P
ROJEKTOWANIE OBWODÓW DRUKOWANYCH
W PAKIECIE
P
ROTEL
99SE
P
ROJEKTOWANIE OBWODÓW DRUKOWANYCH
W PAKIECIE
P
ROTEL
99SE
2
Spis Treści
1. WPROWADZENIE
3
2. PROJEKTOWANIE OBWODU DRUKOWANEGO W PAKIECIE PROTEL 99
4
3. ŚRODOWISKO PROGRAMU DESIGN EXPLORER 99SE
4
4. SCHEMATIC EDITOR – CZYLI RYSOWANIE SCHEMATU
5
A
)
SYMBOLE ELEMENTÓW
6
B
)
POŁĄCZENIA
7
C
)
SYGNAŁY
,
PUNKTY ZASILAJĄCE
,
PORTY
I
N
/O
UT
8
D
)
ADNOTACJE I INNE FUNKCJE EDYCYJNE
9
5. LIBRARY SCHEMATIC EDITOR
11
A
)
NOWY KOMPONENT
11
B
)
KOMPONENT WIELOCZĘŚCIOWY
12
C
)
OPIS ELEMENTU
-
D
ESCRIPTION
12
6. PRINTED CIRCUIT BOARD LIBRARY EDITOR
13
A
)
OBUDOWY ELEMENTÓW
13
B
)
PRZYPISYWANIE OBUDOWY DO SYMBOLU
15
C
)
WYKAZ ELEMENTÓW
,
ERC,
NETLISTA
16
7. PRINTED CIRCUIT BOARD EDITOR
16
A
)
SZABLON OBWODU DRUKOWANEGO
16
B
)
UKŁADANIE ELEMENTÓW NA PŁYTCE
18
C
)
PROWADZENIE ŚCIEśEK
19
D
)
MANUALNE NANOSZENIE ŚCIEśEK
20
8. ZAKOŃCZENIE
21
3
1. Wprowadzenie
Design Explorer 99SE firmy Protel to pakiet programów głównie do projektowania
obwodów drukowanych układów i urządzeń elektronicznych. MoŜna go równieŜ
wykorzystać do wykonywania dokumentacji technicznej projektu. Istnieje moŜliwość
symulacji układu w programie SPICE (ver. 5) oraz zaprogramowania układu PLD.
Niektóre z pozostałych cech pakietu zostały przedstawione poniŜej:
program pracuje na komputerach klasy PC, w systemach Windows
9x/NT/2000/XP, z procesorem klasy Pentium, minimum 32 MB RAM i kartą
graficzną SVGA. Do instalacji potrzebne jest ok. 300 MB wolnego dysku twardego.
Zalecana rozdzielczość monitora: min 1024x768,
do rysowania i edycji schematów projektowanych układów Protel dostarczył
biblioteki zawierające ponad 60 000 symboli elementów elektronicznych, w tym,
oprócz standardowych symboli, znajdują się elementy światowych producentów
sprzętu elektronicznego (tj. Burr Brown, Dallas, AMD, Intel, Lucent itp.),
do projektowania obwodów moŜna wykorzystać ok. 60 szablonów kart i płytek
stosowanych w komputerach klasy PC.
moŜliwość automatycznego projektowania obwodu na podstawie narysowanego
schematu ideowego układu. MoŜna równieŜ płytkę projektować manualnie z opcją
sprawdzania zgodności projektowanego obwodu ze schematem.
generowanie róŜnego rodzaju raportów (lista połączeń, wykaz elementów itp.) a
takŜe plików sterujących obrabiarkami numerycznymi (fotoploter, wiertarka
numeryczna),
podgląd zaprojektowanej płytki w widoku przestrzennym (3D),
współpraca wielu projektantów przez sieć.
Pakiet zawiera o wiele więcej uŜytecznych właściwości, które nie zostaną tu wymienione.
NajwaŜniejsze, potrzebne do samego zaprojektowania obwodu drukowanego, będą
przedstawione w dalszej części.
Praktyczne uwagi moŜna tutaj mieć do wymienionych wyŜej zaleceń sprzętowych, które
są zaleceniami producenta pakietu. Generalnie dla większej uŜyteczności
oprogramowania potęŜniejszy komputer PC nie stanowi przeszkody, zwłaszcza jeśli
weźmie się pod uwagę parametry monitora.
