Проектирование и конструирование электронных устройств в пакете программ P-CAD (технология печатных плат, элементы печатных плат
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«ЧИТИНСКИЙ
(ЧитГУ)
Институт переподготовки и повышения квалификации
Кафедра «Физика
и техника связи»
Контрольная работа
По дисциплине: Химия радиоматериалов
На
тему: Проектирование
и конструирование электронных устройств
в пакете программ P-CAD (технология печатных
плат, элементы печатных плат).
студент группы ТКС09 Москалев В.Л Проверил: |
Чита 2011
Содержание
Введение 3
1. Основные этапы проектирования радиоэлектронных устройств 4
2. Ввод исходных данных для проектирования 5
3. Проэктирование принципиальных электрических схем 7
4. Переход к топологии проектируемого устройства 8
5. Размещение компонентов по полю конструктива 11
6 Разводка конструктива 12
7. Вывод результатов на внешние устройства 13
Заключение 14
Список рекомендуемых источников 15
Введение
P-CAD Проектирование схем выдает законченный проект электрических схем под операционными системами Windows 95 Microsoft® ™, Windows 98 ™, Windows 2000 , или Windows NT ™.
P-CAD Проектирование
схем отличается набором программ,
функций, которые делают легким проектирование
и создание схем. Он включает мощную комбинацию
размещения, редактирования, и инструментальных
средств обзора, чтобы быстро достигнуть
результата проекта высшего качества.
1 Основные этапы
проектирования
Процесс проектирования радиоэлектронных устройств подразделяется на следующие основные этапы:
- Ввод исходных данных для проектирования:
- В виде принципиальной электрической схемы проектруемого устройства;
- В виде перечня элементов и списка соединений.
- Моделирование проектируемого устройства.
- Компоновка элементов схемы по корпусам.
- Переход к топологии проектируемого устройства.
- Топологическое проектирование:
- Размещение элементов по полю конструктива;
- Трассировка конструктива.
- Вывод результатов проектирования, составление документации.
Этап моделирования зачастую отсутствует, если не надо изобретать новое устройство или модернизировать старое. В данной работе процесс моделирования рассматриваться не будет, так как это достаточно объемный вопрос, требующий отдельного изучения.
Рассмотрим подробнее выполнение указанных операций в системе P-CAD1. В качестве проектируемого устройства была выбрана цифровая часть спектр-анализатора.
2 Ввод исходных данных для проектирования
Ввод исходных данных может производиться в графическом режиме в виде принципиальной электрической схемы или в текстовой форме в виде перечня элементов устройства и списка соединений. Второй вариант применяется редко, поэтому мы будем рассматривать первый вариант.
Создание чертежа принципиальной электрической схемы в системе P-CAD выполняется с помощью графического редактора PC-CAPS. Для создания чертежа схемы нужна элементная база – условные графические изображения (УГО) компонентов (символов) принципиальной электрической схемы. Такая элементная база может быть создана непосредственно в процессе проектирования, либо может быть использована заранее разработанная библиотека компонентов, созданная с помощью программы PC-LIB (предпочтительно использование профессионально выполненных библиотек, так как это может сэкономить массу сил и времени и уменьшить количество допущенных ошибок). Создание библиотеки УГО компонентов – наиболее трудоемкая и ответственная работа, так как ошибки, допущенные при создании УГО, проявляются не только на этапе рисования принципиальной электрической схемы но и позднее при упаковке базы данных ПП.
Процесс проектирования элемента принципиальной электрической схемы.
Проектирование элементов производится в символьном режиме работы PC-CAPS (режим SYMB). Каждый элемент хранится в отдельном файле символа компонента с расширением SYM. Данный файл включает УГО компонента, данные об упаковке (см. ниже) и дополнительную информацию.
Сначала
создается графическое
- Ввод контактов.
Сначала указывается тип вывода: входной (IN), выходной (OUT), двунаправленный (I/O) и т. д. Типы выводов используются при проверке схемы программой PC-ERC. Далее вводится имя вывода, являющееся обязательным. Процесс повторяется для всех контактов компонента.
- Ввод точки привязки.
Точка привязки используется при вводе элемента в схему. В качестве нее обычно выбирается левый нижний контакт.
- Ввод индивидуального имени элемента.
Индивидуальное имя элемента, соответствующее имени файла без расширения, используется в программе PC-LIB при создании подобных библиотечных компонентов.
- Идентификация типа компонента.
Тип компонента используется программами моделирования PC-LOGS и Pspice для идентификации компонентов устройств. Существует 258 числовых идентификаторов, каждый из которых соответствует определенному логическому типу.
- Проверка типа введенных контактов.
На данном этапе можно проверить типы введенных ранее контактов и изменить их по необходимости. Кроме того можно ввести коды эквивалентности контактов – идентификаторы, обозначающие взаимозаменяемость контактов.
