5. Příprava schématu pro návrh desek plošných spojů (DPS)

5. Příprava schématu pro návrh desek plošných spojů (DPS)

5.
P íprava schématu pro návrh desek plošných spoj (DPS)
V našem p ípad budeme navrhovat DPS ve dvou samostatných programech a ty si budou p edávat
informace pomocí netlistu (Capture – Layout) a zp tné anotace (Layout – Capture). D íve než
vytvo íme netlist, musíme mít všechny sou ástky o íslované, a taky musíme v d t jaké skute né
sou ástky použijeme nebo máme k dispozici.
5.1 íslování sou ástek – Reference
Obr.14: íslování sou ástek
V p edchozích kapitolách jsem si ekli, že nebudeme reference p episovat ru n . P esto je vhodné, aby
seznam sou ástek m l posloupnost a strukturu. Proto budeme používat hromadné íslování sou ástek.
Aktualizujeme správce projektu a v horním panelu nástroj se aktualizují nástroje pro další práci a
mezi t mito je nástroj Anotate (na obrázku 14 zvýrazn n erven ). Po výb ru se nám otev e okno
Anotate se t emi kartami, tedy se t emi zp soby íslování. Allegro Reuse slouží uživatel m
návrhového systému Allegro (nebudeme pužívat). Anotace Layout Reuse je zase cestou k opakování
motiv v programu Layout. Zatím budeme používat Packaging pro b žný návrh schématu, simulaci a
návrh DPS i v našem p íklad . Na obrázku 14 vidíme volbu Annotate, zvolenou kartu Packaging.
V sekci Scope lze ur it dva typy anotace. Update entire design znamená provést anotaci celého
schématu, Update selection pak pouze vybrané stránky. V sekci Action zvolíme Unconditional
reference update pro bezpodmíne né p e íslování všech sou ástek, lze taky použít Incremental
reference update, pokud mají sou ástky v poli Referencí otazník. V sekci Mode (režim) volíme
Update Instances (Preferred), což znamená aktualizace p íkladu. Další nastavení doporu uji nem nit,
nechat standardn nastavené, a to i v sekci Physical Packaging, což je nastavení zp sobu vkládání
díl ích schématických zna ek do jednoho pouzdra.
5.2 Seznam použitých sou ástek
Ud láme si seznam sou ástek našeho „Blikace“. Ve správci projektu dle obr.15 ozna íme schéma ze
Obr.15: tvorba rozpisky materiálu
kterého chceme rozpisku vytvo it. V horním panelu nástroj se aktualizují nástroje pro další práci a
mezi t mito je nástroj Bill of materials (na obrázku zvýrazn n erven ). Po výb ru se nám otev e okno
Bill of materials ve kterém nastavíme formát a obsah výpisu. Nadefinovaná hlavi ka (Header) a
vlastní výpis dat (Combined property string) jsou pro nás dostate né, p esto je m žeme zm nit nebo
p idávat další parametry tímto zp sobem: do složených závorek zapisujeme popisové pole, bez
závorek textové et zce \t zapisujeme jako tabulátor. Vzhledem k teoretické výuce doporu uji
zatrhnout položku Open in Excel, ímž se nám po potvrzení p íkazem OK otev e seznam sou ástek
v programu Excel. Pokud tak neu iníme, uloží se nám soubor dle nastavení položky Report - Report
File. Pokud nep estavíme cestu, lze ve správci projektu po potvrzení vid t uložený soubor s p íponou
.bom (viz obr.15). Po dvojím kliknutí na tento soubor, se otev e seznam sou ástek v textovém editoru.
2
Item Quantity
Reference
Part
______________________________________________
1
2
3
4
5
6
7
8
1
3
2
1
1
1
1
1
C1
D1,D2,D3
PLUS 1,MINUS 1
Q1
R1
R2
R3
U1
10u/25
LED5mm
pin
BC309
27k
33k
10k
NE555
5.3 Prohlížení knihoven pouzder sou ástek v programu LAYOUT
Použijeme skute né sou ástky, p ípadn katalog firmy, od které sou ástky objednáme nebo pravideln
objednáváme. V našem p íkladu budeme vycházet s katalogu firmy EZK.
