Kurs Protela
Spotkania
S
p
o
t
k
a
n
i
a
Spotkania
S
p
o
t
k
a
n
i
a
z Protelem 99 SE
z
P
r
o
t
e
l
e
m
9
9
S
E
z Protelem 99 SE
z
P
r
o
t
e
l
e
m
9
9
S
E
Spotkanie 8
Jak wspomniałem na poprzednim spotkaniu, kiem pełnego zrozumienia kluczowych zasad. z filozofią, która legła u podstaw Protela i w tym
moim zadaniem jest przekonać Cię, że projekto- Wszystko dlatego, że domyślne ustawienia kontekście zapoznać zarówno z wbudowanymi
wanie płytek za pomocą Protela, na pozór bar- Protela są dobre dla płytek z maleńkimi elemen- automatami, takimi jak Autoplacer i Autorou-
dzo skomplikowane i dziwne, w rzeczywistości tami SMD, a nie z klasycznymi, przewlekanymi ter, jak i mechanizmami bieżącej kontroli po-
jest lekkie, łatwe i przyjemne, ale pod warun- elementami. Muszę Cię więc najpierw zapoznać prawności projektu.
Być może sądzisz, że Tobie nie są potrzebne misyjne, tłumienie, odbicia i oscylacje przy które muszą zostać rozstawione w ściśle
automaty (Autoplacer, Autorouter), bo bę- przesyłaniu bardzo szybkich sygnałów. określonych miejscach. Pozostałe elementy
dziesz ręcznie projektować ścieżki na swoich Projektant płytki drukowanej zawsze ma umieści Autoplacer, a Autorouter zaprojektu-
niezbyt przecież skomplikowanych płytkach. do wyboru niezliczoną ilość możliwości. Je- je potem wszystkie ścieżki. Ingerencja czło-
Nie radziłbym jednak od początku odrzucać go płytka może być zaprojektowana pod róż- wieka (czyli Twoja) w bardzo skomplikowa-
pomocy automatów. Chodzi o to, żebyś do- nymi względami albo lepiej, albo gorzej. ną płytkę polegać będzie na końcowych po-
browolnie nie zamknął sobie okna na szeroki I trzeba bezlitośnie stwierdzić: nie ma prawkach i kosmetyce.
świat i nie pozbawił możliwości dalszego płytek idealnych. Zarówno metoda ręczna, jak i automatycz-
rozwoju. Płytka zawsze jest odzwierciedleniem na mają swoje mocne i słabe strony. Projekto-
Tylko przy rysowaniu schematu wystar- lepszych lub gorszych umiejętności autora, wanie ręczne daje pełną kontrolę nad projek-
czy znajomość elementarnych zasad. Na- a zwykle jest też efektem licznych kompro- tem, co przy odpowiednim podejściu gwaran-
prawdę niewiele wiedzy i jeszcze mniej do- misów, że wymienię tylko kompromis mię- tuje ładny przebieg ścieżek i przemyślane roz-
świadczenia wystarczy, by narysować prawi- dzy starannością dopracowania szczegółów, mieszczenie elementów. Jest to jednak metoda
dłowy schemat. Przy projektowaniu płytki a szybkością zrealizowania projektu. czasochłonna  czas projektowania gwałtow-
jest znacznie trudniej. Projektowanie płytki We wcześniejszych latach projektowanie nie rośnie wraz ze stopniem skomplikowania
to przeniesienie idei z rysunku na postać jak płytek drukowanych niewątpliwie było sztu- układu. Istnieje granica, powyżej której ręczne
najbardziej realną, fizyczną. Kluczową spra- ką, a nie rzemiosłem. Projektant musiał sam projektowanie naprawdę nie ma sensu. Jeśli
wą jest rozmieszczenie elementów, a można wszystko przewidzieć, zaplanować i wyko- układ ma zawierać dziesiątki elementów, ręcz-
to zrobić na tysiące i miliony sposobów. Na nać. Dziś coraz więcej zadań biorą na siebie ne projektowanie wszystkiego jest nieopłacal-
płytce na jednej lub kilku warstwach miedzi automaty, dokładniej - specjalizowane pro- ne; gdy chodzi o setki elementów  jest abso-
trzeba zaplanować punkty lutownicze (Pads), gramy do projektowania. Protel ma na przy- lutnie niemożliwe, bo trwałoby wieki.
