Рассмотрены нововведения, появившиеся в очередной версии комплексной системы автоматизированного проектирования Altium Designer. Отмечено, что большое количество улучшений в правилах проектирования, появление новых инструментов и функций позволяют сократить время работы и обеспечить более полный контроль над проектируемым устройством.
DOI: 10.22184/1992-4178.2017.161.1.168.175
DOI: 10.22184/1992-4178.2017.161.1.168.175
Теги: cad system design rules printed circuit board печатная плата правила проектирования система автоматизированного проектирования
ActiveRoute[1]
Новаторская технология трассировки ActiveRoute представляет собой автоматизированную интерактивную маршрутизацию, которая обеспечивает эффективную прокладку треков (проводящих дорожек) (рис.1). Технология используется для трассировки конкретных цепей, выбранных пользователем. ActiveRoute позволяет разработчику в интерактивном режиме определить путь маршрута, по направлению которого будут прокладываться треки.
Ряд особенностей технологии ActiveRoute обеспечивают ее значительное преимущество по сравнению с простым сочетанием интерактивной и автоматической маршрутизации, в частности:
• автоматическая оптимизация треков, выходящих из массивов контактов / переходных отверстий (pin / via arrays);
• высокая производительность: прокладка одной цепи занимает менее 1 с;
• соблюдение правил проектирования для ширин, зазоров, слоев, топологии и "комнат" – как для одной цепи, так и для класса цепей;
• одновременная маршрутизация на нескольких слоях с высокоэффективным распределением маршрутов по этим слоям; • поддержка работы с дифференциальными парами;
• завершение прокладки треков мощным инструментом сглаживания треков Glossing, что дополнительно уменьшает количество углов и улучшает общий вид маршрутизации.
СГЛАЖИВАНИЕ ДОРОЖЕК (GLOSSING)
Для оптимизации расположения проведенных треков в Altium Designer 17.0 добавлен новый инструмент Glossing. Чтобы реализовать эту функцию (рис.2), достаточно выделить группу дорожек, для которых необходимо применить сглаживание, и запустить команду Route → Gloss Selected или нажать горячие клавиши Ctrl + Alt + G.
Изменения зависят от того, какие треки выбраны для сглаживания:
• для обычных треков (не дифференциальных пар), происходит изменение направления, нацеленное на сокращение длины маршрута. Также устраняются подключения к контактным площадкам и переходным отверстиям под острым углом;
• при применении к дифференциальным парам цель состоит в том, чтобы максимально уменьшить расстояние между цепями одной пары. Также Glossing пытается сделать проложенные треки более гладкими и короткими, без ущерба для параллельной маршрутизации;
• применительно к нескольким трекам / парам инструмент пытается выпрямить каждый элемент. В некоторых случаях это невозможно с первого раза, так как инструмент минимизирует затрачиваемое время. Если после запуска Glossing остались не сглаженные маршруты, необходимо повторно запустить команду.
ОБРАТНОЕ ВЫСВЕРЛИВАНИЕ (BACKDRILLING)
Обратное высверливание – это техника удаления неиспользуемой части металлизированного отверстия на печатной плате (рис.3). Данный прием дает возможность избавиться от появления искаженного сигнала в высокоскоростных интерфейсах на многослойных платах. Новая версия Altium Designer позволяет определить критические цепи, где необходимо удаление лишней части отверстия.
Обратное высверливание обеспечивает экономически более выгодное решение для высокоскоростных сигнальных треков. Такая технология изготовления более дешевая по сравнению с методами послойного наращивания или попарного прессования, используемыми для создания глухих переходных отверстий.
Для процедуры обратного высверливания нужно определить глубину высверливания и диаметр сверла.
Глубина обратного высверливания – расчетная величина, которая зависит от стека платы. После задания начального и конечного слоев (рис.4) программа вычисляет глубину сверления, необходимую для прохождения через все слои между указанной парой (включая толщину стартового слоя и исключая толщину конечного слоя).
Диаметр сверла для обратного высверливания определяется как размер переходного отверстия / контактной площадки + 2 Ч завышение (Oversize), указанное в соответствующем правиле конструкции (рис.5).
