Ing. Vítězslav Novák, Ph.D. Ing. Petr Kahle, Ing. Jiří Starý, Ph.D. Návrhové systémy plošných spojů

Ing. Vítězslav Novák, Ph.D. Ing. Petr Kahle, Ing. Jiří Starý, Ph.D. Návrhové systémy plošných spojů Vysoké učení technické v Brně 2011

Tento učební text byl vypracován v rámci projektu Evropského sociálního fondu č. CZ.1.07/2.2.00/07.0391 s názvem Inovace a modernizace bakalářského studijního oboru Mikroelektronika a technologie a magisterského studijního oboru Mikroelektronika (METMEL). Projekty Evropského sociálního fondu jsou financovány Evropskou unií a státním rozpočtem České republiky.

Návrhové systémy plošných spojů 1 Obsah (Styl Nadpis seznamu) 1 ÚVOD...8 2 ZAŘAZENÍ PŘEDMĚTU VE STUDIJNÍM PROGRAMU...8 2.1 ÚVOD DO PŘEDMĚTU...8 2.2 VSTUPNÍ TEST...8 3 ORCAD...9 3.1 NÁVRH SCHÉMATU...9 3.2 NÁVRH DESKY LAYOUT...18 4 PADS ÚVOD...26 4.1 ZÁKLADNÍ CHARAKTERISTIKA...26 4.2 ZÁKLADNÍ PRACOVNÍ PROSTŘEDÍ (SHELL)...27 4.3 OVLÁDÁNÍ ZÁKLADNÍCH FUNKCÍ...30 4.4 KNIHOVNY (LIBRARIES)...31 4.5 DEFINOVÁNÍ NÁVRHOVÝCH PRAVIDEL (DESIGN RULES, LAYER DEFINITION)...34 4.6 SDÍLENÍ A PŘENOS DAT MEZI PROGRAMY, TVORBA VÝSTUPNÍCH SOUBORŮ A HLÁŠENÍ. 38 5 EDITOR ELEKTRICKÝCH SCHEMAT POWERLOGIC...42 5.1 ZÁKLADNÍ OBRAZOVKA, USPOŘÁDÁNÍ, PŘEHLED ČÁSTÍ, UŽIVATELSKÉ PROSTŘEDÍ..42 5.2 KRESLENÍ, TVORBA TEXTU (DRAFTING TOOLBOX)...50 5.3 NÁSTROJE PRO TVORBU EL. SCHÉMAT (DESIGN)...52 5.4 KNIHOVNY (LIBRARIES), TVORBA SOUČÁSTEK A SPEC. SYMBOLŮ...55 5.5 DEFINOVÁNÍ NÁVRHOVÝCH PRAVIDEL (DESIGN RULES)...62 5.6 ECO, OLE SDÍLENÍ A PŘENOS DAT MEZI SCHÉMATEM A DALŠÍMI PROGRAMY...64 5.7 GENEROVÁNÍ VÝSTUPNÍCH SOUBORŮ A HLÁŠENÍ, TVORBA DOKUMENTACE...67 6 KOMPLEXNÍ NÁVRHOVÝ SYSTÉM PRO DESKY PLOŠNÝCH SPOJŮ POWERPCB I...72 6.1 ZÁKLADNÍ CHARAKTERISTIKA PROGRAMU:...72 6.2 NASTAVENÍ UŽIVATELSKÉHO PROSTŘEDÍ...76 6.3 FUNKCE PRO MANIPULACI S OBJEKTY (SELECT, FIND, MOVE, COPY, DELETE)...79 6.4 NASTAVENÍ SYSTÉMOVÝCH A NÁVRHOVÝCH PARAMETRŮ (SETUP)...82 6.5 VLOŽENÍ SOUČÁSTKY Z KNIHOVNY DO NÁVRHU...85 6.6 FUNKCE PRO KRESLENÍ OBJEKTŮ (DRAFTING COMMAND)...86 6.7 FUNKCE PRO ODMĚŘOVÁNÍ MEZER A KÓTOVÁNÍ...93 6.8 POUŽITÍ A DEFINOVÁNÍ NÁVRHOVÝCH VRSTEV (LAYERS)...96 7 KOMPLEXNÍ NÁVRHOVÝ SYSTÉM PRO DESKY PLOŠNÝCH SPOJŮ POWERPCB II...100 7.1 ROZMISŤOVÁNÍ SOUČÁSTEK (PLACING PARTS)...100 7.2 EDITACE VÝVODŮ SOUČÁSTEK, PRŮCHODŮ MEZI VRSTVAMI A PROPOJEK...112 7.3 DEFINOVÁNÍ NÁVRHOVÝCH PRAVIDEL (DESIGN RULES)...115 7.4 INTERAKTIVNÍ TVORBA SPOJŮ...120 7.5 NÁSTROJE PRO KONTROLU NÁVRHOVÝCH PRAVIDEL (VERIFY DESIGN TOOLS)...125 7.6 ZPĚTNÁ ANOTACE MEZI SCHÉMATEM A NÁVRHEM PLOŠNÝCH SPOJŮ (ECO)...127 7.7 NAPOJENÍ NA AUTOROUTERY A DALŠÍ PROGRAMY...130

2 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně 8 BLAZEROUTER... 133 8.1 UŽIVATELSKÉ PROSTŘEDÍ PROGRAMU, ZOBRAZENÍ DESKY / SPOJŮ, PRÁCE SE SOUBORY 133 8.2 DIALOGOVÁ OKNA... 137 8.3 KONCEPT AUTOROUTOVÁNÍ... 144 8.4 NASTAVENÍ HODNOT A PARAMETRŮ... 156 9 VÝROBA A MONTÁŽ DPS... 154 9.1 DRUHY PROPOJOVACÍCH STRUKTUR... 154 9.2 METODY VÝROBY PROPOJOVACÍCH STRUKTUR... 156 9.3 POPIS STANDARDNÍCH OPERACÍ PŘI VÝROBĚ DPS... 162 10 MONTÁŽNÍ A PROPOJOVACÍ SESTAVY... 171 10.1 DRUHY MONTÁŽNÍCH A PROPOJOVACÍCH SESTAV... 171 10.2 TECHNOLOGICKÉ POSTUPY MONTÁŽE... 173 11 DODATKY... 180 11.1 VÝSLEDKY KONTROLNÍCH OTÁZEK A NEŘEŠENÝCH PŘÍKLADŮ... 180

