4.4 Разработка ПП

После установки основных параметров необходимо сохранить текущий проект. Желательно, чтобы имя данного файла совпадало с именем файла, содержащего принципиальную схему.

Перед размещением на ПП компонентов или упакованной принципиальной схемы необходимо подключить необходимые библиотеки, используя команду Library > Setup или пиктограмму . Вид окна библиотек представлен на рисунке 12.

Рисунок 12 - Окно размещения компонентов

При отсутствии принципиальной схемы проекта компоненты расставляют на ПП по команде Place > Component или при нажатии пиктограммы . По команде Place > Connection (соответствует пиктограмме ) вводятся электрические связи между выводами компонентов.

При наличии принципиальной схемы, используя команду Utils > Load Netlist, загружают файл списка соединений.

Рисунок 13 - Загрузка файла списка соединений

Используя кнопку Netlist Format выбирается необходимый файл для загрузки, который содержит информацию об атрибутах компонентов и цепей.

В данном окне выбираются следующие опции:

- Optimize Nets (Оптимизация цепей) - вкл/выкл режима оптимизации списка соединений

- Reconnect Cooper (Переключить заливку) - вкл/выкл режима подсоединения к цепям, имеющихся на плате участков металлизации

- Check for Cooper Sharing - режим проверки наличия ошибок на плате с предварительно размещёнными компонентами.

- Merge Attributes (Favor Netlist) - слияние атрибутов списка цепей с атрибутами проекта при приоритете атрибутов из списка

- Merge Attributes (Favor Design) - слияние атрибутов списка цепей с атрибутами проекта при приоритете атрибутов из проекта

- Replace Existing Net Classes - замена существующих в проекте классов цепей

- Ignore Netlist Net Classe - игнорирование определения классов из списка

- Ignore Netlist Attributes - игнорирование атрибутов списка цепей

- Replace Existing Attributes - замена атрибутов проекта атрибутами из списка

После установки всех необходимых параметров производится автоматическая упаковка схемы на ПП. Результат упаковки представлен на рисунке 14.

Рисунок 14 - Результат упаковки схемы на ПП

Если расположение элементов и цепей не устраивает, можно вручную раздвинуть компоненты. После размещения компонентов полезно выполнить минимизацию длин соединений на плате путём перестановки компонентов и их выводов по команде Utils | Optimize Nets. Окно данной команды приведено.

В меню команды выбирают метод оптимизации:

- Auto - автоматическая оптимизация;

- Manual Gate Swap - перестановка эквивалентных секций компонентов вручную;

- Manual Gate Swap - перестановка эквивалентных выводов вручную.

При выборе автоматической оптимизации подключаются следующие опции:

- Gate Swap - перестановка секций;

- Pin Swap - перестановка выводов;

- Entire Design - оптимизация всего проекта;

- Selected Objects - оптимизация выбранных объектов.

4.5 Автоматическая трассировка ПП

Для автоматической трассировки необходимо выбрать один из трассировщиков, поставляемых совместно с P-Cad. Все трассировщики запускаются из редактора РСВ командой Route > Autorouters (Трассировка Автотрассировщики). В появившемся при этом окне Route Autorouters в списке Autorouter (Автотрассировщик) выбирается один из доступных трассировщиков. (Для выполнения данной лабораторной работы необходимо выбрать трассировщик QuickRoute).

В верхней части диалогового окна расположены кнопки, позволяющие выбрать или указать файл стратегии (правил) трассировки. По умолчанию имена этих файлов совпадают с именем проекта, имена двух последних имеют префикс R.

В группе Error Messages (Сообщение об ошибках) указывается направление вывода протокола трассировки.

Output to Screen - вывод на экран

Output to Log File - вывод в файл протокола

Output to Both - вывод на экран и в файл протокола

Layers (Слои) и Via Style (Стили переходных отверстий) вызывают стандартные окна редактора ПП для задания слоёв и их свойств.

