Ручная трассировка соединений печатных плат

Критериями качества результатов трассировки являются следующие [4, 5J.

Процент реализованных соединений, суммарная длина проводников, число монтажных слоев, число межслойных переходов, равномерность распределения проводников, минимальная область трассировки, минимизация длины параллельных участков близко лежащих проводников и др. При трассировке необхо­димо их учитывать,

Для выполнения ручной трассировки ПП средствами графического редактора P-CAD РСВ необходимо выполнить следующие процедуры:

!. Сохранить проект. Для этого выполнить команды File/Save As и записать проект под именем «Ручная трассировка» в более компактном формате Binary Files (с расширением pcb).

2,        В строке состояний выбрать верхний слой (Тор).

3.        Перед трассировкой целесообразно провести ручную оптимизацию соединений элементов, размещенных на плате. Вначале необходимо визуально оценить соединения между ЭРЭ на ПП и перестановкой вентилей или выводов добиться минимального пересечения проводников и максимального сокращения их длины.

• Для этого надо выполнить команды Utils/Optimize Nets (Оп­тимизация цепей). Откроется диалоговое окно Utils Optimize Nets, в котором в области Method выбрать Manual Gate Swap (рис. 7.2.1) и нажать кнопку ОК.

• Начнем с разъема. Поменяем местами соединения 1-го и 2-го выводов. Щелкнуть ЛК по 1-му выводу. Вывод и подходящие к нему соединения изменят цвет. После этого щелкнуть ЛК по 2-му выводу, с которым необходимо поменять соединение. Откро­ется диалоговое окно Manual

Gate Swap (рис. 7.2.2), в котором указывается уменьшение (со знаком «-») или увеличение (со знаком «+») длины как отдельных цепей, которые перемещаются, так и соединений. В данном случае перестановка сократит длину соединений, поэтому следует нажать кнопку Swap, и соеди­нения поменяются местами. Затем следует аналогичным

образом последовательно поме­нять местами соединения на разъеме XS1:7-го вывода со 2-м; с 6-го переключить на 3-й вывод; с 4-го вывода переключить на 6-й; соединение 5-го поменять с соединением 7-м выводом; с 5-го переключить на 4-й вывод разъема (рис. 7.2.3).

*        Таким же образом поменять эквивалентные вентили микросхем.

•         После этого в вентилях микросхем поменять местами эквивалентные выводы. Для этого вновь выполнить команды Utils/Optiir.ize Nets, но в открывшемся диалоговом окне в области Method выбрать Manual Pin Swap (рис. 7.2.4) и нажать кнопку ОК.

Процедура обмена эквивалентных выводов та же, что и с эквивалентными вентилями. Таким образом достигается лучший вариант использования вентилей, который предпола­гает минимальную длину сое­динений и минимальное число пересечений связей.

4. Получить рисунок ПП в режиме ручной трассировки (Route Manual).

Порядок разводки следующий.

- Установить масштаб изображения таким, чтобы были видны узловые точки сетки.

- Начинать трассу можно только от КП, которые имеют элект­рические связи. Начало трассы фиксировать щелчком ЛК внутри КП, ПО или существующей трассы.

- Рисовать фрагмент проводника перемещением курсора при нажатой ЛК. Отпускание ЛК фиксирует точку излома. Фор­му излома трассы (ортогональная или по диагонали) пере­ключать при нажатой ЛК нажатием клавиши «О», а нажати­ем клавиши «F» — менять расположение точки излома.

- Проводник между двумя КП можно также рисовать и двумя щелчками ЛК: в 1-й КП и 2-й КП.

- Смену текущего слоя в процессе прокладки трассы выпол­нять нажатием клавиши «L» или выбором в строке состояний нужного слоя. При этом автоматически вставляется ПО и трасса переводится на другой слой.

- Ширину проводника без прерывания прокладки трассы ме­нять с помощью строки состояний.

