SRS_Expedition_PCB
.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации Московский государственный институт электронной техники (технический университет)
А.М. Грушевский, В.Г. Сикоев, С.П. Тимошенков
Учебно-методические разработки для самостоятельной работы студентов по курсу
«Топологическое проектирование средствами Expedition PCB»
Настоящая методическая разработка выполнена в рамках инновационной образовательной программы МИЭТ «Современное профессиональное
образование для российской инновационной системы в области электроники»
Москва 2007
1
|
Содержание. |
|
1. |
Введение. ....................................................................................................................... |
4 |
2. |
Library Manager. Работа с центральной библиотекой проектов............................... |
5 |
2.1. |
Назначение программы. Основные термины и понятия........................................... |
5 |
2.2. |
Общие рекомендации по созданию посадочных мест элементов. ........................ |
10 |
2.3. |
Создание центральной библиотеки проекта (Central Library)................................ |
12 |
2.4. |
Формирование структуры библиотеки (Partition Editor). ....................................... |
12 |
2.5. |
Создание контактных площадок (Padstack Editor). ................................................. |
14 |
2.6. |
Создание посадочных мест элементов (Cell Editor)................................................ |
17 |
2.7. |
Создание элементов (Part Editor). Назначение свопирования выводов/вентилей.22 |
|
2.8. |
Взаимообмен с другими центральными библиотеками (Library Services). .......... |
25 |
3. |
Expedition PCB. Проектирование печатных плат.................................................... |
27 |
3.1. |
Назначение и интерфейс программы. Основные режимы работы. ...................... |
27 |
3.2. |
Управление экраном................................................................................................... |
30 |
3.3. |
Создание собственных видовых схем. ..................................................................... |
32 |
3.4. |
Создание нового проекта печатной платы. Основные настройки......................... |
35 |
3.5. |
Задание геометрии печатной платы, работа с контурами. ..................................... |
45 |
3.6. |
Размещение элементов и свопирование. .................................................................. |
49 |
3.7. |
Трассировка межсоединений..................................................................................... |
58 |
3.8. |
Работа с экранными областями. ................................................................................ |
64 |
3.9. |
Проверка соответствия топологии технологическим ограничениям.................... |
71 |
3.10. |
Генерация слоев шелкографии.................................................................................. |
73 |
3.11. |
Генерация данных для изготовления печатной платы............................................ |
75 |
3.12. |
Генерация данных для конструкторской документации. ....................................... |
77 |
3.13. |
Получение информации о проекте в трехмерном изображении............................ |
80 |
4.Обзор основных возможностей редактора Expedition PCB по трассировке
критических (в т.ч. высокочастотных) цепей................................................................... |
81 |
|
5. |
FabLink XE. Панелизация печатных плат. ............................................................... |
84 |
5.1. |
Назначение программы. ............................................................................................. |
84 |
5.2. |
Типы многоплатных панелей. ................................................................................... |
85 |
5.3. |
Трафареты для нанесения паяльной пасты. ............................................................. |
86 |
5.4. |
Работа с программой FabLink XE. ............................................................................ |
90 |
6. |
Контрольные тестовые вопросы с указанием правильных ответов. ..................... |
95 |
2
7. |
Контрольные тестовые вопросы без указания ответов......................................... |
101 |
8. |
Список литературы................................................................................................... |
106 |
3
1. Введение.
Печатные платы (ПП) остаются основным конструктивным носителем и средством межсоединения микроэлектронных компонентов. Основные тенденции в конструировании ПП – расширение использования новых типов корпусов с большим числом и высокой плотностью расположения выводов, резкий рост рабочей частоты, применение новых технологий формирования межслойных переходов, реализация межсоединений с помощью дифференциальных пар.
В настоящем учебно-методическом пособии для самостоятельной работы студентов приведены основные сведения по проектированию печатных плат в рамках маршрута Expedition Enterprise компании Mentor Graphics, являющегося признанным мировым лидером в области САПР печатных плат.
Маршрут Expedition Enterprise (см. рис. 1.1) – это постоянно расширяющийся и развивающийся набор интегрированных друг с другом программных продуктов, обеспечивающий проектирование микроэлектронных систем с использованием передовых технологий.
Рис. 1.1. Маршрут Expedition Enterprise.
