689_Perov_G.V._Skhemotekhnicheskoe_proektirovanie_

УДК 621.3.049.771.16.001.13

К.т.н., доц. Перов Г.В., к.т.н., доц. Шубин В.В., к.т.н., доц. Глухов А.В.

Схемотехническое проектирование и моделирование элементов ИМС в системе OrCAD. Практикум/ Новосибирск: СибГУТИ, 2016. – 48 с.

Знакомство с принципами моделирования аналоговых и цифровых схем в графическом редакторе Schematics, входящем в состав пакета программ OrCAD. В практикуме приведено описание лабораторных работ по схемотехническому проектированию и моделированию элементов интегральных схем в среде OrCAD в рамках курсов «Конструкторско-технологическое обеспечение производства микропроцессоров и ЭВМ» и «Проектирование и технология изготовления ИМС и микропроцессоров», «Основы конструирования и технологии производства РЭС».

Для студентов дневной формы обучения специальностей:

200800, 210201, 220100, 220200, 220300, 220400

Кафедра САПР и кафедра технической электроники Ил. – 36, табл. – 4, лит. – 18

Рецензент: к.т.н доц. Резван И.И.

Утверждено РИС СибГУТИ в качестве практикума.

©Сибирский государственный университет телекоммуникаций

иинформатики, 2016

©Г.В. Перов, В.В. Шубин, А.В. Глухов, 2016

-2 -

Оглавление

Введение …………………………………………………………………...………. 4

Лабораторная работа №1

Знакомство с системой автоматизированного проектирования

электронных устройств OrCAD…………………………………………………… 5

Лабораторная работа №2

Использование шин и программно реализуемых источников цифрового сигнала в системе OrCAD……………………………………………………..….. 22

Лабораторная работа №3

Использование иерархических структур при проектировании сложных устройств в системе OrCAD……………………………………..……………...... 29

Лабораторная работа №4

Синтез и моделирование комбинационных устройств, заданных в табличной форме………………………………………………………….....….. 36

Лабораторная работа №5

Применение пятизначного моделирования для анализа цифровых элементов в системе автоматизированного проектирования OrCAD.

Исследование статических и динамических рисков сбоя…..…….……………. 40

Список литературы……………………………………………………………….46

- 3 -

Введение

Проектирование электронных средств (ЭС) содержит системотехниче-

ское, схемотехническое, конструкторское, технологическое проектирование, а

также изготовление и испытание опытных образцов.

Под конструкцией ЭС понимается совокупность элементов и деталей с различными физическими свойствами и формами, находящимися в определен-

ной пространственной, механической, тепловой, электромагнитной и энергети-

ческой взаимосвязи. Эта взаимосвязь определяется электрическими схемами и конструкторской документацией и обеспечивает выполнение электронной ап-

паратурой заданных функций с необходимой точностью и надежностью в усло-

виях воздействия на нее различных факторов: эксплуатационных, производ-

ственных, человеческих.

Целью проектирования является разработка такой схемы и конструкции.

Которые обеспечивают выполнение заданных требований и наилучшие показа-

тели качества.

При этом разработчик ЭС должен обладать знаниями по всем вопросам схемотехнического, конструкторского и технологического проектирования:

Виды и порядок разработки технической документации;

Влияние внешних факторов на работоспособность ЭС;

Методы конструирования элементов, узлов и устройств ЭС;

Методы проектирования и изготовления микроэлектронных изделий;

Особенности основных технологических процессов изготовления дета-

лей, а также сборки и монтажа модулей ЭС;

Возможности САПР.

Настоящий практикум предназначен для обучения студентов одному из

инструментов схемотехнического проектирования и моделирования ЭС пакета

проектирования OrCAD.

- 4 -

Лабораторная работа №1

Знакомство с системой автоматизированного проектирования электронных устройств OrCAD

1.1. Цель и задачи лабораторной работы:

Цель: Создание первого проекта для моделирования аналоговых и цифровых схем.

Задачи:

˗Cпроектировать цифровое устройство в соответствии с заданием используя библиотеку OrCAD электронных компонентов.

˗Cпроектировать аналоговое устройство в соответствии с заданием, используя библиотеку OrCAD электронных компонентов.

1.2. Подготовка к работе 1.2.1. Изучить следующие материалы курса:

˗Объекты, назначение РЭС.

˗Элементная база РЭС,

˗Основные задачи конструирования

˗Порядок процесса проектирования

˗Перечень основных ГОСТ ЕСКД, ЕСТД

1.2.2. Контрольные вопросы

1.2.2.1. Основные положения государственной системы стандартизации. Единая система конструкторской документации ЕСКД. (ГОСТ 2.001-93 Общие положения).

1.2.2.2. Основные понятия, типовые задачи системного анализа РЭС (Е.И.Кротова Основы конструирования и технологии производства РЭС. Учебное пособие. Ярославль, ЯрГУ, 2013 г., стр. 6-9)

1.2.2.3. Уровни функционального и конструктивного разукрупнения РЭС. (ГОСТ 26632-85).

