вход Вход Регистрация



Структура и возможности программ сквозного проектирования устройств электроники. Особенности интерфейса и подпрограммы систем Orcad9.1 и Design Lab8.5. Связь схемотехнической и конструкторской информации в программах сквозного проектирования.

Проектирование электронной аппаратуры представляет собой итерационный процесс, состоящий из этапов функционального проектирования, разработки принципиальной схемы, разработки печатной платы, ее изготовления, проведения испытаний, доработки по их результатам принципиальной или функциональной схемы, внесение изменений в печатную плату и т. д. Процесс осуществляются пока не будут удовлетворены все требования технического задания. С повышением сложности аппаратуры, переходом к более высоким диапазонов частот, применением смешанных аналогово-цифровых приборов число итераций увеличивается. Связано это с тем, что аналитически трудно учесть паразитные эффекты, присущие как электронным компонентам, так и проводникам печатных плат, и их взаимное влияние. Для этого нужно создать сквозной цикл автоматизированного проектирования аппаратуры, включающий в себя моделирование как идеальной схемы, так и реальной конструкции и ее экзаменов при учете различных дестабилизирующих факторов и разброса параметров. Наиболее полно эти задачи решаются на рабочих станциях с применением программного обеспечения корпорации Mentor Graphics, Cadence и др..
В то время, когда производители приборов требующих повышенной точности программы, новые пользователи, среди которых наибольшее разработчиков схем, требуют полной автоматизации и надежности стандартных особенностей. Это требует новых подходов и компромиссных решений при автоматизированном проектировании систем (Computer Aided Design). Современные программы сквозного проектирования поддерживают проект от разработки схемы функциональной до выдачи технологической и конструкторской документации по программам для станков с ЧПУ, учитывающие влияние окружающей среды на характеристики приборов и позволяют оптимизировать параметры устройства на схемотехническом и конструкторском уровне проектирования 21.
Наиболее оптимальными, с точки зрения цена - качество, есть программы, обеспечивающие сквозное проектирование аналогово-цифровой аппаратуры, и функционируют на персональных компьютерах: DesignLab корпорации MicroSim и OrCAD 9.1, которая создана в результате объединения усилий корпораций MicroSim и OrCAD ( 1998),
Orcad (e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.) - пожалуй, самый известный представитель нового поколения модифицированной РSpice, в которую добавили технологические возможности (трассировка плат, подготовка конструкторской документации по стандартам ISO9001 и т.д.) с большой библиотекой моделей, числовых параметров и моделей корпусов, стал мощным средством в сквозном проектировании электронных аналогово-цифровых устройств [11] OrCAD 9.0. стал право приемником программы DesignLab, вобрав в себя все преимущества этой системы. Следующие версии OrCAD 9.1. и OrCAD 9.2.отмечаются повышенной мощностью. В состав системы OrCAD 9.2. входит усовершенствованный редактор электрических схем Capture CIS (Component Information System) с централизованной и кружевные системами информации о компонентах (производители, показатели, цена). После прекращения развития пакета DesignLab система OrCAD осталась почти единственным средством сквозного проектирования смешанных устройств на платформе Windows. Конкуренцию ему может составить только пакет Protel 99, работающий в интегрированной среде клиент-сервер Design Explorer австралийской фирмы Protel International (http://www. Protel. сom), но он не обеспечивает обмена данными ни с OrCAD, ни с P-CAD или ACCEL EDA.
Основное нововведение в OrCAD 9.0 по сравнению с Micro Sim DesignLab 8.0 состоит в том, что в ней программа моделирования PSpice и программа построения графиков Probe объединены. Программа идентификации параметров математических моделей (Parts) носит название Model Editor. Еще одна второстепенная изменение: теперь параметры моделирования для каждого проекта заносятся в отдельный файл с расширением имени. sim, что называется профайлом моделирования (в него заносятся значения глобальных параметров моделирования, тип анализа и др.).
