49200

Разработка печатного узла устройства с помощью пакета программ САПР Altium Designer

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Чтобы создать новую библиотеку необходимо выполнить следующую последовательность действий: Выбрать команду библиотека. выбрать метрическая система единиц единицы Millimetrs ок. в открывшемся окне выбираем Grids выбрать шаг сетки 5 мм.SchLit щелкнуть ПК опции примитивы по умолчанию В списке примитивов выбрать Librry Objects.

Русский

2013-12-22

5.01 MB

101 чел.

ВВЕДЕНИЕ

  Основой    научно-технического    прогресса    является    широкое    использование электронно-вычислительной аппаратуры (ЭВА) во всех областях техники и народного хозяйства.     

 Это сложный комплекс устройств вычислительной техники, предназначенный для электронной   обработки   информации, заключающейся   в   хранении, преобразовании   и отображении ее в форму, удобную для восприятия пользователем. В настоящее время во всем мире проектирование современной радиоэлектронной аппаратуры невозможно без применения средств автоматизированного проектирования. Для проектирования узлов печатных плат широкое распространение получила система P-CAD и Altium Designer достаточно длительное время успешно применяемая в организациях и предприятиях России. Эта система позволяет выполнить полный цикл проектирования ПП, включающий создание условных графических обозначений электрорадиоэлементов, разработку посадочных мест ЭРЭ на ПП, ввод и редактирование электрических схем, упаковку схем на ПП, размещение ЭРЭ на ПП, ручную интерактивную и автоматическую трассировку проводников, контроль ошибок в схеме и на ПП и выпуск конструкторско-технологической документации.

   В данной курсовой работе необходимо разработать печатный узел какого-нибудь устройства с помощью пакета программ САПР Altium Designer. В качестве такого устройства выбран фрагмент схемы приемника.

  1.  Обзор САПР РЭС.

Наиболее часто для проектирования электронных устройств применяются САПР Micro-Cap, Electronics Workbench, CircuitMaker, OrCAD, P-CAD, Protel, Mentor Graphics, Cadence Design Systems, Expedition РСВ, Altium Designer и другие.

Пакет Expedition РСВ представляет сейчас наиболее мощное решение в области проектирования плат. Основу системы составляет среда AutoActive, позволяющая реализовать такие функции, как пред топологический анализ целостности сигналов, интерактивная и автоматическая трассировка с учётом требований высокочастотных плат и специальных технологических ограничений, накладываемых использованием современной элементной базы (BGA). Единая среда позволяет с помощью модуля ICX моделировать наводки в проводниках непосредственно при прокладке трассы или шины и контролировать превышение ими заданного уровня. У данного продукта можно отметить только один недостаток - его высокую стоимость, что является немаловажным препятствием для проникновения на российский рынок.

Другой продукт компании Mentor, система PADS PowerPCB (http://www.pads.com/) предлагает более дешёвое решение. Эта система может похвастаться лучшим авто трассировщиком BlaseRouter, поддерживающим все необходимые при трассировке высокочастотных плат функции. Пакет имеет модули предтопологичекого (Hyperlinks LineSim) и посттопологического (Hyperlinks BoardSim) анализа, тесно взаимодействующих с системой контроля ограничений. Сейчас эти модули значительно улучшены за счёт внедрения в них оригинальных алгоритмов моделирования, ранее применявшихся в продукте ХТК компании Innoveda.

Далее по мощности предлагаемых решений идёт компания Cadence. Для верхнего уровня проектирования предлагается пакет РСВ Design Studio (http://www.pcb.cadence.com/). В качестве редактора печатных плат здесь используется программа Allegro, позволяющая разрабатывать многослойные и высокоскоростные платы с высокой плотностью размещения компонентов. В качестве штатного модуля авторазмещения и автотрассировки здесь используется программа SPECCTRA (http://www.specctra.com/), управляемая обширным набором правил проектирования и технологических ограничений. Анализ электромагнитной совместимости топологии платы выполняется с помощью специального модуля SPECCTRAQuest SI Expert, для предварительного анализа проекта и подготовки наборов правил проектирования используется модуль SigXplorer.

Другой продукт компании Cadence, пакет OrCAD (http://www.orcad.com/) рекомендуется как более лёгкое и дешёвое решение для проектирования печатных плат. В последнее время продукт почти не развивается, о чём косвенно свидетельствуют номера последних версий (9.1, 9.2, 9.22, 9.23). Данный пакет рассматривается фирмой Cadence как приоритетная система ввода проектов и моделирования: модули Capture CIS и PSpice сейчас поставляются в составе пакета РСВ Design Studio. В самую последнюю версию системы OrCAD вошли новые возможности синтеза и моделирования цифровых логических схем NC Sim. Редактор печатных плат OrCAD Layout имеет три различные конфигурации с разными функциональными возможностями. В проекте платы здесь может присутствовать до 30 слоев, 16 из которых могут быть сигнальными. Имеются встроенные средства авторазмещения и автотрассировки, а также интерфейс с программой SPECCTRA.

Отдельной задачей проектирования печатных плат является тепловой анализ. Наиболее мощным решением в этой области является программа BETA Soft-Board компании Dynamic Soft Analysis (http://www.betasoft-thermal.com/). Здесь также имеются интерфейсы импорта проектов из всех выше перечисленных продуктов, богатые библиотеки моделей и материалов. В процессе расчёта могут быть получены температуры отдельных компонентов, карты прогрева плат, градиент температур. Отметим, что программа BETASoff-Board поставляется как штатное средство теплового моделирования для продуктов Mentor Graphics.

P-CAD — самая известная в России система проектирования печатных плат. Разные модули пакета организуют сквозной цикл проектирования: от ввода принципиальной схемы до получения технологических управляющих файлов. Разные заказные конфигурации позволяют гибко подойти к оснащению рабочих мест специалистов разного профиля.

