1

Komputerowe wspomaganie

projektowania systemów

elektronicznych

dr inż. Piotr Pietrzak

Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych

Politechniki Łódzkiej

pietrzak@dmcs.pl

pok. 54, tel. 631 26 20

www.dmcs.p.lodz.pl

PCB – rozmieszczenie elementów

W pierwszym kroku należy pogrupować elementy, umieszczając poza

obrysem płytki poszczególne elementy aktywne oraz współpracujące z nimi

podzespoły, w kolejności zgodnej z torem przepływu sygnału „głównego”,

z zachowaniem podziału na bloki funkcjonalne układu

Podczas rozmieszczania elementów na płytce należy:

• dążyć do zminimalizowania odległości pomiędzy elementami wiodącymi

sygnały krytyczne, w szczególności sygnały analogowe o niewielkich

amplitudach,

• w miarę możliwości zachować podział na bloki funkcjonalne,

• wyraźnie oddzielić część analogową układu od części cyfrowej,

• uwzględnić warunki pracy poszczególnych elementów (wrażliwość na

zakłócenia, wzrost temperatury)

Elementy powinny być rozmieszczone wewnątrz obszaru typu Room

Istnieje możliwość edycji kształtu obszaru Room oraz zmiany jego

parametrów w zakresie widoczności

PCB – rozmieszczenie elementów

Wymiary obszaru roboczego PCB mogą zostać dopasowane do potrzeb

projektu (Design -> Board Shape)

Program Altium Designer umożliwia automatyczne rozmieszczenie

elementów. Skorzystanie z tej funkcji wymaga zdefiniowania obszaru

(obszarów) rozmieszczenia elementów (Room).

W przypadku rozmieszczania ręcznego można skorzystać z narzędzi

zautomatyzowanego wyrównywania komponentów (align)

Funkcja „Cross Probe” (Tools -> Cross Probe) – pozwala na powiązanie

wskazanego obiektu (podzespół, pole lutownicze, połączenie) z obiektem na

schemacie lub PCB. Wskazanie obiekty z przytrzymanym klawiszem Ctrl

pozostawia widok obiektu odnalezionego.

PCB – zmiana warstwy dla komponentu

Elementy mogą być umieszczone jedynie na warstwie Top lub Bottom

PCB – ręczna realizacja połączeń

Do realizacji połączeń można użyć routera automatycznego lub

interaktywnych narzędzi tworzenia połączeń: Interactive Routing, Smart

Interactive Routing, Interactive Routing of Differential Pair, Place Multiple

Traces

Połączenia mogą być realizowane jedynie wewnątrz obszaru zdefiniowanego

na warstwie keep-out-layer

Istotną cechą Altium Designer jest możliwość grupowania połączeń,

podzespołów i/lub warstw w klasy, do których mogą zostać przypisane

indywidualne reguły projektowe. Jest ona przydatna szczególnie w

przypadku automatycznego prowadzenia ścieżek (zwiększa pewność

uzyskania właściwego projektu PCB) oraz w celu zapewnienia prawidłowej

realizacji projektu w trybie ręcznym (przestrzeganie reguł dla każdego typu

wstawianych obiektów)

PCB – ręczna realizacja połączeń

Istnieje możliwość indywidualnej modyfikacji parametrów połączeń

realizowanych dla określonej sieci (Net). Dostęp do listy parametrów można

uzyskać poprzez panel roboczy PCB (w trybie Nets) lub PCB List

Klasy połączeń, elementów i warstw oraz odpowiednie dla nich reguły

projektowe powinny zostać zdefiniowane we wstępnej fazie realizacji

projektu obwodu drukowanego

W Altium Designer narzędzi interaktywnych można używać jedynie do

realizacji połączeń na warstwach sygnałowych. Linie niebędące ścieżkami

sygnałowymi (obróbki mechanicznej, obrys płytki, itp.) wykonuje się przy

użyciu narzędzia Place Line

W czasie ręcznej edycji ścieżek, Altium Designer wymusza przestrzeganie

zdefiniowanych reguł projektowych, przy czym użytkownik ma możliwość

określenia sposobu reakcji programu na powstałe kolizje

2

PCB – ręczna realizacja połączeń

Użytkownik ma możliwość wyboru sposobu reakcji programu na zaistniałe sytuacje

konfliktu realizowanego połączenia z innymi obiektami, z uwzględnieniem

zdefiniowanych reguł projektowych (PCB Editor – Routing Options, Shift+R)

