Počítačové návrhové systémy

Transkript

1 FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Počítačové návrhové systémy Garant předmětu: Ing. Jiří Maxa, Ph.D. Autoři textu: Ing. Vítězslav Novák, Ph.D. Brno

2 2 FEKT Vysokého učení technického v Brně Obsah (Styl Nadpis seznamu) H1 ÚVOD... H9 H2 H3 H4 H5 H6 KOMPLEXNÍ ZAŘAZENÍ PŘEDMĚTU VE STUDIJNÍM PROGRAMU... H9 H2.1 ÚVOD DO PŘEDMĚTU... H9 H2.2 VSTUPNÍ TEST... H9 ORCAD H10 H3.1 KOMPLEXNÍ NÁVRHOVÝ SYSTÉM ORCAD... H10 H3.1.1 Návrh elektronických schémat (OrCAD Capture)... H11 H3.1.2 Systém správy součástek (OrCAD Capture CIS)... H12 H3.1.3 Simulace elektronických obvodů (PSpice A/D)... H12 H3.1.4 Návrh desek plošných spojů (OrCAD Layout)... H13 H3.1.5 Předvýrobní zpracování dat (GerbTool)... H14 H3.1.6 Mechanický 2D editor (IntelliCAD)... H14 H3.1.7 Externí interaktivní autorouter (SPECCTRA)... H14 H3.2 NÁVRH SCHÉMATU... H16 H3.2.1 Prostředí editoru... H16 H3.2.2 Založení projektu... H19 H3.2.3 Vkládání součástek... H21 H3.2.4 Propojování součástek... H22 H3.2.5 Editace vlastností Property Editor... H24 H3.2.6 Strukturovaný návrh... H25 H3.2.7 Další zpracování schématu, generování výstupních souborů... H27 H3.2.8 Knihovny schematických značek... H31 H3.3 NÁVRH DESKY LAYOUT... H35 PADS ÚVOD... H43 H4.1 ZÁKLADNÍ CHARAKTERISTIKA.... H43 H4.2 ZÁKLADNÍ PRACOVNÍ PROSTŘEDÍ (SHELL)... H44 H4.3 OVLÁDÁNÍ ZÁKLADNÍCH FUNKCÍ.... H47 H4.4 KNIHOVNY (LIBRARIES)... H49 H4.5 DEFINOVÁNÍ NÁVRHOVÝCH PRAVIDEL (DESIGN RULES, LAYER DEFINITION)... H51 H4.6 SDÍLENÍ A PŘENOS DAT MEZI PROGRAMY, TVORBA VÝSTUPNÍCH SOUBORŮ A HLÁŠENÍ. H55 EDITOR ELEKTRICKÝCH SCHEMAT POWERLOGIC... H60 H5.1 ZÁKLADNÍ OBRAZOVKA, USPOŘÁDÁNÍ, PŘEHLED ČÁSTÍ, UŽIVATELSKÉ PROSTŘEDÍ... H60 H5.2 KRESLENÍ, TVORBA TEXTU (DRAFTING TOOLBOX)... H68 H5.3 NÁSTROJE PRO TVORBU EL. SCHÉMAT (DESIGN)... H70 H5.4 KNIHOVNY (LIBRARIES), TVORBA SOUČÁSTEK A SPEC. SYMBOLŮ... H73 H5.5 DEFINOVÁNÍ NÁVRHOVÝCH PRAVIDEL (DESIGN RULES)... H80 H5.6 ECO, OLE SDÍLENÍ A PŘENOS DAT MEZI SCHÉMATEM A DALŠÍMI PROGRAMY.... H82 H5.7 GENEROVÁNÍ VÝSTUPNÍCH SOUBORŮ A HLÁŠENÍ, TVORBA DOKUMENTACE... H85 NÁVRHOVÝ SYSTÉM PRO DESKY PLOŠNÝCH SPOJŮ POWERPCB I... H90 H6.1 ZÁKLADNÍ CHARAKTERISTIKA PROGRAMU:... H90 H6.2 NASTAVENÍ UŽIVATELSKÉHO PROSTŘEDÍ... H94 H6.3 FUNKCE PRO MANIPULACI S OBJEKTY (SELECT, FIND, MOVE, COPY, DELETE)... H97

3 Počítačové návrhové systémy 3 H7 KOMPLEXNÍ H8 H9 H6.4 NASTAVENÍ SYSTÉMOVÝCH A NÁVRHOVÝCH PARAMETRŮ (SETUP)... H100 H6.5 VLOŽENÍ SOUČÁSTKY Z KNIHOVNY DO NÁVRHU... H103 H6.6 FUNKCE PRO KRESLENÍ OBJEKTŮ (DRAFTING COMMAND)... H104 H6.7 FUNKCE PRO ODMĚŘOVÁNÍ MEZER A KÓTOVÁNÍ... H111 NÁVRHOVÝ SYSTÉM PRO DESKY PLOŠNÝCH SPOJŮ POWERPCB II... H115 H7.1 ROZMISŤOVÁNÍ SOUČÁSTEK (PLACING PARTS)... H115 H7.2 EDITACE VÝVODŮ SOUČÁSTEK, PRŮCHODŮ MEZI VRSTVAMI A PROPOJEK... H128 H7.3 DEFINOVÁNÍ NÁVRHOVÝCH PRAVIDEL (DESIGN RULES)... H131 H7.4 INTERAKTIVNÍ TVORBA SPOJŮ... H136 H7.5 NÁSTROJE PRO KONTROLU NÁVRHOVÝCH PRAVIDEL (VERIFY DESIGN TOOLS)... H141 H7.6 ZPĚTNÁ ANOTACE MEZI SCHÉMATEM A NÁVRHEM PLOŠNÝCH SPOJŮ (ECO)... H143 H7.7 NAPOJENÍ NA AUTOROUTERY A DALŠÍ PROGRAMY... H146 BLAZEROUTER... H149 H8.1 UŽIVATELSKÉ PROSTŘEDÍ PROGRAMU, ZOBRAZENÍ DESKY/SPOJŮ, PRÁCE SE SOUBORY H149 H8.2 DIALOGOVÁ OKNA... H153 DODATKY... H160 H9.1 VÝSLEDKY KONTROLNÍCH OTÁZEK A NEŘEŠENÝCH PŘÍKLADŮ... H160

