CAD системы разработки радиоэлектронной аппаратуры и печатных плат

1.

Санкт-Петербургский государственный университет
телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича
Кафедра Конструирования и производства
радиоэлектронных средств
Дисциплина: «САПР конструирования электронных средств»
ТЕМА №3 CAD системы
Лекция № 6
ТЕМА: «CAD системы разработки
радиоэлектронной аппаратуры и печатных
плат»
Доцент кафедры, к.п.н.,
Мордовин В.Н.
2018 г.

2.

Учебные вопросы
1. Особенности и этапы проектирования
радиоэлектронных систем в САПР.
1.1. Особенности проектирования РЭА.
1.2. Этапы проектирования РЭС.
2. Основные требования к построению САПР
РЭС.
3. Обобщенная и типовая структуры САПР
РЭС.
3.1. Основные структурные блоки САПР РЭС.
3.2. Типовая структура САПР РЭС.
2

3.

Цель занятия
1. Изучить особенности проектирования радиоэлектронных
устройств в САПР.
2. Ознакомиться с требованиями к функционированию и
обобщенной структурой САПР РЭС.
3. Рассмотреть основные элементы типовой структуры
САПР РЭС.
3

4.

Литература и информационные ресурсы
1. Динц К. М., Куприянов А. P-CAD 2006. Схемотехника и
проектирование печатных плат. СПб. Наука и Техника,
2009.
2. Принципы и методы построения САПР БИС. Под ред.
Г.Г. Казеннова. М., Высшая школа. 1996.
3. Аверин С.В. Проектирование печатных плат устройств
силовой электроники на основе САПР OrCAD (2009). М.,
Издательство МАИ. 2009.
4. Ли К. Основы САПР (CAD/CAM/CAE). — СПб.: Питер,
2004.
5. Иллюстрационные
/catalog/altium.
материалы.
http://www.rodnik.ru
4

5.

Вопросы по изученному материалу
1. Что такое САПР?
Это организационно-техническая система,
состоящая из совокупности КСА проектирования и
коллектива специалистов организации, выполняющая
автоматизированное проектирование объекта,
являющегося результатом деятельности проектной
организации.
2. Перечислить свойства ПО САПР?
Экономичность.
Надёжность.
Правильность.
Открытость.
Универсальность.
Сопровождаемость.
Мобильность.
5

6.

Вопросы по изученному материалу
3. Как классифицируются САПР по целевому
назначению?
• средства проектирования СAD (Computer Aided
Design);
• средства инженерного анализа CAE (Computer Aided
Engineering);
• средства подготовки автоматизированного
производства САМ (Computer Aided Manufacturing);
• средства планирования технологических
процессов САРР (Computer Aided Process Planning);
• средства управления документооборотом PDM
(Product Document Management);
• геоинформационные системы GIS
(GeoinformaticsSystems).
6

7.

ВВЕДЕНИЕ
Автоматизированное проектирование (computeraided design — CAD) — технология, состоящая в
использовании компьютерных систем для облегчения
создания, изменения, анализа и оптимизации
проектов.
Таким
образом,
любая
программа,
работающая с компьютерной графикой, так же как и
любое приложение, используемое в инженерных
расчетах,
относится
к
системам
автоматизированного проектирования.
Основная функция CAD — определение геометрии
конструкции (детали, элементы, электронные схемы,
планы зданий и т. п.), поскольку геометрия определяет
все последующие этапы жизненного цикла продукта.
7

8.

1. Особенности и этапы проектирования
радиоэлектронных систем в САПР
Печа́тная пла́та (ПП) (англ. printed circuit board, PCB,
или printed wiring board, PWB) — пластина из
диэлектрика, на поверхности и/или в объёме которой
сформированы
электропроводящие
цепи
электронной схемы.
ПП подразделяют на:
• односторонние (ОПП): имеется только один слой
фольги, наклеенной на одну сторону листа
диэлектрика;
• двухсторонние (ДПП): два слоя фольги;
• многослойные (МПП): фольга не только на двух
сторонах платы, но и во внутренних слоях диэлектрика.
8

9.

Виды односторонней и многослойной ПП.
9

10.

1.1. Особенности проектирования РЭА.
При проектировании необходимо учитывать:
• параметры компонентов и допуски на них,
возникающие
за
счет
технологических
разбросов, являются взаимосвязанными;
• в схемах образуются паразитные структуры,
которые могут нарушить работу схемы;
• трудность изготовления и размещения больших
емкостей и индуктивностей;
• для сокращения площади, занимаемой схемой,
необходимо, чтобы была минимальной сумма
номинальных сопротивлений и емкостей схемы и
т.д.
10

11.

Проблема тестируемости схемы
Метод шинной архитектуры заключается в
обеспечении доступа к любому узлу схемы путем
перевода
входных
шин
других
узлов
в
высокоимпедансное (Z) состояние.
Сигнатурный анализ осуществляется в запуске
тестовых программ на выбранном контакте с
получением
числа-сигнатуры,
отражающего
информацию об исправности схемы.
Метод контрольных точек.
11

12.