Основу системы DesignLab составляет программа PSpice.DesignLab 8.0 (июль 1997 г.) полностью соответствует требованиям программ сквозного проектирования. Кроме стандартного набора функциональных подпрограмм и библиотек, которые позволят спроектировать электронное устройство по техническому заданию (взаимосвязанные программы синтеза, анализа и параметрической оптимизации, библиотеки компонентов и корпусов), система DesignLab 8.0 имеет и дополнительные возможности.
В состав системы DesignLab входят следующие программы:
Schematics - графический редактор принципиальных схем, одновременно является управляющей оболочкой для запуска основных модулей системы на всех этапах работы с проектом;
PSpice A / D - моделирования смешанных аналого-цифровых приборов;
PLSyn - синтез цифровых приборов на базе интегральных схем с программируемой логикой PLD / CPLD;
StmEd - редактор входных сигналов (аналоговых и цифровых);
Probe - графическое отображение, обработка и документирование результатов моделирования;
Parts - идентификация параметров математических моделей диодов, биполярных, полевых и мощных Монт, биполярных статически индуцированных транзисторов (БСИТ), операционных усилителей, компараторов напряжения, регуляторов и стабилизаторов напряжения и т.д. по паспортным данным;
PCBoards и Autorouter - графический редактор многослойных печатных плат и программа авто трассировки SPECCTRA фирмы Cadence (рассчитаны на 6 сигнальных слоев).
MicroSim FPGA - интерфейс с программой Хаста Step 6.0, для проектирования электрических перепрограммируемых ИС фирмы Xilinx.
PSpice - моделирование аналоговых приборов;
PSpice Basics, PSpice A / D Basics + - упрощенные варианты программ моделирования аналоговых и смешанных аналогово-цифровых приборов.
PSpice Optimizer - параметрическая оптимизация аналогово-цифровых приборов по заданному критерию, при наличии нелинейных ограничений;
Polaris - проверка целостности сигнала, проведения моделирования с учетом паразитных емкостей и индуктивностей, присущих реальным печатным платам;
PLogic - моделирование цифровых приборов;
Device Equations - входной текст, встроенных математических моделей полупроводниковых приборов на языке Си.
Filter Designer - синтез пассивных и активных аналоговых фильтров и фильтров на конденсаторах переключаются (только на платформе DOS).
В пакет DesignLab добавляются библиотеки примерно 40 тыс. графических обозначений символов, около 10 тыс. математических моделей компонентов (диодов, стабилитронов, тиристоров, биполярных и полевых транзисторов, опто пар, операционных усилителей, компараторов напряжения, стабилизаторов напряжения, кварцевых резонаторов, магнитных сердечников, цифровых и аналогово-цифровых ИС) и 1000 корпусов компонентов производства фирм США, Западной Европы и Японии. Все библиотеки поставляются вместе с системой DesignLab и могут распространяться и дополняться пользователями. Фирмы-производители электронных компонентов, например, Analog Devices, Philips, Precision Monolithics, Siemense и др. Публикуют сведения о параметрах моделей компонентов в формате SPICE и свободно распространяют, в частности, по сети Internet.
Работа с системой DesignLab конечно, начинается с создания принципиальной схемы с помощью редактора схем Schematics. С управляющей оболочки Schematics возможен вызов других модулей системы, что не исключает их автономного запуска.
Программа Probe вызывается автономно или под управлением Schematics. На экране схемы можно обозначить маркером любое круг или вывод компонента, и в окне программы Probe немедленно будет построен соответствующий график. Графики новых переменных добавляются после выбора их имен из списка, который открывается по команде Trace / Add или нажатием на соответствующую пиктограмму. Математические преобразования над графиками заключаются в выполнении арифметических операций, вычислении функций, взятии интегралов, расчета спектров, гистограмм, измерении параметров формы графиков, построению зависимостей любой характеристики графика от любого варьированном параметра схемы.