Návrhové systémy plošných spojů 3 Seznam obrázků OBRÁZEK 3.1.1: PROJECT MANAGER...9 OBRÁZEK 3.1.2: TOOLBAR A POPIS JEDNOTLIVÝCH TLAČÍTEK...10 OBRÁZEK 3.1.3: SCHEMATIC PAGE EDITOR TOOL PALETTE...11 OBRÁZEK 3.1.4: PART...13 OBRÁZEK 3.1.5: KONTEXTOVÉ MENU...13 OBRÁZEK 3.1.6: PROPERTY EDITOR ZÁLOŽKA PARTS...15 OBRÁZEK 3.1.7: PROPERTY EDITOR ZÁLOŽKA SCHEMATICS NETS...15 OBRÁZEK 3.1.8: CREATE NETLIST...16 OBRÁZEK 3.1.9: NEW PART PROPERTIES...17 OBRÁZEK 3.1.10: PLACE PIN...18 OBRÁZEK 3.2.1: NÁSTROJOVÁ LIŠTA PROGRAMU LAYOUT...19 OBRÁZEK 3.2.2: POSTUP NAČTENÍ NETLISTU...20 OBRÁZEK 3.2.3: NASTAVENÍ RASTRŮ (SYSTEM SETTINGS)...21 OBRÁZEK 3.2.4: EDIT OBSTACLE...21 OBRÁZEK 3.2.5: POSTUP NASTAVENÍ VRSTEV PŘI POKLÁDÁNÍ SPOJŮ...22 OBRÁZEK 3.2.6: KONTEXTOVÉ MENU...23 OBRÁZEK 3.2.7: VYLÍVÁNÍ MĚDÍ...24 OBRÁZEK 3.2.8: POST PROCESS, KONTEXTOVÉ MENU...24 OBRÁZEK 3.2.9: NASTAVENÍ PARAMETRŮ PRO VÝSTUPY...25 OBRÁZEK 4.2.1: OBRÁZEK 4.2.2: ZÁKLADNÍ OBRAZOVKA, USPOŘÁDÁNÍ, PŘEHLED ČÁSTÍ...27 STANDARDNÍ NÁSTROJOVÁ LIŠTA...28 OBRÁZEK 4.2.3: STAVOVÝ ŘÁDEK (STATUS BAR)...28 OBRÁZEK 4.2.4: PLOVOUCÍ INFORMAČNÍ OKNO (STATUS)...28 OBRÁZEK 4.2.5: PLOVOUCÍ NÁSTROJOVÝ PANEL...29 OBRÁZEK 4.2.6: NASTAVENÍ BAREV...29 OBRÁZEK 4.3.1: NASTAVENÍ TYPU DAT PRO EXPORT...30 OBRÁZEK 4.3.2: DRAFTING TOOLBOX...30 OBRÁZEK 4.4.1: MANAŽER KNIHOVEN...32 OBRÁZEK 4.4.2: KNIHOVNY...32 OBRÁZEK 4.4.3: EDITACE OBSAHU KNIHOVEN...33 OBRÁZEK 4.5.1: DESIGN RULES...34 OBRÁZEK 4.5.2: DEFAULT RULES...34 OBRÁZEK 4.5.3: CLEARANCE...35 OBRÁZEK 4.5.4: ROUTING RULES...35 OBRÁZEK 4.5.5: HISPEED RULES...35 OBRÁZEK 4.5.6: CLASS RULES...36 OBRÁZEK 4.5.7: NET RULES...36 OBRÁZEK 4.5.8: LAYERS SETUP...37 OBRÁZEK 5.1.1: ZÁKLADNÍ OBRAZOVKA...42 OBRÁZEK 5.1.2: STANDARDNÍ NÁSTROJOVÁ LIŠTA...43 OBRÁZEK 5.1.3: VÝBĚROVÁ NÁSTROJOVÁ LIŠTA...43 OBRÁZEK 5.1.4: STAVOVÝ ŘÁDEK...44 OBRÁZEK 5.1.5: PLOVOUCÍ INFORMAČNÍ OKNO...44 OBRÁZEK 5.1.6: PLOVOUCÍ NÁSTROJOVÝ PANEL...44 OBRÁZEK 5.1.7: DIALOGOVÉ OKNO DISPLAY COLORS....46 OBRÁZEK 5.1.8: ÚPRAVA PARAMETRŮ SOUČ...49 OBRÁZEK 5.4.1: PRACOVNÍ PLOCHA EDITORU SOUČÁSTEK...57 OBRÁZEK 5.4.2: NÁSTROJOVÁ LIŠTA EDITORU SOUČÁSTEK...58 OBRÁZEK 5.4.3: ZÁLOŽKA GATES...59

