Projektowanie obwodów drukowanych
w pakiecie
Protel 99SE
Spis Treści
1. Wprowadzenie 3
2. Projektowanie obwodu drukowanego w pakiecie Protel 99 4
3. Środowisko programu Design Explorer 99SE 4
4. Schematic Editor – czyli rysowanie schematu 5
a) symbole elementów 6
b) połączenia 7
c) sygnały, punkty zasilające, porty In/Out 8
d) adnotacje i inne funkcje edycyjne 9
5. Library Schematic Editor 11
a) nowy komponent 11
b) komponent wieloczęściowy 12
c) opis elementu - Description 12
6. Printed Circuit Board Library Editor 13
a) obudowy elementów 13
b) przypisywanie obudowy do symbolu 15
c) wykaz elementów, ERC, netlista 16
7. Printed Circuit Board Editor 16
a) szablon obwodu drukowanego 16
b) układanie elementów na płytce 18
c) prowadzenie ścieżek 19
d) manualne nanoszenie ścieżek 20
8. Zakończenie 21
Design Explorer 99SE firmy Protel to pakiet programów głównie do projektowania obwodów drukowanych układów i urządzeń elektronicznych. Można go również wykorzystać do wykonywania dokumentacji technicznej projektu. Istnieje możliwość symulacji układu w programie SPICE (ver. 5) oraz zaprogramowania układu PLD. Niektóre z pozostałych cech pakietu zostały przedstawione poniżej:
ü program pracuje na komputerach klasy PC, w systemach Windows 9x/NT/2000/XP, z procesorem klasy Pentium, minimum 32 MB RAM i kartą graficzną SVGA. Do instalacji potrzebne jest ok. 300 MB wolnego dysku twardego. Zalecana rozdzielczość monitora: min 1024x768,
ü do rysowania i edycji schematów projektowanych układów Protel dostarczył biblioteki zawierające ponad 60 000 symboli elementów elektronicznych, w tym, oprócz standardowych symboli, znajdują się elementy światowych producentów sprzętu elektronicznego (tj. Burr Brown, Dallas, AMD, Intel, Lucent itp.),
ü do projektowania obwodów można wykorzystać ok. 60 szablonów kart i płytek stosowanych w komputerach klasy PC.
ü możliwość automatycznego projektowania obwodu na podstawie narysowanego schematu ideowego układu. Można również płytkę projektować manualnie z opcją sprawdzania zgodności projektowanego obwodu ze schematem.
ü generowanie różnego rodzaju raportów (lista połączeń, wykaz elementów itp.) a także plików sterujących obrabiarkami numerycznymi (fotoploter, wiertarka numeryczna),
ü podgląd zaprojektowanej płytki w widoku przestrzennym (3D),
ü współpraca wielu projektantów przez sieć.
Pakiet zawiera o wiele więcej użytecznych właściwości, które nie zostaną tu wymienione.
Najważniejsze, potrzebne do samego zaprojektowania obwodu drukowanego, będą przedstawione w dalszej części.
Praktyczne uwagi można tutaj mieć do wymienionych wyżej zaleceń sprzętowych, które są zaleceniami producenta pakietu. Generalnie dla większej użyteczności oprogramowania potężniejszy komputer PC nie stanowi przeszkody, zwłaszcza jeśli weźmie się pod uwagę parametry monitora.
Zaprojektowanie płytki sprowadza się zasadniczo do trzech punktów:
a) narysowanie schematu;
b) stworzenie listy elementów i ich połączeń (Netlista);
c) utworzenie obwodu drukowanego (automatycznie lub manualnie)
Zadaniem jest stworzenie układu zawierającego 30 elementów, w tym 2 układy scalone 14-nóżkowe, bez wiszących wyprowadzeń. Jako przykład posłuży do tego celu układ Termometru Elektronicznego przetwornikiem A/C – ICL7106 i wyświetlaczem ciekłokrystalicznym. Symbole tych elementów nie występują w bibliotekach standardowo dołączonych do pakietu, więc pokazany zostanie również sposób ich kompozycji i umieszczenia w oddzielnej bibliotece.