Стратегия трассировки сводится к установке шага координатной сетки, задания ширины проводников, стиля переходных отверстий, используемых по умолчанию и выбору проходов трассировки. Шаг сетки выбирается в окне Routing Grid (Трассировочная сетка), ширина линии задаётся в окне Line Width.

Кнопка Passes (Проходы) открывает меню алгоритмов (проходов) трассировки Pass Selection (Выбор проходов), в котором выбирается один или несколько алгоритмов трассировки.

Проходы применяются в том порядке, в котором указаны в списке.

Wide Line Routing (трассировка широких линий)

Vertical (Вертикаль) - выполнение простейших соединений по вертикали на любом слое без использования переходных отверстий и с минимальным отклонением от прямых

Horizontal (Горизонталь) - выполнение простейших соединений по горизонтали на любом слое без использования переходных отверстий и с минимальным отклонением от прямых

`L' Routes (1 via) (L - образная трассировка с одним переходным отверстием) - формирование участка трассы, состоящего из вертикального и горизонтального фрагментов, расположенных на разных слоях и соединённых одним переходным отверстием

`Z' Routes (2 vias) (Z - образная трассировка с двумя переходными отверстиями) - формирование пересечения трёх проводников с двумя переходными отверстиями, имеющего форму Z.

`C' Routes (2 vias) (С - образная трассировка с двумя переходными отверстиями) - формирование пересечения трёх проводников с двумя переходными отверстиями, имеющего форму С.

Any Node (2 vias) (Любой узел с двумя переходными отверстиями) - аналогичен трём предыдущим

Maze Routes (Лабиринтная трассировка) - трассировка, способная найти путь для оптимальной прокладки проводника, если это физически возможно

Any Node (maze) (Любой узел (лабиринт)) - используется трассировка - лабиринт, но для наибольшего числа соединений проводники могут прокладываться необязательно оптимальным образом

Route Cleanup (Трассировка отчистки) - проход для улучшения внешнего вида ПП и её технологичности

Via Minimization (Минимизация переходных отверстий) - минимизация количества переходных отверстий

Если после проектирования на ПП остались не разведённые проводники, необходимо сделать ручную корректировку и повторно произвести трассировку.

С помощью команды Route > View Log (Трассировка > Просмотр отчёта) просмотрите протокол трассировки.

4.6 Проверка печатной платы на ошибки

Перед завершением разработки ПП необходимо по команде Utils | DRC (Design Rule Check) проверить ПП на соответствие принципиальной схеме и соблюдением допустимых технологических зазоров. В данном меню, окно которого приведено на рисунке 19, выбирают следующие правила проверок:

11) Netlist Compare - сравнение списка соединений текущей ПП с принципиальной схемой или другой ПП, список соединений которой задают по дополнительному запросу;

12) Netlist Violations - проверка соответствия электрических соединений проводников текущей ПП с исходным списком электрических связей проекта. При выполнении проверок объекты считаются физически соединёнными, если они перекрывают друг друга или зазор между ними равен нулю;

13) Unrouted Nets - неразведённые цепи;

14) Clearance Violations - нарушение зазоров;

15) Text Violations - нарушение зазоров между текстом, расположенным на сигнальных слоях , и металлизированными объектами;

16) Silk Screen Violations - нарушение зазоров между контактными площадками или переходными отверстиями и шелкографией;

17) Unconnected Pins - неподсоединённые выводы

18) Copper Pour Violations - наличие изолированных областей металлизации, нарушение зазоров контактных площадок с тепловыми барьерами;

19) Drilling Violations - проверка правильности сверления штыревых выводов, сквозных и глухих переходных отверстий;

20) Plane Violations - обнаружение наложенных друг на друга областей металлизации, неправильного подсоединения к ним контактных площадок и переходных отверстий, изолированных областей на слоях металлизации.