ścieżki (Tracks), wypełnienia (Fills), łuki kład wbudowany Autoplacer do automatycz- Projektowanie z użyciem automatów zna-
(Arcs), wielokąty (Polygons), a w wielowar- nego rozmieszczania elementów i Autorou- komicie oszczędza czas. Jednak zlecenie
stwowych dodatkowo przelotki (Vias), pła- ter do automatycznego prowadzenia ścieżek. wszystkiego automatowi zazwyczaj oznacza
szczyzny zasilania (Power Planes), otwory Nie znaczy to, że wszystko można i warto przedziwne rozmieszczenie elementów i za-
do mocowania i pomocnicze elementy tech- wykonać automatycznie. Wbudowane w Pro- skakujące poprowadzenie ścieżek. Często al-
nologiczne. Dobra płytka ma nadruk (Top tela automaty mają poważne ograniczenia, gorytmy projektowe dają tak osobliwe wyniki,
Overlay) ułatwiający montaż i póz
niejszą o czym się wkrótce przekonasz. Na pewno że uznasz je za niedopuszczalne. Sam się o tym
identyfikację elementów. Przy projektowaniu błędem byłoby, gdybyś od początku próbo- przekonasz, zlecając Protelowi zaprojektowa-
połączeń liczy się nie tylko zgodność ze wał wszystko zrealizować automatycznie. nie nawet stosunkowo prostych płytek.
schematem ideowym, ale też rozmieszczenie Ale jeszcze gorszym błędem byłoby, gdybyś Ci, którzy mają przyzwyczajenia z daw-
elementów na płytce. W wielu przypadkach chciał po staremu projektować płytki wyłącz- nych lat, są skłonni do wpełni ręcznego roz-
trzeba uwzględnić rezystancję ścieżek (sze- nie  na piechotę , na podstawie odręcznego mieszczania elementów i trasowania ścieżek
rokość i przebieg), zwłaszcza masy, oraz schematu ideowego. Na pewno trzeba korzy- (ja też zauważam u siebie takie skłonności),
wzajemny wpływ wytwarzanych pól elek- stać z netlisty i automatycznie  wrzucać ele- a młodzi i najmłodsi chcą korzystać tylko
trycznych i magnetycznych. W szybkich menty na płytkę, czy raczej obok płytki. z automatów. Nie trać czasu na całkowicie
układach cyfrowych i w układach w.cz. ko- Póz
niej, w przypadku płytki z niewielką ręczne projektowanie, ale też nie ufaj w peł-
niecznie trzeba brać pod uwagę dodatkowe liczbą podzespołów, możesz sobie pozwolić ni automatom. Znajdz
złoty środek. Problem
czynniki, nie tylko pojemności, indukcyjno- na luksus ręcznego rozmieszczenia elemen- wtym, że nie sposób szybko określić, gdzie ten
ści i rezystancję miedzi, ale też właściwości tów i ręcznego poprowadzenia ścieżek. złoty środek leży. Dużo zależy od stopnia
materiału płytki (stała dielektryczna) i innych W przypadku bardziej złożonych projektów skomplikowania układu. Sytuacja jest ponie-
użytych materiałów izolacyjnych. Od tych ręcznie rozmieścisz na płytce tylko kluczowe kąd paradoksalna: czym bardziej złożony jest
parametrów silnie zależą właściwości trans- elementy  na przykład złącza czy gniazda, układ, tym więcej trzeba korzystać z automatu.
Elektronika dla Wszystkich
Listopad 2002
21
Kurs Protela
Czym prostsza płytka, tym więcej można jąc Properties. Ponieważ płytka ma być jed- Na zakładce Placement (umieszczanie
i warto projektować ręcznie. Warto być nostronna, wyłącz warstwę Top Layer, wy- elementów) koniecznie zmień jedną regułę:
otwartym i eksperymentować, żeby wypraco- bierajac NotUsed, a po przewinięciu na dole Component Clearence Constraint. Zwiększ
wać indywidualny styl pracy, a nie od razu dla warstwy BottomLayer wybierz Any. Za- minimalny odstęp między elementami (Gap)
 skostnieć na z góry upatrzonych pozycjach . twierdz
, klikając OK. do 12 milsów lub więcej, a sposób sprawdza-
W każdym przypadku nie wystarczy nauczyć nia (Check Mode) z szybkiego na pełny - Full
się podstaw obsługi programu. Trzeba Rys. 18 Check, jak pokazuje rysunek 21.
uwzględnić przynajmniej dwie różne sprawy: Rozsądne ustawienie re-
- znajomość możliwości Protela, guł (rules) znakomicie po-
- kompromis między elegancją płytki a cza- może Ci podczas pracy, bo
sem projektowania. będzie sygnalizować rzeczy-
Mimo częściowej automatyzacji projektowa- wiste błędy i kolizje i nie do-
nie płytek nadal pozostaje sztuką. Może nie puści do powstania błędów.