4
2. Projektowanie obwodu drukowanego w pakiecie Protel 99
Zaprojektowanie płytki sprowadza się zasadniczo do trzech punktów:
a)
narysowanie schematu;
b)
stworzenie listy elementów i ich połączeń (Netlista);
c)
utworzenie obwodu drukowanego (automatycznie lub manualnie)
Zadaniem jest stworzenie układu zawierającego 30 elementów, w tym 2 układy scalone
14-nóŜkowe, bez wiszących wyprowadzeń. Jako przykład posłuŜy do tego celu układ
Termometru Elektronicznego przetwornikiem A/C – ICL7106 i wyświetlaczem
ciekłokrystalicznym. Symbole tych elementów nie występują w bibliotekach standardowo
dołączonych do pakietu, więc pokazany zostanie równieŜ sposób ich kompozycji i
umieszczenia w oddzielnej bibliotece.
3.
Ś
rodowisko programu Design Explorer 99SE
Po uruchomieniu programu pojawia się specyficzna powłoka, która integruje
wszystkie programy narzędziowe, umoŜliwia zarządzanie dokumentacją projektu
(projektów) i organizuje współpracę projektantów.
Rys. 1 Główne okno programu.
5
Jak widać na przykładzie z rys.1 zarządzanie projektem nie sprawia kłopotu, moŜna łatwo
„przełączać się” między narzędziami. Istotną rolę pełni tutaj, znajdująca się po lewej
stronie okna, przeglądarka o dość szerokim zastosowaniu.
Mniejsze z okienek przedstawiają kolejne dokumenty projektu: schemat układu, plan
całego urządzenia (w skład którego wchodzi pokazany fragment schematu) oraz projekt
płytki drukowanej.
Przed rozpoczęciem pracy warto ustawić jeszcze parametry kopii zapasowych i
autozapisu. Ustawień tych moŜna dokonać w menu ukrytym pod symbolem strzałki, po
lewej stronie menu „File”, w „Preferences...”.
KaŜdy nowy projekt, rysunek, biblioteka, wymaga utworzenia bazy danych, która
zawierać będzie wszelkie informacje dotyczące dokumentu(ów). Bazę tworzymy
wybierając z menu „File” polecenie „New Design” lub „New” w przypadku gdy
otwieramy zupełnie nowy projekt. Wpisujemy nazwę projektu, podajemy miejsce jego
zapisania i ewentualnie zabezpieczające go hasło.
4. Schematic Editor – czyli rysowanie schematu
Następnie z menu „File”
„New..”
przygotujemy plik do edycji przez edytor
schematów. Na rys. 2 pokazano, jaki typ dokumentu jest tu istotny. Nadajemy mu własną
nazwę i otwieramy do edycji.
Rys. 2 Typy dokumentów Protel'a
Powierzchnie roboczą (Sheet) stanowi jasnoŜółta „kartka” domyślnie formatu B, jej wygląd
moŜna zmieniać klikając prawym (ustawienia myszy – jak dla praworęcznych) klawiszem
w jej obszarze a następnie z menu kontekstowego wybieramy „Document Options...”. Ten
sam efekt moŜna uzyskać wybierając z menu górnego paska „Design” polecenie „Options”.
W menu „Tools”
„Preferences..”
lub w menu kontekstowym warto przestawić opcję
„AutoPan” na Auto Pan ReCenter , co przy pracy w powiększeniu spowoduje wyświetlenie
nowego fragmentu schematu przy dotknięciu kursorem krawędzi okna. Zmiana ta
odbywać się będzie w sposób skokowy, a nie płynny, jak przy domyślnym ustawieniu, co
w wypadku szybszych komputerów będzie wygodniejsze.
6
Do powiększeń i pomniejszeń słuŜą klawisze „PageUp” i „PageDown”. Do odświeŜania
rysunku klawisz „End”. Klawisz „Home” powoduje re-centrowanie widoku. Funkcje te są
dostępne w menu „View”.
a) symbole elementów
Do narysowania schematu ideowego potrzebne są symbole elementów, które
moŜna pobrać z odpowiednich bibliotek. Jeśli aktywny będzie Schematic Editor, to w
oknie eksploratora projektu pojawi się zakładka „Browse Sch” , dzięki której moŜna
przeglądać biblioteki elementów.
Standardową biblioteką zawierającą powszechnie uŜywane symbole jest plik o nazwie
„Miscellaneous Devices.lib”
. Aby korzystać z innych bibliotek, naleŜy je przedtem dodać do
listy. MoŜemy to zrobić przyciskiem „Add/Remove”. MoŜliwe jest takŜe przeszukiwanie
bibliotek w celu odnalezienia konkretnego elementu.
Przy pomocy menu „Place”
„Part”
lub przycisku w przeglądarce umieszczamy element
na powierzchni roboczej. Szybszym sposobem jest dwukrotne naciśnięcie klawisza „P” na
klawiaturze (Place Part). Wówczas, podobnie jak w przypadku menu, pojawi się okno
dialogowe, gdzie koniecznie podać naleŜy nazwę elementu, pod jaką występuje on w
bibliotece (Library Reference). Pole Designator to oznaczenie porządkowe elementu, a Part
Type
to nazwa elementu, jak pojawi się na rysunku. Footprint jest przypisaniem modelu
obudowy, koniecznego przy projektowaniu obwodu drukowanego. Sposób, jak wypełnić
to pole, opisany zostanie dalej.