4 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně OBRÁZEK 5.6.1: VZHLED PRACOVNÍ PLOCHY PO ÚPRAVĚ OKEN... 65 OBRÁZEK 5.6.2: OKNO ZÁLOŽKY SELECTION... 65 OBRÁZEK 5.6.3: OKNO ZÁLOŽKY DESIGN... 66 OBRÁZEK 5.6.4: OKNO ZÁLOŽKY DOCUMENT... 66 OBRÁZEK 5.6.5: OKNO ZÁLOŽKY PREFERENCES... 66 OBRÁZEK 5.7.1: DIALOGOVÉ OKNO BASIC SCRIPTS... 69 OBRÁZEK 5.7.2: DIALOGOVÉ OKNO PLOT... 70 OBRÁZEK 6.1.1: ZÁKLADNÍ OBRAZOVKA... 72 OBRÁZEK 6.1.2: NÁSTROJOVÁ LIŠTA... 73 OBRÁZEK 6.1.3: PANEL DRAFTING... 73 OBRÁZEK 6.1.4: PANEL DESIGN... 73 OBRÁZEK 6.1.5: PANEL AUTODIM... 74 OBRÁZEK 6.1.6: PANEL ECO... 74 OBRÁZEK 6.1.8: PLOVOUCÍ NÁSTROJOVÝ PANEL... 75 OBRÁZEK 6.1.9: NASTAVENÍ POLÁRNÍHO NÁVRHOVÉHO RASTRU... 75 OBRÁZEK 6.2.1: DIALOGOVÉ OKNO DISPLAY COLORS SETUP... 76 OBRÁZEK 6.2.2: NASTAVENÍ ZOBRAZENÍ PRO JEDNOTLIVÉ SÍTĚ SPOJŮ VIEW NETS... 77 OBRÁZEK 6.3.1: KONTEXTOVÉ MENU... 79 OBRÁZEK 6.3.2: VÝBĚR OBJEKTU FUNKCÍ EDIT/FIND... 80 OBRÁZEK 6.3.3: EDIT/FILTER... 81 OBRÁZEK 6.5.1: VLOŽENÍ SOUČÁSTKY Z KNIHOVNY DO NÁVRHU... 85 OBRÁZEK 6.6.1: NÁSTROJOVÝ PANEL DRAFTING COMMAND... 86 OBRÁZEK 6.6.2: NASTAVENÍ PARAMETRŮ PRO KRESLENÍ... 86 OBRÁZEK 6.6.3: ROZLÉVÁNÍ MĚDĚNÝCH PLOCH... 88 OBRÁZEK 6.6.4: NASTAVENÍ PARAMETRŮ PŘI TVORBĚ ROZLÉVANÉ MĚDĚNÉ PLOCHY... 88 OBRÁZEK 6.6.5: NASTAVENÍ TYPU VNITŘNÍ VRSTVY... 89 OBRÁZEK 6.6.6: NASTAVENÍ SÍTÍ SPOJŮ PRO VNITŘNÍ ČLENĚNOU VRSTVU... 90 OBRÁZEK 6.6.7: ROZLITÍ MĚDĚNÉ PLOCHY VE VNITŘNÍ VRSTVĚ... 90 OBRÁZEK 6.6.8: NASTAVENÍ PRO TVORBU KOMBINOVANÝCH VNITŘNÍCH VRSTEV... 90 OBRÁZEK 6.6.9: ADD KEEPOUT DIALOG... 91 OBRÁZEK 6.6.10: DIALOG PRO PŘIDÁNÍ DALŠÍCH ATRIBUTŮ K SOUČÁSTCE NA DESKU... 92 OBRÁZEK 6.6.11: DVA REF.DES. NA RŮZNÝCH KRESLICÍCH VRSTVÁCH... 92 OBRÁZEK 6.7.1: PANEL VIEW CLEARANCE... 93 OBRÁZEK 6.7.2: PLOVOUCÍ NÁSTROJOVÝ PANEL AUTODIMENSIONING... 94 OBRÁZEK 6.7.3: NASTAVENÍ PARAMETRŮ PRO TVORBU KÓT... 94 OBRÁZEK 6.7.4: NASTAVENÍ ZNAČEK PRO KÓTOVÁNÍ... 95 OBRÁZEK 6.7.5: NASTAVENÍ PRO TEXTOVÉ ŘETĚZCE V KÓTĚ... 95 OBRÁZEK 6.7.6: KÓTOVÁNÍ V RUČNÍM REŽIMU... 95 OBRÁZEK 6.8.1: NASTAVENÍ ELEKTRICKÝCH VRSTEV DESKY... 97 OBRÁZEK 6.8.2: MODIFIKACE POČTU EL. VRSTEV... 97 OBRÁZEK 6.8.3: PŘIŘAZENÍ POŘADÍ EL. VRSTEV... 97 OBRÁZEK 6.8.4: PŘIŘAZENÍ DOKUMENTAČNÍCH VRSTEV... 98 OBRÁZEK 6.8.5: NASTAVENÍ NEELEKTRICKÝCH VRSTEV DESKY... 99 OBRÁZEK 7.1.1: FIXACE POLOHY (GLUE)... 101 OBRÁZEK 7.1.2: TVORBA SOUČÁSTKOVÝCH POLÍ... 101 OBRÁZEK 7.1.3: NASTAVENÍ METODY MINIMALIZACE DÉLKY SPOJŮ PRO DANOU SÍT... 102 OBRÁZEK 7.1.4: ODSOUVÁNÍ SOUČÁSTEK... 103 OBRÁZEK 7.1.5: NASTAVENÍ METODY ODSOUVÁNÍ SOUČÁSTEK PŘI JEJICH KOLIZI... 103 OBRÁZEK 7.1.6: NASTAVENÍ KRITÉRIÍ PRO VYROVNÁNÍ... 103 OBRÁZEK 7.1.7: EFEKTIVNOST MINIMALIZACE DÉLKY SPOJŮ... 104

