Сквозное проектирование РЭС в системе ORCAD

Лабораторная работа № 3(редакция 02.2004)СКВОЗНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЭС В СИСТЕМЕ ORCADКраткие сведения о системе OrCADСистема проектирования электронных устройств OrCAD разработана фирмой Cadence Design Systems (версия 9.2 выпущена в 2000 г., версия10.0 — в 2003 г.). В состав пакета входят следующие основные модули:OrCAD Capture, OrCAD Capture CIS — графический редактор схем.Вариант CIS позволяет пользоваться базой данных компонентов черезИнтернет. Проект может быть подготовлен как в виде принципиальнойэлектрической схемы, так и написан на специальном языке VHDL.OrCAD PSpise — программа моделирования аналоговых и цифровыхустройств. Позволяет рассчитывать режимы по постоянному току, чувствительность характеристик к вариации параметров компонентов, передаточные функции, частотные, фазовые и шумовые характеристики; переходные процессы, проводить спектральный анализ, статистические испытания по методу Монте-Карло, многовариантный анализ, параметрическую оптимизацию.OrCAD Layout — программа разработки печатных плат.

Позволяетосуществлять как ручную, так автоматическую разводку. Содержит сеточный автотpассиpовщик проводников на 16 слоев и средства созданияуправляющих файлов для фотоплоттеров.Общие указанияПри работе с демонстрационными файлами на запросы программы осохранении изменений выбирать ответы «Нет», «No All», «No»,«Discard». Выполнение различных команд инициируется соответствующими пунктами меню или кнопками инструментальных панелей, а заканчивается, как правило, нажатием клавиши Esc или выбором пунктаEnd … при нажатии правой кнопки мыши.Порядок выполненияПеред началом работы выполнить процедуру «Очистка рабочего каталога OrCAD», используя соответствующий значок на рабочем столе.1. Знакомство с программной средойЗапустить программу OrCAD Capture.

Ознакомиться с программнойсредой — меню команд (верхняя строчка после заголовка); панели инструментов. Освоиться с системой на примере следующего демонстрационного проекта.Выбором пункта меню File/Open/Project войти в каталогD:\OrCAD\Demo1, открыть файл osc.opj. Возникнет окно менеджерапроекта (заголовок окна — osc.opj).Менеджер отображает иерархическую структуру проекта:• Design Resources — описание проекта: файл проекта с расширением .dsn, страницы схемы, перечень компонентов Design Cache, перечень библиотек и др.;• Outputs — результаты проектирования: файлы со списком соединений, результатами проверок и т.п.;• PSpise Resource — информация для моделирования и др.В менеджере проекта путем раскрытия строк Design Resources,osc.dsn, Osc выбирается строка PAGE1, которая открывает окно с электрической схемой устройства.

Найти на схеме источник управляющихвоздействий (DSTM), логические элементы серии 74… , точки наблюде. Запустить процесс моделирования выбором пункта менюнияPSpise/Run. При этом произойдет автоматическая загрузка программыOrCAD PSpise. Отметить, что система сама распознает цифровые и аналоговые сигналы.Закрыть программу OrCAD PSpise и внутренние окна программыOrCAD Capture.2.

Построение сложных проектов2.1. В программе OrCAD Capture открыть проект democ в папкеD:\OrCAD\Demo2. Просмотреть все 6 страниц принципиальных схем.Найти на схемах модули зеленого цвета (так называемые иерархическиеблоки) и сопоставить им отдельные схемы, имеющие аналогичные названия. Продемонстрировать преподавателю два одновременно открытыхокна с иерархическим блоком и его схемой. Закрыть внутренние окна.2.2. Запустить программу OrCAD Layout. Открыть файл изображения печатной платы Democ3.max из того же каталога D:\OrCAD\Demo2.Щелкнув на любом компоненте (при отсутствии реакции выбрать пунктTools/Component/Select Tool), попробовать переместить его на другоеместо. Выйти из программы без сохранения результатов.3.

Подготовка электрической схемы3.1. В программе OrCAD Capture создать новый проект выборомпункта меню File/New/Project. В поле Name задать имя проекта (использовать только латинские символы), в поле Location — рабочий каталогd:\OrCAD\имя проекта, задать тип проекта — PC Board Wizard (печатная плата). В последующих диалогах задать опцию Enable projectОсновы компьютерного проектирования и моделирования РЭСsimulation (разрешение моделирования), добавить библиотеку компонентов bipolar.olb, закончить нажатием кнопки Готово.В окне SCHEMATIC1: PAGE1 создать принципиальную схему приведенного ниже (или иного по указанию преподавателя) устройства.Рекомендации по подготовке схемы:а) В процессе работы осуществлять периодическое сохранение проекта выбором пункта меню File/Save или соответствующей кнопкой.б) Выбор компонента для размещения производится посредствомпанели инструментов в правой части основного окнапиктограммыили из основного меню Place/Part.

В открывшемся диалоге выбираетсябиблиотека (Libraries), имя компонента из списка (Part List). При необходимости нажатием кнопки Add Library подключаются дополнительныебиблиотеки из <каталог установки OrCAD>/Capture/Library/PSpise. Резисторы (R), конденсаторы (C), индуктивности (L) рекомендуется брать избиблиотеки ANALOG, источники сигналов и питания — из библиотекиSOURCE, транзисторы общего применения — BIPOLAR, диоды —DIODE, логические элементы общего применения — DIG_PRIM, соединители — CONNECTOR (<каталог установки OrCAD>/Capture/Library).в) Размещение символов «земли» и источников питания производит,.ся из меню Place/Ground, Place/Power или нажатием на кнопкиКомпоненты содержатся в библиотеках CAPSYM, SOURCE.

