Разработка печатного узла электронной схемы усилителя

Реферат

Разработка печатного узла электронной схемы усилителя.

Цель работы — изучение принципа работы САПР P_CAD 2004.

В курсовом проекте рассматривается: создание библиотеки компонентов схемы, создание электрической схемы, автоматическая трассировка проводников печатной платы, размещение конструктивных элементов на печатной плате.

Пояснительная записка выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2007.

Проектирование современной радиоэлектронной аппаратуры невозможно без применения средств автоматизированного проектирования. Для проектирования узлов печатных плат (ПП) широкое распространение получила система Р-CAD, достаточно длительное время успешно применяемая в организациях и на предприятиях России. Эта система позволяет выполнить полный цикл проектирования ПП, включающий создание условных графических обозначений (УГО) электрорадиоэлементов (ЭРЭ), разработку посадочных мест ЭРЭ на ПП, ввод и редактирование электрических схем, упаковку схем на ПП, размещение ЭРЭ на печатных платах, ручную, интерактивную и автоматическую трассировку проводников, контроль ошибок в схеме и на ПП и выпуск конструкторско-технологической документации.

Система P-CAD 2004 представляет собой интегрированный пакет программ, предназначенный для проектирования многослойных печатных плат (ПП) радиоэлектронных средств (РЭС). Она адаптирована к операционной среде Windows и использует все настройки и возможности последней.

P-CAD 2004 включает в себя следующие программные модули: P-CAD Library Executive, P-CAD Schematic, P-CAD PCB, P-CAD Autorouters, Symbol Editor, Pattern Editor, InterPlace PCS, Relay, Signal Integrity

Утилита Library Executive (Администратор библиотек) состоит из программы Library Manager (Менеджер библиотек), редактора символов элементов Symbol Editor и редактора посадочных мест Pattern Editor электра радиоэлементов (ЭРЭ) на ПП.

P-CAD Schematic — графический редактор электрических схем. Он предназначен для разработки электрических принципиальных схем и может применяться для создания условных графических обозначений (УГО) отдельных ЭРЭ (файлы с расширением .sch).

P-CAD PCB — графический редактор ПП. Предназначен для проектирования конструкторско-технологических параметров ПП. К ним относятся: задание размеров ПП, ширина проводников, величина зазоров, размер контактных площадок, диаметр переходных отверстий (ПО), задание экранных слоев, маркировка, размещения ЭРЭ, неавтоматическая трассировка проводников и формирование управляющих файлов технологическим оборудованием

P-CAD Autorouters предназначен для автоматической трассировки проводников ПП Включает два авто трассировщика: программу Quick Route для проектирования рисунка ПП не очень сложных электрических схем и бессточный трассировщик Shape-Based Router, предназначенный для проектирования многослойных ПП с высокой плотностью расположения ЭРЭ.

Symbol Editor — редактор символов элементов (файлы с расширением .sym). Предназначен для создания условных графических обозначений символов ЭРЭ электрических схем.

Pattern Editor — редактор посадочных мест (файлы с расширением .pat). Предназначен для разработки посадочных мест для конструктивных ЭРЭ на ПП.

InterPlace PCS — программа интерактивного размещения ЭРЭ. Relay — программа просмотра ПП, расстановки ЭРЭ на ней, задания основных атрибутов, контроля технологических ограничений Signal Integrity — программа анализа электрических параметров ПП

SPECCTRA — программа размещения ЭРЭ на ПП, ручной, интерактивной и автоматической трассировки проводников. Благодаря бессточной технологии является очень эффективным трассировщиком ПП высокой степени сложности и с высокой плотностью размещения ЭРЭ. Информация о ПП в SPECCTRA передается через редактор РСВ.

1. Постановка задачи

Принципиальная схема измерителя электромагнитной индукции показана на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 — Схема электрическая принципиальная В состав схемы входит: десять сопротивлений, четыре конденсатора, два транзистора.

2. Создание библиотеки компонентов схемы.