1.2.2.4. Принципиальная электрическая схема логических функций И-НЕ, ИЛИНЕ в КМОП базисе (Теоретические основы электротехники и электроники. В.Т. Еременко и др. Электроника и схемотехника. Основы электроники. Конспект лекций. Изд-во Госуниверситет УПНК, г.Орел. 2012 г. стр.179-200)

1.2.2.5. Состав и назначение пакетов САПР Orcad (В.Д. Разевиг. Система проектирования OrCAD 9.2. Изд-во СОЛОН-Р, М.2001, стр.5-13)

1.2.2.6. Основные электрические параметры сконструированного цифрового и аналогового устройства и как их можно изменить.

- 5 -

1.3. Теоретические сведения о пакете проектирования OrCAD

Система автоматизированного проектирования OrCAD является одной из наиболее популярной на сегодняшний день САПР электронных устройств высокого уровня, которая предназначена для выполнения логического и топологического проектирования цифровых, аналоговых и гибридных устройств высокой сложности.

1.3.1. Общие сведения по САПР OrCAD

САПР OrCAD содержит следующие модули:

PSpice Schematics – графический редактор схем, заимствованный из пакета DesignLab;

OrCAD Capture – графический редактор схем;

OrCAD Capture CIS (Component Information System) – графический редактор схем, дополненный средством ведения баз данных компонентов; при этом зарегистрированные пользователи получают через Интернет (с помощью службы 1СА, Internet Component Assistant) доступ к каталогу компонентов, содержащему более 200 тыс. наименований;

OrCAD-PSpice A/D – программа моделирования аналоговых и смешанных аналого-цифровых устройств, данные в которую передаются как из

PSpice Schematics, так и из OrCAD Capture;

OrCAD PSpice Optimizer – программа параметрической оптимизации; OrCAD Layout – графический редактор печатных плат;

OrCAD Layout Plus – программа OrCAD Layout, дополненная безсеточным автотрассировщиком SmartRoute, использующим методы оптимизации нейронных сетей (используется также в системах Protel 99 SE и P- CAD 2000);

OrCAD Layout Engineer's Edition – программа просмотра печатных плат, созданных с помощью Layout или Layout Plus, средство общей расстановки компонентов на плате и прокладки наиболее критических цепей, выполняемых инженером-схемотехником перед выдачей задания на проектирование печатной платы конструктору;

OrCAD GerbTool – программа создания и доработки управляющих файлов для фотоплоттеров (разработка фирмы WISE Software Solutions специально для OrCAD, аналог программы САМ350);

Процесс проектирования устройства при помощи САПР Orcad можно представить в виде следующей структуры:

- 6 -

На рис. 1.2 изображен экран программы OrCAD Schematics. В его верхней части расположена строка меню и ниже – панель инструментов вместе с инструментами редактирования схемы. В третьей строке расположены инструменты для моделирования и его настройки. В левой части рисунка изображены дополнительные инструменты для создания графических аннотаций.

1.3.2. Панель инструментов

Состав пиктограмм панели изображен на рис. 1.1 и приведен в табл 1.1.

Рис. 1.1. – Состав пиктограмм панели инструментов

- 7 -

21Edit Symbol Редактирование графического обозначения элемента

-8 -

1.3.3. Панель инструментов для моделирования схемы

Состав пиктограмм для моделирования схемы проектируемого устройства приведен на рис. 1.3, а описание команд, соответствующих пиктограммам приведено в табл. 2.

1.3.4. Запуск программы

Запустить редактор Schematics можно несколькими способами. На рабочем

столе должна располагаться иконка , с названием Schematics (OrCAD Schematics, PSpice Schematics, название может варьироваться). Если иконка отсутствует, то следует поискать программу в меню Пуск. Под таким же названием.

1.3.5. Создание проекта

Файлы схем, созданные с помощью программы OrCAD Schematics, заносятся в файлы с расширением .sch, однако программа автоматически создает дополнительные файлы в директории проекта, необходимые для ее работы.

- 9 -

Для создания нового файла схемы, необходимо выполнить команду File- >New.

Важно! Для корректной работы программы должна отсутствовать кириллица на пути к файлу.

1.4. Создание принципиальной схемы проекта

1.4.1. Структура принципиальной схемы проекта

Электрические схемы большинства проектов размещаются на нескольких страницах не самого большого формата. Имеются два способа организации схем большого объема: плоские обычные многостраничные структуры и иерархические структуры.

Электрические цепи, расположенные на разных страницах многостраничной схемы, соединяются друг с другом с помощью так называемых межстраничных соединителей (off-page connectors), имеющих одинаковые имена. Все страницы таких схем содержатся в одной папке на одном и том же уровне. Работа со страницами производится с помощью пункта строки меню Navigate.

На схемах иерархических проектов размещаются специальные символы, называемые иерархическими блоками (hierarchical block). Принципиальная электрическая схема каждого такого блока размещается в виде отдельной схемы.

1.4.2. Размещение символов компонентов

Библиотеки программы Schematics содержат в себе символы компонентов, источников питания и "земли". Они размещаются на схеме по команде Draw->Get New Part (Ctrl+G), активизируемой также нажатием на

пиктограмму меню инструментов (рис. 1.4).

- 10 -