ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО СИСТЕМАМ P-CAD 2002 / 2004

Г.Х. Кутлуяров, В.С.Фетисов, Т.Р. Кудашев

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

P-CAD 2002 / 2004

Рекомендовано Редакционно-издательским советом УГАТУ

в качестве учебного пособия

Уфа 2006

ББК 32.973 (я7)

К95

Рецензенты:

научно-производственная фирма «Экситон-автоматика», г.Уфа;

генеральный  директор  кандидат технических наук  А.Н. Ермолаев;

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Машины и аппараты

бытового назначения» Уфимской государственной академии экономики и сервиса

М.А.Ураксеев

Кутлуяров Г.Х., Фетисов В.С., Кудашев Т.Р.

К95 Cистемы автоматизированного проектирования печатных плат P-CAD 2002/2004.: учеб. пособие / Г.Х. Кутлуяров, В.С.Фетисов, Т.Р. Кудашев; Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т,  Уфимск. гос. нефт. техн. ун-т. – Уфа: УГАТУ, 2006. – 148 с.

ISBN 5-86911-606-6

Описаны методы и приемы работы с программами популярного пакета САПР PCAD последних версий, рассчитанные на рациональную и быструю разработку топологии печатных плат. Предназначено для студентов приборостроительных специальностей.

    Табл. 4. Ил. 103. Библиогр.: 7 назв.

     УДК 004.9 (07)

                                                                         ББК 32.973 (я7)

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 6

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО СИСТЕМАМ P-CAD 2002 / 2004. 9

2. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ В СИСТЕМЕ P-CAD.. 12

3. СОЗДАНИЕ УСЛОВНЫХ ГРАФИЧЕСКИХ ОБОЗНАЧЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ.. 16

3.1. Общие сведения. 16

3.2 Создание шаблона. 17

3.3. Пример создания символа элемента SN5400

с помощью мастера символов. 22

3.4. Пример создания символа элемента SN74107

с помощью мастера символов. 30

3.5. Пример создания символа элемента РШ16

с помощью мастера символов. 36

3.6. Пример создания символа элемента GND.. 42

3.7. Пример создания символа элемента +5V.. 45

4. СОЗДАНИЕ ПОСАДОЧНЫХ МЕСТ. 48

4.1. Создание шаблона. 48

4.2. Пример создания посадочного места компонента со штыревыми контактами SN74107 с помощью мастера посадочных мест. 53

4.3. Пример создания посадочного места со штыревыми контактами   РШ16  в ручном режиме. 57

4.4. Пример создания посадочного места с планарными контактами

SN5400 с помощью мастера посадочных мест. 62

5. ЗАНЕСЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ В БИБЛИОТЕКУ  С ПОМОЩЬЮ УТИЛИТЫ LIBRARY EXECUTIVE 66

5.1. Общие сведения. 66

5.2. Пример занесения в библиотеку компонента SN5400. 66

5.3. Пример занесения в библиотеку компонента SN74107. 69

5.4. Пример занесения в библиотеку компонента РШ16. 71

5.5. Пример занесения в библиотеку символа +5V.. 74

5.6. Пример занесения в библиотеку символа GND.. 75

6. СОЗДАНИЕ УГЛОВОГО ШТАМПА ЧЕРТЕЖА И ФОРМАТОК.. 76

6.1. Создание шаблона. 76

6.2. Создание графики углового штампа чертежа. 81

6.3. Создание текстовых надписей. 86

6.4. Создание дополнительных полей. 87

6.5. Создание форматки чертежа. 90

6.6. Подключение форматки чертежа к проекту. 92

7. ПРИМЕР СОЗДАНИЯ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ

В P-CAD SСHEMATIC.. 95

7.1. Создание принципиальной схемы.. 95

7.2. Создание классов цепей. 100

7.3. Верификация схемы с помощью утилиты ERC.. 102

7.4. Создание списка соединений. 106

8. УПАКОВКА СХЕМЫ НА ПЕЧАТНУЮ ПЛАТУ В P-CAD PCB.. 107

8.1. Общие сведения. 107

8.2. Создание шаблона. 109

8.3. Размещение компонентов на печатной плате. 111

8.4. Размещение компонентов и создание

их электрических связей вручную.. 114

9. РУЧНАЯ ТРАССИРОВКА ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ В РЕДАКТОРЕ  PCB.. 119

