A.Miranchuk

Задача процесса проектирования печатных плат — это разработка межсоединений в соответствии с принципиальной электрической схемой, включающая конструирование всех ее активных цепей, которые будут функционировать должным образом в пределах любых допустимых изменений характеристик компонентов, их быстродействия, допусков на материалы, допустимых диапазонов температур, напряжения питания и производственных допусков. Завершающим этапом проектирования является подготовка всей документации и данных, которые необходимы для изготовления, сборки, испытания и устранения неисправностей печатной платы и печатного узла.

Используемый САПР

ECAD: Altium Designer, OrCAD, PCB Design Studio, P-CAD, Mentor Graphics PADS, Mentor Graphics Expedition, Sprint-Layout, Visual(Zuken), Eagle, DipTrace, Kicad, DesignSpark, TopoR
CAE: Sigrity, BETA Soft-Board, Polarinstruments
CCAD: САМ350
MCAD: AutoCAD, SolidWorks, Inventor, КОМПАС-3D, Pro/ENGINEER, TDD

Обзор САПР печатных плат

Исходные данные

Исходными данными для разработки печатной платы являются конструкторская и программная документация, включающая схему электрическую принципиальную, технические требования к разрабатываемой конструкции, техническое задание с ТТХ на техническую систему, методика тестирования образцов, методика измерения ТТХ, методики проверки на соответствие требования ТТХ, календарный план работ.

Работа с библиотекой

Проект электронного изделия является набором соединенных между собой компонентов. Соединение между собой компонентов и представляет собой решение различных инженерных задач и разработку уникального электронного изделия. Тем не менее, большой частью этой работы является создание компонентов. Но компоненты являются ценным ресурсом предприятия, и крайне важно, чтобы они точно представляли физические, реально существующие компоненты. Компонент, которые вы приобретаете и монтируете на плату, является физическим, но этот компонент необходимо смоделировать для каждой области проектирования, в которой вы хотите его использовать. В зависимости от того, как вы планируете провести проектирование, компонент может включать в себя: символ для размещения на схеме, математическую модель для имитации цепи, модель IBIS для анализа целостности сигналов, посадочное место для конструирования платы и 3D-модель для визуализации платы, проверки зазоров и ее экспорта в область MCAD.

Трассировка

Печатная плата – один из конструктивных элементов любого современного электронного устройства. В первую очередь предназначена для механической фиксации и электрического соединения элементов электрических схем электронного устройства. Конструктивно печатная плата представляет собой пластину из диэлектрического материала (Производство ПП) с сформированными на её поверхности и объёме электрическими цепями. Разработка печатных плат представляет собой процесс механического и электрического конструирования. В процессе разработки печатной платы производится соединение электрических элементов токопроводящими цепями, но процесс соединения элементов – фактически один из самых последних этапов конструирования платы и в большинстве своём обозначается термином – трассировка. Первоначально требуется провести анализ и возможность размещения элементов электрической схемы на поверхностях платы в заданных габаритных размерах, которые обычно определяются конструктивными особенностями всего изделия и в частности корпусом изделия. По завершению этапа размещения и происходит объединение электрических элементов. В процессе соединения электрических элементов требуется учитывать множество параметров, таких как величина тока, волновое сопротивление, влияние соседних электрических цепей и т.д. Конструирование печатной платы:

размещение элементов на площади, обозначенной в техническом задании;
подготовка компоновочной 3D модели;
согласование размещения с Заказчиком по 3D модели;
проведение трасс между элементами в соответствии с разработанным схемотехническим решением;
моделирование, полученной конструкции на соответствие требованиям целостности сигналов, на соответствия требования к системе питания, на соответствия требованиям электро-магнитной совместимости, на соответствия требованиям температурного распределения;
подготовка окончательной 3D модели;
согласование полученной конструкции с Заказчиком по 3D модели;
подготовка перечня комплектации для закупки элементов;
подготовка gerber-файлов для производства печатных плат;
подготовка файлов для проведения монтажных работ.