4 4 FEKT Vysokého učení technického v Brně Seznam obrázků HOBR. 1: HOBR. 2: HOBR. 3: HOBR. 4: HOBR. 5: HOBR. 6: HOBR. 7: HOBR. 8: HOBR. 9: HOBR. 10: HOBR. 11: HOBR. 12: HOBR. 13: HOBR. 14: HOBR. 15: HOBR. 16: HOBR. 17: HOBR. 18: HOBR. 19: HOBR. 20: HOBR. 21: HOBR. 22: HOBR. 23: HOBR. 24: HOBR. 25: HOBR. 26: HOBR. 27: HOBR. 28: HOBR. 29: HOBR. 30: HOBR. 31: HOBR. 32: HOBR. 33: HOBR. 34: HOBR. 35: HOBR. 36: HOBR. 37: HOBR. 38: HOBR. 39: HOBR. 40: HOBR. 41: HOBR. 42: HOBR. 43: HOBR. 44: HOBR. 45: HOBR. 46: HOBR. 47: HOBR. 48: ORCAD PROVÁZANOST JEDNOTLIVÝCH PRODUKTŮ... H10 ORCAD CAPTURE PRACOVNÍ PROSTŘEDÍ... H11 ORCAD CAPTURECIS... H12 PSPICE A/D... H13 ORCAD LAYOUT... H14 SPECCTRA INTERAKTIVNÍ AUTOROUTER... H15 ZÁKLADNÍ PROSTŘEDÍ ORCAD CAPTURE... H16 PROJECT MANAGER... H16 TOOLBAR A POPIS JEDNOTLIVÝCH TLAČÍTEK... H17 SCHEMATIC PAGE EDITOR TOOL PALETTE A POPIS JEDNOTLIVÝCH TLAČÍTEK... H18 ZALOŽENÍ NOVÉHO PROJEKTU... H20 DEFINICE JMÉNA, TYPU PROJEKTU A ADRESÁŘE... H20 OKNO PROJECT MANAGER S NOVÝM PROJEKTEM... H21 PLACE PART... H21 KONTEXTOVÉ MENU... H22 PROPOJOVÁNÍ POMOCÍ NÁVĚŠTÍ... H22 PROPOJOVÁNÍ POMOCÍ SBĚRNIC... H23 VKLÁDÁNÍ NAPÁJECÍCH A ZEMNICÍCH SYMBOLŮ... H23 PROPERTY EDITOR ZÁLOŽKA PARTS... H24 PROPERTY EDITOR ZÁLOŽKA SCHEMATICS NETS... H24 JEDNOÚROVŇOVÝ NÁVRH VYTVOŘENÍ NOVÉ STRÁNKY... H25 TVORBA HIERARCHICKÝCH BLOKŮ A VKLÁDÁNÍ VÝVODŮ... H26 VNOŘENÍ DO BLOKU A TVORBA SUBSCHÉMATU... H26 NÁSOBNENÍ MOTIVŮ... H27 ANOTACE REUSE... H28 ZPĚTNÁ ANOTACE... H28 MATICE NÁVRHOVÝCH PRAVIDEL ERC MATRIX... H29 KONTROLA NÁVRHOVÝCH PRAVIDEL KARTA DESIGN RULES CHECK... H30 CREATE NETLIST... H30 ROZPISKA MATRIÁLU... H31 NEW PART PROPERTIES... H32 EDITACE SCHÉMATICKÉ ZNAČKY... H32 PLACE PIN A PLACE PIN ARRAY... H33 PŘEPÍNÁNÍ MEZI ZOBRAZENÍM SOUČÁSTKY... H33 NÁSTROJOVÁ LIŠTA PROGRAMU LAYOUT... H35 POSTUP NAČTENÍ NETLISTU... H37 NASTAVENÍ RASTRŮ (SYSTEM SETTINGS)... H37 EDIT OBSTACLE... H38 POSTUP NASTAVENÍ VRSTEV PŘI POKLÁDÁNÍ SPOJŮ... H39 KONTEXTOVÉ MENU... H40 VYLÍVÁNÍ MĚDÍ... H40 POST PROCESS, KONTEXTOVÉ MENU... H41 NASTAVENÍ PARAMETRŮ PRO VÝSTUPY... H41 ZÁKLADNÍ OBRAZOVKA, USPOŘÁDÁNÍ, PŘEHLED ČÁSTÍ... H44 STANDARDNÍ NÁSTROJOVÁ LIŠTA... H45 STAVOVÝ ŘÁDEK (STATUS BAR)... H45 PLOVOUCÍ INFORMAČNÍ OKNO (STATUS)... H46 PLOVOUCÍ NÁSTROJOVÝ PANEL... H46

5 Počítačové návrhové systémy 5 HOBR. 49: HOBR. 50: HOBR. 51: HOBR. 52: HOBR. 53: HOBR. 54: HOBR. 55: HOBR. 56: HOBR. 57: HOBR. 58: HOBR. 59: HOBR. 60: HOBR. 61: HOBR. 62: HOBR. 63: HOBR. 64: HOBR. 65: HOBR. 66: HOBR. 67: HOBR. 68: HOBR. 69: HOBR. 70: HOBR. 72: HOBR. 73: HOBR. 74: HOBR. 75: HOBR. 76: HOBR. 77: HOBR. 78: HOBR. 79: HOBR. 80: HOBR. 81: HOBR. 82: HOBR. 83: HOBR. 84: HOBR. 85: HOBR. 86: HOBR. 87: HOBR. 89: HOBR. 90: HOBR. 91: HOBR. 92: HOBR. 93: HOBR. 94: HOBR. 95: HOBR. 96: HOBR. 97: HOBR. 98: HOBR. 99: NASTAVENÍ BAREV... H47 NASTAVENÍ TYPU DAT PRO EXPORT... H48 DRAFTING TOOLBOX... H48 MANAŽER KNIHOVEN... H49 KNIHOVNY... H50 EDITACE OBSAHU KNIHOVEN... H50 DESIGN RULES... H52 DEFAULT RULES... H52 CLEARANCE... H52 ROUTING RULES... H53 HISPEED RULES... H53 CLASS RULES... H54 NET RULES... H54 LAYERS SETUP... H55 ZÁKLADNÍ OBRAZOVKA... H60 STANDARDNÍ NÁSTROJOVÁ LIŠTA... H61 VÝBĚROVÁ NÁSTROJOVÁ LIŠTA... H61 STAVOVÝ ŘÁDEK... H62 PLOVOUCÍ INFORMAČNÍ OKNO... H62 PLOVOUCÍ NÁSTROJOVÝ PANEL... H62 DIALOGOVÉ OKNO DISPLAY COLORS V EDITORU SCHÉMAT A MODIFIKOVANÉ OKNO EDITORU SOUČÁSTEK... H64 ÚPRAVA PARAMETRŮ SOUČ.... H67 PRACOVNÍ PLOCHA EDITORU SOUČÁSTEK... H75 NÁSTROJOVÁ LIŠTA EDITORU SOUČÁSTEK... H76 ZÁLOŽKA GATES... H77 VZHLED PRACOVNÍ PLOCHY PO ÚPRAVĚ OKEN... H83 OKNO ZÁLOŽKY SELECTION... H83 OKNO ZÁLOŽKY DESIGN... H84 OKNO ZÁLOŽKY DOCUMENT... H84 OKNO ZÁLOŽKY PREFERENCES... H84 DIALOGOVÉ OKNO BASIC SCRIPTS... H87 DIALOGOVÉ OKNO PLOT... H88 ZÁKLADNÍ OBRAZOVKA... H90 NÁSTROJOVÁ LIŠTA... H91 PANEL DRAFTING... H91 PANEL DESIGN... H91 PANEL AUTODIM... H92 PANEL ECO... H92 PLOVOUCÍ NÁSTROJOVÝ PANEL... H93 NASTAVENÍ POLÁRNÍHO NÁVRHOVÉHO RASTRU... H93 DIALOGOVÉ OKNO DISPLAY COLORS SETUP... H94 NASTAVENÍ ZOBRAZENÍ PRO JEDNOTLIVÉ SÍTĚ SPOJŮ VIEW NETS... H95 KONTEXTOVÉ MENU... H97 VÝBĚR OBJEKTU FUNKCÍ EDIT/FIND... H98 EDIT/FILTER... H99 VLOŽENÍ SOUČÁSTKY Z KNIHOVNY DO NÁVRHU... H103 NÁSTROJOVÝ PANEL DRAFTING COMMAND... H104 NASTAVENÍ PARAMETRŮ PRO KRESLENÍ SETUP/PREFERENCES DRAFTING... H104 ROZLÉVÁNÍ MĚDĚNÝCH PLOCH... H106

