Projektowania Układów Elektronicznych CAD Laboratorium

Projektowania Układów Elektronicznych CAD Laboratorium ĆWICZENIE NR 7 Temat: Projektowanie obwodu drukowanego część II. Ćwiczenie uzupełnia tematykę instrukcji z ćw. nr 6, prezentując m.in. ostatnie etapy projektowania obwodu drukowanego, tj. generowanie plików wyjściowych Gerber. 1. Przerzutnik Schmitta projekt PCB (edycja końcowa) i adnotacja wsteczna Otworzyć projekt płyty dla układu przerzutnika Schmitta zrealizowany wg ćw. nr 6. Projekt płyty dla układu przerzutnika Schmitta, przeprowadzony wg instrukcji do ćw. nr 6 (jego przykładową postać ilustruje rys. 7.1), wymaga sprawdzenia pod względem zgodności z regułami projektowymi i wyeliminowaniu nieoptymalnych rozwiązań projektowych takich jak zbyt ostre kąty załamań ścieżek (w stosunku do możliwości jakie daje przestrzeń projektowa), zbyt długie odcinki równolegle prowadzonych ścieżek, złe lokalizacje przelotek, niepodłączone węzły, itp. Ww. działania sprowadzają się do wywołania dwóch narzędzi projektowych programu OrCAD PCB Designer: a) DRC - Design Rule Checker, b) Glosser (polecenie Gloss). Rys. 7.1. Przykładowa postać projektu zrealizowanego wg zaleceń instrukcji nr 6. 1

Zgodnie z domyślnymi ustawieniami program DSR jest ciągle aktywny co uwidacznia zaznaczone pole wyboru przy opcji Setup -> Enable On-Line DRC. Aby sprawdzić jednak jaki jest aktualny raport DRC, w tym aktualna statystyka połączeń należy otworzyć okno Status (Display -> Status). Projekt zgodny z regułami projektowymi to projekt, dla którego w oknie status wszystkie wyświetlane wartości mają wartość 0 (lub 0%). Wydanie polecenia Gloss (Route -> Gloss ) otwiera okno dialogowe Line Smoothing, którego opcje, zilustrowane na rys. 7.2, pozwalają na optymalizację projektu poprzez usunięcie takich ubocznych elementów tworzenia projektu jak pęcherzyki miedzi (Bubbles), nieregularności, np. w prowadzeniu ścieżek spowodowane drżeniem myszy (Jogs), wiszące (Dangling lines) czy też niepodłączone do żadnego węzła ścieżki (No-net dangling lines). Rys. 7.2. Okno Line Smoothing i jego domyślne ustawienia. Dodatkowo, opcje sekcji Line Segments, umożliwiają wygładzenie projektu poprzez wyeliminowanie nieoczekiwanych (niepotrzebnych) zagięć ścieżek lub zmniejszenie minimalnej wartości kąta pod jakim ścieżki mogą być zaginane. Przeprowadzić weryfikację projektu z rys. 7.1 pod względem jakości DRC a następnie wygładzić projekt poprzez polecenie Gloss. Etapem zalecanym do wykonania po zakończeniu edycji projektu jest tzw. adnotacja wsteczna (ang. back annotation) określana również terminem feedback (informacja zwrotna). Celem adnotacji wstecznej jest uaktualnienie, w stosunku do projektu PCB, postaci schematu wykonanego w programie OrCAD Capture. Informacja, która może być w ten sposób uaktualniana jest reprezentowana przez listę własności wspólnych, zarówno dla OrCAD PCB Designer jak i dla OrCAD Capture. Lista tych własności, których reprezentantami są wybrane własności wyświetlane w oknie Property Editor (dla wskazanego elementu schematu) zdefiniowana jest w pliku allegro.cfg, dostępnym w folderze C:\Cadence\SPB_16.3\tools\capture. 2

Aby wykonać adnotację wsteczną projektu należy: a) wybrać opcję Setup -> User Preferences, a następnie, w oknie User Preferences Editor, kliknąć lewym przyciskiem myszy folder Logic na liście Categories, wybrać pozycję capture na liście rozwijalnej schematic_editor (tak jak pokazuje rys. 7.3) i zatwierdzić zmiany przyciskiem Apply, Rys. 7.3. Okno dialogowe User Preferences Editor. b) poprzez opcję File -> Export Logic otworzyć okno dialogowe zilustrowane na rys. 7.4, a następnie, tak jak na rys. 7.4, zaznaczyć opcję Design Entry CIS w zakładce Cadence i zatwierdzić (lub wyspecyfikować inny) folder przeznaczenia dla eksportowanych plików (domyślnie, w polu Export to direktory, wskazywany jest folder roboczy projektu), po czym wcisnąć przycisk Export Cadence, Rys. 7.4. Okno dialogowe Export Logic. 3