Одним из наиболее простых и узкоспецифичных САПР является P-CAD 2004. Это интегрированный пакет программ, предназначенных для проектирования однослойных, двуслойных и многослойных печатных плат. Он включает в себя средства интерактивного и автоматизированного проектирования. Система предназначена для проектирования печатной платы, начиная от схемы электрической принципиальной и заканчивая полной конструкторской документацией на печатную плату включая выдачу данных в производство (файлы сверловки; фотошаблоны).

Altium Designer - это система, позволяющая реализовывать проекты электронных средств на уровне схемы или программного кода с последующей передачей информации проектировщику ПЛИС или печатной платы. Отличительной особенностью программы является проектная структура и сквозная целостность ведения разработки на разных уровнях проектирования. Иными словами, изменения в разработке на уровне платы могут мгновенно быть переданы на уровень ПЛИС или схемы и так же обратно. Так же в качестве приоритетного направления разработчиков данной программы стоит отметить интеграцию ECAD и MCAD систем. Теперь разработка печатной платы возможна в трёхмерном виде с двунаправленной передачей информации в механические САПР (Solid Works, Pro/ENGINEER и др.)

   Данный пакет состоит из двух продуктов, базирующихся на единой интегрированной платформе DXP, возможность работы с тем или иным из них зависит от типа приобретённой лицензии:

Altium Designer Custom Board Front-End Design — Проектирование ПЛИС, схемотехническое проектирование и моделирование.

Altium Designer Custom Board Implementation — Проектирование печатных плат и ПЛИС.

   В состав программного комплекса Altium Designer входит весь необходимый инструментарий для разработки, редактирования и отладки проектов на базе электрических схем и ПЛИС. Редактор схем позволяет вводить многоиерархические и многоканальные схемы любой сложности, а также проводить смешанное цифро-аналоговое моделирование. Библиотеки программы содержат более 90 тысяч готовых компонентов, у многих из которых имеются модели посадочных мест, SPICE и IBIS-модели, а также трёхмерные модели. Любую из вышеперечисленных моделей можно создать внутренними средствами программы.

   Редактор печатных плат Altium Designer содержит мощные средства интерактивного размещения компонентов и трассировки проводников, которые совместно с интуитивной и полностью визуализированной системой установки правил проектирования максимально упрощают процесс разработки электроники. Инструменты трассировки учитывают все требования, предъявляемые современными технологиями разработок, например, при трассировке дифференциальных пар или высокочастотных участков плат. В состав программы входит автоматический трассировщик Situs, в котором используются наиболее прогрессивные алгоритмы трассировки печатных проводников. Принципиальным отличием последней версии Altium Designer является поддержка двунаправленной работы с механическими деталями и моделями компонентов в формате STEP, которые могут быть импортированы/экспортированы из механических САПР.

Работа над всеми частями проекта ведётся в единой управляющей оболочке Design Explorer, что позволяет разработчику контролировать целостность проекта на всех этапах проектирования. Таким образом, изменения, внесённые на любом этапе разработки, автоматически передаются на все связанные стадии проекта. В дополнение к мощным средствам разработки, Altium Designer имеет широкие возможности импорта и экспорта сторонних систем проектирования и поддерживает практически все стандартные форматы выходных файлов (Gerber, ODB++, DXF и т. д.).      

Полностью поддерживаются все наработки в виде схем, плат и библиотек, разработанные в последних версиях P-CAD.

2. СОЗДАНИЕ УСЛОВНО ГРАФИЧЕСКИХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

В САПР Altium Designer Schematic library.

   Схемные образы конструктивных элементов создаются в пакете САПР Altium Designer средствами schematic library.  Для работы в программу необходимо произвести ряд следующих настроек, общих для разработки всех схемных образов (УГО).

  В Altium Designer условные графические обозначения содержатся в интегральных библиотеках, в которых принят групповой метод хранения всех составных частей. Это значит, что на диске компьютера хранится один файл на целую библиотеку. Чтобы создать новую библиотеку необходимо выполнить следующую последовательность действий:

  1.  Выбрать команду, библиотека.SchLit.
  2.  В открывшемся окне выбираем, Инструменты\опции документа.

В настройках редактора, задать размер А4, пометить галочкой скрыть выводы, показывать обозн. и комментарии, размер листа задается по ходу.

В ед.изм. выбрать метрическая система единиц, единицы Millimetrs \ок.

  1.  Снова выбираем, Инструменты\ настройки редактора схем.

в открывшемся окне выбираем Grids, выбрать шаг сетки 5 мм.

  1.  В рабочем поле, библиотека.SchLit щелкнуть ПК\опции\примитивы по умолчанию

В списке примитивов выбрать Library Objects.

Где comment, поставить в низу галочку, выбираем миллиметры\правка

После того как открылись свойства параметра, выполняем равнение Centr, Centr, поставить галочки синхронизировать с базой данных и синхронизировать с библиотекой \ ок.

Designator\ выполняем тоже самое, что и в comment. \Ок\файл\сохранить все.

Порядок разработки посадочных мест для разных ЭРЭ одинаков.

      УГО транзистора:

- Выбрать команду опции\Grids и установить шаг сетки 1.0 мм.

- Выбрать команду опции\ размещение\ линия. Выбрать линию черчения small и стиль Solid.

- Увеличить рабочее поле так, чтобы была видна рабочая сетка.

- выбрать команду размещение\ линия. Нарисовать чертеж транзистора, в соответствии с технической документацией (окружность радиусом 5 мм).

- Выбрать команду Опции\ Примитивы по умолчанию\Pin. В окне ввести длину вывода 5 мм. Установить три вывода.

- Ввести атрибуты элемента. Type (тип элемента) Ref Des (порядковый номер).

- Записать созданный схемный образ в библиотеку. Сохранить все.

- В результате должен получиться схемный образ, представленный на рис.1.

Рис. 1. УГО Транзистора

    УГО резистора:

- Произвести настройки редактора.

- Выбрать команду Опции\ Сетки \ Grids и установить шаг сетки 2 мм.