Rys. 3 Pobieranie elementu z biblioteki
Po zaakceptowaniu przyciskiem „OK.” moŜemy dowolnie umieścić element na „kartce”,
obracając go o 90º klawiszem „SPACJI” lub odbijając w pionie lub poziomie klawiszami
„X” i „Y” . Jeśli zamiast umiejscowienia elementu naciśniemy klawisz „TAB”, będzie
moŜna dokonać zmian właściwości symbolu. Po umieszczeniu jest to moŜliwe poprzez
dwukrotne kliknięcie na nim. Zmiana połoŜenia wtedy przypomina nieco metodę
drag&drop.
7
Rys. 4 Efekt działania okna z rysunku 3
Stosowanie skrótu klawiszowego wymaga niestety zapamiętania podstawowych typów
elementów. Przykłady z biblioteki „Miscellaneous Devices.lib”
podaje poniŜszy rysunek.
Rys. 5 Symbole standardowe
Symbole elementów moŜna wyedytować według własnych potrzeb i upodobań, a takŜe
stworzyć zupełnie nowe przy pomocy narzędzia Library Schematic Editor, które zostanie
opisane nieco dalej.
b) poł
ą
czenia
Rozmieszczone wstępnie elementy, aby tworzyły schemat ideowy, powinny zostać
ze sobą odpowiednio połączone. UmoŜliwia to polecenie „Wire” z menu „Place”, lub skrót
klawiszowy „P”, „W”. Połączenie prowadzimy przy pomocy kursora myszki, klawiszem
„SPACJI” moŜemy zmieniać tryb prowadzenia połączenia (połączenie swobodne,
połączenie z wymuszonymi kątami prostymi, z wymuszonymi kątami ściętymi, oraz
autopołączenie – zaznaczamy koniec i początek a droga zostaje dobrana automatycznie).
Przed ostatecznym połączeniem moŜliwa jest zmiana, pod klawiszem „TAB”, koloru i
grubości linii.
Do rysowania połączeń magistralowych stosujemy polecenie „Place”
„Bus”
(„P” i „B”).
Prowadzi się je podobnie jak połączenia pojedyncze. Wyprowadzanie i doprowadzanie
sygnałów do magistrali odbywa się poprzez „Bus Entry” z menu „Place” („P”, „U”).
8
Niejednokrotnie sygnały w magistralach wymagają rozróŜnienia. W Protelu do tego celu
słuŜy „Net Label” z ww. menu („P”, „N”). Kształt i kolor czcionki mogą być dowolnie
ustawione.
Schematic Editor posiada domyślnie włączoną opcję „Auto Junction” tzn. automatycznego
połączenia w miejscach, gdzie zgodnie z logiką powinno ono wystąpić. Ręczne wykonanie
połączenia w innym miejscu jest moŜliwe przy pomocy „Place”
„Junction”
(„P”, „J”).
Rys. 6 Przykłady połączeń
c) sygnały, punkty zasilaj
ą
ce, porty In/Out
Jeśli na schemacie występują układy scalone lub inne elementy podłączone do
zasilania, uziemienia, to aby nie zaciemniać rysunku i nie prowadzić zbędnych połączeń,
moŜna do połączeń wykorzystać punkty symbolizujące jednakowe potencjały („Place”
„Power Port”
– „P”, „O”).
Rys. 7 Symbole jednakowych potencjałów
Istnieją takŜe porty sygnałowe, które charakteryzują się kierunkiem przepływu sygnału i
umoŜliwiają połączenia pomiędzy podukładami w danym projekcie. Stosować je moŜna
poprzez polecenie „Port” lub „P” i „R”. Portom tym moŜna nadawać nazwy zgodnie z
potrzebami.
9
Rys. 8 Rodzaje portów sygnałowych
d) adnotacje i inne funkcje edycyjne
Poza wymienionymi wcześniej podstawowymi poleceniami Schematic Editor’a do
rysowania schematów, moŜna jeszcze skorzystać z dodatkowych narzędzi rysunkowych
(linie, prostokąty, koła i okręgi, łuki) znajdujących się równieŜ w menu „Place” lub na
pasku narzędzi. MoŜna takŜe wklejać obrazki w formie bitmapy *.BMP czy obrazu
skompresowanego np. *.JPG.
Na schemacie moŜna umieszczać notatki i inne teksty o dowolnej treści (polecenia
„Annotation”
i „Text Frame”)
Podane informacje wystarczą do narysowania schematu w pakiecie Design Explorer 99SE.