4.7 Параметры отображения

По умолчанию система P-CAD настроена на трассировку двухсторонних печатных плат, поэтому у некоторых пользователей возникают затруднения при автоматической трассировке односторонних печатных плат. Особых различий с трассировкой двухсторонних плат нет, только при разработке стратегии трассировки можно не только задать шаг сетки, ширину проводников по умолчанию, проходы трассировки, но и указать, какой сигнальный слой будет использоваться, а какой нет.

5. Распечатка ПП на принтере или плоттере

Для вывода результатов проектирования на печать используется команда File > Print (Файл > Печать)

Формирование заданий для печати производится в разделе Setup Print Jobs (Настройка заданий для печати).

Для распечатки чертежа верхнего проводникового слоя необходимо присвоить имя работы (Print Job Name). Набранное имя появиться в списке Print Jobs. Далее необходимо указать слои и информацию, которую необходимо распечатать.

После выбора необходимо нажать Modify (Изменить) для фиксации настроек.

Print Adjustments (Коррекция печати) - установка масштаба распечатки (Scale) расположение её на листе с помощью указания смещения левого нижнего угла в окнах (X/Y Offset). Для масштабирования изображения на всю страницу необходимо установить Scale to Fit Page.

Область печати устанавливается в группе Print Region (Область печати). Можно задать координаты левого нижнего и правого верхнего углов области печати. (координаты устанавливаются вручную либо щелчком кнопки мыши на рабочей области). Распечатка начинается с нажатия Generate Printouts.

Аналогично распечатывается нижний слой платы, разница только в том, что он будет представлен в виде зеркального отображения.

Для выполнения сборочного чертежа печатного узла необходимо сформировать отдельное задание, исключив из него информацию о ПП, заливках, полигонах и «комнатах» и дополнив проект необходимыми элементами. Как правило, показывается контур платы, её габариты и присоединительные размеры, приводится упрощенное изображение электрорадиоэлементов и крепёжных деталей с указанием позиционных обозначений. Задание для распечатки задаётся аналогично выше указанным способом, но выбирается Top Mask. Для размещения размеров и выносок необходимо создавать дополнительные слои. Для отображения посадочного места используется слой Top Silk. В группе Display Options для отображения позиционных обозначений электрорадиоэлементов необходимо установить флажок RefDes (Позиционное обозначение).

6. Схемотехническое моделирование

В P-CAD 2004 включены средства моделирования смешанных аналого-цифровых устройств.

Принципиальная схема моделируемого устройства создается с помощью схемного редактора P-CAD Schematic. При выборе режима моделирования в P-CAD Schematic, данные о принципиальной схеме автоматически передаются в вид списка соединений в управляющую оболочку системы Designer для составления задания на моделирование, собственно моделирования и просмотра его результатов. Основной проблемой при моделировании является разработка моделей радиоэлементов, особенно отечественных, т. к. точность построения модели определяет адекватность моделирования.

При помощи мощного пакета Mixed-Signal Circuit Simulator можно выполнить множество схемотехнических моделирований проектов в P-CAD Shematic.

6.1 Подготовка схемы к моделированию

Моделирование электрической принципиальной схемы электронного устройства, созданной в схемном редакторе PCAD Schematic, может быть проведено после ряда подготовительных операций:

1) Из схемы исключаются компоненты, не имеющие математических моделей (разъемы, элементы коммутации и т. п.).

2) Из схемы рекомендуется исключить функциональные узлы, непосредственно не влияющие на результаты моделирования, или такие функциональные узлы, которые можно заменить на источники сигналов и постоянных напряжений и токов (например, генераторы тактовых частот, источники и стабилизаторы напряжений питания и т. п.). Исключение таких функциональных узлов может существенно уменьшить время моделирования схемы.

3) При необходимости добавляются цепи внешней коммутации схемы (элементы, подключаемые к разъемам при проведении проверок схемы и т.п.).

