Портал Магистрiв ДонНТУ Факультет Комп'ютерних Наук i Технологiй

Огляд САПР друкованих плат

Будь яка система проектування друкованих плат являє собою складний комплекс програм, що забезпечує наскрізний цикл, починаючи з прорисовки принципіальної схеми та закінчуючи генерацією керуючих файлів для обладнання виготовлення фотошаблонів, свердлення отворів, зборки та електроконтроля. Однак, умови сучасного ринку накладають додаткові вимоги на ці системи.

Найкращих результатів досягла компанія “Mentor Graphics” (http:\\mentor.com\pcb). Маючи власну систему проектування ДП Mentor BoardStation, компанія поглинула двох своїх конкурентів, компанії “Verybest” та “Innoveda”, і зараз продовжує розробку ліній продуктів “Expedition PCB” та “PADS Power PCB”. Ключем до успіху стала орієнтація на сучасні середовища для проектування для ОС Windows. [1]

Пакет “Expedition PCB” являє собою найбільш потужне вирішення в області проектування плат. Основою системи є середовище “AutoActive”, яке дозволяє реалізувати таки функції, як передтопологічний аналіз цілісності сигналів, інтерактивне та автоматичне трасування з урахуванням вимог високочастотних плат та спеціальних топологічних обмежень, які накладаються при використанні сучасної елементної бази (BGA). Єдине середовище дозволяє за допомогою модуля ICX моделювати наводки в провідниках безпосередньо під час прокладання траси або шини та контролювати перевищення ними заданого уровня. [1]

Аналіз наводок в сусідніх провідниках при прокладці траси у пакеті“Expedition PCB” Pисунок 1 – Аналіз наводок в сусідніх провідниках при прокладці траси у пакеті“Expedition PCB” [1]

Основні можливості “Expedition PCB”:

У даного продукту можна виділити лише один недолік – його високу вартість, що є першкодою для його розповсюдження. В останніх версіях “Expedition PCB” з’явилися додаткові засоби для підвищення продуктивності роботи. У першу чергу мова йде про підтримку колективного проектування та повторному використанні відпрацьованих на попередніх проектах рішень. Модуль ‘Team Design” дозволяє одночасно працювати над трасуванням складної плати одразу в декількох дизайн-центрах. При цьому нема необхідності змінювати інфраструктуру бази даних проекту та бібліотек компонентів. Модуль “Design Reuse” дозволяє зберігти в центральній бібліотеці повну інформацію про спроектовану підсистему (фрагмент або цілу плату), включаючи принципіальну схему, розміщення та трасування, для того щоб вона могла бути використана в майбутніх проектах.

Компанія “Mentor Graphics” пропонує три варіанти видання “Expedition PCB”: Ascent – повний інтерактивний редактор топології без модуля автотрасування; Ascent LX - інтерактивний редактор з автотрасувальником без обмеження на число слоїв, але без опції трасування високочастотних плат; Pinnacle – найбільш повна конфігурація, до складу якої входять усі можливості інтерактивної роботи та автотрасування. Інший продукт компанії “Mentor” – система “PADS Power PCB” (http:\\pads.com), пропонує більш дешеве вирішення. Ця система обладнана кращім автротрасувальником “BlaseRouter”, що підтримує всі необхідні при трасуванні високочастотних плат функції. Пакет має модулі перед топологічного (HyperLinks LineSim) та післятопологічного (HyperLinks BoardSim) аналізу, тісно взаємодіючі з системою контролю обмежень. Зараз ці модулі значно покращені за рахунок впровадження до них оригінальних алгоритмів моделювання, що раніше використовувалися у продукті ХТК, компанії “Innoveda”.

Автоматичне змінення форми провідника з контрольованою довжиною при переміщенні конденсатора у пакеті “PADS Power PCB” Рисунок 2 – Автоматичне змінення форми провідника з контрольованою довжиною при переміщенні конденсатора у пакеті “PADS Power PCB” [1]

Наступною за потужністю рішень, що пропонуються є компанія “Cadence”. Для верхнього рівня проектування пропонується пакет “PCB Design Studio” (http:\\pcb.cadence.com). У якості редактора друкованих плат використовується програма Allegro, яка дозволяє розробляти багатослойні та високошвидкісні плати з високою щільністю розміщення компонентів. [1]

Редактор друкованих плат Аllegro PCB Design Рисунок 3 - Редактор друкованих плат Аllegro PCB Design [3] Проектування високочастотних друкованих плат у Аllegro PCB Design Рисунок 4 – Проектування високочастотних друкованих плат у Аllegro PCB Design [3]

У якості модуля авто розміщення та автотрасування використовується програма “Specctra” (http:\\specctra.com), яка керується великим набором правил проектування та технологічних обмеженнь. Аналіз електромагнітної сумісності топології плати виконується за допомогою спеціального модуля “Specctra Quest Sl Expert”, для попереднього аналіза проекту та підготовки наборів правил проектування використовується модуль SigXplorer.

