Разработка печатной платы в DipTrace

Размещено на http://www.allbest.ru

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ DIPTRACE

2. РАЗРАБОТКА ТОПОЛОГИИ ПП ГЕНЕРАТОРА ВЫСОКОЧАСТОТНОГО

2.1 Порядок создания библиотеки радиоэлектронных компонентов в системе DipTrace

2.2 Создания электрической принципиальной схемы в DipTrace

2.3 Формирование топологии ПП в системе DipTrace

2.4 Проверка ПП в системе DipTrace

2.5 3D-МОДЕЛЬ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



ВВЕДЕНИЕ

Под проектированием понимается процесс создания прототипа прообраза объекта, необходимого для изготовления объекта. Под объектом проектирования понимают любой объект, еще не существующий в действительности. Это могут быть машины, процессы, вычислительные системы, системы управления и т. д. В процессе проектирования приходится перерабатывать и использовать большое количество информации, технических данных, большое количество вычислений. Поэтому в современных системах проектирования активно используют систему автоматического проектирования (САПР). САПР - это комплекс программно - технических средств автоматического проектирования взаимосвязанных с необходимыми подразделениями проектной организации, выполняющих автоматическое проектирование [1].

При создании сложных технических систем временная регламентация работ обуславливает выделение этапов проектирования, а детализация представлений о системах и подсистемах с отображением их свойств с определенной степенью подробности обуславливает выделение уровней проектирования. Типовыми этапами проектирования являются следующие:

Этап научно-исследовательских работ, т.е. технического предложения. Данный этап оканчивается формулированием принципиальных возможностей построения системы, определением ее основных физических и технических средств, элементов структуры и программного обеспечения.

Этап эскизного проектирования. Включает в себя детальную проработку возможности построения системы, укрупненную, функционально-логическую и конструкторско-технологическую реализацию ее подсистем, синтез различных устройств или применение типовых решений, обеспечивающих выполнение заданного закона функционирования, а также защиту от отказов и сбоев в условиях влияния помех, а также эффективное преобразование информации и сопряжение подсистем друг с другом и с устройствами ввода-вывода и магистралями, разработку структуры программного обеспечения.

Этап технического и рабочего проектирования. Заканчивающиеся проработкой принятых программно-аппаратных решений, схемотехники и конструкций отдельных устройств, блоков, подсистем и системы в целом с учетом заданных технико-экономических критериев оптимизации, технических и эксплуатационных ограничений.

Этап рабочих испытаний, оканчивающийся экспериментальной проверкой выбранных решений по системе, оценкой точностных, временных, надежностных характеристик на соответствия требованиям технического задания.

В данной курсовой работе будет проектироваться печатная плата для электрической схемы высокочастотного генератора. Печатная плата -- это изделие, представляющее собой изоляционное основание с нанесённым на его поверхность плоскими печатными проводниками, монтажом или печатной схемой. Основными достоинствами печатных плат являются: увеличение плотности монтажа и возможность микроминиатюризации изделий, гарантированная стабильность электрических характеристик, повышенная стойкость к климатическим и механическим воздействиям, унификация и стандартизация конструктивных изделий, возможность комплексной автоматизации монтажно-сборочных работ.



1. СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ DIPTRACE

В данной курсовой работе для создания печатной платы будет использована программа DipTrace. Эта программа автоматически проектирует печатную и монтажную плату изделия по ее электрической схеме, имеет большой выбор элементов около 40 тысяч, возможность редактирования элементов и корпусов; удобство и простота при ее использовании значительно экономит время и средства.

Программный пакет DipTrace представляет собой полнофункциональную систему для разработки принципиальных схем и печатных плат. Включает в себя четыре программы [2]:

1. DipTrace - проектирование плат с удобной интерактивной и автоматической трассировкой. Разработка печатных плат с удобной ручной трассировкой и позиционированием компонентов, мощным автотрассировщиком, возможностью копирования готовых узлов между иерархическими блоками. Программа обладает продвинутыми опциями проверки проекта в том числе Real-Time DRC, которая отображает возможные ошибки еще до их совершения.

Импорт файлов проекта, списков соединений ("нетлислов") и производственных файлов позволит использовать предыдущие наработки. Корпуса на плате можно расположить вручную, в том числе с помощью инструмента "Позиционирование по списку", либо автоматически, в соответствии с настройками и оптимальной длинной будущих дорожек. Для достижения наилучших результатов лучше использовать комбинацию этих методов.