9.1. Выполнение ручной трассировки. 119

9.2. Проверка соблюдения технологических норм

с помощью утилиты DRC.. 124

9.3. Интерактивная трассировка. 125

10. ПРОГРАММА АВТОМАТИЧЕСКОЙ ТРАССИРОВКИ ПРОВОДНИКОВ P‑CAD QUICK ROUTE. 127

 ЛИТЕРАТУРА.. 133

Приложение A. Комментарии по заполнению таблицы
с упаковочной информацией в Library Executive. 134

Приложение Б. Глоссарий. 137

Приложение В. Схема электрическая принципиальная для сквозного
учебного примера. 147

Приложение Г. Цоколевка компонентов для сквозного
учебного примера. 148

ВВЕДЕНИЕ

Система P-CAD на сего­дняшний день является одной из самых известных и распространенных в нашей стране систем автоматизированного проектирования печатных плат. Свое название P-CAD (Personal Computer Aided Design) пакет получил по имени разработавшей его фирмы – Personal CAD Systems. В силу ряда причин первые версии этого продукта 1.0, 2.0 и 3.0, созданные названной фирмой в 1985‑1987 годах, не получили в нашей стране заметного распространения.

В 1988 году права на P-CAD получила фирма CADAM Company, которая выпустила версию P-CAD 4.50, завоевавшую большую популярность и в Советском Союзе. Она была русифицирована, для нее были созданы обширные библиотеки отечественных компонентов, а главное, именно для нее были решены проблемы выхода на отечественное технологическое оборудование – фотоплоттеры и сверлильные автоматы. Благодаря этим достижениям P-CAD 4.50 до сих пор находит применение на российских предприятиях электронной промышленности.

В 1992 году P-CAD опять сменил своего хозяина, теперь его владельцем стала фирма Altium, которая серьезно изменила пакет. Уже в июне 1992 года она выпустила версию P-CAD 6.0, в которой перешла к арифметике с плавающей запятой. Благодаря этому на два порядка повысилась разрешающая способность графических редакторов, были устранены мно­гие проблемы и практически сняты ограничения на сложность проекта. Еще одно достоинство этой версии – повышение качества трассировки печатных плат за счет устранения ошибок в алгоритме оптимизации P‑CAD 4.50. Но изменение форматов данных из-за перехода от 16- к 32-разрядным форматам описания данных потребовало создания специальных программ для конвертации существующих библиотек. Версия была русифицирована. Под русификацией в случае этой версии и версии 4.50 подразумевается только возможность нанесения символов кириллицы на схему и плату.

В октябре 1993 года появилась версия 7.0, а в сентябре 1994 года версия 8.0 системы. Основные изменения были внесены в интерфейс системы, что повысило удобство работы с ней.

В 1995 году права на пакет приобрела американская фирма ACCEL Technologies, которая вскоре завершила DOS-линию версий пакета, выпустив в начале 1997 года их заключительный релиз – P-CAD 8.7. За девять месяцев до этого фирма организовала презентацию давно ожидаемой версии системы для Windows. Она получила новое название – ACCEL EDA, в котором отражалось название фирмы и назначение пакета (EDA – Electronic Design Automation). В качестве стартового номера версии новой программы был выбран 12. Осенью 1997 года была выпущена 13‑я версия ACCEL EDA, в которой были произведены некоторые изменения по сравнению с версией 12. Так, в частности, было увеличено число одновременно открытых библиотек с 10 до 99, добавлена утилита lnterRoute Gold для интерактивной трассировки, введены отдельные новые команды по работе с файлами и параметрами проекта.