- Выбрать команду опции\ размещение\ линия. Выбрать линию черчения small и стиль Solid.

- Увеличить рабочее поле так, чтобы была видна рабочая сетка.

- Выбрать команду Размещение \ Линия. Нарисовать чертеж резистора в соответствии с технической документацией (прямоугольник 10x4 мм).

- Выбрать команду Опции\ Примитивы по умолчанию\Pin. В окне ввести длину вывода 5 мм.

Установить 2 вывода.

- Ввести атрибуты элемента. Value (номинал элемента) Ref Des (порядковый номер).

- В результате должен получиться схемный образ, представленный на рис. 2.

Рис. 2. УГО резистора.

    УГО конденсатора:

- Произвести настройки редактора.

- Выбрать команду Опции\ Сетки \ Grids и установить шаг сетки равный 2.0 мм.

- Выбрать команду опции\ размещение\ линия. Выбрать линию черчения small и стиль Solid.

- Увеличить рабочее поле так, чтобы была видна рабочая сетка.

- Выбрать команду Размещение \ Линия. Нарисовать чертеж конденсатора в соответствии с технической документацией (две вертикальные линии длиной 8 мм, и 2 мм между ними, если конденсатор электролетический, то рядом с одной из обкладок необходимо нарисовать знак «+».)

- Выбрать команду Опции\ Примитивы по умолчанию\Pin. В окне ввести длину вывода 5 мм.

Установить 2 вывода.

- Ввести атрибуты элемента. Ref Des (порядковый номер).

- Записать созданный схемный образ в библиотеку. Файл\ Сохранить все.

- В результате должен получиться схемный образ, представленный на рис. 3.

Рис. 3. УГО конденсатора.

    УГО катушки индуктивности:

- Произвести настройки редактора.

- Выбрать команду Опции\ Сетки \ Grids и установить шаг сетки равный 1.0 мм.

- Выбрать команду опции\ размещение\ линия. Выбрать линию черчения small и стиль Solid.

- Увеличить рабочее поле так, чтобы была видна рабочая сетка.

- Выбрать команду Размещение \ Линия. Нарисовать чертеж конденсатора в соответствии с технической документацией (четыре дуги соединенные в ряд, радиусом 1 мм).

- Выбрать команду Опции\ Примитивы по умолчанию\Pin. В окне ввести длину вывода 5 мм.

Установить 2 вывода.

- Ввести атрибуты элемента. Ref Des (порядковый номер).

- Записать созданный схемный образ в библиотеку. Файл\ Сохранить все.

- В результате должен получиться схемный образ, представленный на рис. 4.

Рис. 4. УГО катушки индуктивности.

     Аналогичным образом рисуются все типы условно-графических обозначений, в том числе и УГО корпуса (одна горизонтальная линия длинной 8 мм), схемный образ представлен на рис. 5.   

Рис. 5. УГО корпуса (заземления).

   УГО соединителя:

- Произвести настройки редактора.

- Выбрать команду Опции\ Сетки \ Grids и установить шаг сетки равный 2.5 мм.

- Выбрать команду опции\ размещение\ линия. Выбрать линию черчения small и стиль Solid.

- Увеличить рабочее поле так, чтобы была видна рабочая сетка.

- Выбрать команду Размещение \ Линия. Нарисовать чертеж конденсатора в соответствии с технической документацией (6 прямоугольников 5x22,5).

- Выбрать команду Опции\ Примитивы по умолчанию\Pin. В окне ввести длину вывода 5 мм.

Установить 6 выводов.

- Ввести атрибуты элемента. Ref Des (порядковый номер).

- Записать созданный схемный образ в библиотеку. Файл\ Сохранить все.

- В результате должен получиться схемный образ, представленный на рис. 6

.

Рис. 6. УГО соединителя.

УГО микросхемы К2УС242:

- Произвести настройки редактора.

- Выбрать команду Опции\ Сетки \ Grids и установить шаг сетки равный 2.5 мм.

- Выбрать команду опции\ размещение\ линия. Выбрать линию черчения small и стиль Solid.

- Увеличить рабочее поле так, чтобы была видна рабочая сетка.

- Выбрать команду Размещение \ Линия. Нарисовать чертеж соединителя в соответствии с технической документацией (прямоугольник 18x15).

- Выбрать команду Опции\ Примитивы по умолчанию\Pin. В окне ввести длину вывода 5 мм.

Установить 8 выводов.

- Ввести атрибуты элемента. Ref Des (порядковый номер).

- Записать созданный схемный образ в библиотеку. Файл\ Сохранить все.

- В результате должен получиться схемный образ, представленный на рис. 7.

Рис. 7. УГО микросхемы К2УС242.

3. СОЗДАНИЕ ПОСАДОЧНЫХ МЕСТ В САПР Altium Designer

    Посадочное место – это комплекс конструктивных элементов печатной платы, предназначенный для монтажа отдельного элемента (компонента). В него входят в разных сочетаниях контактные площадки, металлизированные отверстия, печатные проводники на наружных слоях и гладкие крепежные отверстия, кроме того, посадочное место может включать в себя параметры защитной и паяльной масок, а также элементы маркировки и графические элементы сборочного чертежа

   Порядок разработки посадочных мест для разных ЭРЭ одинаков.

  Настройка редактора:

  1.   Вызвать команду Опции \ Опции библиотеки и в области единицы измерения поставить Metric.
  2.  В этом же окне установить размер рабочего поля в области позиция листа (1500x1500).
  3.  Установить шаг сетки 1..25 мм.
  4.  Увеличить рабочее поле так чтобы была видна выбранная сетка.  
  5.  В меню Опции\ Размещение линии выбрать ширину линии 0.3 мм.
  6.  Для начала проектирования посадочных мест необходимо создать стили посадочных мест. Для этого нужно вызвать команду Размещение\Контактная площадка и нажать кнопку Tab. В окне выбрать стой Top Layer в поле Размеры и форма выбрать форму Round. – ОК. Поставить галочку металлизировать. В области заужение паяльной пасты, выбрать индивидуальное и указать 0,1 мм. В области превышение защитной маски, выбрать индивидуальное и указать 0,1 мм. В области Длина и ширина ввести 0.8. Нажать ОК.