2. Schematic - создание принципиальных схем с последующей возможностью перевода их в платы. DipTrace Schematic Capture поддерживает многолистовые и многоуровневые иерархические схемы и позволяет с легкостью создавать связи между выводами визуально и логически, по именам, без соединений, c помощью сетевых портов и шин. Проверка связей (ERC) и верификация иерархии помогают избежать ошибок при создании проекта. Схемотехника импортирует и экспортирует данные из многих электронных САПР - PCAD, OrCAD, PADS и других. Импорт / Экспорт

DipTrace позволяет обмениваться схемами и чертежами с другими САПР-системами (DXF, P-CAD, PADS, OrCAD, Eagle). В том числе в виде списков соединений - Accel, Allegro, Mentor, Protel и Tango.

3. SchemEdit, ComEdit - редактор корпусов для печатной платы, редактор компонентов. Рисование символов схемотехники и связка их с корпусами. включает редакторы компонентов и корпусов, которые тесно интегрированы между собой. Множество стандартных шаблонов значительно облегчают создание нужного корпуса. Функции массового переименования, нумерации и редактирования - отличные инструменты для сложных многосекционных компонентов с сотнями выводов.

3D-предпросмотр работает внутри PCB Layout и редактора корпусов. 3D предпросмотр с аппаратным ускорением позволяет увидеть трехмерную модель разрабатываемой платы на всех этапах с установленными на ней компонентами. Пользователь может вращать модель во всех плоскостях, менять масштаб, цвета и много другое. Плату можно экспортировать в механические САПР-системы. DipTrace предлагает более чем 3,5 тыс. моделей, а также возможность импортировать STEP, IGES, VRML и 3DS модели корпусов.



2. РАЗРАБОТКА ТОПОЛОГИИ ПП ГЕНЕРАТОРА ВЫСОКОЧАСТОТНОГО

Создание любого электронного устройства включает в себя следующие этапы:

Разработка принципиальной электрической схемы, перечня элементов.

Разработка конструкции печатной платы.

Подготовка к производству и изготовление печатных плат.

Одним из вариантов использования модулей системы DipTrace при проектировании узлов печатных плат является следующий порядок выполнения операций:

Создание библиотеки радиоэлектронных компонентов включает в себя три этапа:

Создание условного графического обозначения (УГО) символа компонента;

Создание посадочного места и корпуса радиоэлектронного компонента (РЭК);

Упаковка РЭК и формирование библиотеки.

Разработка схемы электрической принципиальной с помощью графического редактора Schematic Capture.

После создания принципиальная электрическая схема проверяется на наличие грубых ошибок (замыкание на «землю» выхода логического элемента). Остальной тип ошибок при создании принципиальной электрической схемы является следствием невнимательности проектировщика (90%), поэтому процесс создания схемы требует тщательности и очень серьезного внимания от проектировщика [3].

Формирование контура ПП и размещение конструктивных элементов на ней с помощью графического редактора PCB Layout.

Трассировка проводников ПП:

в ручном и интерактивном режимах средствами графического редактора PCB Layout;

в автоматическом режиме программами модуля PCB Layout Autorouters, вызываемым из управляющей оболочки PCB Layout.

2.1 Порядок создания библиотеки радиоэлектронных компонентов в системе DipTrace

DipTrace имеет интегрированные библиотеки, которые содержат графическую информацию о символах и типовых корпусах компонентов и текстовую упаковочную информацию. В интегрированной библиотеке каждому символу могут быть сопоставлены несколько вариантов корпусов. Библиотеки легко пополняются с помощью графических редакторов, а упаковочная информация о цоколевке компонентов, логической эквивалентности выводов и т.п. координируется администратором библиотек.

Создание и редактирование библиотек компонентов и их посадочных мест осуществляется с помощью программ Component Editor и Pattern Editor. Также в эти программы входят средства поиска, импорта атрибутов компонентов, верификация библиотек, составление списков соответствий выводов символов и корпусов компонентов и средства просмотра параметров компонентов.

Символьное изображение (файл .eli) представляет собой условное графическое изображение компонента и используется при создании принципиальной электрической схемы.

Конструкторско-технологический образ компонента (файл .lib) представляет собой сведения о типе выводов (штыревые или планарные) и конструктиве (форме) корпуса.

Конструкторско-технологические образы для отдельных типов компонентов могут совпадать (когда разные компоненты упаковываются в одинаковые корпуса), но символьные изображения все равно отличны друг от друга.

Информация об именах выводов, номерах выводов подключающихся к земле и питанию и о типе корпуса берется из соответствующих справочников [4].

Новая библиотека создается следующим образом:

Запускается редактор Component Editor.