4) В схему необходимо добавить источники питания и источники, формирующие входные сигналы, а также задать необходимые параметры этих источников.

5) Цепи «земля» должно быть присвоено стандартное имя GND.

6) Цепям питания цифровых микросхем должны быть присвоены стандартные имена (обычно VCC, VDD), которые должны соответствовать именам выводов питания в компонентах микросхем.

7) В свойствах пассивных компонентов схемы (резисторов, конденсаторов и т. п.) на вкладке «Symbol» корректируются или задаются номинальные значения параметров этих компонентов (параметр «Value»). Для всех пассивных компонентов схемы номинальные значения их параметров должны быть заданы. Все активные компоненты схемы должны иметь атрибуты моделирования, принадлежащие категории атрибутов «Simulation».

8) Необходимо обеспечить наличие файлов математических моделей всех используемых в схеме компонентов, в атрибутах которых имеются ссылки на такие файлы. Файлы моделей должны размещаться в директориях, указанных в атрибутах «SimFile» этих компонентов.

9) Цепям, которые входят в те узлы, сигналы в которых необходимо визуально оценить после моделирования, рекомендуется присвоить уникальные имена, для удобства ссылки на них.

После подготовки схемы для моделирования рекомендуется провести ее предварительную проверку, выбрав команду «Utils > Generate Netlist» редактора PCAD и сгенерировав список соединений в формате XSpice. Если при подготовке схемы были допущены ошибки, то при генерации списка соединений список этих ошибок выводится на экран и помещается в файл <имя проекта>.ERR. Такой проверкой отслеживаются ошибки типа «для компонента не найден файл модели», «в схеме нет цепи с именем GND» и т. п.

6.2 Создание символов компонентов

Информация, необходимая для выполнения моделирования, присваивается символами компонентов с помощью специальных атрибутов, перечень которых помещён в окне Attribute Category в разделе Simulation.

Приведём краткое описание атрибутов моделирования:

SimType - в готовом к моделированию компоненте первый атрибут моделирования, который описывается на закладке Attributes окна Properties.

Поле Value этого атрибута должно содержать следующую информацию: тип устройства, которое должно моделироваться, и префикс его позиционного обозначения согласно стандарту SPICE.

Синтаксис: <Device Type>(<SPICE Prefix>)

Тип устройства и префикс позиционного обозначения должны соответствовать стандартному SPICE - соглашению.

SimModel - в готовом к моделированию компоненте второй признак моделирования, который описывается на закладке Attributes окна Properties.

Поле Value этого атрибута должно содержать следующую информацию: Имя модели компонента.

Синтаксис: <model_name>

Если строка "<parttype>" введена в поле признака Value, то значение типа компонента на закладке Symbol автоматически присваивается как имя модели.

Типы компонентов такие, как резистор, ёмкость, катушка индуктивности и источники, которые внутренне определены и смоделированы в SPICE, не нуждаются во вводе в данном поле.

Цифровые устройства используют файл моделирования для вызова файла с цифровым Sim-кодом.

SimFile - в готовом к моделированию компоненте третий признак моделирования, который описывается на закладке Attributes окна Properties.

Поле Value этого атрибута должно содержать следующую информацию:

Местоположение файла, в котором может быть найдена модель, определенная в признаке SimModel. (Имя файла математической модели)

Синтаксис: {model_path}\<subpath>\<model_name>.<ext>

SimPins - в готовом к моделированию компоненте четвёртый признак моделирования, который описывается на закладке Attributes окна Properties.

Поле Value этого атрибута должно содержать следующую информацию:

Список выводов всех секций компонента.

Синтаксис: <part_no>:[<pin1>,<pin2>,<pin3>,...]...

Порядок, в котором введены выводы неважен, но удобнее найти номер вывода в наборе так, как это задано моделью. Это делается в прямом порядке, чтобы определить отображённый номер в SimNetlist. Чёткая информация часто детализируется в заголовке файла моделирования.

