibliotekę - usr) poleceniem ADD PART; odnośniki elementów (REFERENCE DESIGNATOR) program nadaje w kolejności wprowadzania elementów do projektu,

• stworzenie własnych elementów bibliotecznych w bibliotece użytkownika usr przez zaprojektowanie jego obudowy PBC DECAL, symbolu graficznego GATE DECAL ze zdefiniowanymi wyprowadzeniami (pinami) i zintegrowanie tych elementów przez stworzenie nowego elementu bibliotecznego PART TYPE,

• wprowadzenie do schematu połączeń między wyprowadzeniami elementów poleceniem ADD CONNECTION przyznając im odpowiednie kody (odrębne dla połączeń sygnałowych, zasilania i masy), co umożliwi zastosowanie odrębnych strategii automatycznego prowadzenia ścieżek w programie PowerPCB. Można również przyznać odrębne nazwy połączeniom w opcji NAME SIGNAL, co również wczytuje AUTOROURER,

• schemat powinien mieć ramkę i tabelkę identyfikującą projekt, może mieć postać pojedynczego arkusza lub zestawu arkuszy o strukturze równorzędnej lub hierarchicznej, która pozwala na „rozwijanie” schematu; informacje te wprowadza się w opcji wprowadzanie elementów nie mających żadnego znaczenia dla struktury elektrycznej układu,

• przygotowanie schematu do wydruku,

• utworzenia obrysu płyty (BOARD) w programie PowerPCB,

• przekazanie do programu PowerPCB informacji ze schematu za pomocą:

• listy definiującej typy elementów elektronicznych PART TYPE (w celu identyfikacji ich w bibliotekach PART LIBRARIES),

• listy definiującej obudowy użytych elementów PCB DECAL,

• listy definiującej sieć połączeń m. in. między poszczególnymi wyprowadzeniami (pinami) obudów NETLIST, obejmującej informacje o:

• odnośnikach wyróżniających elementy w projekcie (REFERENCE DESIGNATOR), np. R2, C5, U3,

• bibliotecznej (katalogowej) nazwie elementu PART TYPE; zwykle bibliotecznej nazwie elementu przyporządkowany jest opis jej wyprowadzeń (pinów), co umożliwia zdefiniowanie, które piny czy układy można ze sobą zamieniać w obrębie danego elementu czy też pomiędzy różnymi elementami tego samego typu (PIN & GATE SWAP),

• rodzaju obudowy elementu PART DECAL,

• przesunięcie (MOVE) na właściwe miejsce złącza i innych elementów o narzuconym położeniu geometrycznym względem obrysu płyty uniemożliwiając przesunięcie wszystkich elementów (np. polecenie FIX z parametrem ALL), a następnie odblokowanie jednej wybranej klasy elementów, które chce się rozmieszczać na aktywnej siatce
  (np. poleceniem UNFIX z parametrem R*), zadeklarowanie aktywnej siatki-matrycy (MATRIX), w węzłach której będą automatycznie rozmieszczane elementy na płycie zgodnie z zasadą minimalizacji długości całkowitego wektora połączeń (AUTOPLACEMENT), interaktywne kontrolowanie i uzupełnianie wykonania automatycznego rozmieszczania, dokonanie ręcznie lub automatycznie zamiany układów (bramek) lub wyprowadzeń (pinów) spełniających te same funkcje (GATE & PIN SWAP) tak, aby skrócić długość całkowitą wektora połączeń,

• uporządkowanie chaotycznego rozrzutu nazw na płycie opcją np. AUTORENAME,

• utworzenie szyny zasilania i masy np. opcją POWER &GROUND,

Narzędzie do automatycznego trasowania ścieżek - AUTOROUTER:

• często typu GRID-FREE (nie ograniczony rastrem),

• prowadzenie równocześnie („z zadanym wysiłkiem”) ścieżki na np. 16 warstwach
  z rastrem do 1 milsa (1/1000”) i z rozdzielczością lepszą niż 1/1000 mm,

• rozsuwanie już poprowadzonych ścieżek (SHOVE ASIDE),

• usuwanie przeszkadzających ścieżek i ponawianie trasowania niepoprowadzonych
  w danej iteracji ścieżek (RIP-UP & RETRY),

• automatycznie zaokrąglanie i ścinanie naroży,

• minimalizacja liczby przelotek (VIA) z warstwy na warstwę,

• możliwość miejscowego (lokalnego) zwężania ścieżek (NECK TRACK),

• możliwość wskazania i podświetlenia (HIGHLIGHT) jednej lub kilku sieci połączeń, które mają być trasowane automatycznie,

• stuprocentowa kompletność automatycznego prowadzenia ścieżek na „gęstych” płytach.

• ewentualne dokończenie „ręcznie” po każdej opcji automatycznego trasowania ścieżek prowadzenia każdego z typów ścieżek przed rozpoczęciem pracy w następnej strategii; niektóre możliwości edycyjne ścieżek: półautomatyczne ścinanie i zaokrąglanie naroży, zamiana odcinków na łuki, tworzenie miejscowych przewężeń (NECK TRACK), wstawianie naroży do istniejących odcinków ścieżek, wyodrębnianie odcinków z już istniejących odcinków (INSERT SEGMENT), przenoszenie odcinków ścieżek na inną warstwę (SWAP SEGMENT),

• istnieje możliwość deklaracji obszarów, przez które nie powinny być prowadzone ścieżki w trybie automatycznym,

• sprawdzenie czy nie zostały przekroczone minimalne odległości między elementami przewodzącymi prąd (ścieżki, punkty lutownicze) - CHECK SPACING,

• opcja REPORTS → STATISTICS (m.in. pokazuje procent zapełnienia płyty przez elementy, liczbę połączeń i liczbę połączeń zamienionych na ścieżki; po zakończeniu projektu powinny one być sobie równe).

4

---