Выполняется команда Новая библиотека и задается его имя Библиотека.eli.

Для примера рассмотрим порядок создания УГО резистора.

Сначала задается название и метка компонента, используя соответствующие поля на панели свойств компонента (Рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 - Панель свойств компонента

Выбирается “Вывод” в правом верхнем углу окна, затем, перемещая курсор в область построения, размещаются два вывода щелчком левой кнопки мыши. Существует возможность вращения вывода, нажимая клавишу “R”.

Выбирается “Прямоугольник” и размещаются границы резистора в слое шелкографии. Выводы должны быть установлены по сетке 0.1, поэтому прямоугольник нужно сделать по сетке 0.05 (Ctrl+, Ctrl - для быстрого изменения сетки). Символ резистора готов (Рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 - Условно-графическое обозначение резистора

Далее необходимо присоединить корпус (предварительно созданный в редакторе Pattern Editor) для возможности создания платы из схемы, содержащей данный резистор: Выбирается “Компонент / Привязка к корпусу” в главном меню. В появившемся диалоговом окне производится соединение выбранного корпуса из списка добавленных библиотек с УГО резистора (Рисунок 2.3). Также можно уточнить связь между выводами символа и корпуса используя список связей, этот метод более предпочтителен для средних и больших компонентов. Номера выводов могут быть заданы и с помощью таблицы выводов (выбрать “Компонент / Таблица выводов” в главном меню и открыть ее) или из диалога свойств вывода [5].



Рисунок 2.3 - Привязка корпуса к УГО резистора

Резистор готов, он содержит и символ схемотехники и корпус для PCB.

Создание корпуса в редакторе PCB Layout осуществляется похожим способом.

2.2 Создания электрической принципиальной схемы в DipTrace

Принципиальная электрическая схема определяет полный состав элементов и связей между ними и дает детальное представление о принципах работы объекта проектирования. Принципиальная электрическая схема служит основанием для разработки других конструкторских документов: схемы соединений, чертежей печатных плат и перечня элементов.

Каждая схема должна быть оформлена как самостоятельный конструкторский документ, которому присваивается обозначение по ГОСТу 2.201-80 (АБВГ.ХХХХХХ.ХХХ ЭЗ).

На каждом документе (внизу справа) помещают основную надпись. В графах основной надписи указывают:

1) наименование изделия и документа в именительном падеже единственного числа. Наименование, состоящее из нескольких слов, начинают с имени существительного. Например, «Блок комбинированный. Схема электрическая принципиальная».

2) обозначение документа, составленное в соответствии с ГОСТ 2.201--80; на всех листах одного документа указывают одно и то же обозначение.

3) обозначение материала. Графу заполняют только на чертежах деталей.

4) наименование или различительный индекс предприятия- разработчика. Графу не заполняют, если различительный индекс содержится в обозначении документа.

На схеме изображают все элементы, в виде условных графических обозначений. Каждый элемент схемы должен иметь позиционно-буквенное обозначение. Порядковые номера присваиваются, начиная с 1-го для каждого типа РЭК (DD1, DD2 или С1,С2), в соответствии с последовательностью расположения элементов на схеме сверху вниз, в направлении слева направо.

Позиционное обозначение проставляется рядом с графическим изображением, с правой стороны или сверху. При изображении элемента разнесенным способом его позиционное обозначение проставляется около каждой части (DD1.1, …DD1.4).

При выпуске документа принципиальной электрической схемы обязательно совместно с ней выпускается перечень элементов, который помещают на первом листе схемы или выполняют в виде самостоятельного документа. Перечень оформляют в виде таблицы заполняемой сверху вниз.

В графах таблицы указывают следующие данные:

в графе «Поз. Обозначение» - позиционные обозначения элементов функциональных групп;

в графе «Наименование» - для элемента: наименование в соответствии с документом, на основании которого этот элемент применен, и обозначение этого документа (основной конструкторский документ, государственный стандарт, отраслевой стандарт, технические условия) - для функциональной группы «наименование»;

в графе «Примечание» - рекомендуется указывать технические данные элемента, не содержащиеся в его наименовании. В последнее время, в связи с широким применением импортной элементной базы, в этой графе указывают аналоги или альтернативную фирму-производителя.

При выполнении перечня элементов на первом листе схемы его располагают, как правило, над основной надписью. Расстояние между перечнем элементов и основной надписью должно быть не менее 12 мм. Продолжение перечня элементов помещают слева от основной надписи, повторяя шапку таблицы.