Po uruchomieniu programu pojawia się specyficzna powłoka, która integruje wszystkie programy narzędziowe, umożliwia zarządzanie dokumentacją projektu (projektów) i organizuje współpracę projektantów.
Rys. 1 Główne okno programu.
Jak widać na przykładzie z rys.1 zarządzanie projektem nie sprawia kłopotu, można łatwo „przełączać się” między narzędziami. Istotną rolę pełni tutaj, znajdująca się po lewej stronie okna, przeglądarka o dość szerokim zastosowaniu.
Mniejsze z okienek przedstawiają kolejne dokumenty projektu: schemat układu, plan całego urządzenia (w skład którego wchodzi pokazany fragment schematu) oraz projekt płytki drukowanej.
Przed rozpoczęciem pracy warto ustawić jeszcze parametry kopii zapasowych i autozapisu. Ustawień tych można dokonać w menu ukrytym pod symbolem strzałki, po lewej stronie menu „File”, w „Preferences...”.
Każdy nowy projekt, rysunek, biblioteka, wymaga utworzenia bazy danych, która zawierać będzie wszelkie informacje dotyczące dokumentu(ów). Bazę tworzymy wybierając z menu „File” polecenie „New Design” lub „New” w przypadku gdy otwieramy zupełnie nowy projekt. Wpisujemy nazwę projektu, podajemy miejsce jego zapisania i ewentualnie zabezpieczające go hasło.
Następnie z menu „File” à „New..” przygotujemy plik do edycji przez edytor schematów. Na rys. 2 pokazano, jaki typ dokumentu jest tu istotny. Nadajemy mu własną nazwę i otwieramy do edycji.
Rys. 2 Typy dokumentów Protel'a
Powierzchnie roboczą (Sheet) stanowi jasnożółta „kartka” domyślnie formatu B, jej wygląd można zmieniać klikając prawym (ustawienia myszy – jak dla praworęcznych) klawiszem w jej obszarze a następnie z menu kontekstowego wybieramy „Document Options...”. Ten sam efekt można uzyskać wybierając z menu górnego paska „Design” polecenie „Options”.
W menu „Tools” à „Preferences..” lub w menu kontekstowym warto przestawić opcję „AutoPan” na Auto Pan ReCenter , co przy pracy w powiększeniu spowoduje wyświetlenie nowego fragmentu schematu przy dotknięciu kursorem krawędzi okna. Zmiana ta odbywać się będzie w sposób skokowy, a nie płynny, jak przy domyślnym ustawieniu, co w wypadku szybszych komputerów będzie wygodniejsze.
Do powiększeń i pomniejszeń służą klawisze „PageUp” i „PageDown”. Do odświeżania rysunku klawisz „End”. Klawisz „Home” powoduje re-centrowanie widoku. Funkcje te są dostępne w menu „View”.
Do narysowania schematu ideowego potrzebne są symbole elementów, które można pobrać z odpowiednich bibliotek. Jeśli aktywny będzie Schematic Editor, to w oknie eksploratora projektu pojawi się zakładka „Browse Sch” , dzięki której można przeglądać biblioteki elementów.
Standardową biblioteką zawierającą powszechnie używane symbole jest plik o nazwie „Miscellaneous Devices.lib”. Aby korzystać z innych bibliotek, należy je przedtem dodać do listy. Możemy to zrobić przyciskiem „Add/Remove”. Możliwe jest także przeszukiwanie bibliotek w celu odnalezienia konkretnego elementu.