Вся информация по высверливанию переходных отверстий автоматически передается в документацию и файлы для производства.
РЕДАКТИРОВАНИЕ ПОЛИГОНОВ
В Altium Designer 17 появились новые инструменты для объединения (рис.6) и вычитания, а также для редактирования существующих полигонов. С помощью этих инструментов процесс создание полигонов становится проще. Данные инструменты можно применять ко всем объектам, сделанным на основе полигона, таким как контур платы и регион.
УЛУЧШЕНИЯ В РЕДАКТОРЕ DRAFTSMAN
Редактор чертежей Draftsman Altium Designer предлагает новый способ создания графических документов для производства. С выходом Altium Designer 17 в редакторе Draftsman появился ряд дополнительных функций и улучшений, которые повышают эффективность создания чертежей.
Новый вариант отображения компонентов на сборочном чертеже. Одним из вариантов отображения компонентов на сборочном чертеже был Body Projection, который создавал проекцию компонентов по их 3D-моделям. В новом релизе появился упрощенный вариант Body Projection Simple (рис.7), который предусматривает отображение только внешней границы проекции 3D-модели.
Ординатные размеры дают возможность добавить несколько измерений, начинающихся с одной (нулевой) ординаты (рис.8), которая называется базой. Вычисление значений размеров относительно базы позволяет избежать возможных ошибок, связанных с накоплением погрешностей.
Двойные единицы измерения. В предыдущих версиях единицы измерения могли быть установлены в миллиметрах или милах. В новой версии Draftsman появилась возможность отображения одновременно двух единиц измерения в размерах (рис.9). Подобное отображение может быть предусмотрено как для отдельных объектов, так и в качестве глобального параметра. Это обеспечивает дополнительную наглядность и защиту от ошибок перевода единиц измерения на производстве.
Для отображения двойных единиц измерения на индивидуальных размерах необходимо зайти в свойства объекта и установить маркер Dual Units (см. рис.9). После установки маркера активируется поле Dual Units, в котором необходимо выбрать вторую единицу измерения для размера (миллиметры (millimeters), милы (mils), дюймы (inches)).
В глобальных настройках (DXP → Preferences), можно задать отображение двойных единиц измерений по умолчанию.
Пользовательские таблицы (custom table). Новая версия редактора чертежей Draftsman позволяет создавать пользовательские таблицы (рис.10), структура и содержание которых свободно настраиваются пользователем в соответствии с требованиями к их назначению.
Можно настроить отображение пользовательской таблицы (стиль линий и текста, ширину ячеек, цвет, отступы), а также набор функций по модификации таблицы (добавление и удаление столбца / строки и объединение ячеек).
ИЗМЕНЕНИЯ В ПРАВИЛАХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Altium Designer 17.0 содержит целый ряд изменений в правилах проектирования печатных плат, которые обеспечивают более полный контроль всех аспектов конструкции платы, а также повышают удобство и скорость разработки. Рассмотрим основные нововведения.
Упрощенная форма матрицы минимальных зазоров. Для многих пользователей нет большой разницы между такими примитивами как треки (Track) и дуги (Arc). Аналогичная ситуация характерна для примитивов Fill, Polygon и Region, большинство пользователей используют их на плате как медные участки. Именно для таких ситуаций в матрице появилось два режима работы (1 на рис.11):
• Simple (простой): объекты Track и Arc объединены в одну группу Track, а Fill, Polygon и Region – в Copper.
• Advanced (расширенный): предоставляет традиционное отображение матрицы (как это было и в предыдущих версиях), с раздельным представлением всех примитивов.
Игнорирование зазора между контактными площадками, принадлежащими к одному посадочному месту. Для оптимизации контроля правил разработки (Design rule checking, DRC) в Altium Designer 17.0 была добавлена опция Ignore Pad to Pad clearances within a footprint (2 на рис.11), которая исключает проверку правила минимального зазора между контактными площадками (Pads), принадлежащими к одному посадочному месту (Footprint). По умолчанию эта опция отключена.