- Ввод информации об упаковке компонента.
Указывается информация, необходимая для упаковки элементов в корпуса. Сначала вводится число вентилей в корпусе. Далее указывается место для вывода имени корпуса. После этого указываются места расположения номеров выводов и для каждого контакта вводится его номер в корпусе.
- Ввод атрибутов.
С помощью атрибутов вводится дополнительная информация, например, о цепях питания и земли. Для дискретных компонентов с помощью атрибута VAL можно задавать значения номинала сопротивления, емкости и т. д.
- Сохранение файла
Имя файла желательно вводить такое же, как и индивидуальное имя.
3 Проектирование принципиальных электрических схем
После создания символов всех элементов схемы можно приступать к проектирванию собственно принципиальной схемы. Оно выполняется в схемном режиме работы редактора PC-CAPS (режим DETL). База данных схемы хранится в файле .SCH.
При проектировании схемы выполняются следующие операции.
- Ввод символов элементов в схему.
- Ввод цепей в схему.
- Задание схемных имен элементов.
- Именование цепей.
- Изображение линий групповой связи (шин).
- Нанесение позиционных обозначений компонентов и номеров выводов.
- Сохранение изменений в файле.
После создания чертежа принципиальной электрической схемы его нужно перевести во внутренний формат P-CAD. Это выполняется с помощью программы-транслятора PC-NODES, составляющего файл списка электрических связей .NLT на основе информации, содержащейся в файле принципиальной схемы.
Если схема имеет несколько листов, т. е. состоит из нескольких файлов или содержит иерархические элементы, то все фрагменты схемы, оттранслированные программой PC-NODES далее объединяются с помощью программы PC-LINK.
4 Переход к топологии проектируемого устройства
При
топологическом проектировании создается
образ печатной платы, на которой будут
размещены компоненты, – конструктив.
Далее конструктив объединяется с конструкторско-
Как и в случае с элементами принципиальной электрической схемы, нужна библиотека образов компонентов печатной платы. Она создается с помощью программы PC-LIB. Если такой библиотеки нет, то конструкторские образы элементов создаются в процессе проектирования.
Создание конструкторских образов компонентов.
Конструкторские образы компонентов создаются в редакторе PC-CARDS в символьном режиме (SYMB). Графическое изображение конструктива компонента и некоторая дополнительная информация содержатся в файле .PRT
При проектировании образов компонентов выполняются следующие этапы:
- Создание образа компонента.
При создании рисунка конструктива необходимо точно следовать размерам элемента.
- Ввод контактов.
При вводе контакта указываются его тип и код эквивалентности, одинаковый у всех взаимозаменяемых контактов. Тип контакта задает диаметр отверстий, форму и размер контактных площадок и соответствует номеру диаграммы фотоплоттера. Далее указывается место будущего контакта и вводится его имя. Вводить контакты рекомендуется по порядку, так как помимо имен контактов им присваивается сквозная нумерация, используемая при упаковке вентилей в корпус.
- Ввод ключевых точек (точек привязки).
К данной
точке будет привязываться
- Ввод индивидуального имени элемента.
- Задание информации об упаковке компонента.
Сначала вводится код идентификации типа компонента, используемый при размещении компонентов по полю конструктива ПП и определяется тип выводов (планарные или штыревые). Затем проверяется правильность задания типа и кодов эквивалентности выводов. После этого задается упаковочная информация, включающая количество вентилей в корпусе, количество выводов в одной секции, имена выводов и их соответствие номерам выводов. При этом имена контактов в конструкторском образе должны соответствовать именам контактов в символах элементов принципиальной схемы. В связи с этим, чтобы избежать ошибок и упростить работу, информацию об упаковке целесообразно перенести из файла SYM с помощью программы PC-COMP.
- Создание атрибута Footprint.
Атрибут привязки используется при автоматическом размещении компонентов по конструктиву.
- Сохранение файла
Проектирование конструктива печатной платы.
Проектирование конструктива производится в редакторе PC-CARDS (режим DETL). Файл базы данных печатной платы имеет расширение .PCB
При создании образа конструктива рисуется его графическое изображение и вводятся область трассировки и различные области запрета операций. После этого вручную вводятся компоненты, положение которых должно быть зафиксировано (разъемы и др.).
Далее производится упаковка базы данных ПП, т. е. объединение конструктива с конструкторсими образами компонентов и перенос на конструктив соединений между элементами. Для этого, сначала необходимо создать текстовый файл соответствий конструкторских образов символам принципиальной схемы. Данный файл имеет расширение .FIL. Кроме информации о соответствии в данном файле указывается информация о подключении цепей питания и земли к микросхемам. С помощью информации, содержащейся в фале соответствий, программа PC-PACK заменит в базе данных проекта УГО компонентов их конструктивами.
Упаковка базы данных печатной платы.