4
Программа Library Manager обеспечивает создание и поддержку центральной библиотеки проекта. Программа Data Managment System (DMS) используется для связи библиотечных данных с отделами комплектации, складского хозяйства, бухгалтерского учета и другими корпоративными службами. В редакторе DxDesigner вводятся схемы электрические принципиальные. В редакторе Constraint Editor System (CES) задаются электрические ограничения, включая требования к высокоскоростным цепям, дифференциальным парам и т.д. Программа I/O Designer поддерживает связь с проектом ПЛИС (FPGA), обеспечивая оптимизацию физических выводов микросхемы. Программы анализа и моделирования HyperLynx, ICX Pro и Quiet Expert используются для проверки целостности сигналов, их временных характеристик, электромагнитной совместимости. В топологическом редакторе Expedition PCB проектируются печатные платы. Производственные программы FabLink XE/Pro позволяют создавать из печатных плат многоплатные заготовки (панели). Поддержка Automation Pro позволяет настраивать работу над проектом под конкретного пользователя путем автоматизации типовых операций и использования языков программирования Visual Basic, VBScript, JScript, C++.
В пособии рассмотрены базовые этапы работы над проектом печатной платы с использованием программ Library Manager, Expedition PCB и FabLink XE/Pro,
приведена необходимая справочная информация, даны сведения об основных командах рабочих программ, рассмотрены примеры выполнения отдельных операций для закрепления материала.
Пособие предназначено для студентов 5 курса дневного отделения факультета ЭТМО, обучающихся в учебном центре Mentor Graphics. Оно также может быть использовано для закрепления и углубления материала по курсу “Введение в САПР Mentor Graphics”, при подготовке к зачёту, в курсовом и дипломном проектировании.
2.Library Manager. Работа с центральной библиотекой проектов.
2.1.Назначение программы. Основные термины и понятия.
Программа Library Manager, входящая в состав САПР Expedition PCB (фирма “Mentor Graphics”), предназначена для создания и управления центральной
5
библиотекой проектов, а также для взаимообмена данными об элементах со сторонними центральными библиотеками.
Программа Library Manager обеспечивает работу ряда встроенных в нее подпрограмм. Основные из которых:
-Partition Editor – редактор построения структуры библиотеки, ее основных подразделов;
-Symbol Editor – графический редактор электрических символов;
-Padstack Editor – графический редактор контактных площадок, переходных и монтажных отверстий;
-Cell Editor – графический редактор посадочных мест элементов на печатной плате;
-Part Editor – редактор формирования собственно элемента;
-Library Services – подпрограмма обмена внутри и между различными библиотеками, а также вывода информации об элементах в виде текстовых ASCII-файлов.
Программа Library Manager позволяет также:
-создавать унифицированные (т.е. повторяющихся по размерам, расположению выходных разъемов и т.п.) шаблоны печатных плат (подпрограмма Layout Template Editor);
-формировать в виде блоков (особых элементов) постоянно повторяющиеся фрагменты электрических схем и соответствующую им печатную топологию
(подпрограмма Reusable Blocks Editor);
-подключать поведенческие IBIS-модели элементов для последующего моделирования электрических сигналов (подпрограммы IBIS Librarian и Visual IBIS Editor).
Центральная библиотека Central Library представляет каталог, содержащий подкаталоги - набор взаимодействующих между собой библиотек элементов (Parts),
6
символов (Symbols), посадочных мест на печатной плате (Cells), контактных площадок (Padstacks) и т.д.
Основной управляющий файл, формирующий общее (интегрированное) представление об элементах, имеет расширение .lmc и находится в основном каталоге.
Рекомендуется всегда иметь резервную копию Central Library на другом носителе информации во избежание потери данных от возможных сбоев.
Центральная библиотека Central Library предназначена для коллективной работы над разными проектами.
Обязательное условие: любой проект печатной платы в Expedition PCB должен быть связан только с одной Central Library.
Элемент, называемый в Expedition PCB “Part” (или “Device”), включает две составные части – электрическое представление “Symbol” и соответствующее посадочное место на печатной плате “Cell”, а также дополнительную информацию (краткое описание элемента, префикс его позиционного обозначения, данные об эквивалентных выводах и эквивалентных вентилях, об альтернативных посадочных местах и т.д.).
Элемент создается подпрограммой Part Editor (см. рис. 2.1):
|
Part = Symbol + Cell + <дополнительные сведения> |
|
Посадочное |
Символ |
место |
Symbol |
Cell |
|
Рис. 2.1. Элемент (part).