Анализ целостности сигналов, питания

Посредством анализа проекта печатной платы можно установить до 100% скрытых проблем проекта еще на стадии трассировки. Анализ печатных плат включает в себя:

анализ технологичности печатных плат (DFM, DFA);
анализ целостности сигналов (SI);
анализ целостности питания (PI);
анализ электромагнитной совместимости (EMS);
термальный анализ (TA);
анализ временных параметров интерфейсов (DDR timing analysis);
анализ циклов чтения/записи интерфейсов DDR с учетом тайминговой модели контроллера.

В анализ также входит подготовка к тестированию печатных плат (DFT).

Подготовка производства

Заключительный этап цикла проектирования платы – это создание выходных файлов, необходимых для изготовления, сборки и тестирования печатной платы. Для этого вам нужно сгенерировать множество выходных файлов в разных форматах. Средства автоматизированной подготовки производства (computeraided manufacturing, CAM) относятся к системам CAD, которые применяют в интересах процесса изготовления. Результатом процесса проектирования печатной платы является набор файлов CAD, которые описывают каждый рисунок слоя ПП, требования к фотошаблону и сверлению отверстий, а также информация в виде таблицы соединений. Эту информацию можно изменить, но так, чтобы это не могло изменить конструкцию печатной платы. Например, если производителю потребуется создать несколько копий печатной платы на одной заготовке, то ему нужно добавить специализированные технологические элементы на заготовку или изменить ширину трасс, чтобы скомпенсировать подтравливание проводников. Первоначально эти операции выполняли вручную с большой вероятностью ошибки и существенными затратами на выполнение такой работы. Станции CAM или набор соответствующих средств позволяют производителю выполнить все эти операции автоматически и достаточно быстро. Станции CAM могут проверить фотошаблоны на соответствие правилам резервирования свободного пространства, правилам отделения платы от заготовки и правилам выполнения соединений и при необходимости вносить корректировки. Они же могут синтезировать списки соединений (способ соединения точек в конструкции) из данных Gerber для контроля платы до монтажа в тех случаях, когда заказчиком не был предоставлен такой список. Если заказчик предоставил такой список, то синтезируемый список соединений по данным Gerber можно будет сравнить со списком соединений, создаваемым CAD в качестве окончательного способа подтверждения того, что фотошаблон действительно соответствует принципиальной схеме. Это еще одна мера предосторожности от искажения данных.

Взаимодействие MCAD- и ECAD-систем

При работе над проектом, включающим как электрическую, так и механическую части, одной из основных задач является воспроизведение в среде MCAD, с необходимой степенью детализации, геометрической модели печатного узла – то есть печатной платы (геометрия контура ПП, вырезы, крепежные отверстия, печатные проводники, зоны запрета, вырезы, геометрия и т.п.) и размещенных на ней компонентов. Это позволяет моделировать конструкцию изделия, имитировать процесс сборки изделия на стадии конструкторско-технологической подготовки производства и гарантировать отсутствие пересечений компонентов печатной платы и корпуса при монтаже готового изделия, а также проводить термодинамические и прочностные расчеты на основе метода конечных элементов с помощью встроенных инструментов инженерного анализа. Геометрическое моделирование конструкции печатного узла средствами любой системы MCAD является довольно трудоемким процессом, а с учетом того, что проработка в ECAD уже проведена, это, по сути, будет двойной работой.

Оформление конструкторской документации

Окончательным этапом разработки печатной платы является создание конструкторских документов, выполняемых в соответствии с требованиями государственных стандартов. При этом одним из основных является комплекс Государственных стандартов Единой системы конструкторской документании (ЕСКД), который устанавливает правила разработки, оформления и обращения конструкторской документации. В техническом документации в полном объеме содержатся данные для разработки изделия, в состав которой входят: чертеж детали; сборочный чертеж (СБ); спецификация и иные документы.

Литература

Стандарты

Джонсон Г. Грэхэм М Конструирование высокоскоростных цифровых устройств. Начальный курс черной магии
Джонсон Г. Грэхэм М Высокоскоростная передача цифровых данных: высший курс черной магии
Тютюков С. Практические рекомендации по разработке печатных плат
Гордон Мак-Комб Радиоэлектроника для чайников
Брусницына Л.А., Степановских Е.И. Технология изготовления печатных плат

Общие рекомендации

Main Page

About Us

Capabilities

Portfolio

PCB-Design_en

Contacts