Технология проектирования в системе P-CAD

Омский государственный технический университет

Кафедра «Конструирование и производство радиоаппаратуры»

Технология проектирования в системе P-CAD

Пояснительная записка к курсовому проекту

по курсу «Информационные технологии проектирования радиоэлектронных средств»

Р2КП.468700.010ПЗ

Руководитель проекта

_______ Антропов А.Н.

Автор проекта

студент группы КРБ-417

________ Мирзоев Э.Ш.

Омск 2011

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СХЕМЫ И КОНСТРУКЦИИ УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ НЧ

. ПОДГОТОВКА И ОФОРМЛЕНИЕ БИБЛИОТЕКИ КОМПОНЕНТОВ

2.1 Формирование УГО компонента

.2 Формирование КТО компонента

.3 Формирование интегрального образа компонента

3. Разработка формализованного задания и выполнение проектирования

3.1 Разработка формализованного задания

.2 Упаковка схемы на плату

.3 Процедура автоматической трассировки печатной платы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизированное проектирование (АП) - одно из направлений научно технического прогресса в области автоматизации проектирования, к ней относится далеко не всякое применение ЭВМ. Для АП характерно систематическое использование ЭВМ для решения типовых задач проектирования при рациональном распределении функций между человеком и ЭВМ так, чтобы применение ЭВМ становилось удобным и эффективным.

Система автоматизированного проектирования (САПР) - это организационно-техническая система, состоящая из комплекса средств автоматизации и проектных подразделений и выполняющая автоматизированное проектирование.

Одним из современных и используемых средств САПР является система PCAD, которая объединила в себе ряд взаимосвязанных пакетов прикладных программ. Эта система позволяет выполнить полный цикл проектирования ПП, включающий создание условных графических обозначений (УГО) электрорадиоэлементов (ЭРЭ), разработку посадочных мест ЭРЭ на ПП, размещение ЭРЭ на печатных платах, ручную, интерактивную и автоматическую трассировку проводников, контроль ошибок в схеме и на ПП и выпуск конструкторско-технологической документации.

P-CAD Shematiс - графический редактор ПП. Он предназначен для разработки электрических принципиальных схем и может применяться для создания УГО отдельных ЭРЭ.

P-CAD PCB - графический редактор ПП. Предназначен для проектирования конструкторско-технологических параметров ПП. К ним относятся: задание размеров ПП, ширина проводников, величина зазоров, размер контактных площадок, диаметр переходных отверстий (ПО), задание экранных слоев, маркировка, размещения ЭРЭ, неавтоматическая трассировка проводников и формирование управляющих файлов технологическим оборудованием.

P-CAD Autorouters предназначен для автоматической трассировки проводников ПП. Включает два автотрассировщика: программу Quick Route для проектирования рисунка ПП не очень сложных электрических схем и бессеточный трассировщик Shape-Based Router, предназначенный для проектирования многослойных ПП с высокой плотностью расположения ЭРЭ.

Symbol Editor - редактор символов элементов (файлы с расширением .sym). Предназначен для создания условных графических обозначений символов ЭРЭ электрических схем.

Pattern Editor - редактор посадочных мест (файлы с расширением .pat). Предназначен для разработки посадочных мест для конструктивных ЭРЭ на ПП.

Цель данного курсового проекта: исследование, изучение и освоение системы автоматизированного проектирования P-CAD.

Задачи:

1.       Анализ схемы и конструкции усилителя мощности НЧ.

2.       Подготовка и формирование библиотеки компонентов.

.        Разработка формализованного задания.

.        Реализация технологии проектирования.

1. АНАЛИЗ СХЕМЫ И КОНСТРУКЦИИ УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ НЧ

Анализ конструкции ПП как подготовительная стадия перед выполнением автоматизированного проектирования в первую очередь направлен на выявление тех особенностей ПП, которые определяют контролируемые в автоматическом режиме параметры и конструкторско-технологические ограничения.

К усилителю подключают динамические головки с внутренним импедансом не менее 2 Ом. На вход подаётся сигнал с максимальной амплитудой 200 мВ. То есть усилитель можно использовать как для усиления музыкальных программ , так и других сигналов с полосой частот от 22 до 20000 Гц.