None – umożliwia prowadzenie ścieżek w dowolny sposób bez przestrzegania reguł

projektowych. Naruszenie reguł jest sygnalizowane znacznikiem błędu.

Push Conflicting Objects – podejmowana jest próba rozsunięcia obiektów

konfliktowych tak, aby zrobić miejsce dla prowadzonej ścieżki. Jeśli nie jest to

możliwe, zostanie wywołany tryb Ignore Objects. Tryb ten jest dostępny tylko dla

narzędzia Interactive Routing

Walkaround Conflicting Objects – Altium Designer proponuje użytkownikowi sposób

prowadzenia ścieżki od bieżącej pozycji kursora do obiektu docelowego, w sposób

zapewniający ominięcie obiektów mogących powodować złamanie reguł projektowych.

Jeśli nie jest to możliwe, zostanie wywołany tryb Stop at First Conflicting Object.

Hug and Push Conflicting Objects – tryb podobny do Push Conflicting Objects, przy

czym przesuwane są tylko obiekty konieczne do przeprowadzenia ścieżki pomiędzy

nimi. Ograniczona jest możliwość dowolnego prowadzenia ścieżek.

PCB – ręczna realizacja połączeń

Sieci połączeń (Nets) mogą być ukrywane w celu poprawy czytelności

projektu

Połączenia oraz punkty lutownicze nienależące do edytowanej sieci połączeń

są maskowane, przy czym poziom maskowania może zostać ustalony przez

użytkownika

W trybie Interactive Routing Altium Designer pokazuje aktualnie wstawiany

segment oraz segment prognozowany. Punkt docelowy wskazuje linia sieci.

Naciśnięcie klawisza ‘~’ pozwala obejrzeć aktywne skróty klawiszowe

PCB – realizacja połączeń

Użycie narzędzia Place Multiple Traces jest możliwe po uprzednim

zaznaczeniu wybranych pól lutowniczych lub segmentów istniejących

ścieżek (Shift+Click, Ctrl+Click+Drag). Użytkownik może określić odległość

między środkami ścieżek w trakcie ich edycji po naciśnięciu klawisza Tab.

W czasie edycji ścieżki, Altium Designer automatycznie usuwa utworzone

pętle, pozostawiając najkrótszą ścieżkę połączeń między polami

lutowniczymi (ustawienie domyślne)

Utworzona ścieżka może być przedłużana, a jej segmenty mogą być

przesuwane i dzielone na większą liczbę segmentów

Po zaznaczeniu wybranych segmentów wielu ścieżek (np. magistrali), można

dokonać ich jednoczesnego przedłużenia lub przeniesienia z zachowaniem

położenia przenoszonych segmentów względem siebie

Naciśnięcie kombinacji klawiszy Shift+W w czasie prowadzenia ścieżki

pozwala dokonać wyboru jej szerokości spośród wartości zdefiniowanych

przez użytkownika (Preferences -> PCB Editor -> Interactive Routing)

Szerokość ścieżki, która jest prowadzona od ścieżki już istniejącej jest

automatycznie zmieniana na szerokość istniejącego połączenia. Chwilowe

zablokowanie tej funkcj wymaga trzymania naciśniętego klawisza Shift.