C1 – Kond. Elektrolytický radiální 10u/25V – pr m r 5mm, rozte e noži ek 2mm, výška 11mm.
D1-D3 – Plochá led 5mm x 2mm s výškou 5,5mm. Rozte e noži ek 2,54mm.
Plus, minus – Plošky na DPS, ekn me t eba ploška o pr m ru asi 3mm.
Q1 – BC309 PNP TO92a. Noži ky v ad 2,54mm dle obrázku v katalogu.
R1-R3 – R0207 pr m r 2,5mm, t lo odporu 6,3mm .
U1 – asova , 8-vývodový integrovaný obvod s rozte emi 2,54mm vedle sebe a 7,62mm na ší ku.
V této fázi dochází k tomu, že se nau íme orientovat v knihovnách pro DPS. Spustíme si program
Layout, z hlavní nabídky vybereme Tools – Library Manager (Obr.16). Otev e se nám správce
Obr.16: správa sou ástek
sou ástek. V levém horním rohu p i standardním nastavení vidíme nabídku knihoven, pod knihovnami
nabídku jednotlivých pouzder. V programu Layout se za neme pohybovat v palcích(inches) nebo lépe
v tisícinách palce(mils). P i vyhledávání pot ebných pouzder za neme od nejjednodušších. Nap íklad
rezistor R1-R3 – v katalogu EZK ozna en jako R0207 má tyto rozm ry: pr m r t la 2,5mm, délku t la
6,3mm, což znamená, že p i tu pár mils na ohyby a vyjde mi asi 400 mils.
3
Základní jednotkou pro výrobu
v tšiny sou ástek jsou palce. Proto
nyní budeme opakovat p epo ty
jednotek: V každém z prvních
sloupc v tabulce vlevo je vždy
údaj v mils, ve druhém je údaj
v milimetrech. Víme, že jeden
palec má velikost 25,4mm což je
1000 mils. Z tohoto p epo tu se zdá
být jasné pro jsou mils vhodn jší
než palce. Pomocnou tabulku pro
další p epo ty je vhodné si ud lat.
Další orienta ní pom ckou pro
p epo et je, že 4mils jsou p ibližn
0,1mm. Pozor jen p ibližn , op t si
m žeme ud lat pomocnou tabulku,
každý individuáln . Pro sou ástky,
p edevším pak pro rozte e vývod
je velmi vhodné používat celé palce
nebo poloviny, tvrtiny, p ípadn
násobky. T la sou ástek nejsou pro
elektrické zapojení d ležité, budou
jen ukazovat, jak daleko lze umístit
další sou ástku, aby se tyto
nep ekrývaly.
Nyní se vrátíme k našemu odporu,
kde noži ky by m ly být od sebe
okolo 400mils a t lo sou ástky
p ibližn
100mils.
Poslední
d ležitou položkou by m l být pad
(ploška) a p ípadn vrtání (drill). Doporu uji plošku minimáln 1.5mm(62mils) s vrtáním
0,8mm(31mils). Nyní si shrneme informace o odporu: 400x100 t lo sou ástky, pad 62 s vrtáním
31(mils). Zapíšeme si ješt informace o jménech pad umíst ných uprost ed(1,2,P,N,A,K…). Pro
rezistor si vybereme v knihovn TM_AXIAL pouzdro(PCB Footprint) AX/.400X.100/.031(jména
pad 1, 2). Stejným zp sobem vybereme všechny ostatní sou ástky, zde je výpis dle seznamu
sou ástek i s pouzdrama:
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
275
300
325
350
375
400
425
450
475
500
525
550
575
600
625
650
675
Reference
C1
Q1
R1
R2
R3
U1
PLUS 1
MINUS 1
D1
D2
D3
0,635
1,27
1,905
2,54
3,175
3,81
4,445
5,08
5,715
6,35
6,985
7,62
8,255
8,89
9,525
10,16
10,795
11,43
12,065
12,7
13,335
13,97
14,605
15,24
15,875
16,51
17,145
700
725
750
775
800
825
850
875
900
925
950
975
1000
1025
1050
1075
1100
1125
1150
1175
1200
1225
1250
1275
1300
1325
1350
Part
10u/25
BC309
27k
33k
10k
NE555
pin
pin
LED5mm
LED5mm
LED5mm
17,78
18,415
19,05
19,685
20,32
20,955
21,59
22,225
22,86
23,495
24,13
24,765
25,4
26,035
26,67
27,305
27,94
28,575
29,21
29,845
30,48
31,115
31,75
32,385
33,02
33,655
34,29
1375
1400
1425
1450
1475
1500
1525
1550
1575
1600
1625
1650
1675
1700
1725
1750
1775
1800
1825
1850
1875
1900
1925
1950
1975
2000
2025
34,925
35,56
36,195
36,83
37,465
38,1
38,735
39,37
40,005
40,64
41,275
41,91
42,545
43,18
43,815
44,45
45,085
45,72
46,355
46,99
47,625
48,26
48,895
49,53
50,165
50,8
51,435
PCB Footprint
CPCYL1/D.200/LS.125/.031
TO92/100
AX/.400X.100/.031
AX/.400X.100/.031
AX/.400X.100/.031
DIP100/8/W.300/L.400
?