Návrhové systémy plošných spojů 5 OBRÁZEK 7.1.8: OBRÁZEK 7.1.9: AUTOMATICKÉ PŘEČÍSLOVÁNÍ REFERENČNÍCH NÁZVŮ SOUČÁSTEK...104 OKNO MODULU AUTOMATIC CLUSTER PLACEMENT...105 OBRÁZEK 7.1.10: NASTAVENI PRO TVORBU SKUPIN...106 OBRÁZEK 7.1.11: INTERAKTIVNÍ TVORBA SKUPIN...106 OBRÁZEK 7.1.12: ZOBRAZENÍ SKUPIN SOUČÁSTEK V NÁVRHU CLUSTER VIEW MODE...107 OBRÁZEK 7.1.13: KONTEXTOVÉ MENU PRO SKUPINU (CLUSTER)...107 OBRÁZEK 7.1.14: NASTAVENÍ PRO ROZMISŤOVÁNÍ SKUPIN...108 OBRÁZEK 7.1.15: NASTAVENÍ PRO ROZMISŤOVÁNÍ SOUČÁSTEK...109 OBRÁZEK 7.1.16: PRŮBĚH JEDNOTLIVÝCH ETAP ROZMISŤOVÁNÍ SOUČÁSTEK...111 OBRÁZEK 7.2.1: OBRÁZEK 7.2.2: DIALOGOVÉ OKNO PRO EDITACI VÝVODŮ POUZDRA SOUČÁSTKY...112 DIALOGOVÉ OKNO PRO EDITACI TVARU PRŮCHODU MEZI VRSTVAMI...113 OBRÁZEK 7.2.3: NASTAVENÍ TVARU A VELIKOST PROPOJEK...114 OBRÁZEK 7.3.1: DIALOGOVÉ OKNO PRO NASTAVENÍ NÁVRHOVÝCH PARAMETRŮ...115 OBRÁZEK 7.3.2: VOLBA TYPU NÁVRHOVÉHO PARAMETRU...116 OBRÁZEK 7.3.3: NASTAVENÍ ŠÍŘEK SPOJŮ A IZOLAČNÍCH VZDÁLENOSTÍ...117 OBRÁZEK 7.3.4: NASTAVENÍ PRAVIDEL PRO TVORBU SPOJŮ...117 OBRÁZEK 7.3.5: NASTAVENÍ SPECIÁLNÍCH PARAMETRŮ...118 OBRÁZEK 7.3.6: NASTAVENÍ NÁVRHOVÝCH PRAVIDEL PRO SKUPINY SPOJŮ...118 OBRÁZEK 7.3.7: NASTAVENÍ NÁVRHOVÝCH PRAVIDEL PRO JEDNOTLIVÉ SPOJE...119 OBRÁZEK 7.4.1: NÁSTROJE PRO TVORBU A EDITACI SPOJŮ...120 OBRÁZEK 7.4.2: KONTEXTOVÉ MENU PO VÝBĚRU VODIČE...121 OBRÁZEK 7.4.3: KONTEXTOVÉ MENU PO VÝBĚRU SPOJE...123 OBRÁZEK 7.4.4: OKNO PRO NASTAVENÍ PŘECHODŮ (TEARDROPS)...124 OBRÁZEK 7.4.5: VLOŽENÉ FREE VIAS (NADBYTEČNÉ VIA)...124 OBRÁZEK 7.5.1: DÁVKOVÁ KONTROLA NÁVRHOVÝCH PARAMETRŮ VERIFY DESIGN...125 OBRÁZEK 7.5.2: NASTAVENÍ KONTROLY IZOLAČNÍCH VZDÁLENOSTÍ...126 OBRÁZEK 7.5.3: NASTAVENÍ KONTROLY ELEKTRODYNAMICKÝCH PARAMETRŮ...126 OBRÁZEK 7.5.4: NASTAVENÍ DOPLŇUJÍCÍCH ÚDAJŮ PRO EDC...127 OBRÁZEK 7.6.1: PLOVOUCÍ NÁSTROJOVÝ PANEL ECO...128 OBRÁZEK 7.6.2: NASTAVENÍ ZÁPISU DO ANOTAČNÍHO SOUBORU...129 OBRÁZEK 7.7.1: BLAZEROUTER DIALOG...130 OBRÁZEK 7.7.2: BLAZEROUTER ROUTING STRATEGY...131 OBRÁZEK 8.1.1: UŽIVATELSKÉ PROSTŘEDÍ...134 OBRÁZEK 8.3.1: OKÉNKO COMAND WINDOW...137 OBRÁZEK 8.4.1: NAVIGAČNÍ OKÉNKO KDYŽ JE VYBRÁN VÝVOD (PIN)...139 OBRÁZEK 8.4.2: NAVIGAČNÍ OKÉNKO KDYŽ JE VYBRÁN VIA OTVOR...139 OBRÁZEK 8.4.3: NAVIGAČNÍ OKÉNKO KDYŽ JE VYBRÁNA SOUČÁSTKA...140 OOBRÁZEK 8.5.1: OKÉNKO OBJECT VIEW V PROJECT EXPLORER...141 OBRÁZEK 8.5.2: OKÉNKO CONTENTS V PROJECT EXPLORER...142 OBRÁZEK 8.5.3: OKÉNKO INDEX V PROJECT EXPLORER...143 OBRÁZEK 8.5.4: OKÉNKO SEARCH V PROJECT EXPLORER...143 OBRÁZEK 9.1: PŘÍKLAD TG. POSTUPU VÝROBY DVOUVRSTVÝCH DPS...159 OBRÁZEK 9.2: LAMINACE FOTOREZISTU...163 OBRÁZEK 9.3: OBRÁZEK 9.4: TECHNOLOGICKÉ OMEZENÍ U SÍTOTISKOVÉ NEPÁJIVÉ MASKY...166 SERVISNÍ POTISK A PŘÍKLAD APLIKACE VODIVÉHO INKOUSTU...167 OBRÁZEK 9.5: TYPICKÝ VZHLED POKOVENÉHO OTVORU S HALEM...168 OBRÁZEK 10.1: PŘÍKLADY UPEVNĚNÍ SOUČÁSTEK...172 OBRÁZEK 10.2: TVARY VÝVODŮ...172 OBRÁZEK 10.3: OBRÁZEK 10.4: FIXACE VÝVODŮ TZV. TECHNOLOOGIÍ CUT AND CLINCH...173 AUTOMATIZOVANÁ MONTÁŽ ELEKTRONICKÝCH SOUČÁSTEK...175

6 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně OBRÁZEK 10.5: ČISTÁ A KOMBINOVANÁ PM Z JEDNÉ STRANY PM... 177 OBRÁZEK 10.6: KOMBINOVANÁ POVRCHOVÁ MONTÁŽ Z OBOU STRAN... 177 OBRÁZEK 10.7: MONTÁŽNÍ LINKA PRO POVRCHOVOU MONTÁŽ... 178

Návrhové systémy plošných spojů 7 Seznam tabulek TABULKA 1: TABULKA 2: TABULKA 3: TABULKA 4: POPISY JEDNOTLIVÝCH TLAČÍTEK...10 POPISY PRO SCHEMATIC PAGE EDITOR...11 POPIS TLAČÍTEK NÁSTROJOVÉ LIŠTY LAYOUT...19 SROVNÁNÍ RŮZNÝCH TYPŮ PÚ...168

8 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně 1 Úvod Tento elektronický text je určen pro distanční formu (DiV) bakalářského studijního programu EEKR. Obsahuje ucelený pohled na nejvýznamnější a u nás nečastěji používané programové vybavení pro kreslení schémat a návrh desek plošných spojů (DPS), spolu se základní informací o vlastní výrobě a montáži DPS. Zde uvedené informace jsou aktuální k přelomu roku 2003/2004 2 Zařazení předmětu ve studijním programu Předmět návrhové systémy plošných spojů je zařazen jako volitelný oborový předmět do 3. ročníku bakalářského studia na Fakultě elektrotechniky a komunikačních technologií. Předmět patří do tříletého studijního oboru Mikroelektronika a technologie (MET) v bakalářském studijním programu Elektrotechnika, elektronika, komunikační a řídící technika. Odbornou výuku v oboru zajišťují především Ústav mikroelektroniky a Ústav elektrotechnologie. Cílem studijního oboru MET je vychovat bakaláře jako vysokoškolsky vzdělaného provozního odborníka 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 komplexním návrhovým softwarem PADS (PowerLogic a PowerPCB včetně BlazeRouteru), a porovnat jej s dalšími produkty: Formica, Eagle, Orcad. 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.

Návrhové systémy plošných spojů 9 3 OrCAD 3.1 Návrh schématu Cíle kapitoly: základní termíny při návrhu a výrobě DPS, postupy při návrhu schématu DPS, panel nástrojů Toolbar, Schematic Page Editor Filozofie návrhu desky plošných spojů v programovém balíku OrCAD spočívá ve dvou základních oddělených programech a zároveň dvou oddělených knihovnách. Pro návrh schématu slouží program CAPTURE, kterému přísluší knihovna schematických značek a symbolů. Pro návrh DPS pak slouží program zvaný LAYOUT se svou vlastní knihovnou pouzder. Pro přechod mezi těmito dvěma programy se používá netlist. Ten je možné generovat i v jiných formátech než jen pro OrCAD. Proto je možné schéma nakreslené v ORCADu převádět i do dalších systémů jako je například ALLEGRO, MENTOR, PCAD PADS a další. Stejně tak LAYOUT obsahuje utility pro export či import rozpracovaných nebo již hotových DPS jiných formátů. Příkladem mohou být opět systémy PADS, PCAD, PROTEL, TANGO a další. Součástí programového balíku jsou samozřejmě také programy pro předvýrobní zpracování dat, například program pro generování dat pro vrtačku GERBTOOL. Program CAPTURE se skládá ze tří základních částí. Schematický návrh jako celek se ovládá z okna Project Manager (Obrázek 3.1.1), 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. Obrázek 3.1.1: Project Manager