  ПМ транзистора КТ315А:

    Посадочное место для транзистора представляет собой три контактные площадки, диаметром 0,8 мм и расположены в слое Multi-Layer. Контур транзистора –прямоугольник длиной 7,2, шириной 2,6. Базе соответствует КП №3, коллектору - КП №2, эмиттеру –КП №1. Точка привязки в КП №1. В области PCB выбрать PCB Library дать имя КТ315А. Посадочное место представлено на рисунке 8.

Рис. 8. ПМ для транзистора.

   ПМ для резистора С2-22 8,2 кОм, 6,8 кОм, 5,1 кОм:

    Посадочное место для резистора представляет собой две контактные площадки диаметром 1,2/0,8мм расположены в слое Multi-Layer, на расстоянии 10 мм. Контур резистора – прямоугольник 3х7 мм. Посадочное место представлено на рис. 9.

Рис.9. ПМ для резистора.

   ПМ для конденсатора К10 -17 - 5600 пФ

     Посадочное место для конденсатора представляет собой две контактные площадки диаметром 1,2/0,8мм в слое Multi-Layer, на расстоянии 2,5 мм. Контур конденсатора – прямоугольник со сторонами 12х8,6 мм. Посадочное место представлено на рис. 10.

Рис.10 ПМ конденсатора К10-17 – 5600 пФ.

   ПМ для конденсатора К10 -17 - 30 пФ

      Посадочное место для конденсатора представляет собой две контактные площадки диаметром 1,2/0,8мм в слое Multi-Layer, на расстоянии 2,5 мм. Контур конденсатора – прямоугольник со сторонами 8,4х6,7 мм. Посадочное место представлено на рис. 11.

Рис.11. ПМ конденсатора К10-17 – 30 пФ.

   ПМ для конденсатора К10 -17 - 10 пФ и К10-17 – 1 пФ.

     Посадочное место для конденсатора представляет собой две контактные площадки диаметром 1,2/0,8мм в слое Multi-Layer, на расстоянии 2,5 мм. Контур конденсатора – прямоугольник со сторонами 6,8х4,6 мм. Посадочное место представлено на рис.12.

Рис.12. ПМ конденсатора К10-17 10 пФ.

     ПМ для катушки индуктивности:

      Посадочное место для катушки индуктивности представляет собой две контактные площадки диаметром 1,2/0,8мм расположены в слое Multi-Layer, на расстоянии 10 мм.. Контур катушки - прямоугольник 8х4 мм. Посадочное место представлено на рис. 13.

Рис.13 ПМ катушки индуктивности.

     ПМ микросхемы К2УС242

     Посадочное место для микросхемы представляет собой девять контактных площадкок, Контактные площадки диаметром 0,8 мм и расположены в слое Multi-Layer.

Контур микросхемы – прямоугольник длиной 22 мм и шириной 4,5 мм.  КП №1, соответствует входу, КП №9 питание, КП №3 выход. Точка привязки в КП №1. Посадочное место представлено на рис. 14.

Рис.14. ПМ микросхемы К2УС242.

     ПМ для соединителя FDC-6

    Посадочное место для соединителя представляет собой 6 контактных площадок диаметром 1,2/0,8мм в слое Multi-Layer, на расстоянии 2,5 мм друг от друга в 2 ряда. Контур соединителя – прямоугольник со сторонами 7,5х5 мм. Посадочное место представлено на рис. 15.

Рис.15 ПМ соединителя FDC-6.

   Аналогичным образом создаются ПМ для всех типов ЭРЭ используются в конкретной разработке, в том числе и ПМ для корпуса или для соединителя, которая представляет собой 1 КП с диаметром 1,2/0,8 мм. Посадочное место представлено на рис. 16.

Рис.16 КП для корпуса (земли).

4. УПАКОВКА ВЫВОДОВ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В САПР Altium Designer.

      Для связи условного графического обозначения элемента схемы с посадочным местом на плате необходимо совершить упаковку, т.е. сопоставить их выводы и ввести дополнительную информацию. В пакете Altium Designer упаковка совершается средствами программы Schematic Library. Порядок действий упаковки элементов в программе Schematic Library одинаков для всех элементов, различие лишь в упаковочной информации, которая записывается в виде таблицы.

Порядок упаковки ЭРЭ:

  1.     Запустить Schematic Library.
  2.     Вызвать команду Sch Library. В открывшемся окне выбрать созданную ранее библиотеку.
  3.    В поле RefDes (позиционное обозначение) ввести следующую информацию: DA для микросхемы, R для резистора, С для конденсатора, VT для транзистора, L для катушки индуктивности и так далее.
  4.    В окне Editor нажать Add Footprint и в появившемся окне модель компонента на плате выбрать посадочное место. ОК.
  5.   Нажать кнопку вывод, и в открывшемся окне проверить сходимость упаковки выводов.
  6.  Выбрать команду Файл / Сохранить все и записать созданный библиотечный элемент под именем соответствующим названию элемента.

    Упаковочные таблицы приведены ниже, для:

Транзистора (рис 17); соединителя FDC-6. (рис.18), ИМС К2УС242 (рис.19), резистора (рис. 20); катушки индуктивности (рис. 21); конденсатора (рис. 22); корпуса (рис. 23).

Рис.17 Упаковочная таблица для транзистора.

Рис.18 Упаковочная таблица соединителя FDC-6.

Рис.19 Упаковочная таблица для ИМС К2УС242.

                      

Рис.20 Упаковочная таблица для резистора.

Рис.21 Упаковочная таблица для катушки индуктивности.

Рис.22 Упаковочная таблица для конденсатора.

