МИНИСТЕРСТВООБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ПЕНЗЕНСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра САПР
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯЗАПИСКА
ККУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
подисциплине «Автоматизация конструкторского и технологического проектирования»
на тему:«Проектирование узла электронной аппаратуры с помощью САПР P-CAD»
Выполнил: Гадияк Н.А.
Проверил: Аксёнова Л. И.
Пенза 2010
Содержание
1. Анализ схемы
2. Конструктивныйрасчет платы ТЕЗ
2.1 Расчет шагаразмещения ИС
2.2 Расчет размеровзоны расположения ИС
2.3 Расчет размеровплаты
3. Интерактивное размещение итрассировка
3.1 Создание графическогоначертания элементов, входящих в состав элемента
3.2 Созданиеграфического начертания посадочного места элемента
3.3 Упаковкаэлементов в компонент
3.4 Создание принципиальнойэлектрической схемы устройства и генерация файла списка цепей
3.5 Создание контура ПП иразмещения на ней компонентов ПП
3.6 Трассировка ПП автоматическимтрассировщиком
4. Подготовкаконструкторской документации
Литература
1. Анализсхемы
Анализ схемыэлектрической принципиальной позволил выделить следующие элементы серии 155:К155ЛА3, К155ЛА1, К155ЛА4, К155ЛР1, К155ЛН1. С учетом количества элементовкаждого типа выделим число корпусов типа 201.14 – 1 с 14 выводами, необходимыхдля размещения этих элементов.Тип элемента Кол – во элементов в схеме Число элементов в корпусе Число корпусов
ЛА3
ЛА1
ЛР1
ЛА4
ЛН1
10
11
2
8
5
4
6
4
4
4
3
2
1
2
2
ИТОГО: потребуется 11корпусов.
В схеме можно выделить 52 цепи,которыми соединены элементы (без учета 2 цепей питания).
2.Конструктивный расчёт платы ТЕЗ
2.1 Расчетшага размещения ИС
Перед началом расчеталогическая схема устройства, реализуемого на плате ТЭЗ, должна быть покрытакорпусами интегральных схем 201.14 – 1.
Исходными данными длярасчета шага являются следующие параметры:
· R1 – размер корпуса ИС вдоль оси X в [мм]
· R2 – размер корпуса ИС вдоль оси X в [мм]
Значения R1 и R2 являются стандартными.
R1 = 20 мм
R2 = 7,5 мм
· R3 – зазор между корпусами ИС вдольоси X в [мм]
· R4 – зазор между корпусами ИС вдольоси Y в [мм]
Величина R3 и R4 зависит от таких факторов, как взаимное тепловое иэлектромагнитное влияние ИС друг на друга, количество печатных проводников вканалах между ИС, ширина этих проводников и зазор между ними. Рекомендуемая величинаR3 и R4 – в интервале 2..10 мм.
R3 = 10 мм
R4 = 15 мм
В соответствии с этимипараметрами рассчитываются первоначальные величины шага размещения ИС икорректируются с учетом параметра R7.
R7 = 2,5 мм
R5 = R1 + R3 –шаг по оси X R5 = 30 мм
R6 = R2 + R4 –шаг по оси Y R6 = 22,5 мм
2.2 Расчетразмеров зоны расположения ИС
Исходными данными длярасчета являются следующие параметры:
· N1 – количество корпусов ИС порезультатам покрытия исходной логической схемы устройства;
· N2 – количество сторон платы накоторые монтируется ИС
N1 = 11
N2 = 2
В соответствии с этимиисходными данными вычисляются параметры:
· N3 – количество столбцов ИС (вдоль осиX)
· N4 – количество рядов ИС (вдоль оси Y)
· R8 – размер зоны расположения ИС пооси X в [мм]
· R9 – размер зоны расположения ИС пооси Y в [мм]
Соотношение параметровследующие:
R8 = R5/>N3
R9 = R6/>N4
При вычислении N3 и N4 используется критерий:
R8 / R9 → 1, что означает максимальное приближение формы зонырасположения ИС к квадратной. Это требование обусловлено созданием наилучшихусловий для трассируемости платы.
R8 = 120 мм N3 = 4
R9 = 67,5 мм N4 = 3
· N5 – количество различных типоразмеровдискретных элементов (конденсаторов, резисторов, диодов, транзисторов, реле идр.)