Проверка зазора между отверстиями и другими объектами. Добавление в матрицу минимальных зазоров нового объекта Hole (отверстие) (3 на рис.11) позволяет проверять минимальное расстояние между краями отверстий и других объектов. Данная возможность особенно полезна для предотвращения размещения трека слишком близко к переходному отверстию, на котором должно быть выполнено обратное высверливание. В противном случае слишком близко расположенный трек можно повредить при реализации технологии Backdrilling.
Расширение правила для неразведенных цепей (un-routed net). Обычно система проверки правил проектирования печатной платы считает цепь разведенной, если все узлы (контатные площадки компонентов) в этой цепи соединены посредством объектов Tracks, Arcs, Pads, Vias, Polygons. Эти объекты воспринимаются программой связанными, даже если они просто соприкасаются друг с другом. Однако, когда приходит время для изготовления платы, хрупкость некоторых из таких "связей" чревата большими проблемами. Такие соединения часто называют плохими, ненадежными или неполными.
В AltiumDesigner 17 улучшено правило un-routed net для отслеживания таких неполных соединений. При включении функции Check for Incomplete Connections (рис.12) автоматически выполняются следующие проверки:
• Track/Arc и Track / Arc: совпадают ли осевые линии или центры концов соединительных сегментов трек / дуга;
• Track / Arc и Via: расположены ли осевые линии или центры концов соединительных сегментов трек / дуга в центре переходного отверстия;
• Track/Arc и Pad: перекрываются ли осевые линии или окружность концов соединительных сегментов трек / дуга контактной площадкой;
• Via и Pad: перекрывается ли центр переходного отверстия контактной площадкой;
• Via и Via: совпадают ли центры двух сквозных отверстий;
• Polygon и Track / Arc: перекрываются ли осевые линии или окружность концов соединительных сегментов трек / дуга полигоном;
• Polygon и Pad/Via: перекрывается ли центр контактной площадки / переходного отверстия полигоном.
Все соединения, которые не удовлетворяют этим проверкам, помечаются в рабочей области с помощью специального маркера и отображаются в соответствующем сообщении в окне Messages.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОМПОНЕНТА
Параметры, которые можно вводить для характеристики компонентов в Altium Designer, обеспечивают мощные и гибкие средства добавления информации к конструкции печатной платы. Параметры могут быть использованы на различных уровнях, в том числе проектов, документов, шаблонов и отдельных объектов.
Наряду с набором стандартных, заранее определенных параметров, таких как название документа (DocumentName), Altium Designer предусматривает возможность создания пользовательских параметров. Ранее они были доступны в рамках проекта, документа или листа схемы. Altium Designer 17 вводит поддержку параметров на уровне платы, с возможностью их синхронизации между схемой и платой.
Передаются параметры путем стандартного обновления данных, которые переносятся из схемы на плату (команда Design → Update PCB Document). Переданные параметры в области печатных плат доступны только для чтения.
Для просмотра переданных параметров в редакторе печатных плат нужно открыть свойства компонента и в диалоговом окне нажать на кнопку Parameters… (рис.13). В диалоговом окне Parameters будут перечислены текущие пользовательские параметры, которые были назначены для выбранного компонента. Эти же параметры доступны в панели PCB Inspector.
В заключение можно отметить, что новые возможности Altium Designer 17 следуют современным тенденциям развития технологий, применяемых при разработке электроники. Поддержка функционала обратного высверливания позволяет пользователям САПР полноценно проектировать устройства, не придумывая обходные пути. Большое количество улучшений в правилах проектирования, появление новых инструментов и функций дают возможность сократить время работы и обеспечить полный контроль над проектируемым устройством.
ИСТОЧНИКИ
• Печатные платы: Справочник. В 2-х кн. / Под ред. К. Ф. Кумбза. – М.: ТЕХНОСФЕРА, 2011. 2032 с.
• Сабунин А. Е. Altium Designer. Новые решения в проектировании электронных устройств. – М.: Солон-Пресс, 2009. 432 с.