10 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně Nejpoužívanější příkazy obsahuje nástrojová lišta zvaná Toolbar viz Obrázek 3.1.2. Příkazová tlačítka jsou k dispozici v závislosti na režimu činnosti a okamžitém stavu programu. Popisy jednotlivých tlačítek jsou uvedeny v Tabulka 1. Obrázek 3.1.2: Toolbar a popis jednotlivých tlačítek Tabulka 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

Návrhové systémy plošných spojů 11 Create Netlist Cross Reference Bill of Materials Snap to Grid Project Manager Vytvoření netlistu vybraných schematických stránek 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 Create Netlist Tools Cross Reference Tools Bill Materials of Option Snap to Grid Option Project Manager Další základní částí je Schematic Page Editor tool palette, viz Obrázek 3.1.3 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. Obrázek 3.1.3: Schematic page editor tool palette a popis jednotlivých tlačítek Tabulka 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

12 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně 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 Vložení součástky do výkresu provedeme tlačítkem Part viz Obrázek 3.1.4 nebo příkazem z menu Place Part, po kterém se obrazí dialogové okno Place Part. 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

Návrhové systémy plošných spojů 13 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). Obrázek 3.1.4: Part Po potvrzení výběru se součástka přichytí ke kurzoru a levým tlačítkem ji lze umístit do výkresu. Pod pravým tlačítkem myši se skrývá kontextové menu Obrázek 3.1.5, kde je možné součástku rotovat, zrcadlit, editovat její vlastnosti nebo grafické znázornění (bez vlivu na knihovnu), případně ji smazat. Obrázek 3.1.5: kontextové menu

14 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně 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. 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, 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. Poslední 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. Stejně jako v případě návěští platí, že vodivě spojeny jsou vodiče označené stejným jménem. 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 Obrázek 3.1.6, 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. 7400 = 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.

Návrhové systémy plošných spojů 15 Obrázek 3.1.6: property editor záložka Parts Obrázek 3.1.7: property editor záložka Schematics Nets V kartě Schematics Nets Obrázek 3.1.7 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). Vytvoření rozpisky materiálu a netlistu Generování netlistu Generování netlistu se spouští příkazem Tools Create Netlist nebo tlačítkem Create Netlist, viz Obrázek 3.1.8. Musí však být aktivní okno Project Manager a vybraná schematická stránka nebo celé schéma. V dialogovém okně Create Netlist je pak na výběr několik typů netlistů, kde je možné zvolit konkrétní netlist pro převod do požadovaného systému.

16 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně Obrázek 3.1.8: 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. 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 Obrázek 3.1.9, které je shodné s oknem Edit Part Properties.

Návrhové systémy plošných spojů 17 Obrázek 3.1.9: 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. Piny je možné vkládat pomocí tlačítek Place Pin nebo Place Pin Array. V dialogovém okně Obrázek 3.1.10 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.

18 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně Obrázek 3.1.10: place pin 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 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? 3.2 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

Návrhové systémy plošných spojů 19 aktuální pozice kursoru a aktuální vrstva viz Obrázek 3.2.1. Jednotlivá tlačítka jsou popsána v Tabulka 3 Obrázek 3.2.1: Nástrojová lišta programu LAYOUT Tabulka 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 Text Tool Zobrazení informačního okna Volba režimu práce se součástkami Volba režimu práce s pájecími ploškami Volba režimu práce s objekty typu Obstacle Volba režimu práce s texty Connection Uživatelské propojování Tool mimo schéma Režim práce s chybovými Error Tool hlášeními Nastavení barev zobrazení Color Setting vrstev a objektů Online DRC Zapnutí nepřetržité kontroly návrhových pravidel View Query Windows Tool Component Se lect Tool Tool Pin Select Tool Tool Obstacle Selec t Tool Tool Text Select Tool Tool Connection Select Tool Tool Error Select Tool Options Colors Options User Preferences Activate Online DRC

20 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně Reconnect Mode Volba režimu zobrazení propojovacích vektorů Options User Preferences Inst. Reconn. Mode Autopath Režim vedení spojůautomatické pokládání spojů Route Mode Options Route Setting Shove Track Režim vedení spojů Mode s posouváním Options Route Setting Edit Segment Režim oprav existujících Mode spojů Options Route Setting Add/Edit RouteMode Režim prostého vedení spojů Options Route Setting Refresh All Nové překreslení obrazovky Auto Refresh All Design Rule Provedení kontroly Auto Design Rule Check návrhových pravidel Check Načtení netlistu Převedení schématu do programu Layout se provede načtením Netlistu vygenerovaného editorem schémat, viz Obrázek 3.2.2. Nejprve je nutné připojit knihovny, ve kterých se nacházejí pouzdra součástek použitých ve schématu. To provedeme v okně Lsession příkazem Tools Library Manager.V části Libraries pomocí tlačítek Add resp. Remove můžeme přidávat resp. vyjímat požadované knihovny. Pro vlastní načtení netlistu zvolíme File New. Objeví se dialogové okno Load Template File, kde program očekává zadání jména technologického souboru s uloženým nastavením programu. Poté se zobrazí okno Load Netlist Source, ve kterém zadáme jméno souboru s netlistem. V okně Save As zvolíme název budoucího souboru plošného spoje. V případě bezchybného načtení netlistu program na pracovní plochu zobrazí všechny součástky včetně jejich propojení. Obrázek 3.2.2: Postup načtení netlistu Nastavení rastru, Obrázek 3.2.3, ve kterém bude program pracovat se provede příkazem Options Systém Settings. Zde je možné definovat v jakých jednotkách bude program zobrazovat rozměry (Disply Units), je možné nastavit rastry pro zobrazení (Visible

Návrhové systémy plošných spojů 21 Grid), pro objekty typu Obstacle a Text (Detail Grid), pro rozmísťování součástek (Place Grid), pro vedení spojů (Routing Grid) a pro prokovy (Via Grid). Tyto nastavení souvisí s třídou přesnosti plošného spoje. V části Rotation je pak možné nastavit podmínky pro rotaci objektů. Obrázek 3.2.3: nastavení rastrů (System settings) Obrysy desky se definují tlačítkem Obstacle Tool, viz. Obrázek 3.2.4 z nástrojové lišty. Poté s kontextového menu vybereme příkaz New a v dalším Kontextovém menu příkaz Properties. Zobrazí se okno Edit Obstacle. Obrázek 3.2.4: Edit Obstacle