В моей схеме N5 = 0 и расчетный параметр R15 = 0.
2.3 Расчетразмеров платы
Исходными данными длярасчета являются параметры:
· N9 – общее количество разъемов ипланок на плате
· N10i – признак стороны платы, на которой устанавливается i – ый разъем или планка всоответствии с рис.2
· R16i – длина области расположения контактов i – го разъема (планки)
· R17i – ширина области расположения контактов i – го разъема (планки)
Значения параметров R16 и R17 выбираются по справочной литературе.
R16 = 5/>(m/2-1)где m = 24 – количество контактов R16 = 55 мм
R17 = 2,5 мм
Число контактов разъемадолжно быть не менее числа входных и выходных цепей исходной схемы, включаяцепи питания и земли.
Перечисленные параметрыучитываются при определении размеров периферийной части платы, которые либоравны величине технологического зазора R18 в [мм], либо соответствующему R17i.
Рекомендуемая R18 = 5 мм. Расчетные размеры платы R19 и R20 в [мм] вдоль осей X и Y соответственноуточняются со стандартными типоразмерами печатных плат. Выбранные значения R21 и R22 должны быть ближайшими, большими и расчетными R19 и R20 соответственно.
R19 = R15 + R8 + 2/>R18 = 120 + 2/>5 = 130 мм
R20 = R9 + 2/>R15 + R18 + R17 = 67,5 + 5 + 2,5 = 75 мм
R21 = 130 мм – длина ПП
R22 = 80 мм – ширина ПП
2.3 Расчетразмеров платы
Рассчитывается количествоэкранирующих слоев (N11), экранирующихслоев (N12), слоев шин питания (земли) (N13) в многослойной структуре платы(см. приложение 1).
Число сигнальных слоев в N11, необходимых для трассировкисоединений зависит от максимальной плотности расположения соединений на плате. Максимальнойона является в зоне расположения ИС, т. к. контакты (выводы) ИС расположенынаиболее близко.
Плотность соединенийучитывается косвенным образом через показатель плотности логических элементовна единицу площади зоны ИС.
Исходными данными являютсяпараметры:
· R23 – количество сигнальных входов –выходов одного корпуса ИС
· R24 – коэффициент использованиякорпусов ИС, равный отношению числа логических элементов в исходной логическойсхеме устройства к числу логических элементов в N1 корпусах, которыми покрыта эта схема. Принимает значения винтервале (0,1).
R23 = 14
R24 = 37/46 = 0,8
В соответствии с этимиданными вычисляется показатель плотности RASPL в [лог.эл/см^2]
/>/>/>
3
2
1
10
8
6
4
2 />RASPL = (N1/>R23/>R24/>100)/(R8/>R9/>4,0) = (11/>14/>0,8/>100)/ (120/>67,5/>4,0) = 0,38,
зная который в соответствии сграфиком определяют число сигнальных слоев N11 как ближайшее большее целое.
N11 = 2
Остальные расчетныепараметры связаны с N11 следующимисоотношениями:
N12 = 2/>N11 – 2 = 2/>2 – 2 = 2
N13 = N11 -1 = 2 – 1 = 1
N14 = (N11 + N12 + N13) –1 = (2 + 2 + 1) – 1 = 4
3. Интерактивноеразмещение и трассировка
Проектирование ПП винтерактивном режиме начинается после выполнения следующих подготовительныхопераций:
1) созданиеграфического начертания элементов, входящих в состав компонента, при помощипрограммы Symbol Editor;
2) созданиеграфического начертания посадочного места компонента при помощи программы Pattern Editor;
3) упаковка элементовв компонент при помощи программы Library Executive;
4) созданиепринципиальной электрической схемы устройства и генерация файла списка цепей спомощью программы Schematic;
5) создание контураПП и размещения на ней компонентов ПП при помощи программы PCB. Загрузка файла списка цепей дляпоследующей трассировки;
6) автоматическаятрассировка ПП трассировщиком Quick Route;
Начальный этап – созданиеили выбор библиотек компонентов. В данном случае LIBRARY.lib. Они служат хранилищами всей необходимой(обобщенной) информации для системы P – CAD.