• Джонсон Г., Грэхэм М. Конструирование высокоскоростных цифровых устройств: начальный курс черной магии / Пер. с англ. – М.: ИД "Вильямс", 2006. 604 с.
• Кечиев Л. Н. Проектирование печатных плат для цифровой быстродействующей аппаратуры. – М.: ИД "Технологии", 2007. 616 с.
Новаторская технология трассировки ActiveRoute представляет собой автоматизированную интерактивную маршрутизацию, которая обеспечивает эффективную прокладку треков (проводящих дорожек) (рис.1). Технология используется для трассировки конкретных цепей, выбранных пользователем. ActiveRoute позволяет разработчику в интерактивном режиме определить путь маршрута, по направлению которого будут прокладываться треки.
Ряд особенностей технологии ActiveRoute обеспечивают ее значительное преимущество по сравнению с простым сочетанием интерактивной и автоматической маршрутизации, в частности:
• автоматическая оптимизация треков, выходящих из массивов контактов / переходных отверстий (pin / via arrays);
• высокая производительность: прокладка одной цепи занимает менее 1 с;
• соблюдение правил проектирования для ширин, зазоров, слоев, топологии и "комнат" – как для одной цепи, так и для класса цепей;
• одновременная маршрутизация на нескольких слоях с высокоэффективным распределением маршрутов по этим слоям; • поддержка работы с дифференциальными парами;
• завершение прокладки треков мощным инструментом сглаживания треков Glossing, что дополнительно уменьшает количество углов и улучшает общий вид маршрутизации.
СГЛАЖИВАНИЕ ДОРОЖЕК (GLOSSING)
Для оптимизации расположения проведенных треков в Altium Designer 17.0 добавлен новый инструмент Glossing. Чтобы реализовать эту функцию (рис.2), достаточно выделить группу дорожек, для которых необходимо применить сглаживание, и запустить команду Route → Gloss Selected или нажать горячие клавиши Ctrl + Alt + G.
Изменения зависят от того, какие треки выбраны для сглаживания:
• для обычных треков (не дифференциальных пар), происходит изменение направления, нацеленное на сокращение длины маршрута. Также устраняются подключения к контактным площадкам и переходным отверстиям под острым углом;
• при применении к дифференциальным парам цель состоит в том, чтобы максимально уменьшить расстояние между цепями одной пары. Также Glossing пытается сделать проложенные треки более гладкими и короткими, без ущерба для параллельной маршрутизации;
• применительно к нескольким трекам / парам инструмент пытается выпрямить каждый элемент. В некоторых случаях это невозможно с первого раза, так как инструмент минимизирует затрачиваемое время. Если после запуска Glossing остались не сглаженные маршруты, необходимо повторно запустить команду.
ОБРАТНОЕ ВЫСВЕРЛИВАНИЕ (BACKDRILLING)
Обратное высверливание – это техника удаления неиспользуемой части металлизированного отверстия на печатной плате (рис.3). Данный прием дает возможность избавиться от появления искаженного сигнала в высокоскоростных интерфейсах на многослойных платах. Новая версия Altium Designer позволяет определить критические цепи, где необходимо удаление лишней части отверстия.
Обратное высверливание обеспечивает экономически более выгодное решение для высокоскоростных сигнальных треков. Такая технология изготовления более дешевая по сравнению с методами послойного наращивания или попарного прессования, используемыми для создания глухих переходных отверстий.
Для процедуры обратного высверливания нужно определить глубину высверливания и диаметр сверла.
Глубина обратного высверливания – расчетная величина, которая зависит от стека платы. После задания начального и конечного слоев (рис.4) программа вычисляет глубину сверления, необходимую для прохождения через все слои между указанной парой (включая толщину стартового слоя и исключая толщину конечного слоя).
Диаметр сверла для обратного высверливания определяется как размер переходного отверстия / контактной площадки + 2 Ч завышение (Oversize), указанное в соответствующем правиле конструкции (рис.5).
Вся информация по высверливанию переходных отверстий автоматически передается в документацию и файлы для производства.