Schematic Editor posiada jeszcze wiele moŜliwości, niektóre wykorzystamy później, przy
projektowaniu obwodu drukowanego.
Schemat zadanego wcześniej układu Termometru elektronicznego będzie przedstawiony
na rys.9. PoniewaŜ do jego sporządzenia konieczne są symbole elementów nie
występujące w standardowych bibliotekach, opisane zostanie teraz narzędzie do edycji
bibliotek Schematic’a.
10
11
5. Library Schematic Editor
Tworzenie pliku biblioteki jest analogiczne do opisanego wcześniej sposobu w
edytorze schematów, z tą róŜnicą, Ŝe w oknie z rysunku 2 wybieramy „Schematic Library
Document”. Przestrzeń robocza edytora bibliotek jest podobna do przestrzeni roboczej
edytora schematów i jest symbolicznie podzielona na cztery fragmenty, z punktem
początkowym w centrum. Właściwości ekranu roboczego ustawia się podobnie jak w
Schematic’u.
a) nowy komponent
Z menu „Tools” wybieramy polecenie „New Componet” i przyporządkowujemy
nazwę typu Library Reference dla nowego komponentu.
Na powierzchni roboczej, przy pomocy wspomnianych pasków z narzędziami
rysunkowymi, rysujemy symbol elementu. Program pamięta kolejność rysowanych figur i
w przypadku nakładania się ich panuje zasada, Ŝe element później narysowany jest „na
wierzchu” względem narysowanego wcześniej.
Rys. 9 Kolejno rysowane figury
Kolejnym etapem jest narysowanie wyprowadzeń dla Ŝądanego elementu – pinów.
Wykorzystujemy, podobnie jak w edytorze schematów, znane menu lub przycisk z paska
narzędzi „Pin”. Zanim ostatecznie umieścimy pin na właściwym miejscu, powinniśmy
określić jego właściwości (np. naciskając „TAB” w celu wywołania okna dialogowego).
Istotne są: jego nazwa i numer oraz tzw. „Electrical Type”. Dla układów cyfrowych moŜna
wybrać pin jako końcówka zegarowa („Clk Symbol”) lub zanegowana („Dot Symbol”).
MoŜemy takŜe wybrać jego długość i zaznaczyć jak ma być wyświetlany. Dokładniej
ilustruje tę sytuację rys. 11.
12
Rys. 10 Właściwości pinu
b) komponent wielocz
ęś
ciowy
Cecha ta jest powszechnie wykorzystywana w przypadku układów scalonych.
Wieloczęściowość jest wtedy, gdy w danym elemencie znajdują się przynajmniej dwa
podelementy np. znany układ scalony SN7400 zawiera w swojej budowie cztery bramki
NAND, które są jego podelementami. Do tworzenia nowych podczęści korzystamy z
polecenia „Tools”
„New Part”
i rysujemy symbol nowej części. Piny całego komponentu
są numerowane w tym przypadku po kolei i tę kolejność naleŜy zachowywać przy
projektowaniu nowych części, z zachowaniem przyporządkowania właściwych numerów
do rzeczywistych wyprowadzeń.
Oddzielnego komentarza wymagają wyprowadzenia zasilania całego komponentu, o ile
takie występują. Nadal obowiązuje kolejność numeracji, natomiast we właściwościach
pinu odznaczamy fiszkę „Ukryty” (Hidden), przypisujemy właściwą nazwę potencjału
oraz w „Electrical Type” wybieramy opcję „Power”. Spowoduje to zachowanie spójności
układu pod względem elektrycznym.
c) opis elementu - Description
W dialogu opisowym naleŜy podać „Default Designator” czyli oznaczenie
domyślne, jakie będzie nadawane elementowi przy pobieraniu z biblioteki. MoŜna
równieŜ przypisać do elementu obudowę, co pozwoli na uniknięcie jej
przyporządkowywania podczas rysowania schematu.
Pozostałe pola i zakładki nie są konieczne w tym miejscu przy projektowaniu płytki.
13
6. Printed Circuit Board Library Editor
Właściwe projektowanie płytki poprzedzi w tym miejscu opis edytora bibliotek
obudów, które następnie przypisane zostaną do elementów na schemacie.
a) obudowy elementów
Obudowy elementów moŜna zaprojektować samodzielnie lub skorzystać z
gotowych. Do standardowych elementów (rezystory, kondensatory, układy scalone,
tranzystory) moŜna wykorzystać obudowy dostarczone przez Protel’a. W prezentowanym
przykładzie występuje wyświetlacz LCD o nietypowych wymiarach, dlatego podany
będzie sposób utworzenia obudowy dla niego.
Zakładanie biblioteki (PCB Library Document) jest identyczne jak wcześniej opisane
tworzenie jakiegokolwiek dokumentu w Protelu.