c) otworzyć projekt schematu przerzutnika w programie OrCAD Capture, a następnie, przy wybranym oknie menadżera oraz zaznaczonej ikonie projektu (tak jak na rys. 7.5) wybrać opcję Tools -> Back Annotate, Rys. 7.5. Wybór opcji Back Annotate w programie OrCAD Capture. d) w oknie Backannotate wybrać zakładkę PCB Editor i poprzez przyciski Browse obok pól Netlist Directory i OutputFile wskazać odpowiednio folder, do którego wyeksportowano wcześniej informację zwrotną z programu OrCAD PCB Editor oraz pliki (wybierając wcześniej w oknie Browse maskę *.*), które mają zaktualizować schemat. Rys. 7.6. Okno dialogowe Backannotate. 4

Przeanalizować listę własności informacji zwrotnej zdefiniowaną w pliku allegro.cfg. Przeprowadzić adnotację wsteczną dla projektu i wskazać zaktualizowane własności. 2. Przerzutnik Schmitta generowanie danych dla procesu produkcyjnego Dane dla procesu produkcyjnego obejmują dwa typy plików: a) pliki z opracowaniem graficznym projektu (ang. artwork files) b) pliki z opisem otworów i ścieżek (ang. NC files). Pliki z opracowaniem graficznym opisują elementy składowe projektu oraz takie jego klasy elementów (warstwy) jak: Etch, Soldermask i Silk-Screen. Wygenerowanie ww. plików wymaga dodania do projektu jeszcze jednego elementu - tzw. photoplot outline. Aby dodać photoplot outline należy najpierw, w zakładce Options (na prawym marginesie pola projektowego) wybrać klasę Manufacturing i podklasę Photoplot_Outline. Następnie, za pomocą opcji Add -> Rectangle, należy narysować prostokątną obwiednię projektu, dokładnie pokrywając wcześniej naniesioną obwiednię klasy Board Geometry (Board Geometry/Outline), tworząc w ten sposób np. projekt jak na rys. 7.7. Rys. 7.7. Projekt PCB po dodaniu obwiedni Photoplot_Outline (najbardziej na zewnątrz). Dodać do projektu element Photoplot_Outline. 5

Pliki typu artwork generowane są za pomocą okna Artwork Control Form, dostępnego poprzez opcję Manufacture -> Artwork. Domyślne ustawienia obu zakładek tego okna prowadzą do kolejnego wyświetlenie dwóch komunikatów z ostrzeżeniami podczas próby generowania plików. Aby uniknąć ww. komunikatów należy: a) ustawić parametry Device type (format generowanych plików) oraz Format (precyzja opisu) w zakładce General Parameters jak na rys. 7.8, Rys. 7.8. Okno Artwork Control Form zakładka General Parameters. b) zmienić format plików typu artwork w oknie Design Parameter Editor (Setup -> Design Parameters ) na Gerber RS274X, tak jak to pokazuje rys. 7.9, tzn. poprzez przycisk Edit global dynamic shape parameters w zakładce Shapes. Rys. 7.9. Okna Design Parametr Editor i Global Dynamic Shape Parameters. 6

Dokonać ustawień dla plików typu artwork zgodnie z ilustracjami z rys. 7.8 i 7.9. Zakładka Film Control w oknie Artwork Control Form zawiera ustawienia odnoszące się do zadeklarowanych warstw projektu w tym przypadku warstw BOTTOM oraz TOP, wraz ze wszystkimi domyślnie zdefiniowanymi w każdej warstwie klasami elementów przewodzących. Rys. 7.10. Okno Artwork Control Form zakładka Film Control. Jak pokazuje rys. 7.10, brakującą warstwą projektu jest warstwa opisu, czyli Silk- Screen, którą należy zdefiniować po stronie warstwy TOP. Elementami ww. warstwy w opisywanym projekcie powinny być wszystkie zadeklarowane wcześniej elementy opisowe, tj. elementy należące do różnych klas, np. klasy Board Geometry (np. tekst VCC++), Component Device Type (np. adnotacja UA741), itp. W celu dodania nowej pozycji (nowego folderu) dla warstwy Silk-Screen na liście Available films w zakładce Film Control należy wybrać i zaznaczyć jeden z wyświetlanych już w liście folderów, np. folder BOTTOM (jak na rys. 7.10), a następnie kliknąć prawym przyciskiem myszy i wybrać opcję Add. Dalej, w oknie, które zostanie otwarte, w polu Enter new film, należy wprowadzić nazwę dodawanego folderu, np. SilkScreenTop. Dodanie folderu w ten sposób powoduje dodanie go wraz ze wszystkimi, widocznymi w projekcie klasami, co ilustruje rys. 7.11. Wskazane jest zatem, aby wcześniej, tj. przed dodaniem nowego folderu, ustawić filtr, określający listę wyświetlanych (a co za tym idzie, uwzględnianych w dalszym postępowaniu) warstw. 7

