d= dэ+½Ddн.о½ , (3.5.10)
где dэ - максимальное значение диметра вывода навесного элемента, устанавливаемого на печатную плату;
r - разность между минимальным значением диаметра отверстия и
максимальным значением диаметра (минимальный диаметр отвер-
стия лимитируется толщиной платы при условии качественной
металлизации отверстия);
D dн.о - нижнее предельное отклонение номинального значения диаметра отверстия. Диаметры монтажных отверстий выбирают так, чтобы разность между минимальным значением диаметра отверстия была в пределах 0.1-0.5 мм (при автоматизированной установке ИЭТ - 0.4-0.5мм). Выбор значений диаметров осуществляется из ряда в диапазоне 0.4-3 мм с шагом 0.1 мм (ГОСТ 10317-79).
Номинальное значение ширины проводника t рассчитывается по формуле:
t = tм.д+½D tно½, (3.5.11)
где tм.д - минимально допустимая ширина проводника, рассчитывают в
зависимости от токовой нагрузки (см. далее);
Расстояние между соседними элементами проводящего рисунка устанавливают в зависимости от электрических и конструкторско-технологических требований. Минимально допустимое расстояние между соседними элементами проводящего рисунка Sм.д выбирается из расчета обеспечения электрической прочности изоляции, а наименьшее номинальное расстояние определяют по формуле:
S= Sм.д+ Dtво , (3.5.12)
Расчет минимального расстояния для прокладки n-го количества проводников между двумя отверстиями с контактными площадками диаметрами D1 и D2 производят по формуле:
l=(D1+D2)/2+t×n+S×(n+1)+Tl, (3.5.13)
где n - количество проводников;
Tl - позиционный допуск расположения печатного проводника
(Tl=0.1мм).
Разработка печатной платы устройства с использованием САПР
Система PCAD 8.5 позволяет выполнять следующие проектные операции: создание символов элементов принципиальной электрической схемы и корпусов; графический ввод принципиальной электрической схемы и конструктивов плат проектируемого устройства; ручную и автоматическую трассировку печатных проводников произвольной ширины; автоматизированный контроль результатов проектирования ПП на соответствие принципиальной электрической схеме.
Программный комплекс PCAD включает в себя взаимосвязанные пакеты программ, образующих систему сквозного проектирования ПП электронной аппаратуры. В ее состав входят следующие программы [7]:
Schematic Editor – графический ввод и редактирование принципиальной электрической схемы;
Symbol Editor – графический ввод и редактирование символов радиоэлектронных компонентов на принципиальных схемах;
PCB Editor – графический ввод и редактирование конструктивов ПП, автоматическое или ручное размещение компонентов на плате;
Part Editor – графический ввод и редактирование корпусов компонентов РЭА и стеков контактных площадок.
Графический редактор принципиальных схем и символов компонентов имеет два режима: Schematic Editor и Symbol Editor. После загрузки графического редактора экран дисплея форматируется и разбивается на несколько зон. Зона меню подкоманд, предназначенная для команд графического редактора, расположена справа от окна и внизу под ним. Команды выбираются щелчком левой кнопки мыши. Расположенные справа команды имеют подкоманды, список которых выводится на экран после выбора основной команды.
В схемном графическом редакторе полная информация о чертеже заносится в 18слоев, устанавливаемых по умолчанию. На каждой фазе работы с графическим редактором необходима не вся имеющаяся информация, поэтому часть слоев делают невидимыми. Информация о слоях выводится по команде View Layer. Всего слоев поддерживается до 100. Слои могут быть окрашены в любой из 16 цветов. Каждый слой имеет одно из трех состояний: OFF – слой невидим и недоступен, ON – слой видим но недоступен, ABL – слой видим и может стать активным.
Также отличительной особенностью PCAD является использование атрибутов. Атрибуты состоят из двух частей: ключевого слоя и значения, разделенных знаком равенства “=”. Ключевое слово должно начинаться с буквы и иметь длину до 23 символов. Значение атрибута представляет собой последовательность чисел или текстовых переменных, разделенных запятыми. После вода атрибута ключевое слово и знак равенства становятся невидимыми на экране.
При использовании атрибутов можно значительно облегчить работу со схемой. В частности можно использовать автоматическое создание корпусов компонентов, автоматическое присвоение имени цепи и др [7].