6 6 FEKT Vysokého učení technického v Brně HOBR. 100: HOBR. 101: HOBR. 102: HOBR. 103: HOBR. 104: HOBR. 105: HOBR. 106: HOBR. 107: NASTAVENÍ PARAMETRŮ PRO PROPOJENÍ A ZOBRAZENÍ VÝVODŮ PŘI TVORBĚ ROZLÉVANÉ MĚDĚNÉ PLOCHY VE VNITŘNÍ VRSTVĚ... H106 NASTAVENÍ TYPU VNITŘNÍ VRSTVY... H107 NASTAVENÍ SÍTÍ SPOJŮ PRO VNITŘNÍ ČLENĚNOU VRSTVU... H108 ROZLITÍ MĚDĚNÉ PLOCHY VE VNITŘNÍ VRSTVĚ... H108 DESKU NASTAVENÍ PRO TVORBU ČLENĚNÝCH A KOMBINOVANÝCH VNITŘNÍCH VRSTEV H108 ADD KEEPOUT DIALOG... H109 DIALOG ADD NEW LABEL PRO PŘIDÁNÍ DALŠÍCH ATRIBUTŮ K SOUČÁSTCE NA H110 DVA REF.DES. NA RŮZNÝCH KRESLICÍCH VRSTVÁCH U JEDNÉ SOUČÁSTKY (PRO POTISK A PRO MONTÁŽNÍ VÝKRES)... H110 HOBR. 108: HOBR. 109: HOBR. 110: HOBR. 111: HOBR. 112: HOBR. 113: HOBR. 114: HOBR. 115: HOBR. 116: HOBR. 117: HOBR. 118: HOBR. 119: HOBR. 120: HOBR. 121: HOBR. 122: HOBR. 123: HOBR. 124: HOBR. 125: HOBR. 126: HOBR. 127: HOBR. 128: HOBR. 129: HOBR. 130: HOBR. 131: HOBR. 132: VPRAVO) H130 HOBR. 133: HOBR. 134: HOBR. 135: HOBR. 136: HOBR. 137: HOBR. 138: HOBR. 139: HOBR. 140: HOBR. 141: HOBR. 142: HOBR. 143: PANEL VIEW CLEARANCE: SPOJSPOJ (NAHOŘE) A OBJEKTOBJEKT (DOLE)... H111 PLOVOUCÍ NÁSTROJOVÝ PANEL AUTODIMENSIONING... H112 NASTAVENÍ PARAMETRŮ PRO TVORBU KÓT... H112 NASTAVENÍ ZNAČEK PRO KÓTOVÁNÍ... H113 NASTAVENÍ PRO TEXTOVÉ ŘETĚZCE V KÓTĚ... H113 KÓTOVÁNÍ V RUČNÍM REŽIMU... H113 FIXACE POLOHY (GLUE)... H116 TVORBA SOUČÁSTKOVÝCH POLÍ... H116 NASTAVENÍ METODY MINIMALIZACE DÉLKY SPOJŮ PRO DANOU SÍT... H117 ODSOUVÁNÍ SOUČÁSTEK... H118 NASTAVENÍ METODY ODSOUVÁNÍ SOUČÁSTEK A SESKUPENÍ PŘI JEJICH KOLIZI H118 NASTAVENÍ KRITÉRIÍ PRO VYROVNÁNÍ... H119 STAVOVÝ ŘÁDEK S VYJÁDŘENÍM EFEKTIVNOSTI MINIMALIZACE DÉLKY SPOJŮ H119 AUTOMATICKÉ PŘEČÍSLOVÁNÍ REFERENČNÍCH NÁZVŮ SOUČÁSTEK... H120 OKNO MODULU AUTOMATIC CLUSTER PLACEMENT... H121 NASTAVENI PRO TVORBU SKUPIN... H122 INTERAKTIVNÍ TVORBA SKUPIN... H122 ZOBRAZENÍ SKUPIN SOUČÁSTEK V NÁVRHU CLUSTER VIEW MODE... H123 KONTEXTOVÉ MENU PRO SKUPINU (CLUSTER)... H123 NASTAVENÍ PRO ROZMISŤOVÁNÍ SKUPIN... H124 NASTAVENÍ PRO ROZMISŤOVÁNÍ SOUČÁSTEK... H125 SPUŠTĚNÍ PROCESU A PRŮBĚH JEDNOTLIVÝCH ETAP ROZMISŤOVÁNÍ SOUČÁSTEK H127 DIALOGOVÉ OKNO PRO EDITACI VÝVODŮ POUZDRA SOUČÁSTKY... H128 DIALOGOVÉ OKNO PRO EDITACI TVARU PRŮCHODU MEZI VRSTVAMI... H129 NASTAVENÍ TVARU A VELIKOST PROPOJEK A PŘÍKLAD SMD PROPOJKY (OBR. DIALOGOVÉ OKNO PRO VOLBU A NASTAVENÍ NÁVRHOVÝCH PARAMETRŮ... H131 VOLBA TYPU NÁVRHOVÉHO PARAMETRU... H132 NASTAVENÍ ŠÍŘEK SPOJŮ A IZOLAČNÍCH VZDÁLENOSTÍ... H133 NASTAVENÍ PRAVIDEL PRO TVORBU SPOJŮ... H133 NASTAVENÍ SPECIÁLNÍCH PARAMETRŮ... H134 NASTAVENÍ NÁVRHOVÝCH PRAVIDEL PRO SKUPINY SPOJŮ... H134 NASTAVENÍ NÁVRHOVÝCH PRAVIDEL PRO JEDNOTLIVÉ SPOJE... H135 NÁSTROJE PRO TVORBU A EDITACI SPOJŮ... H136 KONTEXTOVÉ MENU PO VÝBĚRU VODIČE... H137 KONTEXTOVÉ MENU PO VÝBĚRU SPOJE... H139 OKNO PRO NASTAVENÍ PŘECHODŮ (TEARDROPS)... H140

7 Počítačové návrhové systémy 7 HOBR. 144: HOBR. 145: HOBR. 146: HOBR. 147: HOBR. 148: HOBR. 149: HOBR. 150: HOBR. 151: HOBR. 152: HOBR. 153: HOBR. 154: HOBR. 155: HOBR. 156: HOBR. 157: HOBR. 158: HOBR. 159: OKÉNKU H158 HOBR. 160: HOBR. 161: PANEL PANE VLOŽENÉ FREE VIAS (NADBYTEČNÉ VIA)... H140 DÁVKOVÁ KONTROLA NÁVRHOVÝCH PARAMETRŮ VERIFY DESIGN... H141 NASTAVENÍ KONTROLY IZOLAČNÍCH VZDÁLENOSTÍ... H142 NASTAVENÍ KONTROLY ELEKTRODYNAMICKÝCH PARAMETRŮ... H142 NASTAVENÍ DOPLŇUJÍCÍCH ÚDAJŮ PRO EDC... H143 PLOVOUCÍ NÁSTROJOVÝ PANEL ECO... H144 NASTAVENÍ ZÁPISU DO ANOTAČNÍHO SOUBORU... H145 BLAZEROUTER DIALOG... H146 BLAZEROUTER ROUTING STRATEGY... H147 UŽIVATELSKÉ PROSTŘEDÍ BLAZEROUTER... H150 OKÉNKO COMAND WINDOW... H153 NAVIGAČNÍ OKÉNKO KDYŽ JE VYBRÁN VÝVOD (PIN)... H155 NAVIGAČNÍ OKÉNKO KDYŽ JE VYBRÁN VIA OTVOR... H155 NAVIGAČNÍ OKÉNKO KDYŽ JE VYBRÁNA SOUČÁSTKA... H156 OKÉNKO OBJECT VIEW V PROJECT EXPLORER... H157 OKÉNKO CONTENTS V PROJECT EXPLORER ZOBRAZENÝ OBSAH V HELP PANEL OKÉNKO INDEX V PROJECT EXPLORER ZOBRAZENÝ OBSAH V OKÉNKU HELP H159 OKÉNKO SEARCH V PROJECT EXPLORER ZOBRAZENÝ OBSAH V OKÉNKU HELP H159

8 8 FEKT Vysokého učení technického v Brně Seznam tabulek HTAB. 1: HTAB. 2: HTAB. 3: POPISY JEDNOTLIVÝCH TLAČÍTEK... H17 POPISY PRO SCHEMATIC PAGE EDITOR... H18 POPIS TLAČÍTEK NÁSTROJOVÉ LIŠTY LAYOUT... H35

9 Počítačové návrhové systémy 9 1 Úvod Tento elektronický text je určen pro distanční formu (DiV) magisterského studijního programu Elektrotechnika, elektronika, komunikační a řídicí technika (EEKR). Obsahuje ucelený pohled na nejvýznamnější a u nás nečastěji používané programové vybavení pro kreslení schémat a návrh desek plošných spojů (DPS), CADENCE OrCAD verze 10 a návrhový software firmy PADS Power Logic, Power PCB a Blaze Router. 2 Zařazení předmětu ve studijním programu Předmět návrhové systémy plošných spojů je zařazen jako povinný oborový předmět do 1. ročníku navazujícího magisterského studia na Fakultě elektrotechniky a komunikačních technologií. Předmět patří do studijního oboru Elektrotechnická výroba a management (EVM) v magisterském studijním programu Elektrotechnika, elektronika, komunikační a řídící technika. Odbornou výuku v oboru zajišťují především Ústav mikroelektroniky a Ústav elektrotechnologie. Cílem studijního oboru EVM je vychovat magistry jako vysokoškolsky vzdělané odborníky se znalostmi návrhu a technologie integrovaných obvodů, elektronických systémů a přístrojů pro využití v nejrůznějších oblastech elektrotechniky. 2.1 Úvod do předmětu Cílem tohoto materiálu, je seznámit studenty s komplexními návrhovými systémy CADENCE OrCAD 10 a PADS (PowerLogic a PowerPCB včetně BlazeRouteru) Neklade si za cíl podat zcela vyčerpávající informace o ovládání jednotlivých programů, k tomu slouží Resource Kity jednotlivých programů, ale spíše umožnit orientaci v základní struktuře bloků programu a získat jistotu v jednotlivých etapách návrhu desek plošných spojů. 2.2 Vstupní test Prerekvizitou k úspěšnému zvládnutí tohoto výukového materiálu je minimálně uživatelská znalost práce s počítačem typu PC, respektive obsluha libovolného operačního systému z rodiny Microsoft (W98, Millenium, W2000, XP). Následující text totiž neslouží k prvotnímu seznámení studenta s PC, ale vysvětluje práci s vysoce expertními programy pro kreslení schémat a návrh DPS.