Автотрасувальник Specctra Рисунок 5 – Автотрасувальник Specctra [3]

Інший продукт від компанії “Cadence” – пакет “OrCAD” (http:\\orcad.com) рекомендований як більше легке та дешеве рішення для проектування друкованих плат. В останній час продукт майже не розвивається, про що свідчать номера версій (9.1, 9.2, 9.22, 9.23). Цей пакет розглядається фірмою “Cadence” як пріоритетна система вводу проектів та моделювання: модулі Capture SIC та PSpice зараз поставляються у складі пакету “PCB Design Studio”. В останню версію системи “OrCAD” увійшли нові можливості синтезу та моделювання цифрових логічних схем NC Sim. Редактор друкованих плат “OrCAD Layout” має три різні конфігурації з різними функціональними можливостями. У проекті плати може бути до 30 слоїв, 16 з яких можуть бути сигнальними. Також присутні вбудовані можливості авторозміщення та автотрасування, та інтерфейс з програмою “Specctra”. [1]

Також можна виділити австралійську компанію “Altium” (http:\\altium.com). В серпні 2002 року ця компанія випустила пакет “Protel DXP” (http:\\protel.com), який є продовженням власної лінії продуктів Protel. Цей пакет забезпечує наскрізний цикл проектування змішаних аналого-цифрових плат з використанням программуємої логіки фірм “Xilinx” та “Altera”. Всі інструменти реалізовані на базі інтергрованної системи проектування “Design Explorer”, яка працює під керуванням ОС Windows. До вже існувавших засобів післятопологічного аналізу цілісності сигналів (Signal Intergrity) додалась можливість виконувати передтопологічний аналіз. Але головною новизною системи “Protel DXP” став автотрасувальник “Situs”.

Іншим, відомим на сам перед у нашій країні, продуктом “Altium” є пакет “P-CAD 2002”. До складу “P-CAD” входять два основних модуля — “P-CAD Schematic”, “P-CAD PCB”, та інші додаткові програми. Основним достоїнством цієї системи є якісна підтримка вихідного формату даних ODB++. Остання версія системи - P-CAD 2006 SP2. В 2006 році компанія “Altium” офиційно оголосила про припинення розробки цього продукту. 30 червня 2008 року була припинена підтримка. Для заміни цієї системи компанія “Altium” прпропонує систему “Altium Designer”.

Але “P-CAD 2002” залишається одною з найпопулярніших САПР друкованих плат, зокрема у нашій країні. Одними з нововведень в “P-CAD 2002” у порівнянні з попередніми версіями продукту стали функція “Design Manager”, яка спрощує процес керування даними проекту та являється потужним засобом контролю його основних елементів, та інтерактивний інструмент “Visual Placement Area”, що аналізує проект на предмет пошуку областей, де може бути розташований той, чи інший компонент. Система “P-CAD 2002” має можливість виділення різних електричних ланцюгів різними кольорами, що дозволяє користувачу краще орієнтуватися у контексті плати. “P-CAD 2002” підтримує ТТF-шрифти, що адаптовані до вітчизняних стандартів. Система забезпечує повний цикл розробки друкованих плат від створення символів елементів до розробки друкованих плат та випуску документації. Система “P-CAD 2002” має можливість конвертувати файли до або з формату DXF, який доступний таким системам, як “OrCAD”, “КОМПАС”, “AutoCAD”, підтримуються формати ODB++ та Gerber. [4]

Інтерфейс графічного редактора “P-CAD Schematic” Рисунок 6 – Інтерфейс графічного редактора “P-CAD Schematic” [4] Інтерфейс графічного редактора “P-CAD PCB” Рисунок 7 - Інтерфейс графічного редактора “P-CAD PCB” [4]