22 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně Po vytvoření obrysu plošného spoje je možné přistoupit k rozmísťování součástek. Manuální rozmísťování provedeme tak, že v nástrojové liště zvolíme tlačítko Component. Pak levým tlačítkem myši vybereme nějakou součástku. Ta se přichytí na kurzor a je možné s ní pohybovat po obrazovce. V kontextovém menu, přístupném pod pravým tlačítkem myši, je možné využít dalších příkazů. Mezi nejpoužívanější patří Properties (nastavování parametrů součástky v okně Edit Component), Copy (zkopírování součástky, kopie však není nikam zapojená), Delete (smazání součástky), Rotate (rotace součástky ve směru hodinových ručiček podle nastavení v Systém Settings), Opposite (umístění součástky na druhou stranu použití zvláště při technologii SMT), Lock (uzamčení součástky při dalším výběru se program zeptá zda maá součástku odemknout), Fix (uzamčení součástky odemknutí je možné pouze odstraněním příznaku Fixed v okně Edit Component přístupného tlačítkem View Spreadsheet Components, výběrem příslušné součástky a výběrem příkazu Properties z kontextového menu) a Minimize Connection(minimalizuje délku propojovacích vektorů). Pro pokládání spojů je nutné patřičně nastavit vrstvy, viz. Obrázek 3.2.5. To je možné provést v okně Layers, přístupném tlačítkem nástrojové lišty View Speadsheet a následným zvolením Layers. V okně je zobrazen seznam všech vrstev a je možné určit, které vrstvy budou využívány například pro pokládání spojů (Routing), pro rozlévanou měď (Plane) používá se především pro napájecí a zemnicí vrstvy a které vrstvy se používat nebudou (Unused). Nastavení se provádí tak, že se označí vrstva, z kontextového menu vybereme příkaz Properties a v okně Edit Layers zvolíme typ vrstvy. Vrstvy Plane a Routing zároveň určují o kolikavrstvou desku se bude jednat. Obrázek 3.2.5: postup nastavení vrstev při pokládání spojů Pro návrh nových spojů je nejvhodnější režim prostého vedení spojů (Add/Edit Route Mode) a pro opravy existujících spojů je vhodné přepínat mezi prostým vedením spojů a editací segmentu (Edit Segment Mode).

Návrhové systémy plošných spojů 23 Spoje se pokládají ve vrstvě zvolené v nástrojové liště. Pomocí kliknutí levým tlačítkem myši vybereme spoj. Z nejbližšího uzlu pak dojde k tažení spoje. Při změně směru dochází k automatickému zalamování spojů podle konkrétního nastavení programu. Po stisknutí levého tlačítka myši dochází k fixování segmentu spoje. V případě, že klikneme levým tlačítkem myši na další pájecí plošce, dojde k ukončení vedení spoje. To je také možné provést příkazem Finish z kontextového menu. Zde najdeme také příkazy: End Command ukončení vedení spoje Finisch automatické ukončení návrhu spoje Unroute segment rozpojení jednoho segmentu spoje Unroute rozpojení celého spoje Unroute Net rozpojení všech spojů uzlu Copy duplikace spojového vektoru právě pokládaného spoje Segment přepnutí do režimu práce se segmentem Exchange Ends záměna koncového a počátečního bodu při vedení spoje Change Width okamžitá změna šířky vedeného segmentu Add Via vložení prokovu Lock/Unlock uzamknutí a odemknutí spoje Tack přepojení spojového vektoru do jiného místa téhož uzlu Change Via Type změna použitého typu prokovu Snap to Grid zapínání a vypínání práce v rastru při pokládání spojů 135/90/Curve/Any Angle Corners metody vedení spojů Obrázek 3.2.6: Kontextové menu Vylívání oblastí mědí (a nastavení termálních plošek.) V programu je možné definovat oblasti, které budou celé vyplněny mědí, viz Obrázek 3.2.7. To je možné použitím tlačítka Obstacle z nástrojové lišty a zvolením příkazu New z kontextového menu. Po zvolení příkazu Properties (opět z kontextového menu) se otevře okno Edit Obstacle. V něm je třeba nastavit Obstacle Type na Cooper Pour. Poté je možné definovat další parametry: Width šířka čáry vymezující obrys zóny Obstacle Layer vrstva, ve které bude zóna umístěná Clearence izolační vzdálenost mezi zónou a dalšími elektrickými objekty Z order priorita zóny. V případě, že bude více zón v jednom místě, bude celá zóna s vyšším číslem. Zóna s nižším číslem bude pouze tam, kde zbude místo. Isolate all track způsobí dodržení izolačních vzdáleností i ke spojům elektricky spojeným se zónou Net Attachment specifikace uzlu, ke kterému má být zóna elektricky připojená Hatch Pattern způsob vykreslování zóny Comp Attachment Přiřazení zóna k součástce. Při posunu součástky dojde zároveň k posunutí zóny.

24 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně Obrázek 3.2.7: vylívání mědí Po stisku tlačítka OK je možné definovat obrys zóny. Po ukončení příkazem End Command je oblast vylita mědí. Pájecí plošky, které patří ke stejnému uzlu jako zóna jsou připojeny pomocí termálních plošek. Jejich vlastnosti se definují příkazem Options Thermal Relief Settings. Zde je možné nastavit šířku paprsků (Spoke Width), šířku prstence okolo vrtacího otvoru (Annular over Drill) a izolační vzdálenost od rozlité mědi (Isolation Width). Výstupy pro výrobu Po dokončení celého návrhu je vhodné provést kontrolu návrhových pravidel. Ta je dostupná příkazem Auto Design Rule Check. Po ověření správnosti návrhu už zbývá pouze generovat technologická data pro výrobu. V okně Post Process přístupném příkazem Options Post Process Setings je možné vybrat vrstvu a nastavit parametry pro výstupy, viz Obrázek 3.2.8. Přístup do okna s nastavením parametrů je možný přes kontextové menu a příkaz Properties, viz Obrázek 3.2.9. Obrázek 3.2.8: Post Process, kontextové menu

Návrhové systémy plošných spojů 25 Obrázek 3.2.9: Nastavení parametrů pro výstupy Tímto způsobem nadefinujeme nastavení pro všechny vrstvy, ze kterých se budou generovat výstupní data. Příkazem Prewiev je možné prohlédnout si jak bude zvolená vrstva vygenerována do souboru. Vlastní generování technologických dat se pak spustí příkazem Run Batch. Shrnutí kapitoly: Seznámili jste se s postupy při návrhu desky DPS. Řešené příklady: Vygenerujte soubory pro souřadnicovou vrtačku! Řešení: Pro vrstvy mezi kterými exitují průchozí otvory v okně Post Process přístupném příkazem Options Post Process Setings zatrhneme položku Create Drill Files. Program pak vygeneruje soubor s názvem THRUHOLE.TAP pro otvory procházející celou deskou a soubory s názvem X_Y.TAP (kde X a Y jsou čísla vrstev) pro každou dvojici vrstev. Zároveň je vytvořen soubor s příponou.dts, který obsahuje seznam použitých vrtáků. Vygenerovaná data jsou ve formátu Excellon. Kontrolní otázky a neřešené příklady: Vyjmenujte základní režimy ručního pokládání spojů a vysvětlete rozdíly mezi nimi?