10 10 FEKT Vysokého učení technického v Brně 3 OrCAD Komplexní návrhový systém ORCAD Cíle kapitoly: základní rozdělení komplexního návrhového systému OrCAD 10 stručný popis jednotlivých částí systému a návaznosti mezi nimi Návrhový systém OrCAD je další z řady rozšířených návrhových systémů plošných spojů pro profesionální použití. Software vyvíjí firma Cadence Design Systems, Inc. OrCAD má filosofii návrhu schématu, desek plošných spojů a obvodových simulací založenu na samostatných produktech, přičemž programy mezi sebou komunikují v reálném čase. Pro návrh schématu se používá program OrCAD Capture, pro práci s knihovnami schématických značek a databází součástek program OrCAD Capture CIS. Obvodové simulace, ať analogových tak digitálních, se provádějí v programu PSpice A/D. Pro samotný návrh desek plošných spojů, práce s knihovnami pouzder součástek a výstupy pro výrobu a osazování DPS slouží produkt OrCAD Layout. Jeho součástí je i přímý vstup pro zpracování dat do autorouteru SPECCTRA. Pro přechod mezi oběma produkty se používá netlist. Produkt GerbTool slouží pro předvýrobní zpracování dat zatímco IntelliCAD je mechanický 2D editor desky plošného spoje. Komunikace mezi jednotlivými produkty probíhá v reálném čase, což je obrovským kladem tohoto softwaru (např. při kliknutí na součástku ve schématu se zvýrazní její pouzdro na DPS a naopak). Dalším plusem je komfortní ovládání umožňující práci ve více oknech, resp.ve více monitorovém systému. OrCAD Layout OrCAD Capture, Capture CIS IntelliCAD SPECCTRA GerbTool PSpice A/D Obr. 1: OrCAD provázanost jednotlivých produktů Velkým plusem tohoto softwaru je velké množství standardně dodávaných knihoven součástek a DEMO verze pro nekomerční využití programu jen s malými omezeními: neumožňuje ukládání knihoven s více než 15 položkami

11 Počítačové návrhové systémy 11 mít součástky s více než 14ti piny neumožňuje ukládat změny či výsledný projekt Návrh elektronických schémat (OrCAD Capture) OrCAD Capture je program určený pro návrh elektronických schémat. Program se skládá ze tří hlavních částí: Part Editor (správa a tvorba schématických značek) lze definovat nebo upravovat značky součástek (rezistor, kondenzátor, mikroprocesor, ) nebo symbolů (napájecí symbol, zem, rohové razítko). Společně s programem je dodávána knihovna obsahující více než součástek různých druhů. Schematic Page Editor (návrh schématu) tvorba vlastního elektronického schématu. Umožňuje umísťovat schématické značky součástek, propojovat pomocí vodičů nebo sběrnic, popisovat součástky nebo vkládat grafické objekty. Property editor (tabulkový procesor vlastností objektů) slouží pro popis a editaci všech objektů umístěných ve schématu. Každá součástka, uzel, vývod, port či návěští může být popsáno různými parametry (Properties). Některé z nich jsou určeny pro návrh desky plošného spoje, materiálové rozpisky, aj. Pro přehlednost jsou všechny uspořádány do předem nastavených skupin tzv.filtrů. Součastně s nabídkou cca 30ti formátů netlistů je Capture editor použitelný pro celou řadu dalších aplikací. Tím je možné některé parametry týkající se návrhu DPS nastavit již ve schématu (souřadnice, zařazení součástek do skupin, šířku izolační vzdálenosti, aj.). Obr. 2: OrCAD Capture pracovní prostředí

12 12 FEKT Vysokého učení technického v Brně Systém správy součástek (OrCAD Capture CIS) Jedná se o systém poskytování údajů o součástkách. Hlavní silou produktu Capture CIS je databáze součástek, která může obsahovat jednak údaje o výrobci, prodejci, ceně, objednacím čísle či katalogovém listě, ale také odkaz na schematickou značku, pouzdro nebo model pro simulaci prvku. Okno programu je rozděleno do dvou částí: CIS Explorer průzkumník ICS, kde lze vidět obsah položek databáze a náhled schématické značky pouzdra dané součástky Part Manager správa součástek, která nám zobrazuje informace o každé součástce ve schématu. Umožňuje provádět kontrolu součástek použitých ve schématu Použitelnost programu je i v podnikových systémech, kde CIS Explorer umožňuje přehlednou správu součástkové základny (změny či aktualizace) nebo vytváření materiálových rozpisek, které lze exportovat do některého z kancelářských systémů. Obr. 3: OrCAD CaptureCIS Simulace elektronických obvodů (PSpice A/D) Schémata vytvořená pomocí grafického editoru Capture je možné použít jak pro návrh DPS, tak i pro simulaci zapojení v programu PSpice. Výhodou této koncepce je aktuálnost informací, kde všechny návrhové či simulační změny jsou vypisovány v okně SessionLog a vyznačeny ve schématu. Pspice A/D je uživatelsky přívětivý simulátor návrhu analogových či digitálních obvodů a je součástí integrovaného prostředí produktů skupiny OrCAD a Cadence. Jeho předchůdce SPICE byl vyvinut v 70. letech minulého století na Kalifornské univerzitě v Berkeley a stal se programem ve veřejném užívání. Proto na něj mohla navázat řada softwarových firem. Nejúspěšnější se stala firma MicroSim, jejíž Pspice se stal světovým standartem v oblasti analogové a analogověčíslicové simulace. Po odkoupení firmy MicroSim společností OrCAD se stal Pspice součástí rodiny produktů OrCAD a bylo zdokonaleno jeho propojení se systémem Capture.

13 Počítačové návrhové systémy 13 Pro obvodovou simulaci je potřeba používat součástky, které kromě gryfického vyjádření obsahují také obvodový model. K dispozici je na součástek ve více než 130 knihovnách. Pro součástky jejichž modely nejsou k dispozici je možné vytvořit jeho obvodový model vlastní. Obr. 4: PSpice A/D Návrh desek plošných spojů (OrCAD Layout) Produkt OrCAD Layout umožňuje vlastní návrh desek plošných spojů, práci s knihovnami pouzder součástek a tvorbu výstupů pro výrobu a osazování DPS. Zároveň je k dispozici přímé propojení na programy pro předvýrobní zpracování dat (GerbTool), mechanický 2D editor (IntelliCAD) pro tvorbu výkresové dokumentace a externí bezrastrový autorouter SPECTRA. Pro správu pouzder součástek je k dispozici tzv. Library Manager. Ten umožňuje tvořit, editovat a organizovat pouzdra součástek v knihovnách. K dispozici je přes 60 knihoven s více než 3000 pouzdry pro klasickou i povrchovou montáž. Převední nakresleného schématu do prostředí Layoutu se děje prostřednictvím netlistu. Zároveň je nutné načíst tzv. technologický soubor, který obsahuje informace o nastavení návrhu (nastavení počtu vrstev, izolačních vzdáleností, barev zobrazení, strategie autorouteru, apod.). Všechny objekty na desce plošného spoje (tzn.spoje, prokovy, texty, obrysy součástek, podstacky a další) jsou uspořádány v tabulkách (Spreadsheet), které jsou tříděny dle typu objektu a umožňují editovat veškeré vlastnosti daných objektů. K fyzickému pokládání elektrických cest je možné využít jak manuální routování, tak režimy inteligentního odsouvání již položených spojů podle předem definovaných pravidel včetně interaktivního autorouteru jednoho spoje. Samozřejmostí je interní rastrový autorouter. Navíc je možné využít externí bezrastrový autorouter SPECCTRA.