Przy pomocy menu „Place”à „Part” lub przycisku w przeglądarce umieszczamy element na powierzchni roboczej. Szybszym sposobem jest dwukrotne naciśnięcie klawisza „P” na klawiaturze (Place Part). Wówczas, podobnie jak w przypadku menu, pojawi się okno dialogowe, gdzie koniecznie podać należy nazwę elementu, pod jaką występuje on w bibliotece (Library Reference). Pole Designator to oznaczenie porządkowe elementu, a Part Type to nazwa elementu, jak pojawi się na rysunku. Footprint jest przypisaniem modelu obudowy, koniecznego przy projektowaniu obwodu drukowanego. Sposób, jak wypełnić to pole, opisany zostanie dalej.
Rys. 3 Pobieranie elementu z biblioteki
Po zaakceptowaniu przyciskiem „OK.” możemy dowolnie umieścić element na „kartce”, obracając go o 90º klawiszem „SPACJI” lub odbijając w pionie lub poziomie klawiszami „X” i „Y” . Jeśli zamiast umiejscowienia elementu naciśniemy klawisz „TAB”, będzie można dokonać zmian właściwości symbolu. Po umieszczeniu jest to możliwe poprzez dwukrotne kliknięcie na nim. Zmiana położenia wtedy przypomina nieco metodę drag&drop.
Rys. 4 Efekt działania okna z rysunku 3
Stosowanie skrótu klawiszowego wymaga niestety zapamiętania podstawowych typów elementów. Przykłady z biblioteki „Miscellaneous Devices.lib” podaje poniższy rysunek.
Rys. 5 Symbole standardowe
Symbole elementów można wyedytować według własnych potrzeb i upodobań, a także stworzyć zupełnie nowe przy pomocy narzędzia Library Schematic Editor, które zostanie opisane nieco dalej.
Rozmieszczone wstępnie elementy, aby tworzyły schemat ideowy, powinny zostać ze sobą odpowiednio połączone. Umożliwia to polecenie „Wire” z menu „Place”, lub skrót klawiszowy „P”, „W”. Połączenie prowadzimy przy pomocy kursora myszki, klawiszem „SPACJI” możemy zmieniać tryb prowadzenia połączenia (połączenie swobodne, połączenie z wymuszonymi kątami prostymi, z wymuszonymi kątami ściętymi, oraz autopołączenie – zaznaczamy koniec i początek a droga zostaje dobrana automatycznie). Przed ostatecznym połączeniem możliwa jest zmiana, pod klawiszem „TAB”, koloru i grubości linii.
Do rysowania połączeń magistralowych stosujemy polecenie „Place” à „Bus” („P” i „B”). Prowadzi się je podobnie jak połączenia pojedyncze. Wyprowadzanie i doprowadzanie sygnałów do magistrali odbywa się poprzez „Bus Entry” z menu „Place” („P”, „U”). Niejednokrotnie sygnały w magistralach wymagają rozróżnienia. W Protelu do tego celu służy „Net Label” z ww. menu („P”, „N”). Kształt i kolor czcionki mogą być dowolnie ustawione.
Schematic Editor posiada domyślnie włączoną opcję „Auto Junction” tzn. automatycznego połączenia w miejscach, gdzie zgodnie z logiką powinno ono wystąpić. Ręczne wykonanie połączenia w innym miejscu jest możliwe przy pomocy „Place” à „Junction” („P”, „J”).
Rys. 6 Przykłady połączeń
Jeśli na schemacie występują układy scalone lub inne elementy podłączone do zasilania, uziemienia, to aby nie zaciemniać rysunku i nie prowadzić zbędnych połączeń, można do połączeń wykorzystać punkty symbolizujące jednakowe potencjały („Place” à „Power Port” – „P”, „O”).
Rys. 7 Symbole jednakowych potencjałów
Istnieją także porty sygnałowe, które charakteryzują się kierunkiem przepływu sygnału i umożliwiają połączenia pomiędzy podukładami w danym projekcie. Stosować je można poprzez polecenie „Port” lub „P” i „R”. Portom tym można nadawać nazwy zgodnie z potrzebami.