26 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně 4 PADS úvod Cílem tohoto materiálu, který popisuje základní strukturu bloků programu a příkazů používaných v jednotlivých etapách návrhu desek plošných spojů, je seznámit studenty s komplexním návrhovým softwarem firmy PADS (PowerLogic a PowerPCB včetně BlazeRouteru) 4.1 Základní charakteristika. Cíle kapitoly: základní seznámení a orientace v pracovním prostředí PADS Program PowerLogic pro kreslení schémat a program PowerPCB pro návrh desek plošných spojů společně vytváří jednotné a ucelené návrhové prostředí. Oba programy mají téměř totožné základní pracovní prostředí, sdílí společnou knihovnu součástek a používají stejný manažér knihoven (Library Manager). Oba programy umožňují definovat nastavení návrhových pravidel pro desky plošných spojů (Design Rules). Nastavení, definované při kreslení schémat se potom přenese spolu s ostatními daty netlistem do navrhované desky. Netlist, jako souhrnná databáze pro přechod do návrhového prostředí desek plošných spojů, tak již může obsahovat podrobné informace o šířce spojů, izolačních mezerách, preferovaných směrech a vrstvách vedení spojů, tak jak jsou známy z prostředí PowerPCB, autorouterů Specctra nebo BlazeRouter. Nastavení těchto parametrů při tvorbě schémat může přinést usnadnění práce, neboť je snazší se orientovat ve spojích a jejich skupinách již v editoru schémat. Programy umožňují křížové vyhledávání součástek a spojů (cross probing) mezi schématem a deskou plošných spojů v PowerPCB či autorouterem BlazeRouter. Přenos a sdílení dat mezi schématem a deskou plošných spojů probíhá jednak klasickým způsobem prostřednictvím netlistu a ECO souborů a jednak přímo pod Windows s využitím systémových služeb OLE. V obou programech je implementován editor makroprogramovacího jazyka Visual Basic od Microsoftu, který umožňuje editovat již zabudované příklady makroprogramů pro automatizaci práce i psát nové makroprogramy podle potřeby uživatele. Shrnutí kapitoly: Seznámili jste se s názvy jednotlivých bloků komplexního návrhového software fy. PADS. Řešené příklady: Zjistěte, jaké je základní nastavení izolačních mezer! Řešení: Setup Design Rules Default Clarence

Návrhové systémy plošných spojů 27 Kontrolní otázky a neřešené příklady: Jak se jmenuje program pro kreslení schémat a program pro návrh desek v prostředí PADS? Co to je Netlist? Jaký je postup při zjišťování šířky spojů? 4.2 Základní pracovní prostředí (SHELL) Cíle kapitoly: základní seznámení a orientace v programech PowerLogic a PowerPCB standardní nástrojová lišta, stavový řádek, plovoucí informační okno, nástrojový panel Obrázek 4.2.1: Základní obrazovka, uspořádání, přehled částí

28 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně Jak je patrno z Obrázek 4.2.1 základní obrazovka je tvořena: Titulkový řádek obsahuje název programu a název aktuálního pracovního souboru Řádek menu (Menu Bar) je tvořen zástupci skupin funkcí používaných při kreslení, návrhu nebo ovládání pracovní plochy, po kliknutí levým tlačítkem myši se rozvine roletka s příslušnými funkcemi dané skupiny Standardní nástrojová lišta s ikonami (Tool Bar Standard), viz Obrázek 4.2.2 Obrázek 4.2.2: Standardní nástrojová lišta Jednotlivé ikony reprezentují skupiny úkonů, které jsou nejčastěji v návrhovém procesu využívány. Po kliknutí levým tlačítkem na ikonu se objeví dialogové okno, nebo plovoucí nástrojový panel poskytující možnost další zpřesňující volby. Ikony (tlačítka) se shodnou funkcí v obou programech mají i shodný ekvivalent v klávesové kombinaci (OpenCtrl+O, SaveCtrl+S...) PowerLogic má navíc výběrovou nástrojovou lištu (Tool Bar Object Selector), obsahující v levé části ikony a roletkové menu pro bližší definování výběru objektu, v pravé části ikony pro výběr předchozích (následných) objektů či pohledů, pro OLE napojení na PowerPCB a BlazeRouter a pro definování typu přenášených informací mezi schématem a deskou. Obrázek 4.2.3: Stavový řádek (Status Bar) Stavový řádek Obrázek 4.2.3 je téměř shodný pro oba programy. V levé části zobrazuje systémová hlášení, vpravo je informace o aktuálních přednastavených hodnotách pro tloušťky čar, nastavení návrhového rastru a absolutních souřadnicích kurzoru vztažených k počátku (Origin). Při přesunu objektů nebo jejich tvorbě jsou zobrazeny i relativní souřadnice vztažené k výchozímu bodu pohybu, případně poslednímu uzlovému bodu. Nastavení velikosti rastru usnadňuje při kreslení schémat dialogové okno Preferences/Design, vyvolané kliknutím pravým tlačítkem myši do stavového řádku. Nastavení lze provést i pomocí zkratkových příkazů G(n) a W(n). Při zadání se objeví dialogové okno, kde je naznačena syntaxe příkazu. Při návrhu plošného spoje vyvolá kliknutí pravým tlačítkem myši do stavového řádku dialogové okno Grid / Width, které umožňuje i nastavení polárního rastru (pro Radial Move). Obdobně jako při kreslení schémat lze nastavení provést pomocí zkratkových příkazů, zde jsou to G(xy), GV(xy) a W(n). Při zadání se objeví dialogové okno, kde je naznačena syntaxe příkazu. Plovoucí informační okno (Status) Obrázek 4.2.4, obsahuje systémová hlášení vztahující se k právě prováděné činnosti, slouží k nastavení rastrového (Snap to Grid), nebo bezrastrového návrhu. Dolní část poskytuje grafickou informaci o velikosti a poloze aktuálně zobrazeného výřezu pracovní plochy (barevná plocha) vzhledem k obrysu výkresu (obdélníkový rámeček na černém pozadí). Kurzorem, přesunutým do této oblasti, lze pomocí levého tlačítka myši měnit polohu výřezu beze změny velikosti (Pan), nebo měnit i jeho velikost tak, že se posunem myši při stisknutém pravém tlačítku vymezí oblast zobrazení (Zoom). Zapnout/vypnout plovoucí informační okno lze z roletového menu Windows/Status, nebo kombinací Ctrl+Alt+S. Obrázek 4.2.4: Plovoucí informační okno (Status)