14 14 FEKT Vysokého učení technického v Brně Obr. 5: OrCAD Layout Předvýrobní zpracování dat (GerbTool) Program načítá data vygenerovaná postprocesorem Layout pro jednotlivé vrstvy i pro souřadnicové vrtání. Tyto informace pak dále zpracovává. Umožňuje pak tvorbu panelizace, kontrolu a úpravu technologických pravidel (např. izolačních vzdáleností), tvorbu technologického okolí apod. Výsledky pak exportuje do nejrůznějších formátů (Gerber, Barco, IPC D350/356, Excellon, DXF, postscript, HPGL atd.). Za pomoci převodových filtrů lze načítat data i z jiných systémů Mechanický 2D editor (IntelliCAD) Klasický 2D editor (podobne jako např. AutoCAD) sloužící k tvorbě mechanických výkresů. Vstupem i výstupem jsou soubory ve formátu DXF a DWG, přičemž pomoci formátu DXF je možná obousměrná komunikace s prostředím OrCAD Layout. Lze zde provádět různé mechanické úpravy návrhu a změny exportovat zpět. Program IntelliCAD také umožňuje 3D zobrazení DPS v různých pohledech Externí interaktivní autorouter (SPECCTRA) Produkt pro automatický, autointeraktivní i manuální návrh desky plošného spoje a to jak pro desky s nízkou i vysokou hustotou spojů. Pro autorouting využívá výkonný, bezrastrový algoritmus umožňující nejúčinnější využití plochy desky určené k routování. Vstupní data se převádí přímo z prostředí OrCAD Layout. Ovládání routování je možné na základě výchozího souboru povelů pro autorouting vytvořeného v produktu OrCAD Layout nebo dle povelů návrháře, volbou myší v nabídce či příkazů v příkazové řádce. Pokročilé funkce pro posuv či uhýbání stávajících spojů v reálném čase, vyhledávaní místa pro prokovy jsou výhody automatického návrhu, které ve spojení s ručním řízením umožňují plně interaktivní návrh.

15 Počítačové návrhové systémy 15 Obr. 6: SPECCTRA interaktivní autorouter Shrnutí kapitoly: Seznámili jste se s základním rozdělením komplexního návrhového systému OrCAD 10, popisem jednotlivých částí a návaznostmi mezi nimi. Řešené příklady: Popište strukturu návrhového systému OrCAD Řešení: Kontrolní otázky a neřešené příklady: K čemu slouží program GerbTool a jaké formáty souborů umožňuje generovat?

16 16 FEKT Vysokého učení technického v Brně 3.2 Návrh schématu Cíle kapitoly: základní termíny při návrhu a výrobě DPS, postupy při návrhu schématu DPS, panel nástrojů Toolbar, Schematic Page Editor Po spuštění programu OrCAD Capture se objeví základní okno, ve kterém je možné provádět obecné nastavování programu, stejně jako veškeré úkony související s vytvářením a editací elektrického schématu a knihoven schematických značek. Příklad základního prostředí je zobrazen na HObr. 7. Obr. 7: Základní prostředí OrCAD Capture Prostředí editoru Schematický návrh jako celek se ovládá z okna Project Manager (Obr. 8), které se automaticky vytvoří při otevření stávajícího projektu nebo při definování projektu nového. V tomto okně se zobrazuje struktura vlastního návrhu, který se skládá ze schématu, seznamu a definic použitých schematických značek, ze seznamu souborů s nastavením pro další zpracování schématu (například nastavení simulačních profilů pro PSPICE) a ze seznamu výstupních souborů, jako jsou například netlisty, rozpisy materiálů nebo výsledky simulací PSPICE. Oken Project Manager může být otevřeno více najednou a schematické značky, celé části schémat příp. i simulační profily apod. je možné mezi těmito okny vzájemně přetahovat a kopírovat. Obr. 8: Project Manager

17 Počítačové návrhové systémy 17 Nejpoužívanější příkazy obsahuje nástrojová lišta zvaná Toolbar viz HObr. 9. Příkazová tlačítka jsou k dispozici v závislosti na režimu činnosti a okamžitém stavu programu. Popisy jednotlivých tlačítek jsou uvedeny v HTab. 1. Obr. 9: Toolbar a popis jednotlivých tlačítek Tab. 1: Popisy jednotlivých tlačítek Tlačítko Název Popis Příkaz menu New Vytvoření nového dokumentu. File New Open Otevření existujícího návrhu nebo knihovny File Open Save Uložení schematické stránky File Save nebo značky. Print Tisk aktivní schematické Stránky nebo značky. File Print Cut Vyříznutí vybraného objetu z dokumentu a jeho umístění Edit Cut do clipboardu Copy Zkopírování vybraného objetu z dokumentu do Edit Copy clipboardu Paste Umístění obsahu clipboardu do dokumentu v místě Edit Paste kurzoru Undo Zrušení provedení předchozího příkazu Edit Undo Redo Zrušení provedení příkazu undo Edit Redo Zoom In Zvětšení měřítka zobrazení View Zoom In Zoom Out Zmenšení měřítka zobrazení View Zoom Out Zoom Area Zobrazení vybraného okna View Zoom Area Zoom All Zobrazení celého dokumentu View Zoom All Annotate Očíslování součástek vybraných schematických stránek e Tools Annotat Back Annotate Zpětná anotace vybraných schematických stránek Tools Back Annotate Design Kontrola návrhových pravidel vybraných Tools Design Rules Rules Check Check schematických stránek Create Netlist Vytvoření netlistu vybraných schematických stránek Tools Create Netlist

18 18 FEKT Vysokého učení technického v Brně Cross Reference Bill of Materials Snap to Grid Project Manager Vytvoření souboru křížových odkazů součástek vybraných schematických stránek Vytvoření seznamu součástek použitých ve vybraných schematických stránkách Zapnutívypnutí práce v rastru Zobrazení okna Project manager aktivního schematického návrhu Help Nápověda Help Tools Cross Reference Tools Bill Materials of Option Snap to Grid Option Project Manager Další základní částí je Schematic Page Editor tool palette viz HObr. 10, který slouží k vytváření a editaci schematických stránek. Je zde možné vkládat schematické značky, propojovat je pomocí vodičů, sběrnic a návěští, definovat vlastnosti jednotlivých součástek i vodičů a vkládat další grafické objekty a texty. Obr. 10: Schematic page editor tool palette a popis jednotlivých tlačítek Tab. 2: Popisy pro Schematic page editor Tlačítko Název Popis Příkaz menu Select Part Wire Net alias Bus Výběr jednoho objektu kliknutím. Při současném držení CTRL výběr více objektů. Vyvolání schematické značky z knihovny za účelem jejího umístění ve schématu Propojování vodičem pod úhlem 90%. Při současném držení SHIFT pod libovolným úhlem. Umístění jména nebo sběrnice=propojování vývodů pomocí návěští. Kreslení sběrnicí pod úhlem 90%. Při současném držení SHIFT pod libovolným úhlem. Place Part Place Wire Place Net alias Place Bus

19 Počítačové návrhové systémy 19 Junction Bus entry Power Ground Hierarchical Block Hierarchical Port Hierarchical Pin OffPage Connector Vodivé propojení křížících se vodičů a jejich odboček (puntíkem). Umístění vstupu vodiče do sběrnice. Vyvolání schematické značky napájecího napětí. Vyvolání schematické značky společného vodiče. Vytvoření schematické značky která bude reprezentovat subschéma. Umístění značky propojovacího uzlu (svorky) v subschématu. Umístění značky propojovacího uzlu jako vývodu na schematické značce subschématu. Umístění Off Page svorky, kterou se propojují uzly mezi jednotlivými schematickými stránkami návrhu. Place Junction Place Bus entry Place Power Place Ground Place Hierarchica l Block Place Hierarchica l Port Place Hierarchica l Pin Place OffPage Connector No Connect Umístění značky nezapojeného vývodu. Place No Connect Line Kreslení úsečky Place Line Polyline Kreslení lomených čar pod úhlem 90%. Při současném držení SHIFT pod Place Polyline libovolným úhlem. Rectangle Kreslení obdélníku. Při současném držení SHIFT Place Rectangle pod libovolným úhlem. Ellipse Kreslení elipsy. Při současném držení SHIFT Place Ellipse kreslení kružnice. Arc Kreslení oblouku. Při současném držení SHIFT bude zachován poloměr Place Arc shodný s předchozím obloukem. Text Umístění textu (bez elektrického významu) Place Text Založení projektu Založení nového projektu provedeme tak, že po spuštění programu Capture zvolíme File New Project. (HObr. 11)