В устройстве предусмотрен три режима переключаемых с помощью трёхпозиционного переключателя:

режим «OFF»

режим «MUTE»

режим «ON»

В режиме «OFF» устройство полностью обесточивается и не потребляет электроэнергии. Режим «OFF» необходим для выключения устройства на продолжительное время.

В режиме «MUTE» устройство находится в ожидании , и потребляет небольшое количество электроэнергии. Режим «MUTE» обеспечивает отключение, «заглушку» усилителя на короткое время.

В режиме «ON» устройство полностью готово к работе .

Однако режим «MUTE» не обязателен и может быть не реализован в устройстве по желанию заказчика. Для этого достаточно использовать вместо трёхпозиционного переключателя двухпозиционный, без средней позиции.

Микросхема TDA8924TH выполнена по схеме с автоматическим обеспечением напряжения питания входных каскадов в зависимости от уровня входного сигнала, что позволяет понизить уровень шумов на выходе усилителя, при низких уровнях сигнала на входе. А также обеспечивает наиболее экономичный режим работы устройства.

В микросхеме также предусмотрена защита от короткого замыкания по выходу, в случае если выходные выводы окажутся накоротко замкнуты, или импеданс нагрузки окажется меньше допустимого.

Усилитель выполнен в двухканальном варианте и обеспечивает независимое усиление на каждом канале. По этой причине его можно использовать как стереоусилитель, то есть двухканальное воспроизведение музыкальных программ, что является очень востребованным качеством современных аудиосистем.

Элементная база выбрана в основном зарубежная. Такой выбор объясняется миниатюрностью компонентов и высоким качеством технических параметров. В качестве конденсаторов С7-C10, C13, C14, C18-C20, C22, С24, C25-C28, C33 и C34 выбраны SMD0805. В качестве конденсаторов С1-С6, C11, С12, C15-С17, C21, C23, C29-C32 выбраны SMD1206. В основе схемы лежит интегральная микросхема фирмы PHILIPS TDA8924TH. В качестве диодов VD1-VD4 выбран SMD диод в корпусе SOD-80. В качестве стабилитрона VD5 выбран SMD стабилитрон в корпусе SOD-323. В качестве резисторов R1-R6, R8, R9 взяты резисторы SMD0805.

В качестве резисторов R7, R10 и R11 взяты резисторы SMD1206. В качестве резисторов R12 и R13 взяты резисторы SMD2512. Для катушек индуктивности L1 и L2 взяты готовые намотки на ферритовом сердечнике типа 16RHBP от фирмы TOKO . В качестве переключателя режимов работы взят трёхпозиционный переключатель типа ATE1E M - O - M от фирмы Knitter. В качестве тактильных выключателей (кнопок) выбраны SMD выключатели марки SKHUABE010. В качестве разъёмов для подключения данного устройства к внешним цепям и устройствам, используются:

разъём серии PCB KLS1-254-3 S - для входного сигнала;

разъём серии PCB KLS1-508-3 S - для выходного сигнала;

разъём серии PCB KLS1-508-4 S - для подведения напряжения питания.

Все компоненты кроме SB1, SB2 и SA1 устанавливаются на одной стороне печатной платы, для обеспечения доступа к последним при дальнейшем размещении печатного узла в корпус.

Для конструкции усилителя мощности НЧ выбран материал двухсторонней печатной платы из фольгированного стеклотекстолита

СФ-2-35-2 ГОСТ 10315-78.

двухсторонний

толщиной 2 мм

толщина медной фольги 35мкм

размером 100×70 мм (ГОСТ 10317-79 Основные размеры печатных плат ).

Монтажные отверстия Æ3мм расположены в углах. На центральной части печатной платы, выполнено монтажное отверстие, окружённое запрещённой для трассировки зоной. Зона предусматривает наличие в этой части опоры установочной шасси (Приложение 1.). На плате также предусмотрены монтажные отверстия Æ3мм для установки радиатора на микросхему DA3 (TDA8924). Они находятся в разные стороны от микросхемы на её продольной оси (Приложение 1.).