Dla stworzenia nowej obudowy z menu „Tools” wybieramy „New Component”. W ten
sposób uruchomiony został kreator komponentów. Po oknie powitalnym przechodzimy
do wyboru szablonu elementu i jednostek miary opisujących daną obudowę. Dla naszego
przypadku wybierzemy „Dual in-line Package (DIP)”, czyli szablon standardowego
układu scalonego.
Rys. 11 lista szablonów obudów
Pole jednostek pozostawimy bez zmian. choć moŜna wybrać obowiązujący w Polsce
system metryczny. Jest to podyktowane tym, Ŝe system calowy jest obowiązującym
standardem w elektronice i wszystkie elementy mają dość łatwy do przeliczania raster w
tym systemie. Podstawową jednostką w projektowaniu płytek jest 0.001 cala zwane
osobną nazwą mil (dla przypomnienia – 1 in = 25.4 mm). Przykładowo odległość między
nóŜkami układu scalonego wynosi 100 mil lub w przeliczeniu 2.54 mm. Jeśli ktoś nie jest
14
przekonany do systemu calowego, to niech sobie szybko policzy jaka jest odległość w mm
między pierwszą a siódmą nóŜką układu scalonego, i porówna z wynikiem w calach.
Wracając do kreatora obudowy, przechodzimy dalej i określamy parametry punktu
lutowniczego takie jak wymiary i średnica otworu pod nóŜkę. Proponowane wymiary (50
mil) są dość małe i mogą sprawić kłopot przy fizycznym wykonywaniu płytki. Dlatego, o
ile to moŜliwe, zwiększamy je do 70...80 mil. Następnie wybieramy odległość między
nóŜkami w rzędzie (moŜna zostawić 100 mil) oraz między rzędami. W przypadku
projektowanego wyświetlacza jest to 1400 mil. kolejnym krokiem jest ustawienie grubości
linii obrysu elementu (standardowo 10 mil), a potem wybranie ilości nóŜek w układzie (w
tym projekcie LCD jest 40-nóŜkowy). Ostateczny krokiem jest ustalenie nazwy
bibliotecznej komponentu (dla układów w obudowach DIP jest to zazwyczaj DIPxx, gdzie
xx – to ilość nóŜek w układzie, dla naszej obudowy będzie to 2XDIP40, co ma oznaczać
podwójną szerokość obudowy niŜ w układzie DIP40).
Komponenty moŜna takŜe narysować ręcznie, korzystając z narzędzi do rysowania , ale tu
nie jest to konieczne.
Dla niniejszego projektu zastosujemy jeszcze standardowe obudowy o nazwach AXIAL0.5
dla rezystorów, RAD0.2 dla kondensatorów, DIODE0.4 dla diod, obudów DIPxx dla
układów scalonych, VR1 dla potencjometrów. Przykłady pokazuję rysunek.
Rys. 12 Standardowe obudowy elementów
15
b) przypisywanie obudowy do symbolu
Krok ten moŜna tutaj pominąć jeśli ktoś przy rysowaniu schematu ideowego
przypisał jednocześnie obudowy do elementów. W przeciwnym wypadku wrócimy na
chwilę do narysowanego schematu i przypiszemy wyŜej przedstawione obudowy do
właściwych elementów. MoŜna to zrobić oddzielnie dla kaŜdego elementu lub
wykorzystać opcję „Global”.
Globalne przypisanie obudów elementów przedstawione zostanie przykładowo dla
rezystorów. W tym celu, na schemacie ideowym, przechodzimy do okna właściwości
dowolnego rezystora (dwukrotne kliknięcie na nim). Znajdując się na zakładce
„Attributes”, naciskamy przycisk „Global” i w części „Attributes To Match by” edytujemy
pole „Lib Ref”, wpisując w nie nazwę biblioteczną elementu (w tym przypadku – RES). W
sąsiedniej części „Copy Attributes” edytujemy pole „Footprint”, wpisując nazwę
biblioteczną obudowy (tutaj – AXIAL0.5), następnie zatwierdzamy zmiany przyciskiem
„OK” i potwierdzamy w razie potrzeby. W ten sposób wszystkie symbole rezystorów
uzyskają obudowy AXIAL0.5 .
Rys. 13 Wykorzystywanie opcji globalnych zmian w edycji elementów
Podobnie postąpić naleŜy w stosunku do kondensatorów, układów scalonych i diod.
Globalne zmiany mogą równieŜ dotyczyć innych właściwości, nie tylko w jednym
schemacie projektu ale równieŜ w całym projekcie (opcja „Change Scope”).
16
c) wykaz elementów, ERC, netlista
Wracając jeszcze do edytora schematów, moŜna w niw wykonać dodatkowe
zadania.