 


Рис. 10.1. Структурная схема системы DesignLab.
На рис. 10.1 приведена упрощенная структурная схема системы DesignLab.
При получении навыков работы с системой DesignLab трудностей при усвоении подсистем OrCAD не возникает. Программа имеет почти те же характеристики и подпрограммы. В OrCAD9.2. наибольшие изменения получил редактор схем OrCAD Capture, поскольку в него интегрирован информационную систему компонентов (CIS) и Internet стал неотъемлемой частью системы. На рис.10.2.изображенна взаимосвязь подсистем OrCAD9.2.

 

 

 

 

 

 

 

 


Рис.10.2. Взаимосвязь подсистем OrCAD9.2.

Связь схемотехнических и конструкторской информации.
По завершении моделирования устройства является возможность спроектировать печатную плату. Для этого в программе Schematics в меню Tools сначала выполняется команда упаковки схемы Package, по команде Configure Layout Editor в качестве редактора печатных плат выбирают PCBoards. Затем по команде Create Layout Netlist создают список сочетаний схемы в формате выбранного редактора печатных плат. После этого вызывают его по команде Run PCBoards.
Перенос информации о схеме на печатную плату осуществляется в программе MicroSim PCBoards по команде Netlist Load меню File. После задания имени файла сообщений на печатную плату переносятся из библиотеки компонентов изображения их корпусов и отображаются линии электрических связей в виде «резиновых нитей». Далее необходимо вручную разместить компоненты на плате. Ручная трассировка проводников выполняется с помощью PCBoards. Автоматическая трассировка выполняется с помощью программы SPECCTRA, загрузка которой осуществляется из меню Tools.
Особенностью систем сквозного проектирования является то, что на схемотехническом этапе кроме информации о модели (параметр) компонента, вид его условного графического изображения на Е3 вводится позиционная отметка символа компонента, состоящая из позиционной отметки корпуса компонента, к которому добавляется имя секции, например : U1A, U1B, U1C, U1D, U2A, U2B.Редактирование меток с учетом распределения секций по корпусам (так называемая процедура "упаковка") выполняется по окончании чертежа схемы вручную или в автоматическом режиме по команде Tools / Package.
Создание схемы в системе DesignLab8.0 начинается с размещения компонентов. По команде Draw / Get New Part открывается диалоговое окно выбора имени компонента. Если в строке Part Name указать символ *, то будет выведен алфавитный список компонентов из всех подключенных библиотек. Необходимым компонентом избирается, после чего изображение его символа выводится в центральном окне, а имя библиотеки, в которой он находится, - в строке Library, одновременно на панели Description выводится краткая характеристика компонента. Нажим кнопки Edit Symbol переводит программу в режим редактирования графического символа компонента. Префикс позиционной отметки компонента задается при создании его символа. Отредактировав атрибут позиционной отметки REFDES, можно называть компоненты по ЕСКД, например: VT1, VT2.
В полных версиях, программы EWB5.12 и МС6, как и DesignLab8.0 и OrCAD9.2 представляют собой системы сквозного проектирования, ибо в их состав входит программа разведения печатных плат. Файл схемы можно экспортировать в Electronics Workbench PCB layout (МС6 PCB), далее автоматически выбираются из библиотеки корпуса элементов, используемых в схеме, и образуется соединение выводов корпусов элементов в соответствии с электрической схемой без участия проектировщика, которому остается только задать параметры разведения ДП (ширина дорожек, шаг сетки, количество слоев платы), и через некоторое время получить готовый результат, что значительно быстрее и лучше, чем с программами разведения ГП сторонних производителей.
Одна из самых мощных систем автоматизированного проектирования на ПК - система P-CAD. В программный комплекс системы P-CAD входят взаимосвязанные пакеты программ: редакторы принципиальных схем и многослойных плат, программы моделирования устройств, автоматического разведения плат, вывода чертежей на принтер, плоттер, вывода данных на оборудование с числовым программным управлением, вспомогательные и сервисные программы, образующие систему проектирования. Преимуществом программ сквозного проектирования перед системой P-CAD является то, что информация, необходимая для создания чертежа печатной платы, автоматически составляется на схемотехническом этапе, внесены изменения отображаются в виде печатной платы, кроме того, возможна обратная связь: после вычисления паразитных эффектов на конструкторском этапе, автоматически модифицируется и начинается параметрическая оптимизация на схемотехническом этапе.OrCAD9.2 автоматически создает перечень материалов (Bill of Materials), список связей и спецификации.

Этапы разработки печатной платы.
Существует несколько способов начать разработку печатной платы. Самый простой состоит в создании списка сообщений схемы и использовании конфигурации PCBoards по умолчанию. Для более сложных плат необходимо вводить дополнительные слои и настраивать конфигурацию программы в соответствии с особенностями платы. Не существует строго определенного порядка выполнения отдельных операций по разработке печатной платы. Однако, полезно придерживаться определенной последовательности. Опишем кратко две ситуации.
1. Разработка двухслойной печатной платы, схема которой создана в Schematics. Самый простой способ начать разработку печатной платы - перенести информацию о компонентах и ​​электрические соединения из схемы на двухслойную печатную плату.