В 1998 году была выпущена версия 14, а в сентябре 1999 года версия 15 пакета ACCEL EDA. В январе 2000 года произошло слияние двух ведущих разработчиков EDA-систем – австралийской фирмы Protel International и американской ACCEL Technologies, которые объединили свои совместные усилия под торговой маркой фирмы Protel. Фирма Protel (ныне Altium) решила вернуть прежнее название пакету. Он стал называться P-CAD 2000. Фирма Protel много сделала для развития пакета P-CAD и доведения его функциональности до уровня своего базового пакета Protel. Так, в состав пакета P-CAD 2000 был внедрен новый бессеточный трассировщик P-CAD Shape Route, который составил конкуренцию трассировщику SPECCTRA фирмы Cadance. В версии P-CAD 2001 в пакет была добавлена система моделирования аналоговых, цифровых и смешанных (аналого-цифровых) схем SIM99, использующая популярный стандарт SPICE, что перевело Р-CAD из разряда чисто конструкторских систем проектирования печатных плат в систему сквозного проектирования электронных устройств. Дальнейшее развитие система проектирования получила в версии P-CAD 2002, где во всех графических редакторах появилась поддержка «мыши с колесиком», в редакторе печатных плат появился новый инструмент навигации – Design Manager (Менеджер проекта) и возможность раскрашивать линии электрических соединений (connection) в разные цвета.

В конце 2004 года появилась давно ожидаемая версия P-CAD 2004. Вопреки прогнозам система сохранила привычный интерфейс. Все внесенные изменения коснулись только редактора печатных плат. Наиболее значимым из них явилась замена автотрассировщика P-CAD Shape Route на новый автотрассировщик  Situs, хотя есть и другие отличия.

САПР P‑CAD очень активно используется в нашей стране начиная с 80-х годов прошлого века и стала своеобразным «стандартом» для отечественных разработчиков. За прошедшие два десятка лет менялись версии системы, ее официальные названия, фирмы-разработчики и компании-владельцы торговых марок. Особая же приверженность российских разработчиков электронной техники к системе P-CAD осталась неизменной. Последние версии P-CAD вобрали в себя все лучшее, что накоплено в мире по части технологии разработки печатных плат, поэтому они у нас весьма популярны.

Литература по САПР P-CAD издана в виде объёмных справочных руководств, ориентироваться в которых начинающему пользователю сложно. Cамостоятельное  полное изучение указанных программных пакетов требует достаточно длительного времени.  Выход видится в таком использовании пакета P-CAD, при котором начинающий пользователь, не вникая во многие подробности работы программ и их взаимодействия, действует согласно специальной инструкции, составленной по принципу «читай и делай» и ориентированной на решение конкретной задачи – получение чертежа ПП исходя из заданной принципиальной схемы. Роль такой инструкции и призвано сыграть это учебное пособие. Оно будет полезно и студентам, изучающим в данный момент САПР в соответствующих специальных курсах, и студентам-дипломникам, желающим быстро восстановить некоторые знания и навыки, полученные ранее. И, конечно, особую роль эта книга должна сыграть в обучении студентов-заочников, для которых специальная литература по САПР часто бывает недоступна.

Пособие не является полным руководством по пользованию системой. В нем собраны лишь самые необходимые сведения по пакету, описаны самые рациональные приемы работы, рассчитанные на быстрое получение топологии ПП. Пособие поможет быстро освоить основы технологии разработки ПП в среде САПР P‑CAD 2002 или P‑CAD 2004 и сократить до минимума трудозатраты на этот процесс.

Изложение материала ведется, в основном, применительно к пакету P-CAD 2004. P-CAD 2002 отличается незначительно, и там, где эти отличия действительно существенны, в тексте есть специальные разъяснения. Для удобства в тексте приведены как русскоязычные, так и англоязычные варианты пунктов меню и команд.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО СИСТЕМАМ P-CAD 2002 / 2004

Современные пакеты P-CAD версий 2002 / 2004 (далее по тексту просто P‑CAD или пакет) очень помогают конструктору на различных стадиях процесса разработки электронных устройств, а именно они позволяют:

- быстро разработать электрическую принципиальную схему устройства, используя библиотечные условные графические обозначения (символы) компонентов;

- выполнить интерактивное размещение компонентов на заготовке ПП;

- произвести трассировку электрических проводников на ПП в ручном, автоматизированном интерактивном или полностью автоматическом режимах;

- произвести проверку соответствия разработанной топологии ПП правилам проектирования;

- распечатать полученную конструкторскую документацию или транслировать ее в форматы других систем (например, в формат .dxf для систем AutoCAD или КОМПАС);

- подготовить информацию в специальных форматах для технологического оборудования (фотоплоттеров, сверлильных и фрезерных станков с ЧПУ).