„Bill of Material”
to wykaz elementów uŜytych w schemacie projektu, który moŜna
znaleźć w menu „Reports” w Schematic’u. Ma on znaczenie czysto informacyjne i jest
uŜyteczny w większych projektach.
Po uruchomieniu kreatora „Bill of Material” wystarczy zaznaczyć pola informacji, jakie
mają wystąpić w raporcie oraz format dokumentu wyjściowego.
„Electrical Rule Check” (ERC) pozwoli z kolei sprawdzić poprawność narysowanego
schematu. ERC wykaŜe błędy jeśli np. będą powtarzać się elementy o tych samych
oznaczeniach (np. dwa kondensatory posiadają identyczny „Designator”). Narzędzie
dostępne jest w menu „Tools”
„ERC..”
.
Netlista to dokument zawierający w sobie listę wszystkich elementów a przede wszystkim
listę połączeń pomiędzy elementami. Netlista moŜe mieć równieŜ format przystosowany
do symulacji w SPICE czy innych format wykorzystywany przez inne programy do
projektowania PCB.
Netlistę generujemy wybierając z menu „Design”
„Create Netlist..”
. MoŜna przy tym
zaznaczyć dodatkowe opcje, ale nie są one tu konieczne. Przygotowana netlista posłuŜy
potem do automatyzacji projektowania płytki drukowanej.
7. Printed Circuit Board Editor
Przy pomocy tego edytora zaprojektujemy właściwy obwód drukowany. Przedtem
warto mieć wyobraŜenie o rozmiarach i kształcie docelowej konstrukcji. Wskazane jest
zatem posiadanie obudowy (lub dokładna znajomość jej wymiarów) i ewentualnie
elementów, gdyby przypadkiem nie były standardowe.
a) szablon obwodu drukowanego
Nowy dokument PCB Editor’a moŜna stworzyć na dwa sposoby. Pierwsza metoda
jest tradycyjna i była juŜ tu wielokrotnie opisywana. Spowoduje ona otwarcie „czystego”
dokumentu dla edytora obwodów drukowanych. Drugi sposób polega na wykorzystaniu
kreatora, którym wstępnie określimy wymiary i właściwości płytki.
Ze znanego okna przedstawionego na rys.2 wybieramy zakładkę „Wizards” i
korzystamy z narzędzia „Printed Circuit Board Wizard”. Pierwszy wybór, jakiego naleŜy
dokonać to profil płytki drukowanej. Jeśli nasz projekt jest np. kartą do komputera, warto
wykorzystać standardowy szablon konkretnego typu. W naszym projekcie termometru
elektronicznego wybierzemy „Custom Made Board”. Następnie wprowadzamy kształt
preferowanej płytki oraz jej wymiary (dlatego warto mieć obudowę). Pozostałe opcje
zostawiamy bez zmian, moŜemy jedynie odznaczyć fiszki powodujące wyświetlanie na
rysunku tabelki, skali i innych elementów opisu („Title Block and Scale”, „Legend String”,
„Dimension Lines”). Opcje „Corner Cutoff” i ,,Inner Cutoff” (wycięcia) równieŜ zostaną
wyłączone. Sposób wypełnienia tego okna dla naszego projektu pokazany jest poniŜej.
17
Rys. 14 Ustalanie wymiarów płytki
Kolejnym krokiem jest podjęcie decyzji co do ilości warstw płytki (znaczenie
poszczególnych warstw zostanie za chwilę wyjaśnione), ale dla naszego przypadku
domyślne ustawienia w zupełności wystarczą. Następnie naleŜy wybrać opcję „Thruhole
Vias Only”, w kolejnym kroku „Through-hole components” czyli montaŜ tradycyjnie
przewlekanych elementów. Kolejne kroki pozwalają określić zasady prowadzenia ścieŜek
i przelotek („Via”). MoŜemy zmienić minimalną szerokość ścieŜki do 10 mil i rozmiar
przelotek do 70 mil, bez zmiany otworów w przelotkach. Domyślnie ustawiona
dopuszczalna odległość („Minimum Clearance”) między ścieŜkami jest równieŜ zbyt mała
dla naszych celów i moŜna ją zwiększyć do 10 mil. Dalsze wciskanie przycisku „Next”
doprowadzi do końca pracy kreatora i efektem będzie rysunek zewnętrznego obrysu
płytki.
Projektowanie ścieŜek w Protelu odbywa się z wykorzystaniem przezroczystych
warstw („Layers”), które posiadają odrębne właściwości. Do celów uŜytkowych moŜna
wykorzystać maksymalnie 32 warstwy, na których moŜna prowadzić połączenia.
