СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ SPECCTRA

НАЗНАЧЕНИЕ
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ
ТРЕБУЕМЫЕ РЕСУРСЫ
СТРУКТУРА СИСТЕМЫ И ТЕХПРОЦЕСС РАБОТЫ
СРАВНЕНИЕ С АНАЛОГАМИ
ИНТЕРФЕЙСЫ К ДРУГИМ СИСТЕМАМ

НАЗНАЧЕНИЕ

Программа SPECCTRA предназначена для автоматического размещения компонентов на плате и автоматической и интерактивной трассировки проводников. Программа SPECCTRA успешно трассирует платы большой сложности благодаря применению нового принципа представления графических данных, так называемой ShapeBased-технологии. Также имеется встроенный графический редактор EditRoute, который позволяет проконтролировать разведенную плату и внести в нее некоторые изменения.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ

В настоящее время программа SPECCTRA фирмы Cadence на платформе Windows - лучшая программа автоматической и интерактивной трассировки проводников и размещения компонентов. В связи с этим при ее наличии вполне достаточно использовать систему P-CAD (любой версии) для создания принципиальных схем и упаковки их на печатную плату, а все дальнейшие операции по размещению компонентов и трассировки проводников выполнять с помощью SPECCTRA в интерактивном или автоматическом режиме. SPECCTRA не является автономной программой ѕ данные о перечне компонентов и электрических связях передаются в нее из графических редакторов печатных плат с помощью конверторов.
К программе SPECCTRA дополнительно поставляются несколько опций, расширяющих ее функциональные возможности:

• ADV (Advanced) - расширение возможностей настройки стратегии трассировки сложных плат, в частности разных значений ширины трассы и зазоров на разных слоях трассировки, назначение индивидуальных правил трассировки отдельным цепям и т. п.;
• DFM (Design for Manufacturability) - повышение технологичности проекта, автоматическая генерация контрольных точек для всех или выделенных цепей, сглаживание углов, увеличение зазоров при наличии свободного пространства;
• HYB (Hybrid) - поддержка технологии межслойных переходных отверстий, размещения переходных отверстий рядом с выводами планарных компонентов, технологии монтажа гибкими проводниками;
• FST (Fast Circuit) - учет особенностей проектирования высокочастотных устройств, контроль максимальной длины параллельных проводников для уменьшения перекрестных искажений, контроль задержек распространения сигналов, разводка дифференциальных каскадов, скругление углов, специальные правила трассировки для выделенных областей, введение экранирующих цепей.

Кроме того, имеются разные варианты лицензий для разработки двуслойных печатных плат без ограничения количества компонентов, четырехслойных плат с количеством компонентов не более 4000 и 256-слойных печатных плат без ограничения количества компонентов.

ТРЕБУЕМЫЕ РЕСУРСЫ

SPECCTRA устанавливается на 486-66 МГц и более старших ПК, хотя достаточно иметь 486-33 МГц, работает под управлением Microsoft Windows 3.1 и старше, Windows 95 или Windows NT. Для программы SPECCTRA нужно установить поддержку 32-разрядных программ Win32s (при работе с Windows NT или Windows 95 этого не требуется). Для SPECCTRA требуется ОЗУ 16 Мб [1].

СТРУКТУРА СИСТЕМЫ И ТЕХПРОЦЕСС РАБОТЫ

Общие сведения.

Программа SPECCTRA успешно трассирует платы большой сложности благодаря применению нового принципа представления графических данных, так называемой ShapeBased-технологии. В отличие от известных ранее пакетов, в которых графические объекты представлены в виде набора координат точек, в этой программе используются более компактные способы их математического описания. За счет этого повышается эффективность трассировки печатных плат с высокой плотностью расположения компонентов, обеспечивается автоматическая трассировка одной и той же цепи трассами разной ширины и др. Автотрассировщик SPECCTRA использует адаптивные алгоритмы, реализуемые за несколько проходов трассировки. На первом проходе выполняется соединение абсолютно всех проводников без обращения внимания на возможные конфликты, заключающиеся в пересечении проводников на одном слое и нарушении зазоров. На каждом последующем проходе автотрассировщик пытается уменьшить количество конфликтов, разрывая и прокладывая вновь связи (метод Rip-up-and-retry) и проталкивая проводники, раздвигая соседние (метод Push-and-shove). Информация о конфликтах на текущем проходе трассировки используется для "обучения" изменения весовых коэффициентов (штрафов) так, чтобы путем изменения стратегии уменьшить количество конфликтов на следующем проходе. В программе SPECCTRA имеется встроенный графический редактор EditRoute, который позволяет проконтролировать разведенную плату и внести в нее следующие изменения:

• провести неразведенные трассы. При проведении трассы вокруг нее для наглядности пунктиром указывается допустимый зазор. В конце трассы стрелками показывается направление наиболее короткого пути и при нажатии кнопки Finish Route прокладка трассы завершается автоматически;
• сдвиг трасс и переходных отверстий. При перемещении сегмента трассы она автоматически огибает препятствия, в частности переходные отверстия. И наоборот, при перемещении переходных отверстий автоматически деформируются проводники, если включена опция Push Routing;
• копирование проводников. Позволяет за одну операцию проложить несколько "подобных" трасс;
• замена типов переходных отверстий;
• удаление петель и изломов проводников, изменение их ширины.

