www.pcbroute.net Александров Дмитрий
Опубликовано - 24 февраля 2009 г.

Довольно часто проектируя печатные платы, инженеру приходится сталкиваться с проектами, содержащими повторяющиеся части схем (каналы). Например, это могут быть различные системы управления, системы сбора и обработки данных, содержащие одинаковые аналоговые каналы ЦАП, АЦП, каналы дискретного ввода-вывода и пр. В этом обзоре, мы рассмотрим некоторые особенности проектирования таких проектов в САПР PCAD 2004-2006, используя различные приемы позволяющие ускорить процесс проектирования. Мы рассмотрим как встроенные возможности системы PCAD, так и альтернативное программное обеспечение, а так же различные технические приемы.

Введение

Рассмотрим пример проекта, содержащего несколько одинаковых частей схемы, например семь одинаковых аналоговых каналов. Первое, что необходимо сделать, это выполнить размещение компонентов на печатной плате для одного из каналов, и выполнить трассировку проводников. Далее нам нужно повторить туже самую операцию еще шесть раз для оставшихся каналов.

Самый простой способ выполнить копирование уже размещенного канала на печатной плате, это использовать специальную команду вставки PCAD. Выполнить это довольно просто, в PCB редакторе копируем компоненты уже размещенного канала (вместе с проводниками), выполняем команду меню Edit-Paste-Circuit, и производим настройки параметров вставки в диалоговом окне команды.

Рис 1. Окно настроек команды EDIT PASTE CIRCUIT

Настройки параметров вставки, производятся отдельно для позиционных обозначений компонентов (группа настроек Reference Designators), и отдельно для цепей (группа настроек Nets).

В группе настроек Reference Designators нужно определить способ присваивания новых позиционных обозначений вставляемых компонентов. Для нашего примера удобно использовать цифровой суффикс с символом подчеркивания, добавляемый в конце исходного позиционного обозначения элемента канала. Результат выбранного способа присваивания новых имен, можно увидеть группе Example (Пример), например резистор R100 в первом скопированном канале будет иметь позиционное обозначение R100_1, во втором скопированном канале R100_2, и.т.д.

В группе настроек Nets следует определить способ присваивания новых имен для цепей, где также можно использовать цифровой суффикс, добавляемый в конце названия каждой цепи. В отличие от позиционных обозначений (которые не могут повторяться), электрические цепи могут быть одинаковыми для разных каналов (цепи питания), поэтому необходимо указать общие цепи, поставив соответствующие флажки в списке цепей Net Names:.

Произведя все необходимые настройки, нажимаем клавишу OK, и кликая левой клавишей мыши вставляем необходимое количество каналов на печатную плату.

Рис 2. Вставляем необходимое количество каналов на печатную плату

Далее повторяем те же действия в схемотехническом редакторе, в той же последовательности, аналогичным образом выполняя настройки диалогового окна команды Edit-Paste-Circuit, вставляем необходимое количество каналов в электрическую схему.

Рис 3. Вставляем необходимое количество каналов в электрическую схему

Теперь остается выполнить проверку списка соединений печатной платы и схемы, чтобы убедится в правильности внесенных изменений. Для того чтобы схема соответствовала требованиям ГОСТ, нужно переименовать компоненты, выполнив команду меню Utils- Renumber с последующим внесением изменений в печатную плату, через ECO файл. И все, каналы скопированы.

Этот вариант хорошо работает только в том случае, если проект (электрическую схему, печатную плату, перечень элементов) полностью выполняет один человек. Однако на практике, когда разработкой принципиальных схем и проектированием печатных плат, могут заниматься разные люди, работа над печатной платой начинается на той стадии проекта, когда уже выполнены схема и перечень элементов, и внесение изменений в них, может повлечь за собой, порой длительные процессы согласований.

Как процесс проектирования происходит на практике?

И так, что же остается делать инженеру, если перед ним стоит задача проектирования печатной платы содержащей повторяющиеся блоки, а возможности редактирования схемы нет. Вариантов немного, и выбор решения тут зависит от конкретного проекта. Приведем некоторые из них.

Вариант 1

Рассмотрим все тот же проект, содержащий семь одинаковых аналоговых каналов.

Первое что приходит в голову, это проектирование каждого канала отдельно, не думая об одинаковой компоновке каналов. В таком случае нам нужно будет делать одинаковую работу, семь раз вручную выполняя размещение компонентов канала на печатной плате и трассировку проводников. Это самый трудозатратный и долгий вариант. Тем не менее, его стоит применять, если количество повторяющихся блоков (и компонентов содержащихся в них) не так велико, или в таких проектах, где нельзя выполнить одинаковую компоновку блоков, например из-за конструктивных ограничений.

