49127 (666163), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Другой продукт компании Cadence, пакет OrCAD рекомендуется как более легкое и дешевое решение для проектирования печатных плат. Данный пакет рассматривается фирмой Cadence как приоритетная система ввода проектов, моделирования и оптимизации схем по различным критериям: модули Capture CIS и PSpice сейчас поставляются в составе пакета PCB Design Studio. Усилены возможности синтеза и моделирования цифровых логических схем модуля 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. Для работы с силовыми цепями используют объединение схемотехнического моделирования в программе OrCAD с функциональным моделированием в программе MATLAB/Simulink.
Третьим основным производителем САПР печатных плат можно назвать компанию Altium Ltd (бывшая Protel International), которая выпустила в свет пакет Altium Designer (прежнее название продукта Protel DXP и развитие пакета PSpice корпорации MicroSim). Это комплексная система сквозного проектирования высокоскоростных электронных устройств на базе печатных плат, которая позволяет разработчику создавать проекты, начиная с принципиальной схемы и VHDL-описания ПЛИС, проводить моделирование полученных схем и VHDL-кодов, подготовить файлы для производства. Встроенный помощник импорта проектов позволяет импортировать схемы, платы, библиотеки из систем PCAD, OrCAD, PADs, DxDesigner, Allegro PCB, преобразовывая их в проекты Altium Designer. Поддерживается передача данных в пакеты проектирования печатных плат P-CAD, OrCAD, CADStar, PADS, Protel, SCICARDS и TangoPro. Дополнительно поставляется библиотека отечественных полупроводниковых приборов.
Эта компания продолжает развивать популярный в России свой второй пакет проектирования печатных плат P-CAD 2000-200Х. В свое время фирма Altium сделала маркетинговый ход, переименовав пакет ACCEL EDA в популярной в России название P-CAD. Самые последние версии стали больше походить на Protel. Модуль SIM 99 SE используемый в этих двух пакетах, позволяет проводить все стандартные виды анализа на базе алгоритма SPICE. С его помощью можно проводить параметрический анализ, изменяя одновременно не один, а два параметра. P-CAD поддерживает выходной формат данных ODB++, содержащий полную информацию о проекте по ГОСТ и поддерживаемый большинством систем управления ресурсами предприятия. Возможна связь с автотрассировком SPECCTRA.
В состав P-CAD входят два основных модуля - P-CAD Schematic, P-CAD PCB, и ряд других вспомогательных программ. P-CAD Schematic и P-CAD PCB - соответственно графические редакторы принципиальных электрических схем и печатных плат (ПП). Последняя версия системы - P-CAD 2006 SP3 SP2. В 2006 году компания Altium официально заявила о прекращении разработки данного продукта.30 июня 2008 года была прекращена поддержка. Для замены этой системы компания Altium предлагает систему Altium Designer.
Программа CAM350 является очень популярной в России, так как ранее облегченная версия этого продукта поставлялась с пакетом P-CAD 2000-200Х (ACCEL EDA), поэтому имела схожую с ней идеологию и позволяла загружать проект платы не в виде набора Gerber файлов, а файл PCB с сохранением информации об электрических связях.
Нельзя не упомянуть еще один почти неизвестный в России, но достаточно мощный и популярный в мире продукт - Visula компании Zuken. Продукты этой компании обеспечивают сквозной цикл проектирования и предлагают мощные средства моделирования и синтеза программируемой логики с последующей разработкой печатной платы. Здесь имеется стандартный набор инструментария, а также собственные средства авторазмещения и автотрассировки. Следует отметить, что компания Zuken также предлагает пользователям интегрированные средства трехмерного твердотельного моделирования разрабатываемых устройств (рис. 3).
Рис. 3. Трехмерное моделирование платы средствами компании Zuken.
Почти все программы были ориентированны на оформление документации согласно IEEE и ISO. Для привязке к отечественным ГОСТ, требовались доработки. Проблему переложили на плечи самих пользователей, дав им в руки DBX-интерфейс, позволяющий разрабатывать надстройки к программе. Оформлением текстовой документации по ГОСТ, можно с помощью программы TDD, а используемый редактор схем получил название Schemage (читается "схема-джи"). Редактор может генерировать список соединений в форматах P-CAD ASCII или Tango на основании полученной схемы может быть разработана печатная плата во многих популярных САПР, таких как P-CAD 200Х, Protel или OrCAD.