SimNetlist - в готовом к моделированию компоненте пятый признак моделирования, который описывается на закладке Attributes окна Properties.

Поле Value этого атрибута должно содержать следующую информацию:

Данные, с помощью которых в списке соединений схемы устанавливается соответствие между выводами компонентов и именами цепей, к которым они подключаются.

Синтаксис: <SPICE Data>|<SPICE Data line 2>|...

Данные, которые загружаются, могут быть взяты из списка соединений, и при этом могут ссылаться на другие атрибуты, размещённые в шестнадцати полях SimField. Знаком «процент» (%) отмечаются поля, на которые делаются ссылки. Могут использоваться следующие варианты:

%D - обозначение устройства: подстановка позиционного обозначения компонента

%1, %2, %3, .. %n - номер цепи, которая на схеме подключена к выводам компонента.

SimDefaults - в готовом к моделированию компоненте шестой признак моделирования, который описывается на закладке Attributes окна Properties.

Поле Value этого атрибута содержит дополнительную информацию. По умолчанию значения ряда параметров, приведённых в полях SimField

SimFields 1-16 - в готовом к моделированию компоненте атрибут моделирования SimField 1-16 может быть установлен на закладке Attributes окна Properties, содержит параметры, которые могут быть определены как только компонент был помещён на схему. Чтобы включить эти области в netlist моделирования, необходимо использовать %F1-16, %P, %P1-16 or %PARAMS синтаксис.

6.3 Выполнение моделирования

Меню моделирования состоит из двух команд: Run (Запуск) и Setup (Установки), которые позволяют управлять моделированием непосредственно в проекте после того, как были установлены критерии анализа.

Чтобы выполнять моделирование, все части, содержавшиеся в пределах проекта, должны быть моделируемы, то есть иметь модели моделирования, связанные с ними. Проект, содержащий немоделируемые части не будет моделироваться. Вместо этого будет произведена ошибочная регистрация, показывающая все ошибки, которые не позволяют моделированию проекта быть выполненным. Чтобы проверять имеет ли компонент модель моделирования, связанную с ним, используйте Library Index Spreadsheet.

Если выбрана команда Simulate > Run (Моделирование > Запуск), процесс моделирования выполнится сразу. Если была выбрана команда Simulate > Setup (Моделирование > Установки), то появится окно Analyses Setup (Установки анализа), которое позволит установить критерии исследований.

Критерии, которые могут быть установлены:

- Operating Point Analysis - расчет режима работы по постоянному току (расчет «рабочей точки») при линеаризации моделей нелинейных компонентов;

- Transient/Fourier Analysis - анализ переходных процессов и спектральный анализ

- DC Sweep Analysis - расчет режима по постоянному току при вариации одного или двух источников постоянного напряжения или тока;

- AC Small Signal Analysis - частотный анализ в режиме малых сигналов (для нелинейных схем выполняется в линеаризованном режиме в окрестности рабочей точки по постоянному току);

- Noise, Pole-Zero Analysis - расчет спектральной плотности внутреннего шума;

- Transfer Function Analysis - расчет передаточных функций в режиме малых сигналов

- Temperature Sweep Analysis - режим изменения температуры

- Parameter Sweep and Monte Carlo Analysis - изменение параметров элементов и статистический анализ по методу Монте Карло.

4.2 Моделирование участка схемы модуля логического

Моделируемый участок А схемы модуля логического состоит из импульсного генератора, источника напряжений +5В и микросхем (рисунок 26).

Интересующие цепи in, in1 и out.

В строке Collect Data For выбираем Active Signals (активные сигналы), т.е цепи на которых будут отслеживаться какие-либо параметры. В окне Available Signals выбираем сами цепи и с помощью стрелки переносим необходимые сигналы в окно Active Signals.

После всех проведённых настроек запускаем процесс моделирования (Run Analyses).

Размещено на Allbest.ru