20 20 FEKT Vysokého učení technického v Brně Obr. 11: Založení nového projektu V následném okně (HObr. 12) můžeme zvolit jméno nového projektu (Name) a zvolíme cestu kde se budou ukládat všechny soubory, které s projektem souvisí (Location). Po stisku tlačítka Browse je možné prohledávat existující adresářovou strukturu i vytvářet nové adresáře. Důležitou volbou je zde typ nového projektu. Výběr je nutné provádět s ohledem na instalované součásti i na předpokládané zpracování schématu. Pokud například chceme provádět pouze simulace navrženého schématu, zvolíme položku Analog or Mixed A/D. Pokud naopak nemáme Pspice nainstalovaný, můžeme zvolit PC BoardWizard. V obou případech se pak spustí speciální funkce, zjednodušující práci s ohledem na zvolený typ. Nicméně i přesto je možné provádět i ostatní činnosti, i když poněkud nesnadnějším způsobem. Obr. 12: Definice jména, typu projektu a adresáře

21 Počítačové návrhové systémy 21 Po stisku tlačítka OK se v okně Projekt Manageru vytvoří nový projekt s příslušným názvem a jednou schématickou stránkou. Implicitně se nachází ve složce SCHEMATIC1 a jmenuje se PAGE1. Toto označení je možné změnit použitím pravého tlačítky myši nad příslušnou složkou či stránkou a zvolením příkazu Rename (HObr. 13). Obr. 13: Okno Project Manager s novým projektem Vkládání součástek Vložení součástky do výkresu provedeme tlačítkem Part nebo příkazem z menu Place Part, po kterém se obrazí dialogové okno Place Part viz HObr. 14. V tomto okně je zobrazen seznam součástek z aktuálně označené knihovny. Seznam připojených knihoven je zobrazen v části Libraries. Připojení požadované knihovny je možné použitím tlačítka Add Library, naopak odpojení knihovny provedeme tlačítkem Remove Library. Tlačítkem Part Search lze také vyhledávat zadanou součástku nejen v knihovnách zobrazených v části Libraries, ale ve všech dostupných knihovnách OrCADu. Po vybrání součástky se zobrazí její schematická značka, v části Packaging počet značek v jednom pouzdře (Parts per Pkg) a možnost zobrazení konkrétního hradla (Part). V části Graphic můžeme zvolit mezi normálním (Normal) a alternativním (Convert) zobrazením značky (např. použití české a americké normy pro kreslení schematických značek, v případě, že je alternativní symbol v knihovně nadefinován). Obr. 14: Place Part

22 22 FEKT Vysokého učení technického v Brně Po potvrzení výběru se součástka přichytí ke kurzoru a levým tlačítkem ji lze umístit do výkresu. Pod pravým tlačítkem myši se skrývá kontextové menu HObr. 15, kde je možné součástku rotovat, zrcadlit, editovat její vlastnosti nebo grafické znázornění (bez vlivu na knihovnu), případně ji smazat. Obr. 15: kontextové menu Propojování součástek Propojování pommocí vodičů Propojování součástek lze provádět několika způsoby. Nejběžnější způsob je použití vodičů (Wire). Příkaz vybereme buď tlačítkem Wire v nástrojové liště nebo z menu Place Wire. Najedeme kurzorem na místo odkud chceme táhnout vodič a kliknutím levého tlačítka umístíme počátek vodiče. Pohybem kurzoru kreslíme vodič. Jedním kliknutím levého tlačítka pokládáme jednotlivé segmenty vodiče, dvojitým kliknutím provedeme ukončení. Pro vodivé spojení křížících se vodičů se používá příkaz Junction. Lze ho vybrat použitím stejnojmenného tlačítka nebo z menu Place Junction. Na kurzor se pak přichytí puntík, který je nutné umístit do místa křížení. Propojování pomocí návěští Další možností propojování součástek je použití návěští. To se využívá především jako náhrada za dlouhé a nepřehledné vodiče nebo při propojování pomocí sběrnic. Z nástrojové lišty vybereme Net Alias nebo z menu Place Net Alias. Otevře se dialogové okno(hobr. 16), ve kterém je možné zapsat název návěští, případně definovat další parametry. Po stisknutí tlačítka OK je návěští přichyceno na kurzor a levým tlačítkem myši ho lze umístit k vodiči. Vodivě spojeny jsou pak vodiče se stejným návěštím. V případě, že návěští končí číslicí, je při vybírání dalších vodičů automaticky inkrementováno. Obr. 16: Propojování pomocí návěští

23 Počítačové návrhové systémy 23 Propojování pomocí sběric Používání sběrnic je pro jejich přehlednost využíváno především v digitální technice. Sběrnice (tlačítko Bus) je grafické znázornění svazku vodičů, které do ní vstupují prostřednictvím vstupů do sběrnice (tlačítko Bus Entry). Stejně jako vodič i sběrnici je možné pojmenovat. Bývá zvykem označování ve formátu JMENO[X..Y]. Vodičům sdruženým sběrnicí pak formou návěští přiřazujeme jména JMENOX až JMENOY (viz. HObr. 17) Opět zde platí, že jsou propojeny vodiče, které jsou opatřeny stejným návěštím. Obr. 17: Propojování pomocí sběrnic Sběrnice mají velky význam při strukturovaném návrhu, protože umožňují propojení většího množství vodičů mezi jednotlivými stránkami návrhu. Nápájenící a zemnicí symboly Další možností propojování vodičů je použití symbolů napájení a zemnění. Ty se vkládají do schematu tlačítky Power a Ground, případně z menu příkazy Place Power resp. Place Ground (viz. HObr. 18). Stejně jako v případě návěští platí, že vodivě spojeny jsou vodiče označené stejným jménem. Obr. 18: Vkládání napájecích a zemnicích symbolů Napájecí či zemnicí značku je možné, na rozdíl od jiných schematických značek, připojit přímo k jinému vývodu součástky bez segmentu vodiče. Vzhledem k tomu, že tyto symboly mají pouze charakter návěští, je třeba si uvědomit, že neexistuje jejich fyzický ekvivalent (pájecí ploška či konektor na DPS)!

24 24 FEKT Vysokého učení technického v Brně Editace vlastností Property Editor Jednou z nejdůležitějších činností při návrhu DPS je definování vlastností součástek, spojů, pinů, případně dalších objektů. Především definování vlastnosti součástek a spojů, jako jsou jméno, hodnota, typ pouzdra, je klíčové pro tvorbu netlistu a převedení hotového schématu do prostředí pro návrh desky. K tomu slouží Property Editor, viz HObr. 19, který je přístupný v kontextovém menu pod pravým tlačítkem myši nebo příkazem Edit Properties. Nejprve je však nutné označit objekty, jejichž vlastnosti chceme upravovat. Tabulka v kartě Parts obsahuje velké množství položek, které jsou uspořádané podle toho, jaký je zvolený filtr. Pro návrh plošných spojů se používají filtry Capture a Layout. Mezi základní položky zobrazené v tabulce patří Value (hodnota nebo typ součástky), Reference (pořadové označení součástky) a PCB Footprint (označení pouzdra). Správné vyplnění těchto položek je nezbytné pro přechod na návrh desky plošných spojů. V případě, že jedno pouzdro obsahuje více součástek (např = 4 hradla NAND), lze příslušné hradlo vybrat v položce Designator. Další položky, ve kterých mohou být zaznamenány další informace o součástkách (např. cena, výrobce, objednací číslo) je možné vytvořit a editovat po stisknutí tlačítka New. Obr. 19: property editor záložka Parts Obr. 20: property editor záložka Schematics Nets V kartě Schematics Nets HObr. 20 je možné kromě jména spoje (Name) již nyní definovat například typickou (Connwidth), maximální (Maxwidth) a minimální (Minwidth) šířku konkrétního spoje nebo skupiny spojů a nebo také přiřadit vrstvu vylívanou mědí (vrstva typu Plane) konkrétnímu uzlu (položka Plainlayers).