2.1 Создание условных графических обозначений электрорадиоэлементов

Создание условных графических обозначений электрорадиоэлементов осуществляется с помощью графический редактор P-CAD Symbol Editor, который содержит набор команд, позволяющих создавать символы ЭРЭ. Symbol Editor работает с файлами отдельных символов (.sym) и библиотек (.lib). Запускается программа нажатием кнопки «Пуск» с последующим выполнением команд «Программы», «Р-CAD 2004» и «Symbol Editor». В том случае, если на компьютере запущена одна из программ P-CAD 2004, необходимо левой кнопкой (ЛК) мыши щелкнуть по команде Utils (служебные команды). Откроется выпадающее меню, в котором несколько пунктов начинаются с аббревиатуры Р-CAD. Щелчок мыши по Symbol Editor запустит программу. При этом действующая программа не закроется, а только свернется, и к ней всегда можно будет вернуться.

2.2 Создание библиотеки электрорадиоэлементов

В процессе разработки печатной платы нам понадобится библиотеки, в которой будут храниться упакованные библиотечные элементы.

Библиотека создается следующим образом рисунок 2.1.

Выполняется команда Library New (Новая библиотека).

В окне Library New задается имя библиотеки.

Нажимается кнопка Save.

Рисунок 2.1 — Создание библиотек

2.3 Порядок создания условно графических элементов

Инструменты для рисования УГО находятся на вертикальной панели в левой части рабочего стола. Для рисования элементов воспользуемся Place Line. Поставив курсор в узел координатной сетки нажимаем левую кнопку мыши и рисуем элемент. Для рисования выводов на панели инструментов выбирается Place Pin. В появившемся диалоговом окне, в области Display, задается имя вывода и обозначение вывода. В области Length задаем длину вывода (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 — Настройка выводов

Получившемуся элементу устанавливаем графические обозначения. Для этого, на инструментальной панели выбираем Place Attribute. В появившемся окне в левой колонке выбираем категорию атрибута, в средней его название, а в правой прочие свойства (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 — Задание атрибутов Сохраняем полученный результат в созданные библиотеки.

На рисунке 2.4 — 2.6 показано УГО электрорадиоэлементов.

Рисунок 2.4 — УГО резистора Рисунок 2.5 — УГО конденсатора Рисунок 2.6 — УГО транзистора

2.3 Разработка посадочных мест на печатной плате для монтажа конструктивных элементов

Создание посадочного места осуществляется с помощью графического редактора P-CAD Pattern Editor имеющего набор команд, позволяющих создавать и редактировать посадочные места для установки ЭРЭ на печатных платах. Программа работает с файлами отдельных посадочных мест (.pat) и библиотек (.lib).

Посадочное место (ПМ) — это комплект конструктивных элементов печатной платы, предназначенный для монтажа отдельного ЭРЭ. В него входят в различных сочетаниях контактные площадки (КП), металлизированные отверстия, печатные проводники на наружных слоях и гладкие крепежные отверстия. Кроме этого ПМ может включать в себя параметры защитной и паяльной масок, элементы маркировки и графические элементы сборочного чертежа.

Запуск программы осуществляется через кнопку «Пуск» с последующим выполнением в выпадающем меню команд «Программы», «Р-CAD 2004» и «Pattern Editor». В том случае, если на компьютере запущена одна из программ P-CAD 2004, необходимо щелкнуть ЛК по команде Utils (Служебные команды). Откроется выпадающее меню, в котором несколько пунктов начинаются с аббревиатуры Р-CAD. Щелчок мыши по P-CAD Pattern Editor запустит программу. При этом действующая программа не закроется, а только свернется и к ней всегда можно будет вернуться.

Порядок создания контактной площадки.

Для создания контактной площадки воспользуемся верхней кнопкой на инструментальной панели Place Pad.

Редактировать контактную площадку можно с помощью нажатия на ней правой кнопкой мыши. В результате чего вызовется контекстное меню Propeties (рисунок 2.7). В появившемся окне щелкаем по кнопке Pad Styles (рисунок 2.8),

Рисунок 2.7 — Контекстное меню Propeties нажимаем кнопку Copy

Рисунок 2.8 — Опции Pad Styles

В графе Pad Name выбираем название, указывающее основные характеристики элемента. После этого нажимаем кнопку Modify и приступаем к изменению контактной площадки. Ее форма задается в окне Shape путем выбора из имеющихся вариантов. В окнах width и height устанавливаются высота и ширена контактной площадки (рисунок 2.9). Аналогично для остальных контактных площадок.