Rys. 8 Rodzaje portów sygnałowych
Poza wymienionymi wcześniej podstawowymi poleceniami Schematic Editor’a do rysowania schematów, można jeszcze skorzystać z dodatkowych narzędzi rysunkowych (linie, prostokąty, koła i okręgi, łuki) znajdujących się również w menu „Place” lub na pasku narzędzi. Można także wklejać obrazki w formie bitmapy *.BMP czy obrazu skompresowanego np. *.JPG.
Na schemacie można umieszczać notatki i inne teksty o dowolnej treści (polecenia „Annotation” i „Text Frame”)
Podane informacje wystarczą do narysowania schematu w pakiecie Design Explorer 99SE. Schematic Editor posiada jeszcze wiele możliwości, niektóre wykorzystamy później, przy projektowaniu obwodu drukowanego.
Schemat zadanego wcześniej układu Termometru elektronicznego będzie przedstawiony na rys.9. Ponieważ do jego sporządzenia konieczne są symbole elementów nie występujące w standardowych bibliotekach, opisane zostanie teraz narzędzie do edycji bibliotek Schematic’a.
Tworzenie pliku biblioteki jest analogiczne do opisanego wcześniej sposobu w edytorze schematów, z tą różnicą, że w oknie z rysunku 2 wybieramy „Schematic Library Document”. Przestrzeń robocza edytora bibliotek jest podobna do przestrzeni roboczej edytora schematów i jest symbolicznie podzielona na cztery fragmenty, z punktem początkowym w centrum. Właściwości ekranu roboczego ustawia się podobnie jak w Schematic’u.
Z menu „Tools” wybieramy polecenie „New Componet” i przyporządkowujemy nazwę typu Library Reference dla nowego komponentu.
Na powierzchni roboczej, przy pomocy wspomnianych pasków z narzędziami rysunkowymi, rysujemy symbol elementu. Program pamięta kolejność rysowanych figur i w przypadku nakładania się ich panuje zasada, że element później narysowany jest „na wierzchu” względem narysowanego wcześniej.
Rys. 9 Kolejno rysowane figury
Kolejnym etapem jest narysowanie wyprowadzeń dla żądanego elementu – pinów. Wykorzystujemy, podobnie jak w edytorze schematów, znane menu lub przycisk z paska narzędzi „Pin”. Zanim ostatecznie umieścimy pin na właściwym miejscu, powinniśmy określić jego właściwości (np. naciskając „TAB” w celu wywołania okna dialogowego).
Istotne są: jego nazwa i numer oraz tzw. „Electrical Type”. Dla układów cyfrowych można wybrać pin jako końcówka zegarowa („Clk Symbol”) lub zanegowana („Dot Symbol”). Możemy także wybrać jego długość i zaznaczyć jak ma być wyświetlany. Dokładniej ilustruje tę sytuację rys. 11.
Rys. 10 Właściwości pinu
Cecha ta jest powszechnie wykorzystywana w przypadku układów scalonych. Wieloczęściowość jest wtedy, gdy w danym elemencie znajdują się przynajmniej dwa podelementy np. znany układ scalony SN7400 zawiera w swojej budowie cztery bramki NAND, które są jego podelementami. Do tworzenia nowych podczęści korzystamy z polecenia „Tools”à „New Part” i rysujemy symbol nowej części. Piny całego komponentu są numerowane w tym przypadku po kolei i tę kolejność należy zachowywać przy projektowaniu nowych części, z zachowaniem przyporządkowania właściwych numerów do rzeczywistych wyprowadzeń.
Oddzielnego komentarza wymagają wyprowadzenia zasilania całego komponentu, o ile takie występują. Nadal obowiązuje kolejność numeracji, natomiast we właściwościach pinu odznaczamy fiszkę „Ukryty” (Hidden), przypisujemy właściwą nazwę potencjału oraz w „Electrical Type” wybieramy opcję „Power”. Spowoduje to zachowanie spójności układu pod względem elektrycznym.
...
sliwak