Рис.23 Упаковочная таблица для корпуса.

5. СОЗДАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ РЕДАКТОРОМ Altium Designer.

     Создания схем электрических принципиальных в САПР Altium Designer осуществляется в графическом редакторе Схема. Для создания любой принципиальной схемы необходимо выполнить следующие действия.

  1.  После запуска редактора необходимо настроить его конфигурацию. Для этого нужно вызвать команду Опции \ Опции документа. В диалоговом окне в области Standard Style установить размер рабочего поля формата A3 и установить мм в области Ед.изм.  

  1.  Вызвать команду Опции \ Сетки и установить шаг сетки равный 1.25 мм.

  1.  Вызвать команду System \ и в одноименном окне нажать кнопку библиотеки. Далее нажать и выбрать библиотеку. ОК

  1.  В окне библиотеки \ выбрать нужный элемент, и установить элемент на рабочее поле

  1.  После установки элементов на рабочее поле вызвать команду Размещение \ Соединеие. Нажимая ЛК на начальном выводе затем на конечном поставить линии связи элементов, нажимая ПК когда необходимо завершить связь. Проделать эту операцию для всей схемы.

  1.  Сохранить созданную принципиальную схему. Для этого вызвать команду Файл \ Сохранить все.

  1.  Для того чтобы в дальнейшем осуществить автоматическое размещение элементов в редакторе РСВ, необходимо создать список соединений. Для этого нужно вызвать команду Проект\Compile PCBProject, нажать кнопку System / Messages если ошибок не обнаружено нажать ОК. Схема электрическая принципиальная представлена на рис.24.

Рис. 24. Схема электрическая принципиальная.

6. АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПП

       Цель аналитического расчёта состоит в определении минимально необходимой для размещения элементов схемы и других технологических зон модуля площади печатной платы.

    В общем случае печатная плата содержит пять основных технологических зон:

S1 - зона размещения электрорадиоэлементов;

S2 - зона размещения электрического соединителя;

S3 - зона размещения элементов управления, индикации и контроля;

S4 - зона размещения элементов крепления и фиксации;

S5 - зона размещения элементов повышения механической прочности.

    При этом площадь печатной платы (Sпл) будет определяться как сумма площадей указанных зон:

              Sпл = S1 + S2 + S3 + S4 + S5                            (1)

      После определения Sпл следует выбрать геометрические размеры платы, руководствуясь требованиями технического задания и/или предпочтительным рядом размеров плат.

 

  •    Определение площади S1

Зона размещения электрорадиоэлементов является основной и определяется по формуле:

                    S1 =                                      (2)                                        

     где Ks - коэффициент заполнения ПП ЭРЭ, определяемый в зависимости от класса РЭА в пределах 0,4...0,85; Sуст - установочная площадь ЭРЭ. Данные по каждому элементу представлены в таблице 1.

   Таблица 1

Габаритные размеры и установочные площади элементов 

 

N

Наименование

Количество

Установочные размеры

Площадь

1

Транзистор

КТ315А

1

7,2x2,6

18,72

2

Резистор

С2-22 5,1 кОм

1

17,0x3,0

51,0

3

Резистор

С2-22 8,2 кОм

1

17,0x3,0

51,0

4

Резистор

С2-22 6,8 кОм

1

17,0x3,0

51,0

5

Конденсатор

К10-17 5600 пФ

1

12,0x8,6

103,2

6

Конденсатор

К10-17 1 пФ

1

6,8x4,6

31,28

7

Конденсатор

К10-17 30 пф

1

8,4x6,7

56,28

8

Конденсатор

К10-17 10 пФ

1

6,8x4,6

31,28

9

Микросхема

К2УС242

1

22,0x4,5

99,0

10

Катушка

1

10,0x4,0

40,0

11

Разъем

FDC-6.

1

7,5x5,0

37,6

                                             Сумма

272,28

Ks=0,85; S1 = 320,33 мм 2.

 

     Определение площади S2

       Зона размещения электрического соединителя определяется в зависимости от установочных размеров соединителя. В случае, если соединитель не предусмотрен, тогда соединение осуществляется с помощью монтажных проводов и контактных площадок. Тогда требуется рассчитать площадь, необходимую для размещения этих площадок.

Если Sкп - площадь одной КП, D - расстояние между ними, N - количество площадок, то

                         

(3)

   где N - количество ЭРЭ; D - диаметр отверстия; V - расстояние между КП; n - количество КП ЭРЭ; K - количество ЭРЭ.

     

Все расчеты приведены в таблице 2.

Таблица 2

N

Наименование

Количество

D

V

n

Площадь

1

Транзистор

КТ315А

1

0,8

2,5

3

100,92

2

Резистор

С2-22 5,1 кОм

1

1,2

1,2

2

25.92

3

Резистор

С2-22 8,2 кОм

1

1,2

1,2

2

25.92

4

Резистор

С2-22 6,8 кОм

1

1,2

1,2

2

25.92

5

Конденсатор

К10-17 5600 пФ

1

1,2

1,2

2

20,48

6

Конденсатор

К10-17 1 пФ

1

1,2

1,2

2

25,92

7

Конденсатор

К10-17 30 пф

1

1,2

1,2

2

25,92

8

Конденсатор

К10-17 10 пФ

1

1,2

1,2

2

25,92

9

Микросхема

К2УС242

1

0,7

2,5

9

192,41

10

Катушка

1

1,2

1,8

2

46,08

11

Разъем

FDC-6.

1

1,2

1,2

6

77,76

                                                        Сумма

293,17

       S2 = 293,17мм 2.

  •     Определение площади S3

    Площадь зоны размещения элементов управления, индикации и контроля определяется в зависимости от установочных размеров соответствующих элементов. В данном случае таковых элементов не имеется и S3=0

 •    Определение площади S4

   Площадь зоны размещения элементов крепления и фиксации зависит от их количества и типа. S4=0.