РЕДАКТИРОВАНИЕ ПОЛИГОНОВ
В Altium Designer 17 появились новые инструменты для объединения (рис.6) и вычитания, а также для редактирования существующих полигонов. С помощью этих инструментов процесс создание полигонов становится проще. Данные инструменты можно применять ко всем объектам, сделанным на основе полигона, таким как контур платы и регион.
УЛУЧШЕНИЯ В РЕДАКТОРЕ DRAFTSMAN
Редактор чертежей Draftsman Altium Designer предлагает новый способ создания графических документов для производства. С выходом Altium Designer 17 в редакторе Draftsman появился ряд дополнительных функций и улучшений, которые повышают эффективность создания чертежей.
Новый вариант отображения компонентов на сборочном чертеже. Одним из вариантов отображения компонентов на сборочном чертеже был Body Projection, который создавал проекцию компонентов по их 3D-моделям. В новом релизе появился упрощенный вариант Body Projection Simple (рис.7), который предусматривает отображение только внешней границы проекции 3D-модели.
Ординатные размеры дают возможность добавить несколько измерений, начинающихся с одной (нулевой) ординаты (рис.8), которая называется базой. Вычисление значений размеров относительно базы позволяет избежать возможных ошибок, связанных с накоплением погрешностей.
Двойные единицы измерения. В предыдущих версиях единицы измерения могли быть установлены в миллиметрах или милах. В новой версии Draftsman появилась возможность отображения одновременно двух единиц измерения в размерах (рис.9). Подобное отображение может быть предусмотрено как для отдельных объектов, так и в качестве глобального параметра. Это обеспечивает дополнительную наглядность и защиту от ошибок перевода единиц измерения на производстве.
Для отображения двойных единиц измерения на индивидуальных размерах необходимо зайти в свойства объекта и установить маркер Dual Units (см. рис.9). После установки маркера активируется поле Dual Units, в котором необходимо выбрать вторую единицу измерения для размера (миллиметры (millimeters), милы (mils), дюймы (inches)).
В глобальных настройках (DXP → Preferences), можно задать отображение двойных единиц измерений по умолчанию.
Пользовательские таблицы (custom table). Новая версия редактора чертежей Draftsman позволяет создавать пользовательские таблицы (рис.10), структура и содержание которых свободно настраиваются пользователем в соответствии с требованиями к их назначению.
Можно настроить отображение пользовательской таблицы (стиль линий и текста, ширину ячеек, цвет, отступы), а также набор функций по модификации таблицы (добавление и удаление столбца / строки и объединение ячеек).
ИЗМЕНЕНИЯ В ПРАВИЛАХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Altium Designer 17.0 содержит целый ряд изменений в правилах проектирования печатных плат, которые обеспечивают более полный контроль всех аспектов конструкции платы, а также повышают удобство и скорость разработки. Рассмотрим основные нововведения.
Упрощенная форма матрицы минимальных зазоров. Для многих пользователей нет большой разницы между такими примитивами как треки (Track) и дуги (Arc). Аналогичная ситуация характерна для примитивов Fill, Polygon и Region, большинство пользователей используют их на плате как медные участки. Именно для таких ситуаций в матрице появилось два режима работы (1 на рис.11):
• Simple (простой): объекты Track и Arc объединены в одну группу Track, а Fill, Polygon и Region – в Copper.
• Advanced (расширенный): предоставляет традиционное отображение матрицы (как это было и в предыдущих версиях), с раздельным представлением всех примитивов.
Игнорирование зазора между контактными площадками, принадлежащими к одному посадочному месту. Для оптимизации контроля правил разработки (Design rule checking, DRC) в Altium Designer 17.0 была добавлена опция Ignore Pad to Pad clearances within a footprint (2 на рис.11), которая исключает проверку правила минимального зазора между контактными площадками (Pads), принадлежащими к одному посадочному месту (Footprint). По умолчанию эта опция отключена.
Проверка зазора между отверстиями и другими объектами. Добавление в матрицу минимальных зазоров нового объекта Hole (отверстие) (3 на рис.11) позволяет проверять минимальное расстояние между краями отверстий и других объектов. Данная возможность особенно полезна для предотвращения размещения трека слишком близко к переходному отверстию, на котором должно быть выполнено обратное высверливание. В противном случае слишком близко расположенный трек можно повредить при реализации технологии Backdrilling.