3.1Создание графического начертания элементов, входящих в состав элемента
В результате работы спрограммой Symbol Editor были созданы файлы K155LA3.sym, R155LN1.sym, K155LA1.sym, K155LA41.sym, K155LR4.sym, Connect.sym,содержащие графическое начертание элементов, входящих в микросхемы и разъем.Запись в соответствующие библиотеки.
3.2Создание графического начертания посадочного места элемента
В результате работы спрограммой Pattern Editor были созданы файлы K155LA3.pat, R155LN1.pat, K155LA1.pat, K155LA4.pat, K155LR4.pat, Connect.pat содержащиеграфическое начертание посадочного места микросхемы и разъема на ПП. Запись в соответствующиебиблиотеки.
3.3Упаковка элементов в компонент
При помощи программы Library Executive была установлена взаимосвязьэлементов компонента с контактами (выводами) компонента в соответствии сосправочной документацией компонентов. Были внесены изменения в соответствующиебиблиотеки.
3.4Создание принципиальной электрической схемы устройства и генерация файла спискацепей
В результате работы спрограммой Schematic была создана принципиальная схемаустройства (файл schema.sch),а также сгенерирован файл списка цепей NetList.net.
3.5Создание контура ПП и размещения на ней компонентов ПП
С помощью программы PCB был создан контур печатной платы вслое Board. Тем самым в программу закладываетсяинформация о границах печатной платы. Затем были расположены компоненты внутриконтура ПП. Была произведена загрузка списка цепей (файла NetList.net) для последующей трассировки. Создан файл schema.pcb.
3.6Трассировка ПП автоматическим трассировщиком
Была выполнена автоматическаятрассировка ПП при помощи трассировщика Quick Route. Создан файл plata.pcb.
4.Подготовка конструкторской документации
Чертежи первого и второгослоев печатной платы, а также сборочный чертеж (размещение элементов спереходными отверстиями) выполнены средствами САПР P – CAD.
Были созданы документы оразработанной печатной плате, хранящихся в файлах:
Plata.bomсодержит список компонентов одного типа, имяграфического символа или конструктива.
Plata.atr содержит имя графического символа иликонструктива, тип компонента и список цепей (включая цепи питания).
Сборочныйчертеж
/>
Чертежслоев
/>
Чертежиспользуемых интегральных схем
/>
K155LR1
/> K155LA1
/> K155LA3
/> K155LA4
/> K155LN1
Листинг файла Plata.atr
P-CADComponent and Net Attributes Rquick1112.pcb
RefDes Type Value
DD1 R155LN1
DD2 CONNECT
DD3 K155LA3
DD4 K155LA1
DD6 K155LA1
DD7 R155LN1
DD8 K155LA4
DD9 R155LN1
DD10 K155LR1
DD11 K155LA3
DD12 K155LA3
DD13 K155LA1
DD14 K155LA4
DD15 R155LN1
NetName
---------------
+5V
GND
NET00011
NET00016
NET00019
NET00023
NET00025
NET00027
NET00028
NET00029
NET00034
NET00036
NET00037
NET00038
NET00041
NET00045
NET00048
NET00049
NET00050
NET00052
NET00054
NET00055
NET00057
NET00059
NET00060
NET00061
NET00062
NET00063
NET00065
NET00066
NET00067
NET00068
NET00069
NET00070
NET00071
NET00072
NET00073
NET00074
NET00075
NET00077
NET00078
NET00079
NET00080
NET00082
NET00085
NET00086
Листинг файлаPlata.bom
P-CAD Bill of Materials Rquick1112.pcb
Count ComponentName RefDesPatternName Value
1 CONNECT DD2 CONNECT
3 K155LA1 DD4 K155LA1
DD6
DD13
3 K155LA3 DD3 K155LA3
DD11
DD12
2 K155LA4 DD8 K155LA4
DD14
1 K155LR1 DD10 K155LR1
4 R155LN1 DD1 K155LR1
DD7
DD9
DD15
Литература
1. Саврушев Э.Ц. «P – CAD для Windowsверсия 2001 – 2002. Система проектирования печатных плат.» М: изд. «Эком», 2002г.
2. Богданович М.И, Грель И.Н.,Прохоренко В.А., Шалимо В.В. «Цифровые интегральные микросхемы», Справ., Мн.:Белаусь, 1991 г.