 •          Определение площади S5

    Площадь зоны размещения элементов повышения механической прочности, зависит от геометрических размеров указанных элементов и, как правило, при первоначальном расчете не учитывается, поскольку на данном этапе нельзя сделать вывод о виброустойчивости проектируемой платы в реальных условиях эксплуатации.

    В итоге получаем:

Sпп= S1 + S2 + S3 + S4 + S5;  Sпп=613,5  мм 2.

        Коэффициент заполнения составляет 81%.

 Расчёты позволяют выбрать ориентировочный размер печатной платы прямоугольной формы, равный 25х30 мм из стеклотекстолита..

7. РАЗМЕЩЕНИЕ ЭРЭ НА ПП В Altium Designer PCB

    Создание образа ПП в пакете Altium Designer производится средствами программы РСВ.

  Для создания печатной платы с размещёнными на ней элементами необходимо выполнить следующие пункты.

   1. Настроить редактор. Для этого вызвать команду Опции \ Свойства платы, во вкладке установить единицы измерения Metric. Поставить галочки Привязка к линейным, Привязка к точечным, шаг на всех слоях, привязка к контуру. Снова выполнить команду Опции, Управление сетками слоев. Выбираем Internal Layers Pairs. Далее установим галочки верхний диэлектрик, и нижний диэлектрик. В области Top Layer выбрать слой и добавить внутренний слой. После этого добавить еще один слой GND. Ввести характеристики обоих слоев. ОК.

   2. Выбрать спой Top Layer и с помощью команды Проект / Форма платы / Изменить контур платы. Нарисовать контур ПП.

   3. Теперь необходимо выполнить импорт разработанной электрической схемы в редактор PCB. Для этого выполним команды Проект / Import Changer From Печатная плата. PrjPcb. После этого появляется окно перечень изменений, в нем нажать кнопку проверить, затем выполнить. Если ошибок не обнаружено, то появятся зеленые галочки, после этого нажать применить. Ок.

  4. Разместить ЭРЭ на ПП, и указать размер, выполнив следующие действия,

Размещение / Размер / Линейный, Tab/ выбрать Ед.изм. Millimetr, настроить до десятых, выбрать шлрифт, и задавать угол. Если по оси Х, то 0, если по оси У то 90.

    Размещение представлено на рисунке 25.

Рис.25. Размещенные ЭРЭ на ПП.

8.ТРАССИРОВКА ПП В САПР Altium Designer PCB

   Трассировка ПП в пакете Altium Designer производится средствами программы РСВ. Перед тем как начать трассировку, необходимо задать правила трассировки. Есть возможность автоматически трассировать (поддерживает до 4 слоев металлизации, алгоритм трассировки устроен так, что все вертикальные проводники трассируются на одной стороне платы, а горизонтальные соответственно на другой стороне платы, позволяет прослеживать расстояния между соседними проводниками). А так же есть возможности ручной корректировки и трассировки ПП. В данном случае оптимальной явилась трассировка в ручном режиме.

   Ручная настройка трассировки:

   1.  Выполнить команды Проект / Правила. Открывается окно правила проектирования печатных плат.

   2. В данном проекте зададим следующие условия трассировки. В группе правил Electrical задать Clerance зазор 0,15 мм. В группе Short Circuit убрать галочку с Разрешить короткое замыкание, а в группе неразведенных цепей Un-Routed Net оставить по умолчанию. В подгруппе Width группы Routing установим значение ширины проводника, значение 0,15 мм. В подгруппе Routing Topology установить топологию Shortest. Задать в Routing Corners стиль 45 градусов, скос и до по 3 мм. В подгруппе RoutingVias задать размеры переходные отверстия 1,2 мм, отверстие 0,6мм. В подгруппе SMD To Corner задать 1 мм. В группе Mask подгруппы Solder Mask Expansion задать 0,1 мм, а подгруппе Paste Mask expansion 0,05 мм. В группе Plane подгруппы Plane Connect задать соединения 4, перемычка 0,25 мм, освобожд. 0,3 мм, зазор, 0,6 мм. Подгруппы Plane Clearance зазор 0,6 мм. Подгруппы Polygon Connect 0,25 мм. Применить/Ок.

    3. Далее зададим контуры печатной платы, для этого выберем слой GND, далее нажимаем размещение/полигон. После того как откроется окно полигона нудно выполнить следующие действия, Режим заливки штриховой, и зададим размеры, ширина дорожки 0,25 мм, шаг сетки 0,5 мм, отступ КП дуги, режим сетки 45 градусов, в поле свойства зададим название полигона т.е GND. Указать примитив 0,01, в поле опции цепи соединить с GND. Затем выбрать Pour over all удалить лишнюю металлизацию. Нажать Ок. После этого откроется свойства полигона, зададим контур платы, отступив от краев платы по 1,25 мм рисуем контур от одного края к другому после этого, появится рисунок заливки полигона.

    4. Далее выполняем команды Автотрассировка/Все.

    5. После того как открылось окно Стратегии трассировки, щелкнуть по кнопке направление на слое, проверить выбранные слои.

    6. В поле стратегии трассировки выбрать Default Multi Layer Board, в нижней части экрана установить галочки зафиксировать и удалить конфликты, затем нажать Route All.

    Автоматическая трассировка показана на рисунке 26.

Рис.26. Автоматическая трассировка ПП.

         Вид ПП после нанесения полигона показана на рисунке 27.

Рис.27 ПП после нанесения полигона.

 

Рис.28. Ручная трассировка ПП.

9. ПРОЕКТИРОВАНИЕ 3D МОДУЛЯ В САПР SOLID WORKS

     SolidWorks - система автоматизированного проектирования, инженерного анализа и подготовки производства изделий любой сложности и назначения. SolidWorks является ядром интегрированного комплекса автоматизации предприятия, с помощью которою осуществляется поддержка жизненного цикла изделия в соответствии с концепцией GALS-технологий включая двунаправленный обмен данными с другими Windows - приложениями и создание интерактивной документации. В зависимости от класса решаемых задач заказчикам предлагается три базовых конфигурации системы: SolidWorks, SolidWorks Professional и SolidWorks Premium.