Помимо обычного контроля соблюдения технологических зазоров типа проводник-проводник, проводник-переходное отверстие и т.п. в системе SPECCTRA выполняется контроль максимальной длины параллельных проводников, расположенных на одном или двух смежных слоях, что позволяет уменьшить уровень перекрестных искажений и уровень шума проектируемого устройства. Контролируется также максимальное запаздывание сигнала в отдельных цепях.

Техпроцесс работы.

Вызов программы SPECCTRA производится автономно из среды Windows или из программы ACCEL PCB. В последнем случае в меню Route Autorouters выбирается тип автотрассировщика и указывается имя файла стратегии трассировки. В результате начнется выполнение трассировки текущей платы в автоматическом режиме, по окончании которого управление будет передано обратно в ACCEL PCB. В верхней части экрана расположено горизонтальное меню команд и панель пиктограмм. Снизу от рабочего окна помещены строки состояний (Status Line) и сообщений о фазах трассировки (Message Line). Здесь же расположена строка ввода команд в режиме интерактивной трассировки (Сommand). В самом нижнем окне OUTPUT дается подробная текущая информация о ходе выполнения каждой фазы трассировки. Программа SPECCTRA имеет режим интерактивной трассировки, который переключается щелчком по пиктограмме. Щелчок по пиктограмме переводит программу в режим интерактивного размещения компонентов.
SPECCTRA имеет большое количество команд, которые задаются двояко:

• набором их на командной строке или выбором из систем меню, снабженных панелями диалога и пиктограммами;
• включением команд в текстовый файл, так называемый Do-файл.

Протокол выполнения команд заносится в Did-файл, который после редактирования может использоваться как Do-файл.
Трассировка проводников проводится в три этапа:

• предварительная трассировка;
• автотрассировка;
• дополнительная обработка результатов автотрассировки.

Все фазы трассировки выполняются в интерактивном или автоматическом режиме с помощью набора команд:
• Bus-разводка только тех выводов компонентов, которые имеют одинаковые координаты X или Y. Применяется для предварительной трассировки микросхем памяти или других однородных структур.
• Fanout-генерация переходных отверстий рядом с контактными площадками планарных компонентов и соединение их короткими проводниками (аналогично стрингерам системы P-CAD);
• Route-трассировка абсолютно всех проводников без обращения внимания на конфликты: пересечение проводников в одном слое и нарушение зазоров. Разводка выполняется за несколько проходов. На первом проходе разводятся все проводники. На последующих проходах переразводятся соединения, имеющие конфликты. При этом динамически изменяются весовые коэффициенты (штрафы) так, чтобы постепенно уменьшить количество конфликтов;
• Clean-разводка заново всех проводников с прокладкой их по новым трассам, без допуска возникновения новых конфликтов.

Эти команды повторяются неоднократно в разных комбинациях, выбор которых определяет успех трассировки. Типичная последовательность команд выглядит следующим образом:
Bus diagonal
Fanout 5
Route 25
Clean 2
Route 50 16
Clean 4

Дополнительная обработка оттрассированной платы выполняется с помощью команд:
• Spread - введение дополнительного зазора между проводниками;
• Testpoint - добавление контрольных точек;
• Miter - замена изгибов проводников под углом 90 на диагональные трассы под углом 45, длина которых не меньше заданной;
• Recorner - замена изгибов проводников под углом 90 на диагональные трассы под углом 45.

Всем объектам печатной платы присваивается определенный уровень иерархии, и вводятся правила трассировки, составляющие стратегию трассировки. В результате можно, например, автоматически проложить трассу, состоящую из сегментов разной ширины, что невозможно в системе P-CAD. В стратегию трассировки можно включить большое количество подкоманд, задающих способы изгиба трасс, центрирование проводников и другие особенности стиля разводки конкретной платы [1].

СРАВНЕНИЕ С АНАЛОГАМИ

ПАКЕТ ACCEL EDA 14.0: QUICKROUTE, PRO ROUTE, INTERPLACE.

ПАКЕТ P-CAD 4.5: PC-PLACE, PC-ROUTE.

• программа автоматической трассировки проводников PC-ROUTE недостаточно эффективна и значительно проигрывает ручной трассировке, выполненной опытным разработчиком с помощью графического редактора PC-CARDS. Автоматически оттрассированная плата имеет большое количество петель и уступов проводников, которые удаляются вручную. Невозможно задать разные типы сквозных отверстий при переходе проводников со слоя на слой. Невозможно автоматически трассировать одну и ту же цепь сегментами разной ширины;
• программа автоматического размещения компонентов на плате PC-PLACE настолько несовершенна, что ею практически не пользуются;
• в автоматическом режиме не предусмотрена трассировка многослойных плат, имеющих выделенные слои металлизации для цепей "земли" и питания. Такие слои создаются после окончания автоматической трассировки, выполненной без их учета, что требует большого объема ручной работы.

