Проектирование топологии односторонних печатных плат, содержащих проволочные или интегральные перемычки

УДК 681.3.06, 004.9

Горячев Н.В., Юрков Н.К.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТОПОЛОГИИ ОДНОСТОРОННИХ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ, СОДЕРЖАЩИХ ПРОВОЛОЧНЫЕ ИЛИ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ

ПЕРЕМЫЧКИ

Аннотация: Изложена методика создания компонента проволочной перемычки и её установки на печатную плату. Показано применение методики в САПР сквозного проектирования электроники. Разработан алгоритм, наглядно иллюстрирующий последовательность действий при реализации методики. Статья будет полезна студентам, ведущим разработку курсовых или дипломных работ, специалистам в области проектирования печатных плат.

Ключевые слова: проектирование, односторонняя печатная плата, ручная трассировка, электроника, EDA, E-CAD, Altium.

Goryachev N.V., Yurkov N.K.

TOPOLOGY DESIGN OF UNILATERAL PCB CONTAINING WIRE OR

INTEGRAL JUMPERS

Abstract: The technique of creating a component jumper and install it on the PCB. Demonstrates the use of techniques in CAD through designing electronics. An algorithm, vividly illustrating the sequence of steps in the implementation methodology. The article will be useful to students leading the development of coursework or dissertations, specialists in PCB design.

Keywords: design, single-sided printed circuit board, hand tracing, electronics, EDA, E-CAD, Altium.

В настоящее время САПР сквозного проектирования электроники (EDA или E-CAD) являются основным инструментом при разработки топологии печатных (ПП) плат функциональных узлов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Современные средства EDA включают в себя инструменты автоматической трассировки соединений ПП - автоматические трассировщики. При правильном описании правил трассировки, такие трассировщики значительно упрощают работу инженера конструктора при

проектировании двухсторонних и многослойных ПП. Правила проектирования ПП - это те конструктивные и технологические ограничения, которые установлены в техническом задании. В системах сквозного проектирования ПП от правил зависит вся последующая работа над проектом ПП. Между тем, создание правил проектирования ПП достаточно трудоёмкая задача, требующая хорошего знания языка описания правил конкретной системы EDA.

К сожалению, если для ДПП и МПП применение автоматических трассировщиков и даёт приемлемые результаты, то при проектировании ОПП эффективное применение инструментов автоматической трассировки редко приводит к ожидаемому результату. Профессиональные разработчики рекомендуют при проектировании ОПП использовать ручную трассировку. Однако при разработке ОПП очень сложно получить окончательный результат без применения проволочных или интегральных перемычек. Именно здесь и начинаются сложности, т.к. не все системы EDA имеют интуитивно понятные в использовании инструменты разработки ОПП содержащих перемычки. Ниже изложен метод, позволяющий упростить разработку ОПП содержащих перемычки в системе Altium Design (AD).

Система сквозного проектирования AD хорошо известна в нашей стране и фактически является правопреемником системы P-CAD [2]. Наличие значительного списка учебной литературы [3-6], освещающей приёмы работы в AD, позволяет рекомендовать эту систему для применения в учебном процессе ВУЗов. Скачать бесплатную, ограниченную версию AD можно с официального сайта разработчика [7].

Прежде чем приступить к проектированию ОПП, необходимо разработать библиотеку компонентов содержащих перемычки. Так же как и в случае с обычными компонентами (резистор, конденсатор и т.п.). Такая библиотека, в минимальном наборе, должна содержать условно-графическое описание (УГО) компонента, и его топологическое посадочное место (ТПМ).

Итак, создание компонента перемычки начинаем с разработки УГО. В библиотеке компонентов AD создаём новый компонент и чертим УГО перемычки. Причём УГО может иметь вид соответствующий отечественному ГОСТ [1] или зарубежным стандартам. Выбор стандарта в основном зависит от предпочтений нормконтроллёра организации, однако, авторы

рекомендуют следовать рекомендациям отечественного ЕСКД. Так или иначе, возможные варианты УГО, запаиваемой на ПП перемычки показаны на рисунке 1. Из рисунка 1 также видно, что перемычка содержит всего один вывод, его номер должен быть равен 1.

Рисунок 1 - УГО перемычки

а) в соответствии с ГОСТ; б) принятое за рубежом УГО перемычки

Затем, в существующей библиотеке посадочных мест, создаём ТПМ перемычки. Оба контакта перемычки должны иметь одно обозначение, например 1. В окне свойств контактов необходимо установить значение параметра Jumper ID отличное от нуля (рисунок 2), причём для каждого из контактов перемычки.

Следует отметить, что

перемычка может быть не только проволочной, но и интегральной, так называемая чип-перемычка. Такие перемычки выпускаются в

стандартных корпусах 0603,0805,1206 и т.д. Для такой перемычки алгоритм подготовки ТПМ, полностью идентичен алгоритму приведённому выше.