Анализ электромагнитной совместимости
Легко заметить, что мощность всех перечисленных выше программ в значительной мере определяется встроенными средствами анализа электромагнитной совместимости (ЕМС). В этой связи нельзя не отметить некоторые специализированные программы. Современные тенденции развития цифровой техники диктуют необходимость изменения подхода к этой проблеме. Большинство программ анализа EMC используют модели микрополосковых линий, считающих проводники питания и заземления идеальными, и не учитывают распределение токов в них.
Пионером в данной области выступила компания Sigrity, которая разработала пакет Speed XP. Эта программа использует не упрощенные модели, а численные методы решения электродинамических задач, благодаря чему стало возможным исследование распространения помех по внутренним слоям питания (рис.17.4). Однако, наличие столь мощной математики делает программу почти на порядок дороже продуктов ближайших конкурентов, которые предпринимают попытки реализовать аналогичные методы в своих системах, как например, компания Mentor Graphics.
Рис. 4. Анализ помех в слое заземления в пакете Speed 2000.
Из программ, реализующих классический подход к анализу EMC, следует отметить канадскую компанию Quantic EMC предлагающую на рынок продукт Omega PLUS. Этот пакет не является системой проектирования, зато имеет средства импорта проектов из всех вышеперечисленных САПР. Помимо обычного анализа целостности сигналов и перекрестных искажений, здесь могут быть получены спектры и интенсивность излучения платы в заданном диапазоне частот, уровни токов в проводниках, а также интенсивность электрического и магнитного полей над платой.
Системы проектирования СВЧ-устройств
Принципиально иной уровень сложности задач решают системы проектирования СВЧ - устройств. Как правило, для получения характеристик объемных структур требуется решение уравнений Максвелла, а для моделирования линейных и нелинейных СВЧ - схем привычных моделей и методов, используемых в алгоритме SPICE, недостаточно. Поэтому предлагаются специализированные продукты:
• Интегрированный пакет Microwave Office 200Х компании AWR;
• Система полного электромагнитного моделирования CST Microwave Studio компании CST;
• Система полного электромагнитного моделирования QuickWave-3D компании QWED;
• Система полного электромагнитного моделирования EMPIRE компании IMST;
Наиболее интегрированным из перечисленных является пакет Microwave Office 200Х, объединяющий модули анализа линейных и нелинейных схем, проектирования топологий, электромагнитного моделирования планарных многослойных структур, моделирования систем связи па уровне структурных схем. Нелинейный анализ выполняется методом гармонического баланса и рядов Вольтерра. Электромагнитное моделирование пленарных СВЧ-устройств выполняется методом моментов Галеркина. Редактор топологий представляет собой не просто графическую среду прорисовки топологий устройств, но и инструмент технологической подготовки к производству.
Все остальные продукты решают задачу полного трехмерного электромагнитного моделирования объемных СВЧ - устройств. Наилучший результат обеспечивают программы CST Microwave Studio немецкой компании CST и QuickWave-3D польской компании QWED (CONCERTO). Обе программы используют метод конечных разностей (FDTD), дополненный методом конфорных преобразовании. Основное отличие программ в степени завершенности пользовательского интерфейса: немецкий продукт является графической средой описания задачи, а польский продукт помимо прорисовки структуры требует от пользователя написания программного кода. Программы имеют средства оптимизации и обеспечивают лучшие результаты моделирования, чем одноименные продукты HFSS компаний Agilent и Ansoft.
Более дешевое решение предлагает компания IMST в продукте EMPIRE. Где используется классическая реализация метода FDTD, из-за чего для получения точных результатов для объемных структур произвольной формы, образованных криволинейными поверхностями, требуется большее время и вычислительные ресурсы. Здесь можно получать различные частотные характеристики СВЧ - устройств и диаграммы направленности антенн.