Вариант 2

Лучше всегда старятся делать одинаковую компоновку повторяющихся блоков, хотя бы потому, что технологически это более правильно, и что не менее важно, при одинаковой компоновке электрические параметры каждого канала также будут одинаковы. Сократить время проектирования в данном случае получается за счет того, что не нужно рисовать топологию проводников для каждого канала, а ее можно просто скопировать. Другое, не менее важное преимущество состоит в том, что выполнив размещение компонентов и трассировку проводников для одного канала, мы уже можем оценить и зарезервировать место на будущей печатной плате необходимое для размещения всех остальных каналов, что позволяет сразу переключиться на другую работу по этому проекту. Ведь кроме повторяющихся блоков в проекте может быть достаточное количество других компонентов. Это особенно актуально в больших проектах, где над одним проектом может работать несколько инженеров.

Все что нам для этого нужно, это одинаково друг относительно друга расположить компоненты каналов.

Технически это возможно реализовать следующим образом, можно использовать компоненты уже расставленного канала как шаблон.

Если компоненты выполнены по стандарту IPC7351, то очень удобно в качестве шаблона для размещения компонентов использовать графику слоя Courtyard (зона запрета установки других компонентов). Для получения картинки шаблона, нужно просто создать копию компонентов расставленного канала, выполнить команду Explode преобразовав их в примитивы, а далее скопировать нужное количество раз, графику конкретного слоя, в нашем случае Courtyard. Графику шаблона также можно переместить на отдельный слой и зафиксировать (выполнив команду меню Edit-Fix) чтобы случайно не сместить элементы шаблона, когда будем производить размещение компонентов канала. Поместите графику шаблона рядом с расставленным каналом и выполните размещение компонентов следующего канала, ориентируясь на уже расставленный канал.

Рис 4. Производим размещение компонентов используя в качестве шаблона графику слоя Courtyard

Иногда для правильного размещения компонентов удобно ориентироваться по нарисованным проводникам, а иногда по линиям связи и названиям цепей указанных на выводах компонентов.

Для небольшого количества компонентов, можно не делать дополнительных приготовлений. Можно просто целиком зафиксировать (команда меню Edit-Fix) уже расставленный канал, и производить размещение компонентов следующего канал поверх расставленного, используя его в качестве шаблона.

Для поиска нужных компонентов канала необходимо использовать горячую связь между редактором схем и редактором печатных плат (команду Highlight), подсвечивая нужные компоненты.

После того как компоненты всех остальных каналов будут расставлены, нам останется только скопировать топологию первого канала (проводники и переходные отверстия) на оставшиеся каналы. Для выделения нужных объектов используем настройки фильтра выбора объектов Options – Selection Mask, установив галочки в настройке блочного выбора Block Selection для проводников (Line) и переходных отверстий (Via), и выполняем копирование топологии.

Рис 4. Выполняем копирование топологии на расставленные каналы

Чтобы скопированные линии топологии подсоединились к электрическим цепям нужно выполнить команду меню Utils – Reconnect Net

Команду Reconnect Net лучше выполнять каждый раз после копирования топологии для каждого канала (а не для всех каналов вместе) и при успешном выполнении команды сохранять проект. Эти действия очень помогут нам в случае ошибок. Если какие либо компоненты были установлены не правильно, выполнение команды Reconnect Net может закончиться появлением сообщения о замыкании цепей. В таком случае нам нужно будет просто закрыть проект, не сохраняя изменений, далее открыв его заново, проверить, какие компоненты были установлены неверно, исправить ошибки, и снова выполнить команду Reconnect Net.

Вариант 3

Можно использовать средства автоматизации.

Самую большую часть работы, что мы делали вручную во втором варианте, можно сделать за пару кликов мыши, при помощи специальной утилиты PlaceChannel для PCAD2004-2006.

Программа PlaceChannel позволяет автоматически расставлять компоненты канала, используя уже расставленный канал в качестве шаблона.

Рис 6. Главное окно программы PlaceChannel

В группу настроек Шаблон: необходимо добавить список компонентов расставленного канала. Для этого в схемотехническом редакторе PCAD (или PCB редакторе) необходимо рамкой выделить компоненты расставленного канала, и в программе PlaceChannel в группе настроек Шаблон: нажать кнопку Добавить. Список компонентов шаблона загрузится в программу.

Далее аналогичным образом в группу настроек Расставляемый: добавить список компонентов канала, который нужно расставить.

Заполнить значение полей ΔX, ΔY указав необходимое расстояние между каналами, и нажать кнопку Расставить

Программа произведет автоматическое размещение компонентов канала. После размещения компонентов канала останется только скопировать топологию (проводники и переходные отверстия) на оставшиеся каналы как мы уже делали это ранее.

Для удобства редактирования программа сохраняет компоненты каждого расставленного канала в виде “набора”, позволяет подсвечивать разными цветами компоненты расставляемого канала и шаблона, производить редактирование списков компонентов. Захват компонентов возможен как из SCH, так и из PCB редактора PCAD.

На Интернет странице программы PlaceChannel по адресу http://www.pcbroute.net/soft/placechannel вы сможете найти более подробное описание функций программы.

Заключение

Мы рассмотрели различные варианты выполнения проекта. Грамотное использование этих решений позволяет делать качественные проекты, а выбор правильного решения позволит значительно сократить время, требуемое на выполнение проекта.

 www.pcbroute.net Александров Дмитрий
Опубликовано - 24 февраля 2009 г.