Шаг координатной сетки берем равным 0,635мм. При определении ширины печатных проводников основываются на анализе электрической схемы, особенности размещения ЭРЭ на ПП, способу установки ПП в корпусе устройства и на соображения экономической целесообразности. Ширину печатных проводников определяют по классам точности, которые подразделяются по плотности проводящего рисунка на основе ГОСТ23751-86. Данная печатная плата будет проектироваться по второму классу точности. Выпуск печатных плат 2-го класса осуществляется на рядовом оборудовании, а иногда даже на оборудовании, не предназначенном для изготовления печатных плат. Такие ПП с невысокими (и даже с низкими) конструктивными параметрами предназначены для недорогих устройств с малой плотностью монтажа. К этому классу относятся печатные платы любительского и макетного уровня, часто единичного или мелкосерийного производства.

Эскиз печатной платы приведен в приложении 1.

2. ПОДГОТОВКА И ОФОРМЛЕНИЕ БИБЛИОТЕКИ КОМПОНЕНТОВ

.1 Формирование УГО компонента

УГО компонента представляет собой его изображение на электрической схеме, формируемой в среде системы P-CAD. Отдельные УГО сводятся в библиотеки и доступны для применения в различных проектах.

-условное графическое изображение компонента на схеме (его символ);

обозначения выводов (точек подключения символа) и атрибуты выводов;

точку привязки символа - графический элемент, маркирующий характерную точку символа, которая позволяет правильно оценить местоположение и ориентацию символа при его размещении на поле схемы (рекомендуется в качестве точки привязки указывать первый вывод УГО);

местоположение позиционного обозначения компонента;

местоположение идентификационного параметра компонента.

Процедура выполняется в среде схемного редактора Schematic.

Порядок выполнения работы

Порядок выполнения работы с необходимыми пояснениями приведен на рисунке 1.

Рисунок 1. Порядок формирования УГО компонента

.2 Формирование КТО компонента

КТО компонента представляет собой его графическое изображение на печатной плате, а также на видах расположения и на сборочных чертежах. Отдельные КТО сводятся в библиотеки и доступны для применения в различных проектах.

Рисунок 2. Порядок формирования КТО компонента

Библиотечное описание КТО компонента имеет строго регламентированную структуру и включает:

-цоколевочный образ компонента (иначе называемый посадочным местом компонента), определяющий взаимное расположение контактных площадок для установки компонента на печатную плату;

графика корпуса компонента;

точку привязки КТО - графический элемент, маркирующий характерную точку КТО, которая позволяет правильно оценить местоположение и ориентацию компонента при его размещении на поле печатной платы (рекомендуется в качестве точки привязки указывать первую контактную площадку КТО);

местоположение позиционного обозначения компонента;

местоположение идентификационного параметра компонента.

Процедура выполняется в среде подсистемы проектирования печатного монтажа РСВ.

Порядок выполнения работы с необходимыми пояснениями приведен на рисунке 2.

.3 Формирование интегрального образа компонента

Для автоматического преобразования информации об электрических связях на схеме в информацию об электрических соединениях между выводами конструктивных компонентов, размещенных на печатной плате, необходимы сведения о соответствии выводов компонентов схемы выводам конструктивных компонентов (в конечном итоге контактным площадкам посадочных мест компонентов).

Указанная задача имеет несколько уровней сложности. Наиболее просто она решается для дискретных компонентов (в этом случае в корпусе упакован один схемный компонент). Сложнее с интегральными схемами (в корпусе микросхемы могут быть упакованы несколько однотипных, а то и разнотипных секций).

После установления указанного соответствия УГО и КТО образуют интегральный образ компонента, которых затем заносится в библиотеку.

Процедура упаковки реализуется с применением утилиты Library Executive.

Порядок выполнения работы

Порядок выполнения работы с необходимыми пояснениями приведен на рисунке 3.

Рисунок 3. Порядок формирования интегрального образа компонента

Сформированная библиотека компонентов представлена в приложении 2.