- Завершать трассировку проводника (до КП вывода радиоэле­мента) щелчком ПК или выбором другой команды. Заверше­ние трассы точно на КП отмечается ромбом с перекрестием.

* Прокладку трасс начнем с коротких соединений сигнальных цепей. Для этого в строке состояний установить слой Тор и ширину трассы 0,3 мм. Первыми соединить КП выводов тех элементов, которые стоят

рядом: транзистора VT1 с конденсатором С2; катушки индуктивности И с КП резистора R3 и конденсатора О; диода VD1 с КП 7-го вывода разъема XS1.

Для прокладки этих соединений выполнить команду Route/Manual. После этого щелкнуть ЛК по КП 1-го вывода VT1, затем переместить курсор в КП 2-го вывода С2, вновь щелкнуть ЛК, а затем ПК. Трасса будет построена. Аналогично построить остальные перечисленные соединения.

Затем соединить выводы микросхем. В микросхеме DD1 это контактные площадки выводов: 1-го и 2-го, 4-го и 5-го, 8-го и 9-го; 12-го и 13-го. В микросхеме DD2 КП: 1-го и 2-го выводов, 4-го и 5-го, 9-го и 10-го; 12-го и 13-го выводов.

Для их трассировки также надо щелкнуть ЛК по одной КП, затем переместить курсор в другую, щелкнуть ЛК, а затем ПК. Результат представлен на рис. 7.2.5.

* Для цепей питания и заземления ширину трассы установить 0,5 мм. Соединить КП 14-го вывода (питания) микросхемы DD2 с КП 1-го вывода разъема XS1, КП катушки индуктивности L1 с КП 14-го вывода DDL Цепь земли провести в слое Bottom. Для этого в строке состояний выбрать слой Bottom и соединить КП резистора R2 с КП диода VDI и конденсатора О (рис. 7.2.6).

*        В процессе разводки связей становится ясно, что для получения более простого рисунка проводников необходимо часть элементов переместить на плате на другое место. Для этого резистор Rl передвинуть в точку (40,625; 52,5), а резистор R3 — в точку (37,5; 35,0). После этого продолжить разводку цепей: КП 6-го вывода DD1 с КП 1-го вывода DD2, КП 3-го вывода DD1 с КП ре зистора R1, КП конденсатора С2 с КП резистора R1, КП резистора R2 с КП диода VD1 и КП транзистора VT1 с КП 7-го вывода DD1 (рис. 7.2.7).

•         Следующей провести цепь «Земля» (GND), которая соединяет КП: 4-го вывода разъема XS1, 7-го вывода DD2 и конденсатора CI. К микросхеме DD2 в слое Bottom цепь земли провести нельзя, т. к. выводы DD2 планарные. Трасса к hunt должна подходить в слое Тор. Поэтому перед КП 7-го вывода DD2 перейти, нажав клавишу «L», в слой Тор и завершить трассу. Затем соединить КП транзистора VT1 с КП резистора R2. Поскольку цепь земли должна быть шириной 0,5 мм, поменять ее ширину. Для этого выполнить команды Edit/Nets. Затем выбрать цепь GND, нажать кнопку Select (рис. 7.2.8), а потом Close.

В результате появится выделенная цепь GND. Щелкнуть ПК по ней и в открывшемся меню выбрать пункт Properties. В появившемся окне в поле Width задать ширину линии 0,5 и нажать кнопку ОК (рис. 7.2.9).

•         Провести цепь питания между 6-м выводом XS1 и 14-м выводом DDL

*        Теперь провести сигнальные цепи.

Для этого вновь установить ширину трассы 0,3 мм и перейти на слой Тор.

Требуется провести трассы следующих цепей:

- КГ! транзистора VT1 с КП 1-го вывода DD1; -- КП конденсатора С2 с КП 7-го вывода XS1;

- КП 8-roDD2HKD 2-го XS1;

- КП 8-го вывода DD1 с КП 12-го и 13-го выводов DD1; ■- КП 9-го вувода DD1 и 13-го вывода DD2:

- КП 10-го вывода DD1 и 3-го вывода DD1;

- КП 3-го вывода XS1 и 6-го вывода DD2.

