Средства автоматизации проектирования (стр. 3 из 4)

Системы проектирования СВЧ-устройств

Принципиально иной уровень сложности задач решают системы проектирования СВЧ - устройств. Как правило, для получения характеристик объемных структур требуется решение уравнений Максвелла, а для моделирования линейных и нелинейных СВЧ - схем привычных моделей и методов, используемых в алгоритме SPICE, недостаточно. Поэтому предлагаются специализированные продукты:

• Интегрированный пакет Microwave Office 200Х компании AWR;

• Система полного электромагнитного моделирования CST Microwave Studio компании CST;

• Система полного электромагнитного моделирования QuickWave-3D компании QWED;

• Система полного электромагнитного моделирования EMPIRE компании IMST;

Наиболее интегрированным из перечисленных является пакет Microwave Office 200Х, объединяющий модули анализа линейных и нелинейных схем, проектирования топологий, электромагнитного моделирования планарных многослойных структур, моделирования систем связи па уровне структурных схем. Нелинейный анализ выполняется методом гармонического баланса и рядов Вольтерра. Электромагнитное моделирование пленарных СВЧ-устройств выполняется методом моментов Галеркина. Редактор топологий представляет собой не просто графическую среду прорисовки топологий устройств, но и инструмент технологической подготовки к производству.

Все остальные продукты решают задачу полного трехмерного электромагнитного моделирования объемных СВЧ - устройств. Наилучший результат обеспечивают программы CST Microwave Studio немецкой компании CST и QuickWave-3D польской компании QWED (CONCERTO). Обе программы используют метод конечных разностей (FDTD), дополненный методом конфорных преобразовании. Основное отличие программ в степени завершенности пользовательского интерфейса: немецкий продукт является графической средой описания задачи, а польский продукт помимо прорисовки структуры требует от пользователя написания программного кода. Программы имеют средства оптимизации и обеспечивают лучшие результаты моделирования, чем одноименные продукты HFSS компаний Agilent и Ansoft.

Более дешевое решение предлагает компания IMST в продукте EMPIRE. Где используется классическая реализация метода FDTD, из-за чего для получения точных результатов для объемных структур произвольной формы, образованных криволинейными поверхностями, требуется большее время и вычислительные ресурсы. Здесь можно получать различные частотные характеристики СВЧ - устройств и диаграммы направленности антенн.

Системы теплового анализа

Отдельной задачей проектирования печатных плат является тепловой анализ. Наиболее мощным решением в этой области является программа BETAsoft-Board компании Dynamic Soft Analysis. Здесь также имеются интерфейсы импорта проектов из всех выше перечисленных продуктов, богатые библиотеки моделей и материалов. Программа больше подойдет для разработчиков монолитных многомодульных устройств. В процессе расчета могут быть получены температуры отдельных компонентов, карты прогрева плат, градиент температур (рис. 5). Отметим, что программа BETASoft-Board поставляется как штатное средство теплового моделирования для продуктов Mentor Graphics.

Рис. 5. Тепловой анализ платы в пакете BETASoft-Board.

Другая программа теплового анализа Sauna компании Thermal Solutions позволяет моделировать поведение не только плат, но и блоков и шкафов. Здесь присутствуют обширные библиотеки компонентов и материалов. Имеется специальный графический редактор, позволяющий прорисовывать конфигурацию оборудования. Система дает возможность назначать специальные рабочие циклы с учетом включения и выключения внешних источников питания.

Английская фирма Flomerics предлагает пользователям свой пакет Flotherm, главной особенностью которого является интерфейс, построенный на базе современных интернет-технологий на основе обычного браузера. Программа позволяет моделировать отвод тепла от микросхем, упакованных в современные корпуса PBGA и TBGA, а также позволяет учитывать технологию поверхностного монтажа перевернутых кристаллов (flip-chip). Например, компания National Semiconductor включила в состав своего программного комплекса Webench специальный модуль Webtherm, позволяющий получать цветную карту градиента температур для платы, построенный на базе вычислительного ядра Flomerics.