PCB – realizacja połączeń

Zmiana parametrów ścieżki w czasie edycji połączenia

Zaawansowane tryby zaznaczania obiektów, w tym ścieżek obwodu

drukowanego (Edit -> Select)

Jednoczesna edycja wielu obiektów (Find

Similar Objects, Filter, PCB Inspector)

Wzmocnienie mechaniczne pól

lutowniczych poprzez wstawienie tzw.

łezek (Tools -> Teardrops)

Edycja średnic otworów (Panel PCB ->

Hole Size Editor)

Edycja sieci z poziomu PCB

Kontrola impedancji ścieżki

Dopasowywanie długości ścieżek

Kopiowanie formatu obszaru Room

(Design -> Rooms -> Copy Room Formats)

PCB – realizacja połączeń różnicowych

Połączenie różnicowe stanowi parę dwóch ściśle ze sobą powiązanych

przewodników przesyłających sygnały o tej samej wartości bezwzględnej

i o przeciwnym znaku.

Połączenie różnicowe stosowane jest w przypadku, gdy masa źródła sygnału

nie może zostać połączona w sposób prawidłowy z masą odbiornika.

Transmisja różnicowa jest odporna na

powszechnie występujące zakłócenia

elektromagnetyczne. Jednocześnie

sama minimalizuje poziom zakłóceń

związany z transmisją sygnału.

Punktem wyjścia dla połączeń

różnicowych jest zdefiniowanie pary

sygnałów różnicowych. Można tego

dokonać na schemacie ideowym lub w

podczas edycji obwodu drukowanego w

panelu PCB, opcja Differential Pairs

Editor

PCB – realizacja połączeń różnicowych

Utworzenie połączenia różnicowego na płytce obwodu drukowanego wymaga

stosowania specjalnych technik prowadzenia ścieżek. Zgodnie z opiniami

panującymi obecnie nie jest wymagane zapewnienie określonej impedancji

różnicowej. Realizując połączenie różnicowe należy dążyć do:

• uzyskania impedancji każdej ścieżki sygnałowej równej połowie impedancji

wejściowego kabla różnicowego,

• zakończenia każdej linii impedancją równą impedancji charakterystycznej

linii na końcu dołączonym do odbiornika,

• zapewnienia równej długości obu linii pary różnicowej z dokładnością

właściwą dla technologii łączonych układów (często przyjmuje się

dopuszczalną różnicę 500mil),

• prowadzenia ścieżek obu linii w bezpośrednim sąsiedztwie – jeśli jest to

konieczne mogą one omijać przeszkody,

• zachowania impedancji w

przypadku zmiany warstwy

połączenia różnicowego.

3

PCB – autorouter

W Altium Designer został wbudowany automatyczny, topologiczny kreator

połączeń Situs

W czasie działania autoroutera przestrzegane są reguły projektowe

Autorouter działa zgodnie z wybraną

strategią, która stanowi zbiór właściwie

dobranych i ustawionych w odpowiedniej

kolejności przebiegów realizacji połączeń

(Routing Passes)

PCB – wypełnienia, obszar miedzi i wieloboki

W Altium Designer istnieje możliwość umieszczania na płytce obwodu

drukowanego ciągłych lub kratowych obszarów miedzi o kształcie prostokąta

lub wielokąta. Obiekty te mogą zostać wykorzystane jako ekran, element

rozpraszania generowanego ciepła, elementy mapy pól lutowniczych

podzespołów lub ścieżki sygnałowe przewodzące prądy o dużym natężeniu.

Wypełnienie (fill) może przyjmować tylko kształt

prostokąta. Nie może obejmować innych obiektów,

takich jak punkty lutownicze, przelotki, ścieżki lub

obiekty tekstowe. Można połączyć je z dowolną siecią

występującą w projekcie. Istnieje możliwość

obrócenia go o dowolny kąt.

Obszar miedzi (Solid Region) jest obszarem

ciągłym, mogącym przyjmować kształt wieloboku.

Nie może obejmować innych obiektów. Można

połączyć go z dowolną siecią występującą w

projekcie. Zaznaczenie w ustawieniach obszaru

opcji cutout spowoduje utworzenie pola

negatywowego (wycięcia).