Расширение правила для неразведенных цепей (un-routed net). Обычно система проверки правил проектирования печатной платы считает цепь разведенной, если все узлы (контатные площадки компонентов) в этой цепи соединены посредством объектов Tracks, Arcs, Pads, Vias, Polygons. Эти объекты воспринимаются программой связанными, даже если они просто соприкасаются друг с другом. Однако, когда приходит время для изготовления платы, хрупкость некоторых из таких "связей" чревата большими проблемами. Такие соединения часто называют плохими, ненадежными или неполными.
В AltiumDesigner 17 улучшено правило un-routed net для отслеживания таких неполных соединений. При включении функции Check for Incomplete Connections (рис.12) автоматически выполняются следующие проверки:
• Track/Arc и Track / Arc: совпадают ли осевые линии или центры концов соединительных сегментов трек / дуга;
• Track / Arc и Via: расположены ли осевые линии или центры концов соединительных сегментов трек / дуга в центре переходного отверстия;
• Track/Arc и Pad: перекрываются ли осевые линии или окружность концов соединительных сегментов трек / дуга контактной площадкой;
• Via и Pad: перекрывается ли центр переходного отверстия контактной площадкой;
• Via и Via: совпадают ли центры двух сквозных отверстий;
• Polygon и Track / Arc: перекрываются ли осевые линии или окружность концов соединительных сегментов трек / дуга полигоном;
• Polygon и Pad/Via: перекрывается ли центр контактной площадки / переходного отверстия полигоном.
Все соединения, которые не удовлетворяют этим проверкам, помечаются в рабочей области с помощью специального маркера и отображаются в соответствующем сообщении в окне Messages.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОМПОНЕНТА
Параметры, которые можно вводить для характеристики компонентов в Altium Designer, обеспечивают мощные и гибкие средства добавления информации к конструкции печатной платы. Параметры могут быть использованы на различных уровнях, в том числе проектов, документов, шаблонов и отдельных объектов.
Наряду с набором стандартных, заранее определенных параметров, таких как название документа (DocumentName), Altium Designer предусматривает возможность создания пользовательских параметров. Ранее они были доступны в рамках проекта, документа или листа схемы. Altium Designer 17 вводит поддержку параметров на уровне платы, с возможностью их синхронизации между схемой и платой.
Передаются параметры путем стандартного обновления данных, которые переносятся из схемы на плату (команда Design → Update PCB Document). Переданные параметры в области печатных плат доступны только для чтения.
Для просмотра переданных параметров в редакторе печатных плат нужно открыть свойства компонента и в диалоговом окне нажать на кнопку Parameters… (рис.13). В диалоговом окне Parameters будут перечислены текущие пользовательские параметры, которые были назначены для выбранного компонента. Эти же параметры доступны в панели PCB Inspector.
В заключение можно отметить, что новые возможности Altium Designer 17 следуют современным тенденциям развития технологий, применяемых при разработке электроники. Поддержка функционала обратного высверливания позволяет пользователям САПР полноценно проектировать устройства, не придумывая обходные пути. Большое количество улучшений в правилах проектирования, появление новых инструментов и функций дают возможность сократить время работы и обеспечить полный контроль над проектируемым устройством.
ИСТОЧНИКИ
• Печатные платы: Справочник. В 2-х кн. / Под ред. К. Ф. Кумбза. – М.: ТЕХНОСФЕРА, 2011. 2032 с.
• Сабунин А. Е. Altium Designer. Новые решения в проектировании электронных устройств. – М.: Солон-Пресс, 2009. 432 с.
• Джонсон Г., Грэхэм М. Конструирование высокоскоростных цифровых устройств: начальный курс черной магии / Пер. с англ. – М.: ИД "Вильямс", 2006. 604 с.
• Кечиев Л. Н. Проектирование печатных плат для цифровой быстродействующей аппаратуры. – М.: ИД "Технологии", 2007. 616 с.
Отзывы читателей