3. Разработка формализованного задания и выполнение проектирования

.1 Разработка формализованного задания

Формализованное задание состоит из разделов, первый (PATH= «путь»;) - указывает путь доступа к библиотеке конструкторско-технологических образов компонентов, вторая (BOARD= «плата»;) - содержит ссылку на описание конструктива. Далее следует раздел PARTS, устанавливающий соответствие между именами файлов конструкторско-технологических образов компонентов (PRT-файлов) и позиционными обозначениями компонентов на принципиальной схеме ( «имя PRT образа компонента» = «перечислить компоненты через запятую»; ). Следующий раздел формализованного задания - NETS - содержит описание электрических цепей ( «номер цепи» = «элемент» / «номер вывода» ; ). Окончанием описания формализованного задания служит оператор ENDSHEET. При составлении формализованного задания необходимо убедиться, что описания применяемых типов компонентов есть в библиотеке. Формализованное задание печатается в любом текстовом редакторе и сохраняется с расширением *.ALT.

Текст формализованного задания схемы конструировоемого усилителя мощности, приведено в приложении 4.

3.2 Упаковка схемы на плату

Перед выполнением размещения необходимо выполнить ряд подготовительных операций.

Исходным для выполнения настоящей работы состоянием проекта является наличие в рабочем директории файла с описанием графики электрической принципиальной схемы *.SCH (или файла с текстовым описанием схемы *.ALT).

Вначале выполняем генерацию списка соединений (подсистема Schematic), затем загрузку списка соединений (подсистема PCB). Эта процедура называется упаковкой схемы на плату.

Следующий этап работы - формирование графики конструктива с указанием внешнего контура печатной платы, контура зоны, разрешенной для размещения компонентов и прокладки печатных проводников и контуров зон, запрещенных для трассировки (если это необходимо).

Далее выполняется собственно размещение компонентов на поле печатной платы.

При проведении операции размещения, следует пользоваться следующими рекомендациями:

рекомендуется учитывать каскадность схемы, при этом образуются группы небольших размещений, что очень удобно;

размещать компоненты вдоль линий координатной сетки, т.е. образовывать линейки и матрицы - это повещает технологичность конструкции;

в начале разместить многовыводные компоненты (микросхемы, сборки и т.п.), затем разместить компоненты с малым количеством выводов.

Порядок выполнения работы

Порядок выполнения работы с необходимыми пояснениями приведен на рисунке 4.

Рисунок 4. Порядок упаковки схемы на плату

Результат упаковки схемы на плату представлен в приложении 4.

.3 Процедура автоматической трассировки печатной платы

Практическое выполнение процедуры автоматической трассировки печатного монтажа выполняем с применением программы Shape-Based Router.

Особенностью этой программы является возможность настройки с учетом особенностей проектируемого объекта. Совокупность настроечных параметров образует стратегию трассировки.

Порядок выполнения работы

Порядок выполнения работы с необходимыми пояснениями приведен на рисунке 5.

Рисунок 5. Порядок автоматической трассировки печатной платы

Результат трассировки печатной платы представлен в приложении 5.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте реализован процесс автоматизированного проектирования в системе P-CAD для проектирования печатной платы усилителя мощности.

В ходе выполнения курсового проекта была разработана печатная плата со следующими характеристиками:

размер ПП: 100×70 мм;

материал ПП: двусторонний фольгированный стеклотекстолит

СФ-2-35-2 ГОСТ 10315-78;

Класс точности - 2;

Шаг координатной сетки - 0,635.

Реализованы следующие задачи проектирования:

. Создана библиотека компонентов (Приложение 2):

Сформированы УГО компонентов.

Сформированы КТО компонентов.

Сформированы интегральные образы компонентов.

. Разработано формализованное задание:

Выполнено аннотирование схемы электрической принципиальной (Приложение 3).

Составлено описание схемы электрической принципиальной в текстовом виде (Приложение 4).

. Реализована технология проектирования:

Сформирована графика конструктива печатной платы.

Выполнена упаковка схемы на плату.

Выполнено размещение элементов (Приложение 5.1 и 5.2).

Произведена автоматическая трассировка, назначена стратегия трассировки.

Выполнено редактирование автоматической трассировки (Приложение 6.1 и 6.2).

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

.        ГОСТ 23.751-86 Платы печатные. Основные параметры конструкции

.        ГОСТ 10317-79 Основные размеры печатных плат.

.        ГОСТ 23752-79 Платы печатные. Общие технические условия.

.        ОСТ 4.010.022-85 Платы печатные. Методы конструирования и расчета.