Zarządzać warstwami moŜna poprzez „Layer Stack Manager” z menu „Design”. W
przykładzie uŜywać będziemy przewaŜnie warstw „Top Layer” czyli górnej warstwy od
strony montaŜu elementów, oraz „Bottom Layer”, warstwy dolnej, od strony lutowania.
Punkty lutownicze znajdują się na uniwersalnej warstwie „MultiLayer”, a warstwa
„Top(Bottom)Overlay” to warstwy, na których znajdują się opisy elementów i inne
komentarze. Wygenerowany szablon płytki zawiera jeszcze dwie charakterystyczne
warstwy. Jedną z nich jest „KeepOutLayer”, która ogranicza pole układania elementów i
rysowania ścieŜek i jest wymagana przez narzędzia „Autoplacer” i „Autorouter”. Druga
„Mechanical” jest jedną z warstw pomocniczych. Pozostałe warstwy równieŜ moŜna
wykorzystać w bardziej zaawansowanych projektach.
18
b) układanie elementów na płytce
Do wygenerowanego obramowania płytki dodamy teraz obudowy elementów.
MoŜliwe jest to dzięki utworzonej uprzednio netliście, którą po prostu naleŜy wczytać,
korzystając z menu „Design”
„Load Nets...”
. Efektem jest „wyrzucenie” wszystkich
obudów elementów i wstępne posegregowanie ich w pobliŜu zarysu płytki. To samo
działania powoduje narzędzie „Update PCB” w menu „Design” Schematic Editor’a, z tym
Ŝe potrafi równieŜ wygenerować sobie potrzebną netlistę.
Kolejnym krokiem w projektowaniu będzie ułoŜenie elementów na płytce. Wykorzystamy
do tego celu automat, który znajdziemy w menu „Tools”
„Auto Placement”
.
Rys. 15 Załadowana netlista nie powinna zawierać błędów
Autoplacer ma wbudowane dość zaawansowane algorytmy optymalizacji ułoŜenia
elementów. Do wyboru mamy „Cluster Placer” zalecany dla mniejszego upakowania
elementów, oraz „Statistical Placer” przy projektach o większej gęstości. Wybierzemy
drugą moŜliwość i ustawimy siatkę rozmieszczenia (Grid) na 10 mil. Efekt przedstawia
rys. 17. Ustawienie elementów niekoniecznie musi okazać się optymalne dla naszych
potrzeb. MoŜna kilkakrotnie spróbować rozmieścić je automatycznie, lub dokonać tego
manualnie, co w przypadku termometru będzie zalecane, poniewaŜ wyświetlacz
powinien znajdować się w określonym miejscu obudowy, a układ przetwornika najlepiej
umieścić pod wyświetlaczem. Reszta elementów równieŜ wymaga korekty.
19
Rys. 16 Efekt pracy autoplacer'a
Rysunek niepotrzebnie zaciemniają komentarze elementów. Ukryć je moŜna
poprzez dwukrotne kliknięcie myszką na elemencie i w zakładce „Comment” i
zaznaczenie fiszki „Hide”. śeby zrobić to dla wszystkich elementów uŜywamy funkcji
„Global”.
Przesuwanie elementów jest banalne i moŜliwe zarówno przy pomocy znanej
metody drag&drop, a takŜe przy pomocy specjalnej funkcji „Move”
„Component”
z
menu „Edit” („M”, „C”). Zasadniczo elementy naleŜy tak poukładać, aby widoczna
„pajęczyna” szarych nitek symbolizujących połączenia miała najprostszą strukturę.
c) prowadzenie
ś
cie
Ŝ
ek
Przed automatycznym prowadzeniem ścieŜek naleŜy ustalić reguły, z jakimi
zostanie ono wykonane. Ustawień dokonać moŜna w menu „Design”
„Rules”
. Zasad
tych jest bardzo duŜo i od ich ustawień mocno zaleŜy sposób prowadzenia ścieŜek.
Początkowo, przy generowaniu obrysu płytki ustaliliśmy dwie warstwy, na których będą
prowadzone ścieŜki. Stopień komplikacji prowadzenia ścieŜek w danym projekcie jest na
tyle wielki, Ŝe w procesie autoroutingu zaprojektowana zostanie płytka dwustronna.
Zmiana w zakładce „Routing” właściwości „Routing Layers” (przycisk „Properties”) i
wyłączenie „TopLayer” uniemoŜliwiało poprawne zaprojektowanie płytki. Wielokrotne
próby nie dały oczekiwanego rezultatu.
PoniŜej zmienimy jeszcze regułę „Width Constraint”, czyli określimy minimalną i
maksymalną, oraz preferowaną szerokość ścieŜki. Ustalamy, Ŝe minimum to 10 mil,
maksymalnie 30, a optymalnie 20 mil. Pole „Filter kind” pozwala wybrać zakres
stosowania reguły („Whole Board” oznacza całą płytkę, na wszystkich warstwach) .