Рисунок 2.9 — Настройки контактной площадки Следующий шаг — создание шелкографического контура элемента. В специальном окне Select Layer, в нижней части экрана, меняется слой рисования на Top Silk. И с помощью Place Line обводится контур будущего элемента.

После этого наносится текст атрибутов с помощью Place Attribute. И сохраняем результат в нужную библиотеку.

На рисунке 2.10 — 2.11 представлена контактная площадка электрорадиоэлементов.

Рисунок 2.10 — Контактная площадка резистора Рисунок 2.11 — Контактная площадка конденсатора

2.4 Упаковка выводов конструктивных элементов радиоэлектронных средств

При проектировании печатных плат необходимы сведения о схемных образах ЭРЭ и посадочных местах для них. Программы размещения и трассировки должны иметь информацию о соответствии каждого конкретного вывода условного графического обозначения выводу в корпусе элемента. В версии P-CAD 2004 эта работа выполняется автоматически программой Library Executive (Администратор библиотек). Для этого соответствующие данные заносятся в так называемые упаковочные таблицы, указывающие основные характеристики используемых ЭРЭ. В программе предусмотрены эффективные приемы работы, аналогичные приемам программных продуктов Microsoft Office. Эта программа не является графическим редактором. Она лишь сводит введенную ранее графическую информацию в единую систему — библиотечный элемент, в котором сочетаются несколько образов представления элемента: образ на схеме, посадочное место и упаковочная информация.

После загрузки Library Executive на строке элементов доступны только пиктограммы Component/New, Component/Open, и View/Source Browser. После загрузки существующего компонента или открытия нового по командам Component/Open, Component/New на экране появляется диалоговое окно Component Information.

Порядок создания контактной площадки.

В окне Component Information щелкаем по кнопке Select Pattern и выбираем элемент стека контактных площадок, затем щелкаем на кнопку Select Simbol и указываем в качестве символа элемента необходимый вариант. Проставляем в окне Refdes Piefix обозначение элемента. Нажатием на кнопку Pins View выведем таблицу соответствия выводов в которой необходимо заполнить соответствующие столбцы: номер контактной площадки, позиционное обозначение вывода, номер логической части, номер вывода у символа, название вывода, эквивалент логической части, эквивалент вывода, тип вывода.

После этого сохраняем элементы.

На рисунке 2.12−2.13 показана таблица состояния элементов.

Рисунок 2.12 — Таблица состояния резистора Рисунок 2.13 — Таблица состояния конденсатора Рисунок 2.14 — Таблица состояния индуктивности Рисунок 2.15 — Таблица состояния транзистора

3. Создание электрических схем

электрорадиоэлемент печатный плата проводник Создание электрических схем производится с помощью графического редактора P-CAD Schematic, который предназначен для разработки электрических принципиальных схем с использованием условных графических обозначений элементов. При этом УГО ЭРЭ могут извлекаться из соответствующей библиотеки или создаваться средствами самой программы.

Если не разрабатывается узел печатной платы, то при вычерчивании схем берутся УГО элементов, не связанные с их конструктивной базой. Такая схема может использоваться как иллюстративный материал. При возникновении необходимости разработки ПП ее надо дополнить соответствующей конструкторско-технологической информацией.

При выполнении проекта с разработкой узла ПП схема должна формироваться из библиотечных элементов, которые включают полную информацию о конструктивных особенностях ЭРЭ и их посадочных местах на ПП.

Запуск программы осуществляется через кнопку «Пуск» с последующим выполнением в выпадающем меню команд «Программы», «Р-CAD 2001» и «Р-CAD Schematic». В том случае, если на компьютере запущена одна из программ P-CAD 2004, необходимо щелкнуть ЛК по команде Utils (Служебные команды). Откроется выпадающее меню, в котором несколько пунктов начинаются с аббревиатуры Р-CAD Щелчок мыши по P-CAD Schematic запустит программу. При этом действующая программа не закроется, а только свернется и к ней всегда можно будет вернуться.