В поздних версиях P-CAD с одной стороны, исправлены ошибки в алгоритме оптимизации, что повысило эффективность автоматической трассировки платы; с другой стороны, все еще велики затраты ручного труда по доработке печатных плат, а алгоритм размещения по-прежнему не имеет тонкой настройки стратегии и поэтому не годится для профессиональной работы. Для профессиональной работы можно порекомендовать приобрести пакеты ACCEL EDA и SPECCTRA. Что это дает?
Во-первых, в новых программах устранены все недостатки, присущие P-CAD.
Во-вторых, переход на платформу Windows решает проблему драйверов периферийного оборудования и кириллических шрифтов.
В-третьих, если система P-CAD предназначена, в основном, для разработки цифровой аппаратуры, в программах нового поколения учтены особенности проектирования и аналоговой аппаратуры; обеспечена автоматическая трассировка многослойных печатных плат с выделенными слоями металлизации.
В-четвертых, отдельные библиотеки символов и корпусов компонентов, часто несогласованные друг с другом, объединены в интегрированные библиотеки, имеющие мастера и шаблоны, облегчающие их пополнение. Наконец, графический редактор ACCEL EDA интегрируется с программой SPECCTRA, которая основана на использовании эффективных бессеточных алгоритмов.
Переход к САПР печатных плат нового поколения облегчается возможностью обмена данными ACCEL EDA со старыми версиями P-CAD с помощью текстового формата PDIF (как схем, печатных плат, так и библиотек символов и корпусов компонентов). Причем программу SPECCTRA можно использовать, подготавливая для нее данные с помощью любой версии P-CAD и специального конвертора.

ИНТЕРФЕЙСЫ К ДРУГИМ СИСТЕМАМ

SPECCTRA выполняет размещение компонентов и трассировку платы, на которой предварительно размещены компоненты с помощью одного из графических редакторов печатных плат PCBoards, P-CAD, TangoPRO, PADS, Protel, OrCAD. Плата с предварительно размещенными компонентами транслируется в формат пакета SPECCTRA. Разведенная в программе SPECCTRA печатная плата транслируется обратно. Процедура трансляции встроена в ACCEL P-CAD PCB, графический редактор PCBoards системы Design Center, к остальным программам трансляторы поставляются отдельно.
Конвертор P-CAD - SPECCTRA.
Программа P2S - один из удачных конверторов, предназначенных для взаимодействия P-CAD и SPECCTRA (автор Е. Кнышев, Обнинск). В системе P-CAD достаточно начертить контур печатной платы и предварительно расставить компоненты с указанием электрических связей (допускается использование любой версии P-CAD 4.5-8.7), после чего с помощью P2S передать данные в программу SPECCTRA. При этом имеется ряд ограничений:

• контактные площадки выводов компонентов должны иметь простейшую форму круга, квадрата, прямоугольника, линии или полигона; контур печатной платы должен быть нарисован отрезками линий, не отрывая "пера от бумаги";
• для всех контактных площадок, в том числе контактных площадок компонентов с планарными выводами, должны иметься файлы стеков (расширение имени .ps).

Последнее требование обусловлено тем, что в ранних версиях P-CAD контактные площадки планарных компонентов не поворачивались вместе с ними и поэтому пользователи были вынуждены рисовать эти площадки вместе с изображением корпуса планарного компонента. Однако уже в версии P-CAD 4.5 появилась опция Rotate padstacks, включение которой решает эту проблему. Поэтому стеки контактных площадок необходимо создавать как для штыревых, так и планарных выводов. После загрузки проекта в конвертор устанавливается фактический порядок следования слоев печатной платы, просматривается и редактируется список стеков контактных площадок, просматривается графика компонентов с подсоединенными контактными площадками и устанавливаются правила трассировки, передаваемые в SPECCTRA (хранятся в файлах .dsn). После завершения разработки печатной платы информация передается обратно в P-CAD для выпуска конструкторской и технологической документации.
После сравнения с основными аналогами к достоинствам программы SPECCTRA следует отнести следующее:

• Обеспечивается большая эффективность трассировки печатных плат с высокой плотностью расположения компонентов.
• Не только в автоматическом, но и в интерактивном режиме функциональные возможности SPECCTRA гораздо выше, чем у графических редакторов печатных плат систем P-CAD, ACCEL EDA, OrCAD и других.
• Получив данные с помощью специальных конверторов о принципиальной схеме все дальнейшие операции по размещению компонентов и трассировки проводников программа SPECCTRA выполняет самостоятельно в интерактивном или автоматическом режиме, то есть ее совместимость с многими пакетами редактирования печатных плат делает ее одинаково привлекательной для пользователей, использующих разное программное обеспечение (напр.: PCBoards, P-CAD, TangoPRO, PADS, Protel, OrCAD и др.).
• Имеются разные варианты лицензий для разработки двуслойных печатных плат без ограничения количества компонентов, четырехслойных плат с количеством компонентов не более 4000 и 256-слойных печатных плат без ограничения количества компонентов.