.        Антропов А. Н. Интерактивное проектирование РЭС: Учеб. пособие. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2003. 56с.

.        Лопаткин А. В. Проектирование печатных плат в системе P-CAD 2001. Учеб. пособие. Нижний Новгород, НГТУ, 2002. 190с.

.        Мактас М.Я. Восемь уроков по P-CAD-M.:СОЛОН-ПРЕСС,2003. 224с.

.        Сайт технической документации радиокомпонентов зарубежного производителя - www.datasheetarchive.com <http://www.datasheetarchive.com> .

.        Сайт технической документации радиокомпонентов отечественного производителя www.chipinfo.ru <http://www.chipinfo.ru> .

.        Сайт технической документации радиокомпонентов зарубежного производителя www.datasheetsite.com <http://www.datasheetsite.com> .

.        Курс лекций по дисциплине «Основы проектирования ЭС».

.        Электронная база российских гостов - http://libgost.ru.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Текстовое описание схемы электрической принципиальной

автоматизированный проектирование печатный плата

BOARD=AMP.brd;=AMP;-254-3S=XP1;-508-4S=XP2;-508-3S=XP3;=SA1;=SB1,SB2;S=DA1, DA2;=DA3;=L1,L2;=C7,C8,C9,C10,C13,C14,C18,C19,C20,C22,C24,C25,C26,C27,C28,C33,C34;=C1,C2,C3,C4,C5,C6,C11,C12,C15,C16,C17,C21,C23,C29,C30,C31,C32;=R1,R2,R3,R4,R5,R6,R8,R9;=R7,R10,R11;=R12,R13;SOD80=VD5;SOD323=VD1,VD2,VD3,VD4;

=C1/2 DA1/1;

=DA1/2 VD1/1;

=SB1/3 VD1/2 VD3/2;

=SB2/3 VD2/2 VD4/2;

=DA1/7 VD2/1;

=C2/2 DA2/1;

=DA2/2 VD3/1;

=DA2/7 VD4/1;

=DA1/3 R1/1;

=DA1/6 R3/1;

=DA2/3 R2/1;

=DA2/6 R6/1;

=C3/1 R3/2;

=C4/1 R4/2;

=C5/1 R5/2;

=C6/1 R6/2;

=C3/2 C7/1 DA3/8;

=C4/2 C7/2 DA3/9;

=C5/2 C8/1 DA3/5;

=C6/2 C8/2 DA3/4;

=R8/1 R9/2 SA1/1 VD5/2;

=C17/2 DA3/6 R8/2 SA1/2;

=C15/2 DA3/7 R7/2;

=C16/1 DA3/24;

=C18/2 DA3/19;

=C25/1 DA3/15;

=C25/2 C27/2 DA3/16 L2/2;

=C26/1 C28/1 DA3/21 L1/1;

=C26/2 DA3/22;

=C27/1 R10/2;

=C28/2 R11/1;

=C31/1 R12/2;

=C32/2 R13/1;

+5V=DA1/8 DA2/8 XP2/1;

+25V=C9/2 C10/1 C11/2 C12/1 C19/2 C20/1 C21/1 C23/2 DA3/3 DA3/10 DA3/14 DA3/23 XP2/2;

V=C11/1 C12/2 C13/2 C14/1 C15/1 C16/2 C18/1 C21/2 C22/2 C23/1 C24/1 DA3/1 DA3/12 DA3/13 DA3/17 DA3/18 DA3/20 R7/1 R9/1 XP2/3;=C1/1 XP1/3;=C2/1 XP1/1;=C29/2 C31/2 C33/2 L2/1 XP3/1;=C30/1 C32/1 C34/1 L1/2 XP3/3;=C9/1 C10/2 C13/1 C14/2 C17/1 C19/1 C20/2 C22/1 C24/2 C29/1 C30/2 C33/1 C34/2 DA1/4 DA1/5 DA2/4 DA2/5 DA3/2 DA3/11 R1/2 R2/2 R4/1 R5/1 R10/1 R11/2 R12/1 R13/2 SA1/3 SB1/1 SB2/1 VD5/1 XP1/2 XP2/4 XP3/2;

ENDSHEET;