25 Počítačové návrhové systémy Strukturovaný návrh Přestože pro kreslení elektrických schémat OrCAD nabízí pracovní plochu až o velikosti formátu A0, bývá často vhodné rozdělit návrh do menších částí. Může to být z důvodů přehlednosti návrhu, tiskového zpracování, návrhu a simulací jednotlivých funkčních bloků apod. OrCAD proto nabízí možnost tvořit tzv. jednoúrovňový návrh, kdy je schéma rozděleno na několik schématických stránek a tzv. hierarchický návrh. V tomto případě je možné vytvářet jakési funkční bloky a navrhovat jejich vnitřní strukturu. Tohoto způsobu návrhu lze s úspěchem využít při vícenásobném používání jednoho funkčního bloku. Pak jej navrhneme pouze jednou a pomocí funkce Reuse duplikujeme jak rozmístění součástek, tak i zapojení spojů. Jednoúrovňový návrh (Flat Design) Jednoúrovňový návrh spočívá v rozdělení schématu na několik stránek. První stránka je vytvořena automaticky. Nachází se ve složce SCHEMATIC1 a implicitně se jmenuje PAGE1. Novou stránku vytvoříme kliknutím pravým tlačítkem myši na složku se schématickými stránkami a výběrem položky New Page. V následném okně zadáme jméno nové stránky a tlačítkem OK potvrdíme (HObr. 21) Obr. 21: Jednoúrovňový návrh vytvoření nové stránky K propojení spojů mezi jednotlivými stránkami se používá Off Page Connector. Je to v podstatě návěští, které však na rozdíl od Net Allias dovoluje propojení mezi schématickými stránkami. Opět platí, že pokud mají dva takové symboly stejné jméno, jsou vodiče vzájemně propojeny. V případě propojování sběrnic je vhodné použít pro pojmenování Off Page Connectoru stejné jméno, jako je použito pro sběrnici. Hierarchický návrh (Hierarchical Design) Hierarchický návrh umožňuje v rámci schématu vytvářet funkční bloky (Hierarchical Block) a navrhovat jejich vnitřní strukturu. V rámci vnořeného schématu je možné vytvářet opět další takovéto bloky. Propojení mezi vnitřním a nadřazeným schématem se pak provádí pomocí speciálních vývodů. V rámci nadřazeného bloku se označují jako Hierarchical Pin a musí mít stejné pojmenování jako symboly Hierarchical Port umístěné ve vnořeném schématu.

26 26 FEKT Vysokého učení technického v Brně Vytvoření hierarchických bloků se provádí stiskem tlačítka Hierarchical Block, po kterém se objěví dialogové okno Place Hierarchical Block (HObr. 22). Zde je nutné zadat jméno bloku (Reference) a zvolit typ bloku (Implementation Type). Kreslení vnitřního schématu odpovídá položka Schematic View. Následně je potřeba zadat Implementation Name (odpovídá hodnotě Value). V případě, že chceme použít již vytvořené schéma, můžeme k němu nastavit cestu v položce Path and Filename. V části Primitiv volíme jakým způsobem bude vytvářen netlist s hierarchickým blokem. Pokud zvolíme No, bude se netlist vytvářet i z vnořeného schématu, v případě Yes bude hierarchický blok v netlistu zaznamenán jako černá skříňka. Položka Default znamená nastavení dle Options Design Template. Po zvolení OK je možné pomocí myši definovat velikost bloku a vytvořit vývody (Hierarchical Pin)(HObr. 22) Obr. 22: Tvorba hierarchických bloků a vkládání vývodů Vnoření do subschématu je možné vybráním zvoleného hierarchického bloku a příkazem Descent Hierarchy z kontextového menu (HObr. 23). Následně je potřeba zadat jméno schématické stranky na které se bude vnitřní schéma tvořit. Po potvrzení tlačítkem OK se otevře nová schématická stránka s již vytvořenými a pojmenovanými porty. Pokud během další práce vytvoříme další hierarchické porty nebo piny, je možné je mezi sebou propojit pomocí příkazů Synchronize Down resp. Up. Obr. 23: Vnoření do bloku a tvorba subschématu

27 Počítačové návrhové systémy 27 Hierarchické bloky lze velmi dobře využívat při tvorbě schémat, ve kterých se opakují shodné motivy. Pak stačí vytvořit jeden hierarchický blok a jeho vnitřní zapojení. Opakující se motivy vytvožíme nakopírováním požadovaného počtu hierarchických bloků (HObr. 24) a správným využitím funkce Anotace a Reuse. Obr. 24: Násobnení motivů Další zpracování schématu, generování výstupních souborů Mezi další možnosti zpracování schématu patří anotace, zpětná anotace, kontrola návrhových pravidel, tvorba netlistu a výpis součástek použitých ve schématu. Tyto operace lze provádět buď na celém schématu nebo na jednotlivých schématických stránkách. Příkazy jsou použitelné pouze v případě, že je aktivní okno Project Manager a v něm vybraný soubor schématického návrhu, schématická složka či stránka. Vygenerované soubory se pak zobrazují v okně Project Manager ve složce Outputs. Anotace Anotace je pojmenování součástek v popisovém poli Reference. Pomocí příkazu Tools Annotate je možné spustit hromadné pojmenování či přejmenování součástek. Karta Packaging je určena pro běžný návrh schématu, simulace a návrh DPS. V části Scope určíme, zda se přečíslování bude týkat celého schématu nebo jen vybrané stránky. V části Action pak nastavujeme zda pojmenujeme pouze součástky, které mají v poli Refence otazník (Incremental reference update) nebo dojde k bezpodmínečnému přejmenování všech součástek (Unconditional reference update). V části Physical Packaging je pak možné nastavit pravidla pro vkládání dílčích schématických značek do jednoho pouzdra. V kartě Reuse je možné nastavit přečíslování pro opakované motivy tvořené pomocí hierarchických bloků. V části Select schematics to mark for reuse je seznam schématických stránek, které je možné použít pro opakovaný návrh. Zde vybereme ta schémata, která chceme opravdu použít pro opakovaný návrh (HObr. 25).

28 28 FEKT Vysokého učení technického v Brně Obr. 25: Anotace Reuse Zpětná anotace Pomocí zpětné anotace je možné převádět změny provedené v návrhu DPS zpět do schématu. Kdykoliv při návrhu DPS v prostředí Layout je možné příkazem Auto Back Annotate vytvořit textový soubor s příponou.swp, který obsahuje seznam vlastností všech součástek a uzlů. Mezi tyto vlastnosti patří souřadnice umístění součástek, rotace, použité pouzdro, šířky spojů, prohozené vývody (SWAP). Ve zvláštní sekci je případné přečíslování součástek na DPS. Takto vytvořený soubor je možné načíst v editoru schémat, čímž se všechny tyto změny promítnou do schématu. To provedeme příkazem Tools Back Annotate a zvolením záložky Layout (HObr. 26). Obr. 26: Zpětná anotace

29 Počítačové návrhové systémy 29 Kontrola návrhových pravidel Kontrolou návrhových pravidel se rozumí kontrola povolených kombinací propojení vývodů. Pro definování takových kombinací slouží tzv. matice návrhových pravidel označovaná jako ERC Matrix (viz HObr. 27.). Obr. 27: Matice návrhových pravidel ERC Matrix Kontrola návrhových pravidel se provádí příkazem Tools Design Rules Check. K editaci definiční matice slouží karta ERC Matrix. Při klikání na určitém tlačítku dochází k přepínání mezi volbami Error (chyba), Warning (varování) a bez chyby. Z obrázku je patrné, že například spojení dvou vývodů typu Output bude generovat chybové hlášení (Error), nezapojený vývod pak pouze varování (Warning). V kartě Design Rules Check (HObr. 28) pak můžeme definovat, zda se bude kontrolovat celý návrh nebo jen vybraná část (Scope), které typy objektů se budou kontrolovat (Report), a jestli bude docházet k odstraňování již existujících chybových hlášení ve schématu (Action). Po stisku tlačítka OK je vygenerován soubor s příponou.drc se seznamem chybových hlášení a chyby jsou zároveň zobrazeny ve schématu.