?
?
?
?
4
Name
+=1 -=2
C=1 B=2 E=3
1 2
1 2
1 2
1 2 3 4 5 6 7 8
5.3 Tvorba vlastních knihovních prvk
Nyní se dostaneme do pozice, kdy nenajdeme vhodné pouzdro a proto si vytvo íme své vlastní. Po
volb p íkazu Create New Footprint se nám zobrazí tabulka dle obrázku 17. Zde napíšeme jméno
pouzdra, v našem p ípad za neme ploškou na DPS, kterou si pojmenujeme Pad.12R. Každé jméno by
mi m lo dát p ehled o pouzdru. V tomto p ípad jméno Pad je jméno sou ástky, .12 znamená
0.12palce a to víme, že jsou 3mm. R na konci znamená rectangle – obdélník.(p ípadn m žeme zvolit
C, circle-kruh). Po zapsání jména potvrdíme vše p íkazem OK. Na ploše se nám zobrazí pad, který
budeme definovat dle naší pot eby. Pad ozna íme, zvolíme s místní nabídky p íkaz View Spreadsheet,
tím se nám otev e tabulkový editor pad (Obr.18)
Obr.17: tvorba nového pouzdra
Obr.18: editace pad
Pomocí RMB vybereme p íkaz New a tím se zobrazí nový pad T8. Zde vidíme jednotlivé vrstvy.
Vrstvy jsou ur eny pro r zné ú ely, jako nap . pro spoje, nepájivé masky, pájecí pasty, servisní potisk
apd. Nej ast ji využívané vrstvy a jejich zkratky jsou :
Vedení spoj :
TOP, BOT, GND, IN1 až INX
Nepájivé masky:
SMTOP, SMBOT (Solder mask Top a Bot)
Pájecí pasta:
SPTOP, SPBOT (Solder paste Top a Bot)
Servisní potisk:
SSTOP, SSBOT (Silk screen Top a Bot)
Osazovací výkres:
ASYTOP, ASYBOT (Assembly Top a Bot)
Vrtací výkres:
DRD (Drill Drawing)
5
Data pro NC vrta ku:
DRL (Drill)
Nyní ozna íme pomocí LMB první ty i vrstvy a nastavíme v nich pady, typu Square( tverec)
s rozm ry 120x120. Stále se pohybujeme
v jednotkách mils. Zav eme okno s nastavením
pad a dvakrát klikneme na pad na ploše.
Z otev eného okna vybereme pad 8, který jsme si
pro tyto ú ely vybrali(viz obr.19). Nyní máme na
ploše
pad,výb
kterýr nastaveného padu
Obr.19:
Obr.20: tvorba knihovny a uložení pouzdra
pad, který spl uje naše podmínky. Tento pad nemá samoz ejm žádné t lo, je to jen ploška na DPS.
Jméno vývodu u tohoto padu vytvo íme jako 1. Naším posledním úkolem je toto pouzdro uložit.