Rys. 7.11. Okno Artwork Control Form dodanie nowego folderu. Listę wyświetlanych warstw można kontrolować za pomocą okna Color Dialog (Display -> Color/Visibility ). Ustawić filtr wyświetlanych warstw tak aby projekt PCB przyjął postać jak na rys. 7.12 (Dla klas Board Geometry, Package Geometry, Component Value i Ref Des zaznaczyć jedynie warstwę Silkscreen_Top). Rys. 7.12. Docelowa lista warstw. 8

Dodanie warstwy Silkscreen można również zrealizować przy wykorzystaniu narzędzia o nazwie Autosilk, którego zaletą jest możliwość łączenie różnych elementów opisowych (jak wymieniane wcześniej) w jedną spójną warstwę. Uruchomienie narzędzia Autosilk następuje poprzez opcję Manufacture -> Silkscreen. Ww. opcja otwiera okno Auto Silkscreen, poprzez ustawienia którego można przypisać elementy poszczególnych klas do warstwy Silk-Screen po stronie TOP lub BOTTOM. Po wygenerowaniu warstwy Silk-Screen przyciskiem Silkscreen, należy ponownie otworzyć okno Artwork Control Form, w którym dalej należy dodać nowy folder (przykładowo o nazwie SilkScreenTop). Następnie, do listy elementów tego folderu należy dodać jeszcze jeden, tj. MANUFACTURING/AUTOSILK_TOP (w tym celu należy zaznaczyć dowolny z elementów nowego folderu i kliknąć prawy przycisk myszy, a następnie wybrać opcję Add i w oknie które zostanie otwarte, zaznaczyć checkbox przy pozycji MANUFACTURING -> AUTOSILK_TOP). Pozostałe elementy tego folderu należy usunąć (opcja Cut pod prawym przyciskiem myszy). Dodać warstwę SilkscreenTop, a następnie w podobny sposób jak opisano powyżej dodatkową warstwę PhotoPlotArea, reprezentującą obwiednię płyty, tak aby zawartość okna przedstawiała się jak na rys. 7.13. Rys. 7.13. Okno Artwork Control Form po dodaniu warstwy SilkScreenTop. Kolejnym elementem, który należy wykonać na tym etapie projektu jest popularyzacja (zatwierdzenie) listy otworów. W tym celu, należy kliknąć na przycisk Apertures w oknie Artwork Control Form, a następnie, w oknie Edit Aperture Wheels należ kliknąć przycisk Edit i dalej, dwukrotnie przycisk OK., aby zatwierdzić listę. 9

Aby wygenerować pliki typu artwork (Gerber files), należy następnie zaznaczyć przycisk Select all (pod listą Available films) i kliknąć przycisk Create Artwork. Efektem ww. działania jest raport wyświetlany w głównym oknie programu oraz lista plików w formacie Gerber utworzona w folderze roboczym projektu. Wygenerować, a następnie przejrzeć i przedyskutować listę plików typu artwork (pliki z rozszerzeniem.art w analizowanym przypadku spodziewane są cztery takie pliki). Przed wygenerowaniem kolejnych pików wyjściowych, tj. głównie przed wygenerowaniem plików typu drill dobrze jest przygotować sobie spis wszystkich, opisywanych przez nie otworów. Można to zrobić poprzez Padstack Definition Report dostępny poprzez opcję Tools -> Reports (należy wybrać i dwukrotnie kliknąć na ww. typ raportu). Opcja Manufacture -> NC -> NC Parameters pozwala natomiast na określenie formatu pliku typu drill. Format ten, podobnie jak w przypadku plików typu artwork powinien być zgodny z wymaganiami sprzętu, w którym płyta PCB będzie wykonywana, tj. np. zgodnie z ilustracją przedstawioną na rys. 7.14. Rys. 7.14. Okno NC Parameters. Generowanie plików typu drill następuje wraz z zatwierdzeniem ustawień w oknie NC Drill (Manufacture -> NC -> NC Drill ). Wymienione wyżej ustawienia są ścisle powiązane z możliwościami sprzętu do wykonywania płyty. W przypadku, w którym ww. wymagania nie są określone dobrze jest przyjąć ustawienia jak na rys. 7.15. W prezentowanym projekcie, po wciśnięciu przycisku Drill, generowany jest jeden plik z rozszerzeniem drl (jego domyślnym miejscem przeznaczenia jest folder roboczy projektu). 10

Rys. 7.1. Okno NC Drill. Wygenerować i przejrzeć plik typu drill. Powtórzyć wszystkie kroki opisane w instrukcjach dla ćwiczeń nr 6 i 7 w odniesieniu do projektu wzmacniacza na tranzystorze bipolarnym. 11