Гарантированное качество. Разработчиком САПР SolidWorks является SolidWorks Corp. (США), независимое подразделение компании Dassault Systemes (Франция) - мирового лидера в области высокотехнологичного программного обеспечения. Разработки SolidWorks Corp. характеризуются высокими показателями качества, надежности и производительности, что в сочетании с квалифицированной поддержкой делает SolidWorks лучшим решением для промышленности. Централизованные поставки на территории России и СНГ осуществляются через сеть офисов компании SolidWorks Russia о ее региональных представителей, обеспечивающих внедрение, обучение и техническое сопровождение программного обеспечения.

Передовые технологии. Комплексные решения SolidWorks базируются на передовых технологиях гибридного параметрического моделирования и широком спектре специализированных модулей. Программное обеспечение функционирует на платформе Windows ХР, выполнено на русском языке, поддерживает ГОСТ и ЕСКД.

     Создание 3D модели транзистора КТ315А.

  Для построения трёхмерной модели транзистора необходимо вначале экспортировать DXF файл посадочного места ИМС. Для этого в редакторе PCB Altiuma из файла размещения ЭРЭ на ПП выделяем слои TOP и TOP SILK (слои контактных площадок и контуров ЭРЭ) и экспортируем их в DXF-файл. Поскольку в эскиз будут экспортироваться ПМ всех ЭРЭ, то в открытом в Solid Works эскизе необходимо удалить лишние ПМ, т.е. эскиз отредактировать. Надо удалить все элементы эскиза не принадлежащие транзистору. Далее прямоугольник с помощью команды «Вытянуть, Создание вытянутого элемента из выбранного объекта» (размещённой на левой боковой панели) создаём параллелепипед высотой 5 мм.

   Для создания вывода вначале строим вспомогательную плоскость «Параллельно плоскости и точке (Параллельная плоскость через точку)». Точку выбираем в центре вывода транзистора, а параллельной плоскостью выбираем нижнюю грань транзистора.

При этом плоскость, в которой будет размещаться вывод, окрашена жёлтым цветом. После этого надо выделить прямоугольный профиль сечения вывода транзистора и траекторию, по которой пройдёт этот вывод.

  Поскольку корпус транзистора имеет высоту 5 мм, то профиль вывода должен начинаться в точке dz=1.5 мм.. Построим эту точку, причём известно, что точка является общей как для боковой грани транзистора, так и для вспомогательной плоскости.

Создаём эскиз «Точечный». Выбираем вид «Справа». Щёлкаем ЛК по боковой грани транзистора, т.к. именно на этой плоскости будет лежать первая точка дуги. Щёлкнуть ЛК по зелёной галочке.

   Теперь строим дугу лежащую во вспомогательной плоскости. Щёлкнуть по вспомогательной плоскости. Далее Эскиз / Дуга через три точки. Первую точку ставим во второй ранее найденный эскиз, вторую - недалеко от центра вывода (возле окружности отверстия), но с небольшим отступом от неё. При этом контроль за размером осуществляем по радиусу, выставляемому в Менеджере свойств. Третью точку размещаем исходя из соображений формы дуги (выпуклой или вогнутой). При этом угол наклона дуги на КП должен быть равен 90 градусов. В этом случае вывод будет соответствовать четверти дуги окружности. Строим профиль вывода – прямоугольник 0,9 мм на 0,2мм, причём центр прямоугольника должен совпадать с эскизом «Точка». Выбираем вид «Справа». Выделяем ЛК грань транзистора (она становится зелёной), а затем строим на ней эскиз упомянутого прямоугольника (можно в любом месте). Далее необходимо совместить центр прямоугольника с центром эскиза «Точечный». Не выходя из эскиза построения прямоугольника, воспользуемся командой «Переместить объекты». В Менеджере свойств выбираем объекты подлежащие перемещению (прямоугольник), ставим параметр «Из/В», щёлкаем один раз ЛК мыши в этой точке и перемещаем прямоугольник в эскиз «Точечный». При совмещение указанных точек система автоматически определяет момент совмещения центров и фиксированным щелчком совмещает их. Теперь командами Элементы \ Вытянутая бобышка вдоль траектории строим «изогнутую» часть вывода транзистора по только что построенным профилю (прямоугольник) и направляющей. Поскольку нижняя часть вывода коротка, её надо достроить. Для этого необходимо построить на нижней её грани эскиз – прямоугольник 0,9 мм на 0,2 мм. Используем вид сзади и к созданному эскизу применяем операцию Вытянутая бобышка на расстояние 1мм. Остальные выводы получим построив прямоугольник на «дне» транзистора. Затем вытягиваем его на величину соответствующему уже сделанному выводу, командой Вытянуть. Полученный вывод скопируем вдоль одной оси с интервалом 2.5 мм. Теперь скрываем все эскизы. Выделяем острые грани и командой Элементы\фаска скругляем их.

Рис. 29. 3D модель транзистора КТ315А.

  Создание 3D модели конденсатора К10-17 5600 пФ

.

    Для построения трёхмерной модели конденсатора необходимо вначале экспортировать DXF файл посадочного места ИМС. Для этого в редакторе PCB Altiuma из файла размещения ЭРЭ на ПП выделяем слои TOP и TOP SILK (слои контактных площадок и контуров ЭРЭ) и экспортируем их в DXF-файл. Поскольку в эскиз будут экспортироваться ПМ всех ЭРЭ, то в открытом в Solid Works эскизе необходимо удалить лишние ПМ, т.е. эскиз отредактировать. Надо удалить все элементы эскиза не принадлежащие конденсатору. Поскольку конденсатор имеет форму параллелепипеда, то вначале командой Вытянуть создаем параллелепипед. Операцию завершаем зеленой галочкой. Теперь необходимо создать выводы. Для этого строим вспомогательную плоскость Параллельно плоскости и точке. Точку выбираем в середине КП, а плоскость из стандартных видов так, чтобы плоскость была параллельна конденсатору и пересекала его пополам. Выбираем команду сплайн. Одну точку указываем в центре, откуда должен выйти вывод, вторую по предполагаемой траектории вывода, а третью в центре КП. Корректируем форму кривой передвижением второй точки. Далее командами вытянутая бобышка строим вывод. И вытягиваем его дальше на расстояние 2 мм. Аналогично создается второй вывод. Теперь скрываем все эскизы. Выделяем острые грани и командой Элементы\фаска скругляем их.