Zvolíme p íkaz Save as(uložit jako) a dostaneme se do tabulky dle obrázku 20, Name(jméno)
Footprintu je zapsáno jako PAD.12R. Nyní zvolíme p íkaz Create New Library(vytvo novou
knihovnu) a na svém pracovním disku si vytvo íme svou knihovnu a vše potvrdíme p íkazem OK.
P ed uložením prov íme ješt nastavení prost edí(obr21), ve kterém se stále pohybujeme.
Display Units, jsme si ekli zásadn v mils. Pro , máme vysv tleno výše. P i nastavení Grids-rastru je
nutné zvýšit pozornost, volit jednotky musíme s rozmyslem. Ze za átku držme jednotné nastavení,
nebo se první pora me. První p íkaz Visible grid je rastr pro zobrazení. Detail grid je rastr pro
Obstacle(obrys) a text. Place grid je rastr pro
rozmis ování sou ástek, Routing grid pro vedení
spoj a Via grid pro prokovy. Položky Rotation je
nastavení podmínek rotace objekt a Workspace
Settings je nastavení velikosti plochy pro návrh desky
plošného spoje. Posledních pár p íkaz použijeme až
pozd ji p i návrhu DPS. Podívejme se ješt na
nastavení vlastností pracovní plochy(obr.22).
Otev eme tabulku p íkazem Option – User
Preferences. Zde nastavujeme Display Preferences –
nastavení vlastností zobrazení pracovní plochy.
Enable
Full Cursor – zobrazení kurzoru jako k íže
Obr.21
p es celou obrazovku.
Enable Auto Pan – automatické rolování
obrazovky.
Use Opaque Graphics – zobrazení aktivní vrstvy
vždy naho e.
Use Hollow Pads – zobrazení vývod sou ástek a
prokov jen jako obrysy.
Show 3D Effects – grafické znázorn ní výšky
sou ástek(ji-li nadefinována).
V kart Global Preferences nastavujeme:
Activate Online DRC – aktivace nep etržité
kontroly návrhových pravidel.
Allow DRC Errors – povolení návrhových chyb.
6
Obr.22
Allow Editing of Footprints – povolení editace uvnit sou ástek.
Instantaneous Reconnection Mode – režim zobrazování propojovacích vektor
Karta Copper Pour Preferences definuje n které vlastnosti rozlévané m di:
Enable Copper Pour – povolení rozlévané m di v bec.
Use Fast Fill Mode – zobrazení rozlité m di pouze jako vyšrafované oblasti celé plochy bez ohledu na
reálné rozlití.
Skeleton Display – Zobrazení rozlité m di jako vyšrafované oblasti p esné dle reálného rozlití.
Use Pours for Connectivity – pady, propojené pomocí rozlévané m di, není nutné ješt propojovat
vodi em.
V poslední kart Miscellaneous Preferences nastavujeme:
Show Tooltips – zobrazování názv tla ítek panelu nástroj .
Activate Auto Tool Select Mode – program podle vybraných typ objekt automaticky p epíná
pot ebný režim (Tool).
Move Free Vias With Components – p emís ování prokov spolu se sou ástkami.
All Traces follow a Moved Via – p emis ování prokov se spoji.
Nyní stejným zp sobem vytvo íme, pro další procvi ení, sou ástku dle katalogu EZK. Led
diodu L113 o velikosti 2.5x5mm=100x200mils s rozte ema vývod 100mils, pady navrhneme asi
1,5mm(60mils) p i vrtání 0,8mm(31mils). Pady budeme navrhovat stejn , jako v p edchozí úloze.
T lo sou ástky bude novinkou. Název sou ástky zvolíme LED5RMM. Lze volit vlastní název, ale
ukládat budeme výhradn do své vlastní knihovny. V programu Layout volíme p íkaz Create New
Footprint…, napíšeme do tabulky název LED5RMM potvrdíme p íkazem OK. Vybereme pad T1 o
velikosti 62mils s vrtáním asi 31mils a vložíme na plochu dva pady 100mils vzdáleny od sebe. Uvnit
padu jsou jejich jména(1 a 2).