PCB – wielokąty (polygon plane)

Wypełnienie wieloboczne (Polygon Pour):

• może przyjmować dowolny kształt,

• może stanowić ciągły obszar miedzi (Solid),

zostać wypełnione kratą miedzi (Hatched) lub

pozostać niewypełnone (Outlines Only)

• podczas jego powstawania przestrzegane są

zdefiniowane przez użytkownika reguły

projektowe,

• może łączyć się z dowolną siecią połączeń,

przy czym połączenia utworzone uprzednio

mogą zostać „oblane” wypełnieniem (Pour

Over All Same Net Obiects, Pour Over Same

Net Polygon Only),

• łączy się z polami lutowniczymi należącymi do

tej samej sieci, przy czym styl i właściwości

podłączenia mogą zostać określone przez

użytkownika

PCB – wielokąty (polygon plane)

Podczas określania parametrów kraty wypełniajacej wielobok należy

uwzględnić reguły projektowe (w szczególności minimalne szerokości

ścieżek i minimalne odstępy pomiędzy nimi).

Wstawienie poligonu polega na narysowaniu jego konturu.

W trakcie edycji konturu można

zmieniać styl narożników poprzez

kolejne naciśnięcia spacji

Edycja wstawionego poligonu jest możliwa po zaznaczeniu warstwy, na

której został on wstawiony

Edycja kształtu wymaga wybrania polecenia Polygon Actions -> Move

Verticles

PCB – wielokąty (polygon plane)

Każdorazowa zmiana parametrów lub kształtu wieloboku skutkuje

koniecznością wyrażenia zgody na przebudowanie poligonu.

Wycięcia w poligonie mogą być wykonywane przy użyciu

negatywowych obszarów miedzi (Solid Region, opcja cutout)

W celu poprawienia właściwości poligonu, można usunąć jego

fragmenty, które pozostały niepodłączone do określonej sieci

(zmniejszenie pojemności).

Wypełnienia można przesuwać, dzielić (Slice Polygon Pour), ukrywać

(Tools -> Polygon Pours -> Shelve), wyłączać widok

Do zarządzania wypełnieniami wielobocznymi służy Polygon Pour

Manager.

PCB – realizacja połączeń krytycznych

4

Board Insight

Board Insight jest konfigurowalnym systemem funkcji ułatwiających

przeglądanie, edycję i zarządzanie projektem PCB.

W skład Board Insight wchodzą:

• lupa (Insight Lens)

• panel (Insight Panel)

• widok wyskakujący (Insight Popup)

• wyświetlanie informacji o obiekcie

wskazywanym przez kursor (Heads-up

Cursor Information )

• pływające okienka graficzne(Floating

Graphical Views)

• rozszerzony tryb pojedynczej warstwy

(Enhanced Single Layer Mode)

• rozszerzone oznaczanie obiektów

(Enhanced Labeling on Objects)

• wyświetlanie nazw sieci na ścieżkach

• dynamiczne podświetlanie sieci

Weryfikacja poprawności obwodu drukowanego

Narzędzie sprawdzające zgodność projektu z regułami projektowymi

podczas realizacji obwodu drukowanego nie jest w stanie wykryć

wszystkich błędów.

Dokładne sprawdzenie poprawności uzyskać można wywołując program

Design Rule Checker

Raporty

Poprawność płytki z założeniami

można zweryfikować także korzystając

z możliwości generowania raportów

PCB – funkcje zaawansowane

Widok 3D („3” / „2”)

Odbicie lustrzane płytki (View -> Flip Board)

Zaawansowane ustawienia wydruku – skalowanie, mapowanie kolorów

Wykorzystanie serwera PCB do opracowywania rysunków technicznych

Skrypty (DXP -> Run Script) – możliwość uruchamiania programów

zewnętrznych, np. Logo Creator, Hole Size Editor