В общем случае выполняются следующие шаги:
а) в Schematics создается принципиальная схема, на которой задаются правила размещения компонентов (с помощью атрибутов СОМР_Х COMP_Y, COMP_ANGLE, COMPJ-AYER определяются координаты на плате некоторых компонентов, угол ориентации и имя слоя) и правила трассировки цепей (с помощью атрибутов NET_TRACE_WIDTH , NET_CLEARANCE, NET_PADSTACK, NET_PRIORITY определяют ширину проводника и допустимый зазор, имя файла контактных площадок и приоритет разведения);
б) в Schematics упаковывают схему и создают файл списка соединений по команде Tools / Annotate, включая опцию Package and Assign Reference Designators;
в) в PCBoards загружают файл списка соединений: File / Netlist / Load (или загружают PCBoard непосредственно с Schematics по команде Tools / Run PCBoard), в результате на экран переносятся изображения корпусов и электрические связи;
г) в PCBoards наносят физические границы печатной платы по командам меню Draw на слое [BoardOutline] и границы области разведения в виде многоугольника с командами Draw / Board Signal Keepin на слое сигналов.
Компоненты затем вручную размещают на плате с помощью операций перемещения (обозначая их и "буксуя" мышью), поворота (по команде Edit / Rotate или натиском Ctrl + R) и переноса компонентов (с планарными и штыревыми выводами) на нижнюю сторону платы за командой Edit / Flip (или нажатием Ctrl + F). Для упаковки схемы на печатную плату с предварительно размещенными компонентами сначала загружается файл этой платы и после этого выполняется команда File / Netlist / Load.
Чертежи печатных плат на принтере / плоттере / фотоплоттера и сверлильных станках с ЧПУ начинается с выполнения команды File / Job Setup. При первом исполнении этой команды задания на вывод данных генерируются автоматически. В последующих сеансах - нажимом на кнопки Auto (Авто), New (Новое задание), Copy (Копирование задачи) и Import Jobs (Импорт задания из файла). На панели Job Selection выбирается тип данных: Drill - сверлильный станок с ЧПУ, Photoplot - фотоплоттера, Print - принтер / плоттер.

Программа расчета паразитных эффектов печатных плат Polaris
В DesignLab можно моделировать схемы с учетом паразитных эффектов, связанных с неидеальностью конструкции реальной печатной платы: задержками распространения сигналов, паразитными емкостями проводников и переходных отверстий, индуктивностями и взаимными индуктивностями проводников. В литературе эта проблема называется проверкой целостности сигналов в высокочастотных схемах. Последовательность проектирования следующая. С помощью Schematics создается принципиальная схема, сначала разрабатывается без детального учета паразитных эффектов и моделируется с помощью PSpice. После этого информация о списке соединений схемы передается в собственный редактор печатных плат PCBoards системы DesignLab или в виде текстового файла - в другие системы проектирования печатных плат (P-CAD, ACCEL EDA, PADS, CADStar или TangoPRO). Информация о топологии разработанной печатной платы передается обратно в DesignLab - применительно к P-CAD в виде текстового файла в формате PDIP (с расширением имени. Pdf). После этого программа проверки целостности сигналов Polaris изображает указанные пользователем круга в виде линий передачи, аппроксимирующих их средством конечных элементов, включает паразитные элементы к первоначальной схемы и передает ее в PSpice для моделирования. С помощью программы Probe на одном экране просматриваются результаты моделирования без учета паразитных эффектов и с их учетом.
Polaris вызывается из управляющей оболочки Schematics по команде Run Polaris в меню Tools. На основной панели диалога Polaris назначается опция Native и после этого нажимается кнопка Polaris Setup для настройки конфигурации. Программа Polaris позволяет моделировать прохождение сигналов в реальных печатных платах на основе подробных моделей всех электронных компонентов (транзисторов, операционных усилителей, цифровых интегральных схем и проч.), что требует существенных затрат времени.

© 2018
  • Сайт "Литературка"
  • мы собираем различную техническую, образовательную, научную литратуру