Nyní vybereme nástroj Obstacle Tools a z místní nabídky vybereme p íkaz New pomocí RMB. Op t
pomocí RMB vybereme p íkaz Properties(obr.23) a nastavíme Obstacle Type jako detail, Width(ší ku
áry) nastavujeme b žn 8-12 mils.
Obstacle Layer volíme jako SSTOP.
Odsouhlasíme zadané parametry a
nakreslíme obrys sou ástky. M žeme
kreslit pomocí p íkazu segment(úsek),
Arc(kruh). Nebo kombinací t chto dvou.
Po dokreslení prvního obrysu doporu uji
nakreslit druhý obrys, ale ve vrstv
ASYTOP. Tyto obrysy nám slouží pro
servisní potisk a osazovací výkres.
Poslední obrys musíme zakreslit tak, že
v Obstacle Type nastavíme položku
Place outline a v Obstacle Layer
nastavíme vrstvu podle typu sou ástky
(klasická – TOP, SMD – BOTTOM,
p ípadn Global Layer). Tento obrys
slouží pro dodržování návrhových
pravidel a p ípadn pro vykreslení výšky
sou ástky(3D pohled), pokud výšku
Obr.23: editace obrys sou ástek
zadáme(Height=skute ná výška v mils).
Po vykreslení všech zadaných obrys musíme ozna it anodu, p ípadn katodu. Posledním krokem je
sou ástku uložit do své vlastní knihovny. Práci s ukládáním jsme probrali výše.
7
5.5 P i azení pouzder schématickým zna kám
Ve schématu si vybereme schématickou zna ku, které chceme p i adit skute né pouzdro. Takže
za neme op t první sou ástkou, kondenzátorem C1. Pom žeme si seznamem sou ástek, který jsme si
vypracovali d íve(tabulka naho e), nebo sami vytvo ili(tabulka dole).
Reference
Part
PCB Footprint
Name pins
C1
10u/25
CPCYL1/D.200/LS.125/.031 +=1 -=2
Q1
BC309
TO92/100
C=1 B=2 E=3
R1
27k
AX/.400X.100/.031
1 2
R2
33k
AX/.400X.100/.031
1 2
R3
10k
AX/.400X.100/.031
1 2
U1
NE555
DIP100/8/W.300/L.400
1 2 3 4 5 6 7 8
PLUS 1
MINUS 1
D1
D2
D3
pin
pin
LED5mm
LED5mm
LED5mm
PAD.12R
PAD.12R
LED5RMM
LED5RMM
LED5RMM
1
1
A=1 K=2
A=1 K=2
A=1 K=2
Musíme porovnat Pin Number v programu Capture CIS(obr.24) s Pad Name v programu
Layout(obr.25).
V programu
Layout
vybereme
sou ástku
CPCYL1/D.200/LS.125/.031.
Dvojím
poklepáním
na
jednotlivé piny lze jména
m nit. Jinak uvnit pin jsou
jména vid t (1 a 2). Nyní se
p epneme
do
programu
Capture CIS. Vybereme si
daný kondenzátor a op t na n j
Obr.25:fyzické pouzdro
dvakrát klikneme a my se
dostaneme do podprogramu,
Obr.24:ozna ení pin schématické zna ky
kde lze editovat parametry kondenzátoru, v p ípad výb ru jiné sou ástky samoz ejm editujeme
práv tyto. Vybereme podle obrázku 24 dole, kartu Pins. Zde vidíme erven orámované Numbers,
které porovnáváme práv s fyzickým pouzdrem v programu Layout. U ísla 2 si všimn me v položce
Net Name ozna ení GND. To znamená, že pin 1 je plus kondenzátoru. Nyní se p epneme na kartu
Parts. Na obrázku vidíme všechny sou ástky a to proto, že vybereme všechny sou ástky a na výb r
dvakrát klikneme, pak se nám všechny sou ástky zobrazí v jednom okn , stejn jako na obrázku 26.
Do položky PCB Footprint pak zapíšeme názvy skute ných, tedy fyzických pouzder. Pouzdra jsme si
vybrali d íve, viz. tabulku s výpisem sou ástek nalezených a vytvo ených výše.
8
Obr.26:všechny sou ástky s PCB pouzdry, které je nutné upravit
9