Пакет работает в операционных системах Windows на IBM PC-совместимых компьютерах.

Минимальные требования для установки таковы. Для P‑CAD 2002:

· Windows 95/98

· PC with Pentium II 300 MHz

· 128 MB RAM

· 400 MB Hard Disk Space (without ISO component libraries)

· Desktop area 1024x768 pixels

· 16-bit Color Palette

· CD-ROM Drive

· Mouse

Для P‑CAD 2004:

· Windows 2000/XP

· PC with Pentium IV 1800 MHz

· 1GB RAM

· 2 GB Hard Disk Space

· Desktop area 1280x1024 pixels

· 32-bit Color Palette, 32 MB Graphic Card

· CD-ROM Drive

· Mouse

Пакет состоит из отдельных программ, главными из которых являются графические редакторы P-CAD Schematic и P-CAD PCB. Первый из них предназначен для создания принципиальных схем, а второй – для разработки монтажных схем (размещения компонентов на плате) и топологии печатных проводников. Пользователь обычно в начале сеанса работы запускает один из этих редакторов, из среды которых можно перейти затем к любой другой программе P-CAD. Другие программы пакета играют менее важную роль в процессе проектирования и часто носят вспомогательный характер. Многие из них начинающему пользователю вообще пока не понадобятся. Перечислим их в порядке уменьшения значимости. 

Для автоматической трассировки используют специальные программы-автотрассировщики. Таковыми являются, например, Quick Route (простой сеточный трассировщик, есть в версии и 2002, и 2004) и мощные трассировщики, работающие по так называемым бессеточным алгоритмам Shape Route (P-CAD 2002) и Situs (P-CAD 2004). Их запуск осуществляется из редактора P-CAD PCB.

Программа Document ToolBox предназначена для автоматического создания текстовой технической документации, сопровождающей как принципиальную схему, так и чертеж платы (речь идет о таких вспомогательных элементах чертежей, как таблица разводки питания или таблица отверстий). Она интегрирована в графические редакторы.

Программы Symbol Editor и Pattern Editor являются специальными редакторами для создания новых библиотечных компонентов. В первом из них редактируют изображения символов (для принципиальных схем), а во втором – изображения посадочных мест. Программа Library Executive является средством управления библиотеками. Она позволяет интегрировать в одном файле графическую информацию о символах, посадочных местах компонентов и текстовую упаковочную информацию. Последние три программы, кроме того, что могут запускаться из среды P-CAD Schematic или P-CAD PCB, имеют еще возможность автономного запуска.

В комплект поставки P-CAD включено множество фирменных библиотек. В P-CAD 2004 библиотеки, конечно, богаче и разнообразнее, чем в P-CAD 2002. Символы компонентов в этих библиотеках, как правило, не соответствуют действующим российским ГОСТам. Однако их можно легко доработать.

Программа P-CAD Relay является еще одним графическим редактором. По сути, это упрощенный вариант редактора PCB. Он больше ориентирован на заказчика или составителя технического задания на разработку платы. В нем выполняют предварительное размещение компонентов, задают зазоры, выполняют трассировку отдельных цепей и т.д. Программа может устанавливаться и запускаться отдельно от всего пакета.

Программы P-CAD DRC и P-CAD ERC – это утилиты соответственно для проверки топологии платы на соблюдение технологических норм и для проверки схемы на предмет ошибок или особенностей электрических соединений. Утилиты интегрированы в соответствующие графические редакторы.

Утилита P-CAD ECO (Engineering Change Order) позволяет автоматизировать внесение корректировок в топологию уже разработанной платы, если в принципиальной схеме появляются изменения, и наоборот, автоматизировать внесение изменений в схему, если появились какие-то изменения в конструкции платы.

Утилита P-CAD InterPlace предназначена для оптимального интерактивного размещения компонентов по плате с учетом различных условий и ограничений.

Утилита P-CAD Signal Integrity предназначена для анализа целостности сигналов, что особенно важно для разработчиков скоростных плат. Анализ этот выполняется с учетом паразитных емкостей и индуктивностей печатных проводников. Проверяются эффекты наводок, перекрестных помех, ухудшения фронтов.

Комплекс программ CAMTastic предназначен для подготовки управляющих файлов для фотоплоттеров и станков с ЧПУ.