 

Поскольку в слое Тор не проводится цепь между КП 11-го выво­да DDI и КП Юго вывода DD2, резистор R1 переместить в точку (40,625; 55,0). Кроме этого, сдвинуть левее вертикальный сегмент цепи между КП 8-го и 12-го выводов DDI, а затем поднять выше сегмент цепи между КП 9-го вывода DD1 и КП 13-го вывода DD2.

Теперь провести трассу между КП 11-го вывода DD1 и 10-го вывода DD2. Последнюю трассу между КП 5-го вывода DD1 и 10-го вывода DD2 в слое Тор провести не удается. Вместе с тем выводы DD2 пленарные, следовательно, трасса к ним должна подходить в слое Тор. Поэтому от КП 10-го вывода DD2 проводить трассу вначале в слое Тор, а затем, нажав клавишу «Lc, перейти в слой Bottom и завершить трассу на этом слое на КП 5-го вывода DD1 (рис. 7.2.10).

После этого трассировка печатной платы завершена.

5. Надо сохранить полученный результат проектирования ри­сунка ПП под именем «Ручная трассировка. Для этого выполнить команды File/Save.

 

7.3. Интерактивная трассировка цепей печатных плат

Для выполнения интерактивной трассировки ПП средствами графического редактора P-CAD РСВ необходимо выполнить следующие процедуры;

1. Командами File/Save As сохранить проект под именем «Ин­терактивная трассировка» в более компактном формате Binary Files (с расширением pcb).

2. В строке состояний выбрать верхний слой (Тор).

3. Провести ручную оптимизацию соединений элементов после их размещения на плате так, как было сделано в разделе 7.2.3.

4. Выполнить трассировку печатной платы в интерактивном ре­жиме (Route Interactive) с учетом тех же критериев качества трас­сировки [4, 5],

Для этого выполнить команды Route/Interactive.

- В режиме интерактивной трассировки порядок разводки про­водников следующий,

- Установить масштаб изображения таким, чтобы были видны узловые точки сетки.

- Трассу начинать щелчком ЛК по КП радиоэлемента или в лю­бой точке ранее проложенной трассы.

- Прокладывать трассу движением курсора с нажатой ЛК. При этом все препятствия огибаются автоматически и соблюда­ются допустимые зазоры.

- Фиксировать проложенный сегмент трассы отпусканием ЛК.

- Нажатие ПК в процессе прокладки трассы открывает меню, основные команды которого следующие:

 

> Complete — завершение прокладки трассы;

> Suspend — прекращение прокладки трассы с сохранением проложенного участка;

> Cancel — прекращение прокладки трассы с отменой по­следнего сегмента.

-         Завершать прокладку трассы отпусканием ЛК в точке окончания линии связи.

* Последовательность трассировки сохранить ту же, что и в ручном режиме.

* Вначале трассировать короткие соединения сигнальных цепей.

* Для этого в строке состояний установить слой Тор и ширину трассы 0,3 мм.

Первый проводник построить между КП 1-го вывода транзистора VT1 и 2-го вывода конденсатора С2. Выполнить процедуру построения трассы можно двумя способами:

а)       щелкнуть ЛК на КП вывода VT1, а затем на КП вывода С2, Трасса будет построена автоматически.

б)       щелкнуть ЛК на КП вывода VT1 и, не отпуская ЛК, перемещать курсор в КП вывода С2. При этом трасса будет строиться по мере перемещения курсора во 2-ю КП. Отпускание ЛК в промежуточных точках будет фиксировать уже построенные участки трассы. Этот режим позволяет строить трассы произвольной конфигурации.