При моделировании с помощью программы PSpise следует использовать символземли из библиотеки SOURCE с именем 0.г) Изменение ориентации (Rotation) и другие действия доступны после выделения компонента левой кнопкой мыши и вызова контекстногоменю при нажатии правой кнопки мыши.д) Проводники цепей размещаются по команде Place/Wire или по.

Начало ввода и каждый излом цепи отмечаютсясредством кнопкищелчком левой кнопкой, завершение — клавишей Esc или выбором команды End Wire в меню, вызываемом правой кнопкой мыши.е) Задание параметров компонентов производится в диалоге последвойного щелчка или выбором строки Edit Properties контекстного меню. Список параметров зависит от компонента: Part Reference — позиционное обозначение на схеме, PCB Footprint — тип корпуса, Value —номинальное значение (например, для резистора) или обозначение (транзистора, микросхемы), AC — напряжения источника сигналов для моделирования, DC — напряжение источника питания, VAMPL, VOFF —напряжение и величина смещения для источников переменного тока.ж) Для численных значений, выраженных в системе СИ, единицыизмерения можно не указывать или использовать общепринятые (Hz, s, V,A, Om, F, H), для масштабных коэффициентов используют суффиксы:p (пико), n (нано), u (микро), m (милли), k или K (кило), MEG (мега),G (гига).

Численное значение и единица измерения записываются слитно.Диалог задания свойств не имеет кнопки отмены, все установки становятся действительными при выходе из диалога — кнопкой закрытия окнаили сочетанием клавиш Ctrl+F4.3.2. В менеджере проектов выделить строку SCHEMATIC, выбратьпункт меню Tools/Design Rules Check (проверка схемы на наличие ошибок).

В открывшемся диалоге отметить галочкой опцию View Output(просмотр результатов), нажать Ok. При отсутствии ошибок в выведенном отчете присутствуют только строки типа Checking… (Проверка…).При наличии ошибок принять меры к их устранению. Сохранить проект.4. Моделирование4.1. Подготовить задание на моделирование устройства. В главномменю программы OrCAD Capture выполнить команду PSpise/New, задать имя (можно совпадаюSimulation Profile или нажать кнопкущее с именем проекта). В открывшемся диалоге на вкладке Analysis задать Run to time (время моделирования) равным 1000ns, Analysis type(вид анализа) — Transient (переходный процесс), нажать Ok. Выбратьпункт меню PSpise/Markers/Voltage Level или нажать кнопку, устав точках наблюдения — на всехновить маркеры уровней напряженияэлектродах транзистора.4.2.

Запустить моделирование командой PSpise/Run или кнопкой. Само моделирование осуществляется в автозапускаемой программеOrCAD PSpise, которая предварительно проверяет схему на отсутствиеошибок, в частности, на наличие моделей используемых компонентов.Неясные моменты помечаются на схеме зеленым кружком, например, этомогут быть соединители, которые обычно не учитывают при составлениимодели. В отчете зарисовать полученные временные диаграммы.В меню программы OrCAD PSpise выбрать пункт Trace/Fourier (иликнопку FFT), привести в отчете результаты спектрального анализа.4.3.

Переключившись на программу OrCAD Capture, зафиксироватьрезультаты расчета режимов по постоянному току — значения напряжений на электродах транзистора и токов через них. Эти данные отображаются непосредственно на схеме при нажатии кнопок V и I .4.4. Подготовить задание для расчета частотных характеристик(АЧХ). Восстановить маркеры в точках наблюдения (если они были удалены).

Проверить, что в параметрах источника входных сигналов V1задан параметр AC, равный значению VAMPL, так как только он учитывается при моделировании. В программе OrCAD Capture командойвызвать соответствуюPSpise/Edit Simulation Profile или кнопкойщий диалог. В строке Analysis type выбрать AC Sweep/Noise. В группепараметров AC Sweep Type установить логарифмическую шкалу c декадными отсчетами — Logarithmic, Decade, начальную частоту StartFrequency равной 100, конечную частоту End Frequency — 10G, числоточек на декаду Points/Decade — 4.Запустить анализ. При необходимости представления амплитуды влогарифмическом масштабе дважды щелкнуть на диаграмме по оси Y,выбрать опцию Scale: Log. Привести АЧХ в отчете.4.5. Построить частотную характеристику входного сопротивленияустройства — зависимость величины Uвх/Iвх от частоты.

Для этого, незакрывая программу OrCAD PSpise, последовательно выполнить командыменю Trace/Delete All Trace и Trace/Add Trace. (удалить все имеющиеся и добавить новые кривые). В открывшейся таблице выбрать сначала влевом списке параметр V(C1:1) — входное напряжение, затем в правом"/" — знак отношения, и, наконец, снова в левом I(C1) — входной ток.Проверить в нижнем поле с заголовком Trace Expression наличие выражения "V(C1:1) / I(C1)", нажать Ok. По аналогии с предыдущим пунктомзадать логарифмический масштаб по вертикали, зарисовать график.Закрыть программу OrCAD PSpise.5. Разработка печатной платы5.1. Подготовить данные для разработки топологии печатной платы.В меню программы OrCAD Capture выполнить команду Tools/CreateNetlist для составления списка соединений (активизация данной командыпроисходит при выборе строк в менеджере проектов).

В открывшемсядиалоге выбрать закладку Layout, отметить опцию User Properties are ininches (параметры в дюймовой системе), убедиться, что в строке NetlistFile указано имя файла с расширением .mnl в вашем рабочем каталоге.После нажатия Ok указанный файл будет создан.5.2. Запустить программу OrCAD Layout. Создать новый проект выбором пункта меню File/New. В открывшемся диалоге Load TemplateFile выбрать технологический шаблон печатной платы (можно согласиться на предлагаемый по умолчанию Default.tch).