1.2. Этапы проектирования РЭС
Функционально-логическое проектирование
На этапе логического проектирования учитывается
схемотехника, топологические и технологические
ограничения, а также решаются задачи: логического
синтеза, логическое моделирование схемы на уровне
элементов и узлов, синтез контролирующих и
диагностических тестов.
Логическое
проектирование
заключается
составлении функциональных схем изделия.
в
12

13.

Схемотехническое проектирование
Решаются задачи:
1)
структурного
синтеза
принципиальной
электрической схемы ЭУ;
2) анализа полученной схемы (расчет статических
состояний и переходных процессов);
3) статистических анализа и оптимизации.
Этап заканчивается выдачей документации, которая
содержит принципиальную электрическую схему,
номиналы и типы компонентов, статистические,
динамические
и
частотные
характеристики,
рекомендации по разработке топологии схемы и
браковочные нормы на электрически измеряемые
параметры схемы для контрольно-измерительного
оборудования.
13

14.

Топологическое проектирование.
Разработка топологии РЭС заключается в
решении ряда взаимосвязанных задач:
1) относительного взаимного размещения
компонентов с минимальным числом пересечений;
2) размещения компонентов в системе координат
на плате с учетом схемотехнических,
технологических и нормативных ограничений;
3) трассировки (проведения внутрисхемных
соединений);
4) подготовки информации для изготовления
фотошаблонов.
14

15.

Физико-топологическое проектирование
Основные задачи:
1) расчёт физической структуры схемы для заданной
последовательности технологических операций с
заданными параметрами и оптимизация для получения
заданной физической структуры;
2) расчёт характеристик и параметров структур с
учетом распределения плотности носителей заряда;
3) оптимизация физической структуры и технологии
элементов схемы при наложении ограничений на их
параметры;
4) расчёт характеристик и параметров металлизированных
внутрисхемных соединений и их взаимного влияния.
Завершается этап определением численных значений
параметров компонентов различной геометрической
конфигурации для технологических процессов изготовления
ПП.
15

16. Маршрут проектирования ЭС (пример)

Верификация проекта - множество процедур,
Функциональное для
проектирование
используемых
проверки правильности
проекта на различных этапах
цикла
Генерация
Верификация
проектирования. тестов
Логическое проектирование
Верификация
Схемотехническое проектирование
Верификация
Логикосхемотехническая
экстракция
Экстракция
паразитных элементов
Топологическое проектирование
Конструкторско-технологические нормы
АНАЛИЗ
(моделирование)
ТЗ
Изготовление фотошаблонов
Производство
16

17.

2. Основные требования к построению САПР
РЭС
• производительность (число проектируемых ЭС
заданной сложности в единицу времени);
• инвариантность структуры к изменению средств,
методов проектирования и технологии изготовления ЭС;
• совместимость ручного, автоматизированного и
автоматического проектирования;
• разнообразие режимов взаимодействия
проектировщика с САПР (интерактивный,
мультипрограммный и др.);
• адаптивность, т. е. возможность быстрой
перестройки прикладного программного обеспечения на
новый объект проектирования;
• одновременность проектирования нескольких
изделий РЭС;
17

18.

• независимость ввода в действие и эксплуатацию
отдельных подсистем;
• быстрая настраиваемость системы на
выбранный технологический маршрут проектирования;
• информационная согласованность подсистем и
пакетов прикладных программ для различных этапов
проектирования РЭС;
• разнообразие форм представления выходной
документации (связано с большой номенклатурой
программно-управляемого технологического
оборудования для изготовления фотошаблонов и
собственно РЭС);
• высокая надежность и приемлемая стоимость.
18

19.

Принципы построения САПР РЭС :
комплексность;
совместимость;
наличие общего банка данных;
модульность;
мультидоступ;
открытость.
19

20. 3. Обобщенная и типовая структуры САПР РЭС 3.1. Основные структурные блоки САПР РЭС

Разработчик
Система
ввода правил
и
информации
4. Система
автоматического
проектирования
1. Хранилище знаний, моделей и
средств, требуемых в
3. сервисных
Система модификации
процессе текущих и будущих расчетов.
проекта
1.БД
2. Система
локализации
ошибок
5. Система организации
выходной информации
Изготовитель
20

21. Основные структурные блоки САПР РЭС

Разработчик
2. Содержит программные
средства для получения
листингов, графических изображений, проведения
Система
3. Система
модификации
моделирования,
анализа
и выявления ошибок. В
блоке представлены
всевозможные методы и
ввода правил
проекта
и методики редактирования и модификации проекта.
информации
4. Система
автоматического
проектирования
1.БД
2. Система
локализации
ошибок
5. Система организации
выходной информации
Изготовитель
21

22. Основные структурные блоки САПР РЭС

Разработчик
4. Содержит инструментальные средства
автоматического проектирования,
Система
3. Система
модификации
осуществляемого
без участия
разработчика,
ввода правил
но под его контролемпроекта
(системы сквозного
иавтоматизированного проектирования ЭС).
информации
4. Система
автоматического
проектирования
1.БД
2. Система
локализации
ошибок
5. Система организации
выходной информации
Изготовитель
22