Затем аналогично провести соединения между КП:

- 1-го и 2-го выводов микросхемы DD1;

- 4-го и 5-го выводов микросхемы DD1;

- 12-го и 13-го выводов микросхемы DDI;

- 4-го и 5-го выводов микросхемы DD2;

- 9-го и 10-го выводов микросхемы DD2;

- 12-го и 13-го выводов микросхемы DD2;

- катушки L1, конденсатора С1 и резистора R3;

- диода VD1 и 7-го вывода разъема XS1;

- 8-го вывода микросхемы DD2 и 2-го вывода разъема XS1;

- 6-го вывода микросхемы DD1, 1-го и 2-го выводов микросхе­мы DD2.

После этого выполнить трассировку фрагментов цепи питания и земли. Для этого установить ширину проводников 0,5 мм и соединить КП:

-         катушки L1 и 14-го вывода DD1 и

-         резистора R2, диода VD1 и конденсатора О. Результат представлен на рис. 7.3.1.

• Затем построить следующие проводники между КП:

- 2-го вывода транзистора VTI и 7-го вывода микросхемы DD1;

- 14-го вывода микросхемы DD1 и 6-го вывода разъема XS1;

- 7-го вывода DD2 и 4-го вывода разъема XS1;

- 14-го вывода микросхемы DD2 и 1-го вывода разъема XS1. Далее вновь построить сигнальные цепи. Поэтому ширину

проводников задать 0,3 мм и соединить КП:

-         9-го вывода DD1 и 12-го вывода DD2;

-* 11-го вывода DD1 и 5-го вывода DD2,

-         3-го вывода транзистора VT1 и 1-го и 2-го выводов DD1(рис. 7.3.2).

При трассировке выяснилось, что для проведения последую­щих соединений резисторы R1 и R3 надо передвинуть: R1 в точку с координатами (40,625; 32,5), a R3 в точку —- (37,5; 35). Продол­жить трассировку.

Соединить проводниками следующие КП сигнальных цепей:

-         резисторов R1 и R2 с КП конденсатора С2 и 7-го вывода разъема XS1;

-- резистора RI и 3-го вывода микросхемы DDL Ширину проводников выбрать 0,5 мм и провести трассу цепи питания между КП конденсатора СЛ и 2-го вывода транзистора VTI (рис. 7.3.3).

Остались трассы более сложной конфигурации. Для них вклю­чим режим Push Traces (отталкивания мешающих проводников).

В этом режиме проведем трассу между 3-м и Ю-м выводами микросхемы DDL

Теперь переключим на второй слой — Bottom и проведем трас­су между КП 1-го вывода DD1 и резистора R3.

Поскольку получился достаточно сложный рисунок неразведенных соединений, следует выполнить оптимизацию ценен. Для этого командами Utils/Optimize Nets открыть одноименное окно, в котором в поле Method установить режим Auto и нажать кнопку ОК. В результате перестановок рисунок упростился. Появилась еще одна простая цепь между 6-м выводом микросхемы DD2 и 3-м выводом разъема XS1.

В строке состояний установить слой Тор и в режиме Push Traces провести это соединение (рис. 7.3.4).

• Неразведенными остались еще два сегмента цепей.

Для проведения трассы между КП 4-го вывода микросхемы DD1 и 10-го вывода микросхемы DD2 вначале установить слой Bottom и в этом слое начать проводить соединения. Перед подключением трассы к КП 10-го вывода микросхемы DD2 установить слой Тор и завершить трзссу в нем, В результате рядом с этой КП будет установлено переходное отверстие.

Для построения последней цепи установить слой Bottom и провести трассу между КП конденсатора CI и 4-го вывода разъ­ема XS1.

Трассировка завершена (рис, 7,3.5).

•С учетом названных критериев, полученный результат

интерактивной разводки необходимо доработать в ручном

режиме.