При выпуске перечня элементов в виде самостоятельного документа его код должен состоять из буквы «П» и кода схемы, к которой выпускают перечень, например, код перечня элементов к принципиальной электрической схеме - ПЭЗ. При этом в основной надписи указывают наименование изделия, а также наименование документа «Перечень элементов».

На принципиальной электрической схеме изображают РЭК либо в виде условных графических обозначений, либо в виде прямоугольников. Линии взаимосвязи, буквенно-цифровые обозначения, таблицы, текстовую информацию, например, о питании интегральных микросхем, и помещают в основную надпись. Условные графические обозначения элементов выполняются в соответствии с ЕСКД.

Толщина линий выбирается в пределах 0,2..1,0 мм. Рекомендуемая ширина 0,3..0,4 мм. Условные графические обозначения и линии соединений выполняются одной толщины. Утолщенными линиями обычно выполняются общие шины.

Тип линии определяется изображаемым объектом:

сплошной линией - обозначают электрические связи, условные графические обозначения элементов и т.п.;

штриховой линией - электрические, магнитные экраны и механические связи;

штрихпунктирной линией - функциональные группы компонентов.

При выполнении схемы устанавливается просвет между соседними линиями условных графических обозначений не менее 1 мм, между отдельными линиями условных графических обозначений - не менее 2 мм, между соседними линиями связи (цепями) - не менее 3 мм. Линии соединений должны состоять из горизонтальных и вертикальных отрезков, для некоторых схем в виде исключения допускается выполнение линий связи под углом 45°. Линии связи должны иметь минимальное количество пересечений и изломов.

Создание схемы электрической принципиальной

Запустить графический редактор Schematic Capture.

Настроить конфигурацию графического редактора. Для этого необходимо:

Установить размер страницы и чертежной рамки: Файл / Параметры страницы. Затем в нижней части окна установить “Показывать рамку и штамп” и “Показывать лист”.

Выбрать шаг сетки 1мм из раскрывающегося списка: Вид/Шаг сетки.

Установить элементы. Для этого наводим курсор мыши на панель библиотек и из нужной библиотеки выбираем необходимый элемент и размещаем на рабочее поле.

Провести связь. Для этого подводим курсор к выводу одного элемента и нажимаем левую кнопку мыши.

Провести электрические цепи между выводами элементов (Рисунок 2.4). Чтобы соединить выводы элементов, надо щелкнуть левой кнопкой на одном выводе и, переместив курсор ко второму выводу, щелкнуть левой кнопкой еще раз.

Рисунок 2.4 - Смоделированная принципиальная электрическая схема

Проверить возможные синтаксические ошибки, допущенные при создании схемы. Для этого выполнить команды Проверка/Проверка связей (ERC). После этого программой производится поиск ошибок, результаты которого выводятся в текстовом файле с расширением .ERC (Рисунок 2.5).

Рисунок 2.5 - Результаты проверки ERC

Для записи сформированной схемы выполнить команды Файл/Сохранить как. Откроется диалоговое окно, в котором необходимо указать папку для хранения проекта.

Для упаковки схемы на ПП (размещения на ПП корпусов ЭРЭ с указанием электрических связей между ними в соответствии с принципиальной схемой) ее надо записать в виде списка соединений. Последний включает в себя список ЭРЭ и цепей с указанием номеров выводов ЭРЭ, к которым они подключены. Для этого необходимо выполнить команду Файл/Преобразовать в плату. Принципиальная схема устройства защиты радиоаппаратуры от превышении сетевого напряжения готова.

2.3 Формирование топологии ПП в системе DipTrace

Топология ПП представляет собой наглядное изображение проектируемой платы. Топология ПП включает: границы ПП, корпуса РЭК с посадочными местами, электрические соединения, печатные проводники, переходные отверстия (ПО) и крепежные отверстия, маркировку элементов, а также другую информацию необходимую для удобства проектирования, изготовления и эксплуатации изделия.

Топологию ПП формируют в графическом редакторе PCB Layout. В системе DipTrace предусмотрена ручная, и автоматическая трассировка соединений ПП.

Система DipTrace включает несколько программ автоматической трассировки печатных проводников, которые вызываются из редактора PCB Layout.

Программа Grid Router реализует сеточную технологию и позволяющая разводить несложные платы, в том числе с перемычками. Трассировщик Shape Router основан на бессеточной технологии и реализует принципы оптимизации нейронных сетей. Программа реализует такие алгоритмы, которые стремятся получить 100% трассировки соединений. Работает программа в автоматическом, интерактивном и ручном режимах.