30 30 FEKT Vysokého učení technického v Brně Obr. 28: Kontrola návrhových pravidel karta Design Rules Check Generování netlistu Generování netlistu se spouští příkazem Tools Create Netlist nebo tlačítkem Create Netlist, viz HObr. 29. V dialogovém okně Create Netlist je pak na výběr několik typů netlistů, kde je možné zvolit konkrétní netlist pro převod do požadovaného systému. Obr. 29: Create Netlist Pro převod do programu OrCAD Layout zvolíme záložku Layout. Zde je nutné zvolit jednotky ve kterých budeme pracovat (zpravidla se používají palce Inches) a nastavit cestu a název souboru s netlistem. V položce Run ECO to Layout je také možné zapnout komunikaci schématu s plošným spojem. Po stisku tlačítka OK je vygenerován soubor s příponou.mnl, který je pak možné načíst v programu Layout. Pokud při vytváření netlistu dojde k nějakým chybám, jsou tyto chyby vypsány v okně Session Log.

31 Počítačové návrhové systémy 31 Pro správnou funkci netlistu je potřeba přistoupit k jeho generování až v okamžiku, kdy jsou v poli Reference správně označené všechny součástky a kdy všechny součástky mají správně přiřazeno pouzdro v poli PCB Footprint. Rozpiska materiálu Rozposku použitých součástek lze vytvořit příkazem Tools Bill of Materials. V dialogovém okně (HObr. 30) pak definujeme formát a obsah výpisu. Hlavičku definujeme v poli Header, vlastní výpis dat pak v poli Combined property string. Texty ve složených závorkách představují název popisového pole, texty bez závorek jsou textové řetězce, \t je značka pro tabelátor pro oddělení jednotlivých dat. V části Scope je možné definovat zda se výpis bude týkyn celého schématu (Process entire design) nebo jen vybrané schématické stránky (Process selection). Po potvrzení nastavení tlačítkem OK je vytvořen textový soubor s příponou.bom a uložen do adresáře nastaveného v části Report. Příklad rozpisky materiálu je také na HObr. 30. Obr. 30: Rozpiska matriálu Knihovny schematických značek Program pro práci s knihovnami schematických značek se spouští příkazem File Open/New Library. Název knihovny a seznam jejich značek se zobrazí v Okně Project Manager. Při dvojitém kliknutí na vybranou schematickou značku se otevře okno Part Editor a zobrazí v něm její grafickou reprezentaci. V Project Manageru je možné současně otevřít knihoven několik a mezi nimi součástky přemísťovat nebo kopírovat. Výběrem pinu nebo skupiny pinů a následnou volbou Edit Properties je možné editovat vlastnosti pinů, Vlastnosti schematické značky je možné upravovat Příkazem Options Part Properties. Vlastnosti celé součástky se nacházejí v tabulce Edit Part Properties, která je dostupná příkazem Options Package Properties. Nová schematická značka se vytváří příkazem Design New Part. Příkaz je dostupný pouze v případě, že je aktivní okno Project Manager a v něm pomocí myši zvýrazněný název knihovny, do které se má nová značka definovat. Program zobrazí dialogové okno New Part Properties viz HObr. 31, které je shodné s oknem Edit Part Properties.

32 32 FEKT Vysokého učení technického v Brně Obr. 31: New Part Properties V něm je nutné nastavit následující položky: Name název značky v knihovně a zároveň údaj v poli Value ve schématu Part Reference Prefix Vzor pořadového označení součástky (např. R u odporů, IO u integrovaných obvodů atd.) PCB Footprint název pouzdra součástky. Tento údaj je možné vložit až ve schématu. Je však velmi důležitý pro převod do programu Layout. Create Convert View volba možnosti vytvářet alternativní schematickou značku. Parts per Package počet značek v jednom pouzdře Package Type nastavení, zda jsou všechny značky v pouzdře stejné (homogeneous) nebo ne (heterogeneous) Part Numbering nastavení způsobu značení jednotlivých značek z jednoho pouzdra (např. IO1A Alphabetic, IO11 Numeric) Part Number Visible nastavení viditelnosti čísel pinů Part Aliases možnost vložení dalších názvů Attach Implementation připojení podobvodu ke schematické značce Po stisku tlačítka OK se zobrazí okno Part Editor s čárkovaně označeným tělem značky. Vně tohoto obrysu budou piny, uvnitř je možné definovat grafickou podobu značky. Velikost obrysu je možné měnit tažením myší. (viz. HObr. 32) Obr. 32: Editace schématické značky

33 Počítačové návrhové systémy 33 Piny je možné vkládat pomocí tlačítek Place Pin nebo Place Pin Array. V dialogovém okně HObr. 33 je nutné definovat: Name jméno pinu Number číslo, odpovídající umístění v pouzdru součástky Shape tvar pinu Type typ pinu. Podle tohoto typu se provádí kontrola návrhových pravidel. Obr. 33: Place Pin a Place Pin Array Grafická podoba značky uvnitř čárkovaně označeného těla součástky, které nebude ve schématu vidět, se realizuje pomocí pomocí tlačítek Place line, Place polyline, Place Rectangle, Place elipse, Place Arc a Place text. Pokud součástka obsahuje několik symbolů v jednom pouzře, je možné je zobrazit všechny najednou pomocí příkazu View Package. Příkazem View Parts je možné přepnout se zpět na zobrazení jednoho symbolu. Chcemeli zobrazit další značku v rámci jednoho pouzdra, použijeme příkaz View Next Part/Previous Part. Pokud má součástka definovanou alternativní podobu je možné ji zobrazit a editovat příkaze View Convert.(HObr. 34) Obr. 34: Přepínání mezi zobrazením součástky

34 34 FEKT Vysokého učení technického v Brně Shrnutí kapitoly: Seznámili jste se s jednotlivými funkčními bloky programu CAPTURE. Řešené příklady: editujte základní vlastnosti součástek ve schématu Řešení: Vybereme součástky, jejichž vlastnosti chceme editovat. To provedeme buď levým tlačítkem myši nebo příkazem Edit Select All označíme všechy objekty ve schématu. Z kontextového menu vybereme příkaz Property Editor. Po zobrazení tabulky vlastností zvolíme záložku Parts, ve které již můžeme vyplňovat vlastnosti součástek. Protože tabulka obsahuje velké množství položek, můžeme použít filtr podle toho jaké položky cheme upravovat. Mezi nejdůležitější vlastnosti patří Value (hodnota nebo typ součástky), Reference (pořadové označení součástky) a PCB Footprint (název pouzdra) při zvoleném filtru LAYOUT a položka Reference (označení hradla v případě, že se v pozdře nachází více obvodů) při zvoleném filtru CAPTURE. Kontrolní otázky a neřešené příklady: vyvolejte součástku z knihovny! Co je to Netlist a k čemu slouží?

35 Počítačové návrhové systémy Návrh desky LAYOUT Cíle kapitoly: Seznámení s postupy při návrhu desky DPS. panel nástrojů Layout,načtení netlistu, pokládání spojů, vylívání oblastí mědí, výstupy pro výrobu Spuštěním programu LAYOUT a následným otevřením souboru s deskou plošných spojů se otevře základní okno programu. V jeho horní části se nachází nástrojová lišta s tlačítky nejpoužívanějších příkazů a pracovních módů. Ve spodní části lišty se pak zobrazuje aktuální pozice kursoru a aktuální vrstva viz HObr. 35. Jednotlivá tlačítka jsou popsána v HTab. 3 Obr. 35: Nástrojová lišta programu LAYOUT Tab. 3: Popis tlačítek nástrojové lišty LAYOUT Tlačítko Název Popis Příkaz menu Open Save Library manager Delete Find Edit Otevření existujícího návrhu nebo knihovny File Open Uložení plošného spoje nebo File Save knihovny pouzder Otevření okna editoru pouzder součástek. File Library manager Smazání vybraného objektu. Edit Delete Umístění kurzoru na vybraný Edit Find objekt. Zobrazení okna Edit Layer Tool Layer Properti es Přístup k tabulkám View Database Spreadsheet View Spreadsheet Zoom In Zvětšení měřítka zobrazení View Zoom In Zoom Out Zmenšení měřítka zobrazení View Zoom Out Zoom All Zobrazení celého návrhu View Zoom All Query Component Tool Pin Tool Obstacle Tool Zobrazení informačního okna Volba režimu práce se součástkami Volba režimu práce s pájecími ploškami Volba režimu práce s objekty typu Obstacle View Query Windows Tool Component Se lect Tool Tool Pin Select Tool Tool Obstacle Selec t Tool