Рис. 30. 3D модель конденсатора К10-17 5600 пФ.

   Аналогичным образом создается 3D модель микросхемы, конденсатора, резистора, катушки индуктивности и соединителя.

Рис 31. 3D модель микросхемы К2УС242.

Рис. 32. 3D модель конденсатора К10-17 30пФ.

Рис. 33. 3D модель конденсатора К10-17 1-10 пФ.

Рис 34. 3D модель резистора МЛТ 0,25.

Рис 35. 3D модель катушки индуктивности.

Рис 36. 3D модель соединителя FDC-6.

       Для создания 3D модуля необходимо создать 3D модель каждого ЭРЭ, а затем объединить их в сборочную единицу. Полученная сборочная единица представлена на рис 37.

Рис. 37. 3D модель выходного УГС.

10. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

    В данном курсовом проекте была разработана ПП приемника. Разработка печатной платы была выполнена при помощи САПР Altium Designer, и САПР SOLID WORKS. Проектирование печатной платы производилось в следующем порядке:

   В редакторе Symbol Editor были созданы схемные образы отдельных элементов (УГО) электрической принципиальной схемы в соответствии с ГОСТ;

   В редакторе Pattern Editor для всех ЭРЭ были разработаны посадочные места;

   С помощью программы Library Executive была выполнена упаковка выводов конструктивных элементов;

   В графическом редакторе Schematic была разработана электрическая принципиальная схема устройства;

   В графическом редакторе РСВ было выполнено размещение элементов на печатной плате;

   В том же редакторе была выполнена трассировка соединений;

   Плата с установленными на ней элементами была спроектирована в САПР SOLID WORKS.

   Печатная плата была выполнена в четырёх слоях.

   Таким образом, в результате проведения данного курсового проекта было доказано, что Altium Designerявляется достаточно удобной, простой и доступной пользователю программой для разработки печатных плат.

11. ЛИТЕРАТУРА

1. Пирогова Е.В., Проектирование и технология печатных плат: Учебник для вузов. Москва, 2005.

2. Сабунин А.Е., Altium Designer. Новые решения в проектировании электронных устройств. Солон-пресс, 2009.

3. Мактас М.Я. Уроки по P-CAD и SPECCTRA- М.: Солон - Пресс, 2011.

4. Усатенко СТ., Каченюк Т.К., Терехова М.В. Выполнение электрических схем по ЕСКД: Справочник. - М,: Издательство стандартов, 1989.

5.     Прохоренко В.П., SolidWorks. Практическое руководство. БИНОМ, 2004.

ПТЭС 421235.001 П3


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

19810. Економіко-математична модель транспортної задачі 17.89 KB
  Транспортная задача ставится следующим образом: имеется m пунктов отправления А1 А2 ... Аm в которых сосредоточены запасы какихто однородных грузов в количестве соответственно а1 а2 ... аm единиц. Имеется n пунктов назначения В1 В2 ... Вn подавшие заявки соответственно на...
19811. Задача лінійного програмування 29 KB
  Задача лінійного програмування Зада́ча ліні́йного програмува́ння задача оптимізації з лінійною цільовою функцією та допустимою множиною обмеженою лінійними рівностями або нерівностями. Тобто необхідно мінімізувати 1 при обмеженнях 2 3 4 де cj ...
19812. Знаходження оптимального розподілу поставок методом оцінки клітин 28 KB
  2.Знаходження оптимального розподілу поставок методом оцінки клітин Один з найбільш простих методів вирішення транспортної задачі розподільний метод.Нехай для транспортної задачі знайдено початкове опорне рішення і обчислено значення цільової функції на цьому ріше
19813. Перерозподіл поставок 26 KB
  1.Перерозподіл поставок. Пошук оптимального плану перевезення як і в загальній задачі ЛП починається з перебування початкового базисного рішення початкової вершини опуклого багатогранника області припустим
19814. Підбиття підсумків для оптимального (мінімального) значення цільової функції 95 KB
  4.Підбиття підсумків для оптимального мінімального значення цільової функції Оптимальним значенням транспортної задачі називають матрицю яка задовольняє умови задачі і для якої цільова функція 5.1 5.1 набирає найменшого значення. Теорема умова існування розв
19815. Початковий розподіл поставок 26.87 KB
  Одним из возможных методов нахождения первоначального базисного распределения поставок является метод северозападного угла показанный в следующем примере. Найти первоначальное базисное распределение поставок для транспортной задачи. Решение. Дадим переме
19817. Судження за допомогою оцінки клітини про її вигідність чи невигідність 27.5 KB
  3.Судження за допомогою оцінки клітини про її вигідність чи невигідність. 1. Перевіряють виконання необхідного і достатнього умови розв'язності задачі. Якщо завдання має неправильний баланс то вводять фіктивного постачальника або споживача з відсутніми запасами або за
19818. Об’єктно-орієнтоване програмування історія, концепція, методики. Основні ООП, їх значення та сутність 16.66 KB
  Об'єктноорієнтоване програмування це метод програмування оснований на поданні програми у вигляді сукупності взаємодіючих об'єктів кожен з яких є екземпляром певного класу а класи є членами певної ієрархії наслідування. ООП виникло в результаті розвитку ідеології п...