Первым делом загрузим библиотеки. Для этого воспользуемся командой Library Setup, в окне проводника найдем путь к интересующим библиотекам, выделим их и нажмем кнопку открыть.

Теперь нажимаем кнопку Place Part на инструментальной панели и появившемся окне выбираем нужный компонент и размещаем их на рабочем столе. После этого проводим линии связи с помощью Place Wire. Следующий шаг генерация списка соединения. Активируем в меню Utils команду Generate Netlist нажимаем кнопку Netlist Filename и указываем папку для сохранения будущего списка.

На рисунке 3.1 представлена схемы электрическая принципиальная созданная в «Р-CAD Schematic».

Рисунок 3.1 — Схема электрическая принципиальная

4. Размещение конструктивных элементов на печатной плате

Размещение элементов на печатной плате выполняем с помощью графического редактора Р-CAD РСВ который предназначен для выполнения работ, связанных с технологией разработки и конструирования узлов печатных плат. Он позволяет упаковывать схемы на плату, задавать размеры ПП, ширину проводников и величину индивидуальных зазоров для разных проводников, задавать размеры контактных площадок и диаметры переходных отверстий, экранные слои. Редактор позволяет выполнять маркировку ЭРЭ, их размещения, неавтоматическую трассировку проводников и формировать управляющие файлы для технологического оборудования.

Запуск программы осуществляется через кнопку «Пуск» с последующим выполнением в выпадающем меню команд программы P-CAD 2001 и Р-CAD РСВ. В том случае, если на компьютере запущена одна из программ P-CAD 2001, необходимо щелкнуть ЛК по команде Utils. Откроется выпадающее меню, в котором несколько пунктов начинаются с аббревиатуры Р-CAD. Щелчок мыши по Р-CAD РСВ запустит программу. При этом действующая программа не закроется, а только свернется, и к ней всегда можно будет вернуться.

Порядок размещения элементов на печатной плате.

1. После запуска программы Р-CAD РСВ следует загрузить библиотеки из которых были набраны элементы схемы. Для этого командами Place Component в появившемся одноименном окне щелкнуть ЛK по кнопке Library Setup.

Появится одноименное окно управления библиотеками, в котором для добавления в список новой библиотеки нажать кнопку Add.

После этого в стандартном окне Windows выбрать нужную библиотеку. Если необходимо, снова нажать кнопку Add и добавить следующую библиотеку. Таким же способом надо загрузить все используемые при создании схемы библиотеки.

2. Загрузить список соединении электрической схемы. Для этого в меню Utils выполнить команду Load NetList (Загрузить список соединений). В появившемся одноименном окне щелкнуть ЛK по кнопке NetList Filename. В открывшемся стандартном окне Windows выбрать созданный ранее файл списка соединении. В выпадающем списке NetList Format выбрать установленный ранее формат P-CAD ASCII или Tango. Нажать кнопку ОК (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 — Список соединений электрической схемы

3. Ввод квадратного контура печатной платы. Вводить его надо в слое Board (Контур). Для этого в выпадающем списке Select Layers (находится в строке параметров состояния) перейти в слой Board. Выполнить команды Place/Line.

4. Приступить к размещению элементов. Критерием качества размещения считать минимальную суммарную длину соединений. Для этого выполнить команды Edit Select. Установить текущим слой Тор.

При установке элементов редактор позволяет манипулировать ими. вращать, перемещать, делать невидимыми тексты.

Вращать выбранный элемент можно вокруг точки привязки. Для этого его выделяют командами Edit Select и нажатием клавиши R поворачивают против часовой стрелки на 90° или клавиши F на 180°.

Кроме этого можно перемещать тексты с места на место или сделать их невидимыми. Результат размещения представлен на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 — Размещение радиоэлементов на печатной плате Сохраняем полученный результат

5. Автоматическая трассировка проводников печатных плат

Система P-CAD 2004 включает две программы автоматической трассировки печатных проводников, которые вызываются из редактора Р-CAD РСВ. Это трассировщики Quick-Route и ShapeBased Router.