Из российских программ следует отметить, пожалуй, единственный коммерческий пакет теплового моделирования ТРИАНА (АСОНИКА-Т), разработанный специалистами Сибирского Федерального института (СФУ) и Московского Государственного Института Электроники и Математики (МИЭМ). Пакет предназначен для моделирования стационарных и нестационарных тепловых процессов, протекающих в конструкциях радиоэлектронных средств (РЭС), таких как стоечные конструкции, блоки с регулярной и нерегулярной структурами, печатные узлы, функциональные ячейки, микросборки. В состав пакета входит редактор, позволяющий формировать геометрическую модель исследуемой печатной платы или гибридной интегральной схемы, а также специализированный модуль подготовки тепловых моделей. Имеет ряд функций, недоступных ни в одной западной САПР. Прежде всего, это специальная база данных, содержащая тепловые модели компонентов для различного конструктивного исполнения и способа монтажа. Имеется возможность задания внешних граничных условий. Отдельный модуль позволяет готовить тепловые модели произвольных систем, определенных на уровне графов. Программа имеет интерфейс с современными системами проектирования печатных плат P-CAD 200Х (OrCAD), Protel DXP, Allegro, SPECCTRA, а также старыми, но все еще распространенными в России, версиями P-CAD 4.5-8.7. Кроме того, пакет может обмениваться данными с тепловизионным диагностическим комплексом ТЭРМИД РЭС.

Тепловой анализ конструкции позволяет снизить габариты устройства за счет правильного размещения теплоотводов оптимального размера и избежать перегрева и разрушения участков платы. С помощью анализа методом конечных элементов (FI) можно выявить части, склонные к разрушению из-за разности коэффициентов теплового расширения используемых материалов. Сейчас применяется зачастую порочная практика приближенной оценки объема корпуса устройства и площади поверхности радиаторов исходя из рассеиваемой элементами мощности, что иногда приводит к неоправданному завышению габаритов и веса конструкции. Следует отметить, что полученные с помощью теплового анализа температура отдельных элементов, а также динамика ее изменения в течение рабочего цикла могут быть переданы в специализированные системы анализа механических нагрузок.

Системы подготовки производства

Важным этапом проектирования печатных плат является подготовка уже разработанного проекта к производству. Под этим подразумевается генерация управляющих файлов для изготовления фотошаблонов, станков для сверления отверстий, оборудования для автоматического тестирования плат и расстановки компонентов. Как правило, все системы проектирования печатных плат имеют встроенные средства генерации таких файлов, тем не менее, имеется ряд задач, которые необходимо выполнять в специально предназначенных для этого продуктах. Большинство проблем связано с получением оптимизированных файлов в формате Gerber для изготовления фотошаблонов.

Одним из наиболее мощных CAM - систем является пакет Genesis 2000 компании PCB Frontline. Эта программа ориентирована на мощные аппаратные платформы, работающие под управлением операционной системы UNIX. Основная особенность пакета Genesis 2000 - высокий уровень автоматизации обработки топологий. Здесь имеются специальные средства верификации и корректировки, которые позволяют увеличить технологичность платы и учесть особенности производства на данном предприятии. Широкий набор интерфейсов импорта/экспорта позволяют обмениваться данными с большинством известных систем проектирования печатных плат.

Достаточно мощной и дорогой программой является CAMMaster, Все функции этого пакета доступны с использованием языка VBA, поэтому интерфейс программы может легко меняться с учетом особенностей технологического цикла конкретного предприятия.

Более доступные по цене, но достаточно мощные средства CAM предлагаются на рынок сразу несколькими производителями. Прежде всего, здесь следует отметить наиболее популярную в России программу CAM350 компании Downstream Technologies. Ранее облегченная версия этого продукта поставлялась с пакетом Accel Eda, поэтому имела схожую с ней идеологию и позволяла загружать проект платы не в виде набора Gerber файлов, а файл PCB с сохранением информации об электрических связях. В качестве основного стандарта обмена данными сейчас принят формат ODB++.

Другая компания Pentalogix, ранее известная как Lavenir, предлагает пользователям линейку продуктов, самым мощным из которых является. Последние версии продуктов Pentalogix предоставляют специалистам все необходимые средства подготовки печатных плат к производству, отличительной особенностью которых является поддержка языка макроскриптов Visual Basic for Application.

Компания Wise предлагает на рынок программу GerbTool. Эта программа хорошо известна пользователям системы проектирования OrCAD, так как долгое время поставляется в составе этого пакета как штатный CAM-модуль. Здесь имеется полный набор инструментов первичной подготовки проектов плат к производству: обработка топологий, генерация файлов сверления и фрезерования, средства верификации и улучшения технологичности.

Нельзя не упомянуть о простой, но эффективной программе CAMtastic компании Altium. Эта программа поставляется бесплатно в качестве штатного CAM-средства совместно с пакетами P-CAD 2000-200X и Protel DXP. В дополнение к обработке формата Gerber, введена качественная поддержка формата ODB++. Появился макрорекордер, позволяющий автоматизировать большинство процедур с помощью специального языка Client Basic.