23. Основные структурные блоки САПР РЭС

Разработчик
Система
3. Система модификации
ввода правил
проекта
5. Программно-аппаратные средства,
и
ответственные за подготовку стандартных
информации выходных протоколов (исходные данные для
микрофотонаборной установки и отчетная
2. Система
4. Система
документация).
1.БД
локализации
ошибок
автоматического
проектирования
5. Система организации
выходной информации
Изготовитель
23

24. Основные структурные блоки САПР РЭС

Разработчик
Система
ввода правил
и
информации
4. Система
автоматического
проектирования
3. Система модификации
проекта
1.БД
2. Система
локализации
ошибок
5. Система организации
выходной информации
Изготовитель
24

25.

3.2. Типовая структура САПР РЭС
25

26.

Типовая структура САПР для проектирования
печатных плат Altium Designer (P-CAD)
26

27.

Типовая структура САПР для проектирования
печатных плат Altium Designer (P-CAD)
Schematic — графический редактор для ввода
принципиальных схем изделий. Позволяет
создавать сложные многолистовые схемы, в
том числе с иерархической структурой.
27

28.

Типовая структура САПР для проектирования
печатных плат Altium Designer (P-CAD)
РСВ (Printed Circuit Board – печатная плата) —
графический редактор для работы с односторонними,
двухсторонними и многослойными ПП. Позволяет в
ручном режиме создавать контур печатной платы,
проводить размещение компонентов.
28

29.

Типовая структура САПР для проектирования
печатных плат Altium Designer (P-CAD)
Автотрассировщики -предназначены для
проведения автоматической трассировки
проводников на печатной плате.
29

30.

Типовая структура САПР для проектирования
печатных плат Altium Designer (P-CAD)
Quick Route - простейший сеточный трассировщик
штатно входящий в состав системы, позволяет
проводить автоматическую трассировку несложных
двухсторонних печатных плат на фиксированных сетках.
30

31.

Типовая структура САПР для проектирования
печатных плат Altium Designer (P-CAD)
По желанию пользователя система может
комплектоваться более мощным сеточным
трассировщиком ProRoute, не имеющим
ограничений на сложность проекта.
31

32.

Типовая структура САПР для проектирования
печатных плат Altium Designer (P-CAD)
Трассировщик Shape-based autorouter – для
автоматической разводки печатных плат. Анализирует
полезную площадь печатной платы, выполняют
процедуры расталкивания, разрывания и перерисовки
проводников для получения эффективного размещения
в соответствии с назначенной стратегией.
32

33.

Типовая структура САПР для проектирования
печатных плат Altium Designer (P-CAD)
В комплект поставки входит интерфейс к
мощному и эффективному бессеточному
трассировщику для персональных
компьютеров SPECCTRA фирмы Cadence.
33

34.

Типовая структура САПР для проектирования
печатных плат Altium Designer (P-CAD)
Library Executive — диспетчер библиотек с
расширенными возможностями и большим
набором библиотек базовых компонентов
(резисторов, диодов, транзисторов, соединителей
и т. д.) ведущих мировых производителей.
34

35.

Типовая структура САПР для проектирования
печатных плат Altium Designer (P-CAD)
Symbol Editor — специализированный
графический редактор для формирования
символов (условных графических
обозначений) библиотечных компонентов.
35

36.

Типовая структура САПР для проектирования
печатных плат Altium Designer (P-CAD)
Pattern Editor — специализированный
графический редактор для формирования
типовых посадочных мест компонентов.
36

37.

Типовая структура САПР для проектирования
печатных плат Altium Designer (P-CAD)
Interroute Gold — дополнительные наборы команд
для РСВ, позволяющие в интерактивном режиме
прокладывать проводники, автоматически
раздвигая мешающие.
37

38.

Типовая структура САПР для проектирования
печатных плат Altium Designer (P-CAD)
InterPIace/PCS — мощная и
многофункциональная утилита.
Представляет собой
интерактивное средство
размещения компонентов и
задания правил проектирования.
Передача программам
авторазмещения компонентов,
автотрассировки проводников,
контроля за соблюдением
технологических ограничений и
изготовления печатных плат.
38

39.

Типовая структура САПР для проектирования
печатных плат Altium Designer (P-CAD)
39

40.

Заключение
• Выбор конкретной САПР определяется
назначением устройства, функциональной
ориентированностью САПР стоимостными и
сервисными характеристиками.
• Знание принципов структурных композиций
САПР РЭА позволит самостоятельно
осваивать и успешно эксплуатировать в
профессиональной деятельности более
поздние версии.
• Следующая лекция посвящена обзору:
OrCAD и Altium Designer.
40

41.

Задание для самостоятельной работы
По материалам лекции подготовится к входному
письменному опросу .
Особое внимание обратить на:
• этапы проектирования РЭС;
• маршрут проектирования ЭС;
• назначение основных структурных блоков
САПР РЭС.
Благодарю за внимание!
41