Рисунок 2 - Окно свойств контакта перемычки

Далее возвращаемся в библиотеку компонентов, и подключаем к УГО сформированое нами посадочное место перемычки. Таким образом, мы получаем готовый к установке на плату компонент перемычки (рисунок 3).

Ниже опишем методику установки разработанного нами компонента перемычки на ПП.

В ходе проектирования ОПП, в тот момент, когда возникает необходимость в установке перемычки,

Рисунок 3 - Г отовый компонент переходим из редактора ПП, в перемычки

редактор принципиальной схемы среды AD. Здесь устанавливаем перемычку

на лист принципиальной схемы и помечаем её меткой цепи (рисунок 4). Имя

метки цепи должно совпадать с именем той дорожки на ПП, к которой

необходимо подключить перемычку. Далее, используя пункты меню

Инструменты СУ> Перенумерация (в нелокализованной версии программы -

Tools Annotate Schematics), выполняем перенумерацию элементов

схемы. В результате этой операции вновь введенная нами перемычка

получит номер (рис.4, б).

а)

б)

Рисунок 4 — Перемычка на листе принципиальной схемы а) установленная перемычка; б) установка метки цепи на вывод

пронумерованной перемычки

Затем, из редактора схем выполняют процедуру обновления проекта ПП. После обновления проекта ПП компонент перемычки появляется на листе документа ОПП. Из рисунка 5,а видно, что установленная нами перемычка имеет электрическую связь с печатной дорожкой, имя которой мы присвоили самой перемычке.

Рисунок 5 - Перемычка на печатной плате а) электрическая связь перемычки с нужной цепью; б) окончательное

размещение перемычки

Для завершения процесса установки осталась последняя операция, это поместить перемычку в нужное место и, если нужно, провести недостающие соединения к перемычке (рисунок 5, б).

Предложенная методика наглядно иллюстрируется алгоритмом, блок-схема которого приведена на рисунке 6. Алгоритм подходит для создания

ОПП содержащих как проволочные, так и интегральные запаиваемые перемычки.

Рисунок 6 - Блок-схема алгоритма разработки и установки на ПП запаиваемой перемычки

При проектировании ТПМ проволочной перемычки отдельным вопросом является выбор шага между её контактами. При использовании нескольких перемычек с разной длиной, в рамках одного проекта ОПП, целесообразно выбирать единый шаг между контактами перемычек равный:

ШП = n • m

где

n - целое число;

m - шаг модульной сетки, мм.

Для примера, результат расчёта ШП при m=0.5 мм, приведён в таблице 1.

Таблица 1

Требуемая длина перемычки, мм ШП, мм

3,4 3,5

6,7 7

7,1 7,5

9,3 9,5

Разработка ТПМ перемычек одного проекта ПП в единой модульной сетке позволяет впоследствии обеспечить технологичность их монтажа. Применять произвольное значение ШП следует только в том случае, если требуется максимально плотная компоновка ОПП.

Изложенная выше методика и приведённый на рисунке 6 алгоритм могут быть рекомендованы студентам занимающимся разработкой ОПП, в ходе курсового или дипломного проектирования. Также методика будет полезна разработчикам ПП в случае, если в ходе проектирования ОПП возникла необходимость установки проволочной или интегральной перемычки.

Список литературы

1. ГОСТ 2.755-87 ЕСКД. Обозначения условные графические в электрических схемах. Устройства коммутационные и контактные соединения.

2. А. Сабунин. Почему Altium Designer, а не P-CAD. EDA Express №18

: [Электронный ресурс]. - Режим доступа :

http://www.rodnik.ru/product/sapr/edaexpress/EDA_N_18_ok.pdf

3. А.Е. Сабунин. Altium Designer. Новые решения в проектировании электронных устройств / А.Е. Сабунин. — М.: Солон-Пресс, 2009. — С. 267-276.

4. В.Ю. Суходольский. Altium Designer. Проектирование

функциональных узлов РЭС на печатных платах / В.Ю Суходольский. — СПб.: БХВ-Петербург, 2010. — С. 480.

5. В. Пранович. Система проектирования печатных плат Altium Designer 6. / В. Пранович. Цикл статей по Altium Designer. Технологии в электронной промышленности 2006-2007 гг.

6. Н.В. Горячев, Н.К. Юрков. Методика формирования контура печатной платы в САПР электроники с помощью сторонней механической САПР / Н.В. Горячев, Н.К. Юрков - Цифровые модели в проектировании и производстве РЭС: межвуз. сб. науч. тр. / под ред. профессора Н. К. Юркова. - Пенза: Изд-во ПГУ, 2010. -Вып. 15. - Стр. 127-133.

7. Test Drive Altium : [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http: //altium .com/evaluate/self-evaluate. cfm#trial