Критериями качества результатов трассировки являются следующие: процент реализованных соединений; суммарная длина проводников; число монтажных слоев; число межслойных переходов; равномерность распределения проводников; минимальная область трассировки; минимизация длины параллельных участков близко лежащих проводников и др. При трассировке необходимо их учитывать.

Порядок размещения ЭРЭ на печатной плате в системе DipTrace

Разработка печатной платы начинается с экспорта созданной принципиальной схемы в программу PCB Layout. При этом на рабочем поле отображаются корпуса всех элементов, из которых состоит принципиальная схема, и связи между ними (Рисунок 2.6)

печатная плата генератор

Рисунок 2.6 - Принципиальная схема, экспортированная в PCB Layout

Осуществить компоновку элементов схемы можно как вручную, так и автоматически. Для запуска автоматического позиционирования элементов необходимо выполнить Позиционирование/Запуск авто-позиционирования. Перед запуском авто компоновки можно редактировать параметры позиционирования: Позиционирование/Настройки позиционирования. В результате программа находит оптимальное расположение компонентов (минимум пересечения связей, минимальная длина связей) (Рисунок 2.7).



Рисунок 2.7 - Результаты авто-позиционирования

При осуществлении компоновки печатной платы более оптимальным вариантом является сочетание авто компоновки и позиционирования компонентов вручную.

Трассировка цепей ПП в системе DipTrace

Далее осуществляется трассировка линий связей между компонентами. Программа PCB Layout позволяет трассировать плату как в ручном, так и в автоматическом режиме. Перед тем, как начать трассировку ПП необходимо нарисовать ее границы: Объекты/границы платы. Для осуществления авто-трассировки выберем Shape Router трассировщик: Трассировка/Выбор авто-трассировщика/Shape Router (Рисунок 2.8). Перед выполнением команды определимся с ее параметрами: Трассировка/параметры авто-трассировки. В частности, в параметрах можно указать количество слоев трассировки: 1 или 2.



Рисунок 2.8 - Результаты автотрассировки

2.4 Проверка ПП в системе DipTrace

После разработки рисунка ПП его необходимо проверить на соответствие исходной принципиальной схеме и соблюдение технологических ограничений. Для это необходимо выполнить команду Проверка/Показать ошибки трассировки. Параметры проверки можно задать с помощью команды Проверка/Параметры проверки ошибок. В появившемся окне можно указать:

Минимальную ширину трасс

Минимальное расстояние между краями соседних элементов проводящего рисунка

Минимальные размеры металлизированных отверстий

Минимальная толщина металлизации

Результат ошибок трассировки отображается в виде таблицы ошибок (Рисунок 2.9)



Рисунок 2.9 - Таблица ошибок трассировки ПП

2.5 3D-модель печатной платы

Рисунок 2.10 - 3D-модель ПП

3D предпросмотр с аппаратным ускорением позволяет увидеть трехмерную модель разрабатываемой платы на всех этапах с установленными на ней компонентами (Рисунок 2.10). Пользователь может вращать модель во всех плоскостях, менять масштаб, цвета и много другое. Плату можно экспортировать в механические САПР-системы.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения курсового проекта была создана принципиальная электрическая схема и разработана топология печатной платы устройства защиты радиоаппаратуры от превышения сетевого напряжения в системе автоматизированного проектирования DipTrace.

Были систематизированы, закреплены и расширены теоретические знания по предмету «СAD-системы», привиты навыки самостоятельного решения задач автоматизированного проектирования РЭС с помощью САПР DipTrace 2.4.

Знания, полученные при изучении САПР DipTrace, помогут в дальнейшем освоить любые другие САПР.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Zade L.A. The concept of a linguistic variable and its application to approximate reasoning. Part 1, 2, 3 // Information Sciences, n. 8 pp.199-249, pp.301-357; n. 9 pp. 43-80.

2. Прикладные нечеткие системы: Перевод с япон./ К. Асаи, Д. Ватада, С. Иваи и др.; под ред. Т. Тэрано, К. Асаи, М. Сугено. - М.: Мир, 1993.

3. Книга по работе в DipTrace 2.3. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.diptrace.com/rus

4. Иванова Н.Ю. Информационные технологии проектирования ЭВС. Методическое пособие: / Под ред. Н.Ю. Иванова, Е.Б. Романовой; М-во образования Рос. Федерации. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2007

5. Курейчик В.М. Математическое обеспечение конструкторского и технологического проектирования с применением САПР. Курейчик, В.М; учебник для вузов. - М.: Радио и связь. 1990.

Размещено на Allbest.ru