Системы теплового анализа
Отдельной задачей проектирования печатных плат является тепловой анализ. Наиболее мощным решением в этой области является программа BETAsoft-Board компании Dynamic Soft Analysis. Здесь также имеются интерфейсы импорта проектов из всех выше перечисленных продуктов, богатые библиотеки моделей и материалов. Программа больше подойдет для разработчиков монолитных многомодульных устройств. В процессе расчета могут быть получены температуры отдельных компонентов, карты прогрева плат, градиент температур (рис. 5). Отметим, что программа BETASoft-Board поставляется как штатное средство теплового моделирования для продуктов Mentor Graphics.
Рис. 5. Тепловой анализ платы в пакете BETASoft-Board.
Другая программа теплового анализа Sauna компании Thermal Solutions позволяет моделировать поведение не только плат, но и блоков и шкафов. Здесь присутствуют обширные библиотеки компонентов и материалов. Имеется специальный графический редактор, позволяющий прорисовывать конфигурацию оборудования. Система дает возможность назначать специальные рабочие циклы с учетом включения и выключения внешних источников питания.
Английская фирма Flomerics предлагает пользователям свой пакет Flotherm, главной особенностью которого является интерфейс, построенный на базе современных интернет-технологий на основе обычного браузера. Программа позволяет моделировать отвод тепла от микросхем, упакованных в современные корпуса PBGA и TBGA, а также позволяет учитывать технологию поверхностного монтажа перевернутых кристаллов (flip-chip). Например, компания National Semiconductor включила в состав своего программного комплекса Webench специальный модуль Webtherm, позволяющий получать цветную карту градиента температур для платы, построенный на базе вычислительного ядра Flomerics.
Из российских программ следует отметить, пожалуй, единственный коммерческий пакет теплового моделирования ТРИАНА (АСОНИКА-Т), разработанный специалистами Сибирского Федерального института (СФУ) и Московского Государственного Института Электроники и Математики (МИЭМ). Пакет предназначен для моделирования стационарных и нестационарных тепловых процессов, протекающих в конструкциях радиоэлектронных средств (РЭС), таких как стоечные конструкции, блоки с регулярной и нерегулярной структурами, печатные узлы, функциональные ячейки, микросборки. В состав пакета входит редактор, позволяющий формировать геометрическую модель исследуемой печатной платы или гибридной интегральной схемы, а также специализированный модуль подготовки тепловых моделей. Имеет ряд функций, недоступных ни в одной западной САПР. Прежде всего, это специальная база данных, содержащая тепловые модели компонентов для различного конструктивного исполнения и способа монтажа. Имеется возможность задания внешних граничных условий. Отдельный модуль позволяет готовить тепловые модели произвольных систем, определенных на уровне графов. Программа имеет интерфейс с современными системами проектирования печатных плат P-CAD 200Х (OrCAD), Protel DXP, Allegro, SPECCTRA, а также старыми, но все еще распространенными в России, версиями P-CAD 4.5-8.7. Кроме того, пакет может обмениваться данными с тепловизионным диагностическим комплексом ТЭРМИД РЭС.
Тепловой анализ конструкции позволяет снизить габариты устройства за счет правильного размещения теплоотводов оптимального размера и избежать перегрева и разрушения участков платы. С помощью анализа методом конечных элементов (FI) можно выявить части, склонные к разрушению из-за разности коэффициентов теплового расширения используемых материалов. Сейчас применяется зачастую порочная практика приближенной оценки объема корпуса устройства и площади поверхности радиаторов исходя из рассеиваемой элементами мощности, что иногда приводит к неоправданному завышению габаритов и веса конструкции. Следует отметить, что полученные с помощью теплового анализа температура отдельных элементов, а также динамика ее изменения в течение рабочего цикла могут быть переданы в специализированные системы анализа механических нагрузок.
Системы подготовки производства
Важным этапом проектирования печатных плат является подготовка уже разработанного проекта к производству. Под этим подразумевается генерация управляющих файлов для изготовления фотошаблонов, станков для сверления отверстий, оборудования для автоматического тестирования плат и расстановки компонентов. Как правило, все системы проектирования печатных плат имеют встроенные средства генерации таких файлов, тем не менее, имеется ряд задач, которые необходимо выполнять в специально предназначенных для этого продуктах. Большинство проблем связано с получением оптимизированных файлов в формате Gerber для изготовления фотошаблонов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