Программа Quick-Route реализует сеточную технологию (Grid Based) и пригодна для быстрой разработки не очень сложных ПП, включающих не более 4-х слоев металлизации. По сравнению с другими эта программа менее эффективна и работает только в дюймовой системе.

Трассировщик Shape-Based Router основан на бессточной технологии (Shape-Based) и реализует принципы оптимизации нейронных сетей. Программа предназначена для трассировки многослойных ПП (до 30 слоев) с высокой плотностью размещения ЭРЭ и реализует такие алгоритмы, которые стремятся получить 100% трассировки соединений. Работает программа в автоматическом, интерактивном и ручном режимах.

Программа автотрассировки Quick-Route размещается в файле Qroute. exe, который поставляется совместно с Р-CAD РСВ. Поэтому для работы с ней надо запустить программу P-CAD РСВ. В ней открыть файл размещения элементов на печатной плате, которую необходимо трассировать. Затем выполнить команды Route/Autorouters, по которым откроется одноименное окно, в котором выбирается программа Трассировщик и настраиваются режимы трассировки.

5.1 Настройка режимов программы

После выполнения команд Route Autorouters для вызова программы трассировщика Quick Route надо нажатием кнопки Autorouter открыть список трассировщиков:

Quick-Router — программа автотрассировки Quick-Route;

P-CAD Shape Route — трассировщик бессточного типа;

Specctra — программа Spectra в режиме трассировки.

Выбрать трассировщик Quick-Route. В разделе Strategy задать следующие имена файлов в Strategy File (стратегия трассировки) — установить «Трассировка Quick Route. Str»;

в Output РСВ File (имя файла выходной ПП) — задать «Трассировка Quick Route pcb»;

в Output Log File (протокол трассировки) — «Трассировка Quick Route. log».

Для сохранения параметров конфигурации нажать на кнопку.

Задать параметры слоев. Для этого нажать кнопку Layers и в открывшемся окне Options Layers на закладке Layers для слоев Тор и Bottom задать тип Signal (Сигнальныи), в поле Routing Bias (Трассировать) выбрать Auto (автоматический), а для слоев Board и Top Mask — on Signal (не сигнальный). Нажать кнопку Close.

В окне Routing Gride выбрать шаг сетки 25 мил (0.625 мм), а окне Line Widht установить ширину проводника равной 12 мил (0.305 мм).

Задать стратегию трассировки. Для этого нажать на кнопку Passes (выбор проходов трассировки). Откроется окно Pass Selection, в котором установить флажки во всех пунктах. Нажать кнопку OK.

5.2 Трассировка печатной платы

Для автоматической трассировки проводников нажать кнопку Start в окне Route Autorouters. После этого будет выполняться трассировка ПП в двух слоях.

В процессе трассировки командами Route/Info можно просмотреть текущую информацию.

Полученный результат трассировки ПП представлен на рис. 5.1.

Командами Route/View Log вывести на экран отчет о стратегии трассировки, результатах выполнения отдельных ее фаз и итоговые данные проектирования.

Программа Quick-Route позволяет прокладывать любые проводники. При этом выполняется проверка электрических соединений проводников и зазоров. Если при разводке возникают ошибки, цепь разводится заново.

Рисунок 5.1 — Результат трассировки печатной платы (сторона 1)

Рисунок 5.2 — Результат трассировки печатной платы (сторона 2)

Заключение

В ходе проделанной курсовой работы были созданы собственные библиотеки элементов (созданы УГО элементов, созданы посадочные места элементов, созданы библиотеки элементов), создана электрическая принципиальной схемы измерителя электромагнитной индукции, выполнение разводки печатной платы в программе P-CAD 2004.

Изучен принцип работы программы P-CAD 2004, его технические возможности.

Список используемых источников

1. Маткас М. Я. «Восемь уроков по P-CAD 2001» — М.: Солон-Пресс, 2003 — 224 с.

2. Динц К. М., Куприянов А. А., Прокди Р. Г. «P-CAD 2006. Схемотехника и проектирование печатных плат. Самоучитель» — СПб.: Наука и Техника, 2009 — 320 с.

3. Уваров А. С. «P-CAD 2002 и SPECCTRA. Разработка печатных плат» — М.: Солон — Пресс, 2003 — 544 с.