Návrhové systémy plošných spojů 29 Plovoucí nástrojový panel Obrázek 4.2.5 je okno, které se otevře v PowerLogic aktivací funkcí Drafting, Design, Busses, v PowerPCB aktivací funkcí Drafting, Design, Autodim a ECO. Obsahuje vlastní výkonné funkce pro danou oblast. Podle zvyklostí Windows je možné ho vlečením přemisťovat, nebo měnit jeho tvar. Obrázek 4.2.5: Plovoucí nástrojový panel Pracovní plocha zobrazuje volitelný výřez pracovní plochy, jejíž maximální rozměr činí u editoru schémat 1400x1400mm, v PowerPCB 1400x850mm. Obsahuje značku relativního počátku souřadného systému (Origin), ke kterému je vztažena aktuální pozice kurzoru, případně pomocný návrhový rastr (Display Grid), který se zapíná a nastavuje v dialogovém okně Setup/Preferences/Global, respektive Setup/Preferences/Grid v PowerPCB. Opět lze použít i zkratkových příkazů GD(n), respektive GD(x y) PowerPCB umožňuje, narozdíl od PowerLogic, zvolit různé měrné soustavy a nastavení rozdílných rastrů v osách X a Y. Nastavení systémových parametrů a uživatelského prostředí. Systémové parametry jsou skupinou údajů jejichž nastavení ovlivňuje celý návrhový systém, nebo skupinu funkcí. Patří sem velikost a vzhled pracovní plochy, nastavení návrhového a pomocného rastru, tvar kurzoru, velikost použitých textových řetězců apod. Nastavení barev pro zobrazení jednotlivých objektů (barevného schéma pro návrhové prostředí ve schématu) umožňuje Setup/Display Colors Obrázek 4.2.6. Pomocí dialogového okna je možno vytvořit i několik barevných schémat a uložit je pod různými názvy. Aktuálně nastavené barevné schéma je uloženo v databázi návrhu. Modifikovaný obsah má dialogové okno pro nastavení barevného schématu objektů a viditelnosti jednotlivých atributů v editoru součástek. Obrázek 4.2.6: Nastavení barev Shrnutí kapitoly: Seznámili jste se s pracovním prostředím programů PowerLogic a PowerPCB. Řešené příklady: Nastavte bezrastrové kreslení pomocí myši (vypněte Snap to Grid) Řešení: Kurzor na okénko u nápisu Snap to Grid kliknout levým tlačítkem. Prostorové kreslení je vypnuto, když je okénko prázdné Kontrolní otázky a neřešené příklady: Jaká je klávesová kombinace pro uložení souboru? Kdy se zobrazují ve stavovém řádku i relativní souřadnice? Jaký je maximální rozměr pracovní plochy v PowerPCB? Nastavte v pomocí klávesové kombinace kreslící mřížku (v PowerLogic) 50 mils! Klávesovou kombinací zapněte (vypněte) plovoucí informační okno!

30 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně 4.3 Ovládání základních funkcí. Cíle kapitoly: orientace v možnostech ovládání programů PowerLogic a PowerPCB Načtení a uložení souboru, import a export dat, Kreslení, tvorba textu Programy PowerLogic i PowerPCB umožňují ovládat většinu funkcí alternativně, několika různými způsoby např. z roletového menu programu, pomocí ikon, nebo pomocí kontextového menu. Kontextové menu se přivolá kliknutím pravého tlačítka myši v pracovním prostoru. V základní podobě, pokud není nic vybráno, obsahuje toto menu sadu základních povelů k výběru objektů. Načtení a uložení souboru je možno provést funkcemi New, Open, Save a Save As z roletového menu File, nebo kliknutím na příslušnou ikonu z nástrojové lišty. Při užití funkce New pro tvorbu nového schéma je načtena původní konfigurace a nastavení parametrů uložené v souboru Default.txt. Použití funkce New v PowerPCB vyvolá dialogové okno, ve kterém lze volit buď původní konfiguraci a nastavení parametrů (System Default Startup File), nebo uživatelem nadefinované nastavení. Při načtení schématu (soubor s příponou.sch), nebo desky (soubor s příponou.pcb) funkcí Open, případně jeho novém uložení funkcí Save As, se zobrazí okno, pomocí kterého je možné nalistovat zdrojový, nebo cílový adresář. Funkce Save automaticky přepíše již existující soubor na jeho původním místě. Programy PowerLogic i PowerPCB provádí automatické ukládání rozpracovaného návrhu do záložních souborů. Jejich počet a interval ukládaní se nastaví pomocí Setup/ Preferences / Global z roletového menu. Funkce pro import a export dat (Import, Export) umožňují načtení a uložení dat ve formátu ASCII (ASCII Files). Vzhledem k tomu, že programy umožňují selektivní výběr dat z návrhu, lze této funkce využít při přenosu dat do vyšší nebo nižší verze, viz Obrázek 4.3.1 Obrázek 4.3.1: Nastavení typu dat pro export Numerická klávesnice. Při vypnutém NumLock na klávesnici je možné využívat i klávesy v pravé (numerické) části klávesnice takto: Klávesa PgUp = přiblížení obrazu 2x Klávesa PgDn = oddálení obrazu 2x Klávesa Home = celý výkres Klávesa End = výběr zobrazené plochy tažením myši Obrázek 4.3.2: Drafting Toolbox Kreslení, tvorba textu (Drafting Toolbox), viz Obrázek 4.3.2. je panel s nástroji pro tvorbu doplňujících textových řetězců (Add Text), pomocných čar, oblouků, mnohoúhelníků, kružnic (Create 2D Lines), jejich úpravu (Modify 2D Lines), vytváření ucelených objektů z čar a textových řetězců, načtení těchto objektů z knihovny a jejich uložení do knihovny. Tento plovoucí nástrojový panel, lze otevřít i volbou Window/Drafting Toolbox v roletovém menu. Objekty vytvořené pomocí těchto nástrojů nemají přímý vztah k elektrickému zapojení.