Так, к КП 4-го вывода микросхемы XS1 параллельно друг другу в разных слоях подходят два проводника. Фрагмент цепи на слое Bottom надо поднять до уровня КП 4-го вывода разъема XSI. Для этого по команде Edit/Select выделить данный горизонтальный сегмент проводника и поднять его на 1,25 мм — до уровня 4-го контакта XS1.

В микросхеме DD2 в слое Тор проводник с КП 5-го вывода переместить на КП 4-го вывода.

Резистор R2 целесообразно развернуть параллельно резисто­ру R3.

После этого можно отредактировать цепь между КП R1 и R2. Для чего командами Edit/Select выделить сегменты проводника и редактировать их до получения простого рисунка (рис. 7.3.6).

Печатная плата разведена в двух слоях. Сохранить полученный результат. Для этого выполнить команды File/Save.

7.4. Проверка печатной платы

После разработки рисунка печатной платы его необходимо проверить на соответствие исходной принципиальной схеме и соблюдение технологических ограничений.

Для этого выполнить команды Utils/DRC. Откроется диалоговое окно Utils Design Rule Check, в котором надо установить флажки в окнах View Report (Вывод отчета на экран) и Annotate Errors (Пометка на ПП мест ошибок).

Затем запять наименования проверок в окнах:

> Clearance Violations — нарушение зазоров;

> Netlist Violations — проверка соответствия соединений про­водников ПП исходным связям схемы;

> Unrouted Nets — неразведенные цепи,

> Unconnected Pins — неподсоединенные выводы,

> Silk Screen Violations — нарушение зазоров между КП или ПО и маркировкой (рис. 7.4.1). Нажать кнопку ОК.

В результате на экран выводятся сообщения об ошибках (рис. 7.4.2). Из них следует, что в нескольких местах четыре трас­сы проведены с нарушением зазоров. Закрыть окно Блокнот, и на экране останется рисунок ПП с помеченными кружками ошибка­ми (рис. 7.4.3). Поэтому фрагменты этих трасс отодвинем от КП.

Для этого выполнить команды Edit/Select, щелкнуть ЛК по вертикальному фрагменту цепи Al, он выделится цветом. Вновь нажать ЛК и, не отпуская ее, сместить фрагмент вправо до коорди­наты X = 63,125. Аналогично сместить влево вертикальный фраг­мент цепи GND до координаты X = 17,50. Затем верхний фрагмент цепи GND поднять выше, обогнув КП 8-го вывода DD1. И послед­ней откорректировать цепь +15 V между КП 6-го вывода разъема и КП 14-го вывода DD1 (рис. 7.4.4).

Повторная проверка рисунка НИ ошибок не выявила. Сохранить полученный результат проектирования рисунка ПИ. Для этого выполнить команды File/Save.

Вопросы для самоконтроля

1. Как загружается файл размещения ПП?

2. Каким образом задаются установки проекта (условия проек­тирования)?

3. Как задаются шаг сетки и допустимые зазоры?

4. Каким образом выполняется ручная оптимизация соединений элементов, размещенных на плате?

5. Как производится ручная трассировка проводника?

6. Каким образом прокладываются проводники при интерактив­ной трассировке?

7. Как задается ширина сигнальных цепей, земляных шин и шин питания?

8. Каким образом производится смена слоя в процессе разводки проводника?

9. Какими командами выполняется редактирование рисунка пе­чатной платы?

 

10. Какими командами производится изменение ширины провод­ника целой цепи?

11. Какими командами выполнетея оптимизация цепей?

12. Как проверяется соответствие разработанной платы услови­ям проектирования?

13. Как сохранить полученный результат?

 

Урок 8

Тема: Автоматическая трассировка проводников печатных плат

Цель занятий — изучение методики автоматической трассировки проводников печатных плат программами Quick-Route и Shape-Based Router; приобретение навыков работы с ними при решении задачи трассировки.

Система P-CAD 2001 включает две программы автоматической трассировки печатных проводников, которые вызываются из редактора P-CAD PCB. Это трассировщики Quick-Route и Shape-Based Router.