Для дискретных компонентов не должны присутствовать имена и номера выводов на схеме. Имя дискретного компонента не слое DEVICE не наносится. Номера выводов по команде Enter/Packing Data наносят на слое ATTR2, который в дальнейшей работе выключают.
Для резисторов дополнительно следует указать атрибут RVALUE=<номинал>. Он необходим для диагностики ошибок, связанных с отсутствием резистора в цепях для микросхем с открытым коллектором.
Для дискретных компонентов целесообразно создавать два УГО: для вертикального и горизонтального расположения на схеме.
Основным инструментом при автоматической трассировке ПП в пакете PCAD является файл стратегии. Поэтому опишем некоторые его основные установки для объяснения нашего способа разводки.
После выбора пункта RoutingParameters в основном меню программы Autorouter на экране появится меню, в котором можно устанавливать параметры.
Приведем основные из них:
- первоначально устанавливаем метрическую систему измерения, т.к. все наши элементы рисовались в ней;
- устанавливаем основную координатную сетку шагом 1,25 мм, что соответствует технологическим требованиям;
- устанавливаем количество слоев для трассировки - четыре;
- устанавливаем тип трассировки – наиболее целесообразным является тип Steiner, которая позволяет выполнять Т-образные соединения и другие соединения, которые минимизируют расстояния между точками;
- устанавливаем порядок трассировки – по рекомендациям авторов ставим порядок Short-Long, т.е. сначала будут трассироваться короткие цепи, а затем – длинные. Это дает меньшее количество не разведенных цепей;
- на первоначальном этапе произведем отключение диагональной трассировки, т.к. она может дать несоблюдение допустимых зазоров, однако после первого этапа трассировки окажется, что зазоры соблюдаются, то можно установить DiagonalRouting и повторить трассировку, что, возможно, даст улучшение;
- проведем включение режима минимизации количества переходных отверстий, сделав установку Viaminimization;
- установим режим сглаживания углов PerformBeveling. В этом случае будет производиться замена прямоугольных изгибов проводников, где это возможно на изгибы под углом 45°. Установим здесь параметр During+After, т.к. он наиболее эффективный;
- установим параметр JogElimination который осуществляет ликвидацию выступов печатных проводников. Процедура заключается в том, что: 1. Ликвидируются выступы, остающиеся после перемещения переходных отверстий; 2. Два или более сегмента проводника заменяются по возможности одним сегментом.
На этом заканчивается установка основных параметров трассировки, и переходим к установке дополнительных параметров.
Войдя в режим DetailedRoutingParameters, у нас есть возможность произвести следующие установки:
- установим тип переходных отверстий (ViaType) Through который позволит создавать сквозные переходные отверстия;
- далее необходимо установить параметр ViaSites который определяет размещение переходных отверстий. Произведем установку AllGridPoints, что предоставит возможность располагать переходные отверстия во всех точках координатной сетки;
- разрешим размещение переходных отверстий на всей плате, произведя установку в пункте ViaLatticeRegion параметра EntireBoard;
- установим размеры области поиска пути для трассы в пункте RouteSearchAreaSize. Следуя указаниям авторов, установим в этом пункте значение 3;
- определим число основных проходов алгоритма “лабиринт”– NumberofMazeRouterPasses. В связи с тем, что уже на третьем проходе размер области поиска увеличен в 4 раза, то установим количество проходов равное 3;
- произведем открытие всей площади платы для трассировки, на последнем проходе установив параметр FullBoard;
- согласно технологическим требованиям и, исходя из коэффициента заполнения, установим минимальное расстояние трасс от края платы равное 0,5;
- в следующем окне установим только параметр EvenDistribution, который позволит равномерно распределять проводники на всех парах слоев. При отсутствии этой установки, будет поставлено значительно больше переходных отверстий, и проводники будут располагаться неравномерно.
Перейдем к установке параметров алгоритма Rip-Up. Этот параметр позволяет управлять наиболее мощным средством программы.
Произведем установку следующих пунктов:
- установим количество проходов каждого алгоритма трассировки. Пункт Normal трогать не будем, т.к. там уже находится значение установленное ранее. В пункте Rip-Up установим количество проходов равное 10. В пункте Optimize установим количество попыток переразвести связи равное 10;
- включим режим уплотнения трасс TraceHugging, что дает нам уплотнение трасс и экономию пространства на ПП;
- отключим режим PenalizeCorners уменьшающий количество изгибов проводника, т.к. он вступает в противоречие с предыдущим режимом.
Остальные установки оставим без изменений.