MoŜna tu wybrać poszczególne warstwy a nawet połączenia. Do „Width Constraint”
moŜna dodać kolejną zasadę o zupełnie innych właściwościach.
20
Zmienić jeszcze moŜna dopuszczalną odległość między ścieŜkami oraz między punktem
lutowniczym (Pad) a ścieŜką. Jest to opcja „Clearance Constraint”. Ze względu na
upakowanie naszej płytki, zmienimy ją na 5 mil, chociaŜ wcześniej ustaliliśmy 10 mil.
Uruchamiamy program z menu „Auto Route”
„All...”
. Wszelkie propozycje ze strony
tego programu moŜna zatwierdzić. Rys. 18 i 19 przedstawiają wynik pracy autorouter’a.
Rys. 17 Warstwa "Top" (widok od strony
elementów)
Rys. 18 Warstwa "Bottom" (widok od strony
elementów)
PowyŜsze rysunki naleŜy traktować wyłącznie jako przykładowe, poniewaŜ moŜliwe jest
zaprojektowanie prostszego układu połączeń.
d) manualne nanoszenie
ś
cie
Ŝ
ek
Zamiast automatycznego generowania ścieŜek moŜna je poprowadzić ręcznie.
MoŜna takŜe nanieść ręcznie poprawki do projektu wykonanego automatycznie. Program
DRC będzie pilnował prawidłowości połączeń i przestrzegania zasad (Rules), a w
przypadku błędu zaznaczy go.
Manualne prowadzenie ścieŜek moŜna wykonać wywołując polecenie „Place Track”
(„P”, „T”). Tryb prowadzenia ścieŜki znajduje się pod klawiszem „SPACJI” a właściwości
(m. in. szerokość ścieŜki) pod klawiszem „TAB’. Jeśli stosujemy zwory lub projektujemy
płytkę wielowarstwową, przełączać się między warstwami moŜna przy pomocy klawiszy
„+” i „–”. W miejscu przejścia pojawi się automatycznie przelotka.
Wolne punkty lutownicze umieszczamy poleceniem „Place Pad”, przy czym we
właściwościach moŜna określić rozmiar punktu i jego kształt.
Napisy na płytce umieszczamy poleceniem „Place String”. Określamy warstwę, na
której je chcemy umieścić, a takŜe wielkość i ewentualnie „Mirror” czyli odbicie lustrzane.
Jeszcze często uŜywanym poleceniem moŜe być „Place Fill” stosowane do
wypełniania powierzchni danej warstwy.
21
Innymi poleceniami edycyjnymi są polecenia przesunięć. Polecenie „Move Drag”(„M” i
„D”) przeciąga koniec wybranej ścieŜki w dowolne miejsce, natomiast polecenie „Move
Drag Track End”
(„M”, „E”) w przypadku wybrania elementu powoduje ciągnięcie ścieŜek
za elementem. „Move Break Track” („M”, „B”) pozwala łamać ścieŜkę w dowolnym miejscu
i przemieszczać miejsce załamania.
Do kasowania komponentu, ścieŜki lub czegokolwiek innego słuŜy polecenie
„Delete”
z menu „Edit”. Opcje lupy i odświeŜania są toŜsame z opcjami edytora
schematów (te same klawisze na klawiaturze). Finalną wersję obwodu drukowanego dla
układu termometru stosowanego w przykładzie przedstawiono poniŜej. Dodane zostały
punktu mocowania płytki w obudowie.
Rys. 19 Płytka zaprojektowana manualnie (widok od strony elementów)
8. Zako
ń
czenie
Przedstawione na końcu metody projektu automatycznego PCB oraz ręcznego
mogą prowadzić do mylnego wniosku, Ŝe projektowanie automatyczne nie jest efektywne.
W przedstawiony przykładzie ręczne projektowanie uzasadnione było moŜliwością
późniejszego wykonania prezentowanej płytki w warunkach amatorskich (przy pomocy
metod fotograficznych). metoda automatyczna moŜe się okazać wydajniejsza w
przypadku bardziej złoŜonych projektów, o drobniejszej strukturze ścieŜek i mniejszym
rastrze.
Program Design Explorer 99SE posiada znacznie więcej moŜliwości niŜ
zaprezentowane. Wystarczy zwrócić uwagę na nie omawiane narzędzia symulacji w
programie SPICE i narzędzia do PLD. Dodatkowych informacji moŜna zawsze zasięgnąć
we wbudowanej pomocy programu (klawisz F1). Na końcu opracowania znajdują się
wydruki płytek w skali 1:1 dla poszczególnych warstw projektu wygenerowanego
automatycznie oraz ręcznie. Dla kaŜdego projektu zamieszczone zostały rysunki montaŜu
elementów.