7
Символ, называемый “Symbol”, является представлением элемента на схеме электрической принципиальной устройства и более подробно рассматривается в рамках соответствующего курса по схемотехническому редактору DxDesigner.
Посадочное место элемента, называемое в Expedition PCB “Cell”, как правило, состоит из:
-контактных площадок (Padstacks);
-графики элемента на слоях шелкографии (Silkscreen);
-графики элемента на слоях сборочного чертежа (Assembly);
-графики элемента на слое размещения (Placement);
-точки привязки (Cell Origin).
Контактные площадки (Padstacks) обеспечивают монтаж элемента на печатную плату. Слои шелкографии Silkscreen Outline и Silkscreen RefDes выполняются краской поверх защитной маски непосредственно на печатной плате и служат для облегчения сборки и регулировки микроэлектронного устройства. Слои сборочного чертежа Assembly Outline и Assembly RefDes используются при выпуске конструкторской документации на микроэлектронное устройство. Слой размещения (Placement Outline) применяется для контроля зазоров при размещении элементов на печатной плате и по умолчанию формируется автоматически при завершении работы с посадочным местом.
Кроме того, посадочное место может содержать внутреннюю разводку - проводники (Trace), переходные отверстия (Via), области металлизации (Plane, Conductive), зоны запрета (Obstruct), а также знаки совмещения (Fiducial), крепежные отверстия (Mounting Hole), точку привязки для автоматической сборки устройства (Assembly Origin), точку приклейки элемента (Glue Spot), механические элементы типа радиатора (Mechanical Cell) и т.д.
Посадочное место элемента создается подпрограммой Cell Editor (см. рис. 2.2).
В этой подпрограмме можно также создавать вспомогательные графические элементы, такие как, механические детали и узлы – Mechanical Cells (винты,
8
радиаторы, панели), рисованные элементы – Drawing Cells (логотипы предприятия, форматки для документирования) и элементы для многоплатных панелей – Panel Cells (поддерживающие перемычки, тестовые контроля волнового сопротивления).
Padstack
Placement
Assembly |
Silkscreen |
|
Cell origin
Рис. 2.2. Посадочное место элемента (cell).
Контактная площадка посадочного места, называемая в Expedition PCB “Padstack”, по своему назначению, может относиться к следующим типам:
-площадка под штыревой или планарный вывод элемента (Pin-Through или PinSMD соответственно);
-переходное отверстие (Via), позволяющее при трассировке переходить с одного слоя на другой);
-монтажное отверстие (Mounting Hole), предназначенное для внешнего крепления платы в конструктиве или для установки на плату специальных элементов, например, радиаторов;
-знак совмещения (Fiducial), использующийся при автоматической
-сборке многовыводных элементов, например в корпусах типа BGA.
Контактная площадка создается подпрограммой Padstack Editor.
9
При работе с посадочными местами элементов (Cells) и контактными площадками (Padstacks) требуется задавать систему единиц (дюймы или мм). Тем не менее, это не влечет жесткой ориентации на одну из них. Допускается использование в посадочном месте контактных площадок, выполненных как в дюймах, так и в мм. При проектировании печатной платы также разрешается размещение и метрических, и дюймовых посадочных мест.
2.2. Общие рекомендации по созданию посадочных мест элементов.
По конструктивному исполнению элементы подразделяются на выводные, поверхностного монтажа (планарные и безвыводные) и смешанные.
При создании посадочного места необходимо руководствоваться:
-рекомендациями фирмы-изготовителя элемента;
-действующими стандартами (например, ГОСТ 29137 “Формовка выводов и установка изделий электронной техники на печатные платы”, IPC-SM- 782A “Surface Mount Design and Land Pattern Standard” и др.);
-нормами технологии изготовления печатной платы;
-наработанным опытом.
В общем случае, исходя из условия гарантированной пайки, можно использовать нижеприведенные рекомендации, причем с уменьшением шага между выводами элемента нормы меняются в сторону ужесточения.
Для выводных элементов определяющими условиями являются гарантированное прохождение вывода элемента в отверстие печатной платы, наличие технологического зазора в отверстии для протекания припоя, достаточная площадь металла контактной площадки, обеспечивающая за счет адгезии многократную перепайку (см. рис. 2.3).
10