Однією з альтернативних САПР, що може змінити “P-CAD 2002” є вітчизняна система проектування друкованих плат “TopoR”. За багатьма параметрами вона не поступається зарубіжні аналоги, а в деяких і перевершує їх. Але слід відзначити, що САПР “TopoR” має ряд особливостей та відмінностей, а незвичність та незвичність інструмента часто лякає користувача.[5]

Серед відмінностей САПР “TopoR” – практично миттєва 100-відсоткова розводка ланцюгів. Розводяться усі зв’язки, навіть якщо доводиться порушувати деякі технологічні обмеження. Звичайно, початковий варіант буде далеко не ідеальний, але коли усі з’єднання будуть прокладені, можна буде запустити процедуру оптимізації. На щільних дизайнах властивість 100-відсоткової реалізації ланцюгів має важливе значення, оскільки дозволяє оцінити, як принципіальну можливість, так і трудомісткість ручної доводки дизайну.

Багатокритеріальна оптимізація топології виконується в процесі перекладання провідників. Під часу процесу оптимізації усуваються порушення, зменшується довжина провідників, зменшується число міжслоєвих переходів та місць зі зменшеним зазором. Здійснюється паралельна оптимізація деяких альтернативних варіантів топології, які відмінні значеннями параметрів, що оптимізуються, і користувачеві дається можливість вибору одного з декількох варіантів. Ця особливість дає можливість організації розподіленого трасування – розпаралелювання оптимізації топології з використуванням декількох ядер комп'ютера або декількох комп’ютерів, об’єднаних у локальну мережу, що відповідає сучасним тенденціям розвитку обчислювальної техніки та дозволить значно зменшити затрати машинного часу під час трасування складних багатослоєвих плат.

Інша важлива відмінність – два режими редагування топології. Один – традиційний графічний редактор. Інший режим – редактор не дозволяє редагувати форму провідників (вона розраховується автоматично з урахуванням необхідних зазорів), але дає можливість переміщувати компоненти без порушення цілісності розводки. Це дає можливість під час прокладки або редагування провідників не піклуватися про їх точну форму, а лише позначати топологічні маршрути.

Ще одна важлива відмінність – це вид самої топології. Трасування під довільними кутами забезпечує найбільш економічне використання комутаційного простору.

Суттєвим недоліком САПР “TopoR” була відсутність інструментів для проектування високошвидкісних друкованих плат: засобів прокладення диференційних пар, ланцюгів заданої довжини, вирівняння довжин провідників, підтримки не наскрізних та прихованих перехідних отворів, можливості завдання складних правил трасування, і відповідно, наявності засобів контроля їх виконання. Однак вихід САПР “TopoR” версії 5.0 повинен ліквідувати відставання в цій області від систем ведучих виробників.

Також треба згадати про доволі потужний та розповсюджений в світі продукт “Visula” компанії “Zuken” (www.zuken.com). Продукти цієеї компанії забезпечують наскрізний цикл проектування та пропонують потужні засоби моделювання та синтезу програмуємої логіки з наступною розробкою друкованої плати. Система має стандартний набір інструментів, а також власні засоби авторозміщення та автотрасування. Слід відзначити, що компанія “Zuken” пропонує користувачам інтегровані засобі трьохвимірного твердотільного моделювання розробляємих пристроїв. [1]

Трьохвимірне моделювання плати засобами компанії “Zuken” Рисунок 8 – Трьохвимірне моделювання плати засобами компанії “Zuken” [1]

Пiд час пiдготовки роздiлу були використанi наступнi матерiали:

  1. Потапов Ю. – Обзор САПР печатных плат – EDA Expert 04/2003 cc. 36 – 39
  2. Лохов А., Филлипов А., Селиванов И., Рабоволюк А. – САПР печатных плат: маршрут Expedition компании Mentor Graphics – Электроника: Наука, технология, бизнес 02/2004 сс. 28 – 31
  3. Веб-сайт компании PCB Tech - производителя и проэктировщика печатных плат http://www.pcbtech.ru/pages/view_page/145
  4. Иванова Н.Ю., Романова Е.Б. – Проектирование печатных плат в САПР Р-CAD 2002 – Методическое пособие - СПб: СПбГУ ИТМО, 2007.
  5. Лузин С., Петросян Г., Полубасов О. – TopoR – Современная САПР печатных плат – Печатный монтаж 01/2009 – сс. 10 – 13
Портал Магистрiв ДонНТУ Факультет Комп'ютерних Наук i Технологiй