Программа Quick-Route реализует сеточную технологию (Grid Based) и пригодна для быстрой разработки не очень сложных ПП, включающих не более 4-х слоев металлизации. По сравнению с другими эта программа менее эффективна и работает только в дюймовой системе.

Трассировщик Shape-Based Router основан на бессеточной технологии (Shape-Based) и реализует принципы оптимизации нейронных сетей. Программа предназначена для трассировки многослойных ПП (до 30 слоев) с высокой плотностью размещения ЭРЭ и реализует такие алгоритмы, которые стремятся получить 100% трассировки соединений. Работает программа в автоматическом, интерактивном и ручном режимах.

8.1. Автоматическая трассировка печатных плат программой Quick Route

Программа автотрассировки Quick-Route размещается в фай­ле Qroute.exe, который поставляется совместно с P-CAD PCB. Поэтому для работы с ней надо запустить программу P-CAD РСВ. В ней открыть файл размещения элементов на печатной плате, которую необходимо трассировать, — «Результат разме­щения» (рис. 8.1.1). Затем выполнить команды Route/Autorou-ters, по которым откроется одноименное окно (рис. 8.1,2), в ко­тором выбирается программа Трассировщик и настраиваются ре жимы трассировки.

 

8.1.1. Настройка режимов работы программы

•         После выполнения команд Route/Autorouters для вызова

программы трассировщика Quick Route надо нажатием кнопки Autorouter открыть список трассировщиков:

- Quick-Router — программа автотрассировки Quick-Route;

- P-CAD Shape Route — трассировщик бессеточного типа;

- Specctra — программа Spectra в режиме трассировки. Выбрать трассировщик Quick-Route. В разделе Strategy задать

следующие имена файлов:

- в Strategy File (стратегия трассировки) — установить «Трас-сировка Quick Route.Str»;

- в Output PCB File (имя файла выходной ПП) — задать «Трас­сировка Quick Route.pcb»;

- в Output Log File (протокол трассировки) — «Трассировка Quick Route.bg».

Для сохранения параметров конфигурации нажать на кнопку Save (рис. 8.1.3).

Задать параметры слоев. Для этого нажать кнопку Layers и в открывшемся окне Options Layers на закладке Layers (рис. 8.1.4) для слоев Тор и Bottom задать тип Signal (Сигнальный), в поле Routing Bias (Трассировать) выбрать Auto(Автоматически), а для слоев Board и Top Mask — on Signal (He сигнальный). Нажать кнопку Clouse.

• В окне Routing Grid (рис. 8.1.3) выбрать шаг сетки 25 мил (0,625 мм), а в окне Line Width установить ширину проводника равной 12 мил (0,305 мм).

• Задать стратегию трассировки, Для этого нажать на кнопку Passes (Выбор проходов трассировки). Откроется окно Pass Selecti­on, в котором установить флажки во всех пунктах. Нажать кнопку ОК (рис, 8.1.5).

' Сформировать стиль переходных отверстий. Для этого нажать

на кнопку Via Style. Откроется окно Options Via Style

(рис. 8,1.6). По умолчанию имеется только стиль Default.

Для формирования собственного стиля необходимо нажать

кнопку Сору, Появится окно Copy Via Style (рис. 8.1.7). В поле

Via Name задать имя Via_l, нажать ОК. В списке стилей переходных отверстий появится новый стиль — Via_l. Необходимо выде­лить его цветом и нажать на кнопку Modify (Simple). В результате появится окно Modify Via Style (Simple). В этом окне в области Туре следует указать Thru (сквозное), В области Hole задать Dia­meter 40 мил (1,0 мм). В полях Width и Height записать 50 мил (1,25 мм). В поле Shape выбрать Ellipse (рис. 8.1.8). Нажать ОК. В окне Options Via Style дважды щелкнуть по стилю Via_l. Этот стиль будет использоваться для переходных отверстий. Конфигурация автотрассировщика настроена