Упаковка базы данных печатной платы выполняется программой PC-PACK на основе следующей информации:
- Файла списка электрических связей .NLT или .XNL.
- Файла конструктива печатной платы с предварительно размещенными компонентами .PCB.
- Файла перекрестных ссылок .FIL.
- Файлов образов компонентов .PRT.
Выходным файлом является файл с расширением .PKG.
5 Размещение компонентов по полю конструктива
Размещение,
как ручное так и автоматическое,
выполняется в программе PC-
- Разбиение элементов на группы путем задания атрибутов привязки.
- Задание количества сеток размещения.
- Привязка элементов к сеткам размещения через Footprint.
- Задание минимальных расстояний между дискретными компонентами и основными по 4 направлениям.
- Задание минимальных зазоров между компонентами по двум направлениям.
- Задание сеток размещения на конструктиве.
- Запуск авторазмещения.
После окончания процесса размещения, могут остаться неразмещенные элементы. Они помещаются под конструктив и размещаются вручную.
6 Разводка конструктива
После
того, как компоненты размещены по
полю конструктива можно приступить
к трассировке связей. Ручная трассировка
выполняется в редакторе PC-
Основные этапы при автоматической трассировке следующие:
- Написание файла стратегии трассировки .CTL, содержащего следующие разделы:
1.1 Основные параметры трассировки – задание сеток трассировки для волнового алгоритма, алгоритма трассировки, порядка разводки связей, диагональной разводки, минимизации переходных отверстий, сглаживания углов ;
1.2 Дополнительные параметры трассировки – типы переходных отверстий, сетка переходных отверстий, задание областей трассировки, количества проходов на слой, расстояния до края конструктива, цены переходных отверстий, преобладающего размещения компонентов и др.;
1.3 Параметры перетрассировки (RIP-UP) – задание числа проходов основного алгоритма трассировки, Rip-Up и алгоритма оптимизации числа переходных отверстий, задание цен на повторные проходы.
1.4 Правила для проводников – ширина проводников, расстояния между проводниками и контактами.
1.5 Классы цепей – задание правила для проводников, приоритета разводки, слоев разводки и перечисление цепей, входящих в данный класс.
1.6 Описание слоев – указание числа слоев разводки и задание приоритетных направлений разводки по слоям.
- Запуск автоматической трассировки.
Разведенная плата запоминается в файле с расширением .PCB
7 Вывод результатов на внешние устройства
Для
вывода графического изображения принципиальной
схемы, образа печатной платы с размещенными
компонентами и разведенными связями
следует подготовить специальные файлы
для вывода на внешние устройства, имеющие
расширение .PLT. Для этого используются
рафические редакторы PC-CAPS и PC-CARDS. Далее
подготовленные файлы выводятся на внешние
устройства с помощью специальных программ.
Заключение
В процессе проектирования печатной платы были получены результаты, приведенные на прилагающихся распечатках и были сделаны следующие выводы.
Система P-CAD является достаточно мощным инструментом для проектирования радиоэлектронных устройств, позволяющим выполнять весь цикл проектирования от синтеза структуры устройства до выпуска конструкторской документации. Единственный недостаток данной системы – слегка неудобный интерфейс не позволяющий быстро и эффективно устранять возникающие ошибки, особенно начинающим пользователям.
Список рекомендуемых источников
- Пасынков в.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники: Учебник. Изд. «Лань», 2003.- 368 с.
- Уваров А.С. P-CAD. Проектирование и конструирование электронных устройств. – М.: «Горячая линия - Телеком», 2004. – 760 с.
- Гребнев А.К. и др. Оптоэлектронные элементы и устройства Под ред. Ю.В. Гуляева. – М.: Радио и связь, 1998.-336 с.
- Дружинин А.П. Вопросы электронной теории металлов. Курс лекций. Чита: ЧитГУ, 1997. – 258 с. Часть 1.
- Дружинин А.П., Свешников И.В. Вопросы электронной теории металлов. Курс лекций. – Чита: ЧитГУ, 1999. – 29 с. Часть 2.
- Проектирование и моделирование двигателя внутреннего сгорания
- Проектирование инженерных сооружений
- Проектирование инженерных сооружений водоснабжения
- Проектирование информационной системы деятельности специалиста по маркетингу торговой организации (на примере ООО «Верона»)
- Проектирование информационной системы компании IT-Сервис
- Проектирование информационной системы на примере АРМ кладовщика при помощи CASE-средства BPWin
- Проектирование информационной системы оперативно-диспетчерского управления производством муки
- Проектирование здания двухэтажное с высотой этажа 2,8 м
- Проектирование здания станции технического обслуживания автомобилей
- Проектирование зубчатой передачи
- Проектирование и внедрение системы бюджетирования на предприятии
- Проектирование и изготовление ветряка,антенны и фонарика
- Проектирование и исследование ИАИСУ различного целевого назначения
- Проектирование и конструирование универсального щупа-индикатора