bardzo trudną, ale na pewno sztuką. Potrzeb- Podkreślam to bardzo
nych umiejętności na pewno nie można po- mocno: jeśli nie zrozumiesz
siąść przez przeczytanie kilku artykułów czy w pełni omawianego tu za-
książki. Trzeba ćwiczyć, próbować i stopnio- gadnienia ustawiania re-
wo wypracować sobie własny styl pracy. guł, szybko się zniechęcisz
Chcąc osiągnąć mistrzostwo, a przynajmniej i potem zechcesz wyłączyć
satysfakcjonujące wyniki, trzeba być otwar- sygnalizację nieprawdopo-
tym i eksperymentować. Koniecznie trzeba dobnej ilości błędów. Nie
też dobrze poznać filozofię, jaką kierowali się Reguł Routing Priority, Routing Topology wyłączaj sygnalizacji błędów, wprost prze-
twórcy Protela. Ogromnie ważną rolę odgry- i reguł SMD nie zmieniaj. W regule Routing ciwnie  upewnij się, że jest włączona (D O,
wają w tym reguły projektowania - (Rules). Via Style zmień średnicę na 70mil, a otwór na zakładka Layers, DRC Errors), jak pokazuje
32mil (0,8mm), jak pokazuje rysunek 19. rysunek 22.
Rules, czyli reguły
Jak już wiesz, Protel zawiera szereg reguł
projektowych (Rules), które musi spełnić da-
ny projekt  na pierwszym spotkaniu zaglą-
daliśmy do tych reguł (D  R). Reguły te
trzeba starannie przeanalizować i ustawić
stosownie do potrzeb. Wtedy Protel będzie
pilnował poprawności wszystkich szcze-
gółów, co naprawdę jest ogromnie wygodne.
Niestety, domyślne ustawienia tych reguł,
występujące po instalacji, są dobrane bardzo
niestarannie, przez co podczas projektowania
płytki Protel zupełnie niepotrzebnie sygnali-
zuje mnóstwo błędów i konfliktów. Jeśli masz Rys. 21
świeżo zainstalowanego Protela, upewnij się,
że jego twórcy świadomie czy niechcący Rys. 22
ogromnie utrudnili początkującym projekto-
wanie płytek. Ustawienia niektórych reguł są Rys. 19
wręcz wewnętrznie sprzeczne. Trzeba z tym
zrobić porządek. Poleceniem D R(Design, Rys. 20
Rules) otwórz okno z wieloma zakładkami
i regułami. Wiele z nich dotyczy skompliko-
wanych projektów z szybkimi układami.
My na szczęście na razie będziemy wyko- A teraz już możemy wziąć się za projekto-
rzystywać tylko niewielką część reguł. Na wanie płytki do omawianego wcześniej nie-
razie interesują nas dwie zakładki: Routing typowego generatora przebiegu sinusoidalne-
i Placement. go. Wszystkie potrzebne pliki zawarte są
Kliknij zakładkę Routing i zaznacz na nie- wprojekcie GenSin1.ddb umieszczonym na
biesko pierwszą regułę, czyli Clearence Con- naszej stronie internetowej w postaci spako-
straint i kliknij przycisk Properties. Otworzy wanej. Możesz wykorzystać wcześniejszy
się okno tej reguły. Chodzi o odstęp między projekt GenSin0.zip, gdzie też znajdziesz po-
punktami i ścieżkami. Minimalny odstęp 12 trzebny schemat. Na rysunku 23 przypomi-
milsów jest prawidłowy - nie zmieniaj go, nam ten schemat. Niewiele elementów, tylko
tylko kliknij OK. Zaznacz następną regułę Koniecznie zmień bezsensowne wartości re- dwa układy scalone, więc płytka będzie nie-
(Routing Corners). Możesz wybrać styl - po- guły Width Constraint dotyczącej szerokości wielka - niech ma wymiary 50x35mm. Oczy-
zostaw 45Degrees. Zmień natomiast wartości ścieżek (Minimum - 12, Maximum - 200mil, wiście będzie to płytka jednostronna.
wobu okienkach Setback na 25 oraz 200, jak Preferred - 30mil), jak pokazuje rysunek 20. Teraz dla wprawy, zgodnie ze wskazów-
pokazuje rysunek 18. Reguł z zakładek Manufacturing, High kami opisanymi wpoprzednim odcinku, zrób
Po kliknięciu OK zaznacz następną regu- Speed, Signal Integrity oraz Other nie musisz dwie płytki: jedną za pomocą kreatora (PCB
łę (Routing Layers) i otwórz jej okno, klika- dotykać. Wizard), drugą ręcznie. Oczywiście chodzi
Elektronika dla Wszystkich
Listopad 2002
22
Kurs Protela
w sumie tylko o obrys w warstwie KeepOut- ścić dolnego lewego rogu płytki w punkcie W dolnej części otwartego okna odznacz od
Layer. Pracujemy w mierze calowej, więc od o współrzędnych 2000, 2000 lub 1000, 1000. razu dwa okienka w ramce Classes, bo nie ko-
razu przeliczmy wymiary na milsy: Ja zmieniłem nazwy obu płytek na Gen- rzystamy z tzw. klas. Zwróć uwagę, że u góry
50mm*39,37=1968,5mil Reczna.PCB i GenWizard.PCB. pojawiła się zakładka Warnings, czyli ostrzeże-
zaokrąglamy do 1975 milsów. Ponieważ płytka będzie jednostronna, ko- nia. Kliknij ją i przekonaj się, wczym problem.
35*39,37=1377,95mil niecznie musimy użyć  tłuściejszych elementów Komunikat brzmi: 4 components have undefi-
zaokrąglamy do 1375 milsów. z odpowiedniej biblioteki  płytkowej . Czy zgo- ned footprint, co oznacza, że program nie może
W kreatorze podaj odstęp Keep Out Distan- dnie z moją prośbą stworzyłeś już taką bibliotekę? znalez
ć elementów biblioteki  płytkowej dla
ce From Board Edge równy zeru, co program Jeśli nie, we wspomnianym projekcie Gen- czterech elementów. Możesz kliknąć Preview
przyjmie po komunikacie ostrzegawczym. Przy Sin1.ddb umieszczonym, na naszej stronie in- Changes, ale ja radzę Ci kliknąć Report, i wte-
ręcznym rysowaniu obrysu nie zapomnij umie- ternetowej znajdziesz potrzebną bibliotekę. dy po niewielkim odsunięciu okna przeko-
nasz się, czego brak. Pokazuje to rysunek 24.
Brak obudów wzmacniacza operacyjnego
U1, baterii BAT1 oraz elementu IC1. Uzupeł-
nij od razu na schemacie dane dotyczące U1:
podwójnie kliknij każdy ze wzmacniaczy
i wpolu Footprint wpisz U8 (bo taką nazwę
ma obudowa w bibliotece Libtrax). A tak przy
okazji: jest to sygnał, że wbibliotece  sche-
matowej trzeba koniecznie uzupełnić infor-
macje o obudowie kostki TL072 i podobnych.
Tu od razu usuń kolejną trudność: wkaż-
Rys. 23 Oddzielnie dostępna jest też dej z czterech bramek U1 zmień obudowę
w projekcie Libtrax.ddb, z DIP-14 na U14.
Rys. 24 umieszczonym również Znacznik IC1 to nie element płytki, tylko
w spakowanej postaci na znacznik ustalający warunki początkowe do
naszej stronie internetowej. symulacji. Możemy go zignorować lub usu-
Mając na ekranie pusty nąć ze schematu. Ja go usunąłem.
projekt płytki, w lewym Podwójnie kliknij na symbolu baterii. Na
panelu kliknij zakładkę płytce nie będzie wprawdzie baterii, ale po-
Browse, wybierz z listy Li- trzebne będą punkty do dołączenia przewo-
braries i za pomocą przyci- dów. Wykorzystajmy tu jakikolwiek pasują-
sku Add dodaj bibliotekę cy element z biblioteki  płytkowej , na przy-
Libtrax.ddb. Ja potem kład rezystor. W polu Footprint wpisz R4.
(z pewnymi oporami) usu- Zwróć uwagę, że na schemacie nie ma punk-
nąłem domyślną bibliotekę tu wyjściowego, skąd będziemy odbierać czysty
Protela i pozostawiłem tyl- sygnał sinusoidalny. W zasadzie powinniśmy
ko swoją  Libtrax.lib. Ty dodać do schematu taki punkt, tworząc stosow-
nie musisz tego robić. ny element biblioteki schematowej. W wolnej
Otwórz schemat ideowy chwili dodaj taki element (np. o nazwie P), a na
generatora (GENSIN.SCH) razie pójdziemy na skróty i ręcznie umieścimy
i spróbuj załadować na płyt- na płytce dodatkowy punkt. Przy okazji zoba-
kę GenWizard.PCB elemen- czymy, jak Protel na to zareaguje.
ty schematu poleceniem D Piotr Górecki
P (Design, UpdatePCB). Ciąg dalszy w kolejnym numerze EdW.
Elektronika dla Wszystkich
Listopad 2002
23