обязательном порядке показан главный вид платы и, при необходимости,
виды сбоку и сзади. На чертеже должны быть все исполнительные размеры
(контур плат), присоединительные размеры (координаты крепежных отверстий и их диаметры) и габаритные размеры. Вид сзади может потребоваться для указания конкретных мест нанесения некоторых маркировок, штампа ОТК и др.
ГОСТ 2.417-91 допускает выпускать чертежи печатных плат без изображения проводящего рисунка. Но поскольку компьютерные приемы работы позволяют без особых затруднений выполнить главный вид печатной платы с рисунком первого слоя, то это следует сделать, так, как чертеж с рисунком гораздо нагляднее и информативнее.
Пример технических требований чертежа печатной платы:
1.Контроль электрических цепей производить по АИСТ.467415.027Т4М.
2.Контроль физических параметров производить по АИСТ.467415.01ЗИ на цепях платы: DD1/17 - DD25/87 и XS1/17 - DA5/13.
3.Остальные ТТ по АИСТ.460950.001 Д23.
Блок 2.
1. Классификация САПР по целевому назначению.
По целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР,
которые обеспечивают различные аспекты проектирования.
CAD (англ. computer-aided design/drafting) — средства автоматизированного проектирования, в контексте указанной классификации термин обозначает средства САПР, предназначенные для автоматизации двумерного и/или трехмерного геометрического проектирования, создания конструкторской и/или технологической документации, и САПР общего назначения.
81
CADD (англ. computer-aided design and drafting) — проектирование и создание чертежей.
CAGD (англ. computer-aided geometric design) — геометрическое моделирование.
CAE (англ. computer-aided engineering) — средства автоматизации инженерных расчётов, анализа и симуляции физических процессов,
осуществляют динамическое моделирование, проверку и оптимизацию изделий.
CAA (англ. computer-aided analysis) — подкласс средств CAE,
используемых для компьютерного анализа.
CAM (англ. computer-aided manufacturing) — средства технологической подготовки производства изделий, обеспечивают автоматизацию программирования и управления оборудования с ЧПУ или ГАПС (Гибких автоматизированных производственных систем). Русским аналогом термина является АСТПП — автоматизированная система технологической подготовки производства.
CAPP (англ. computer-aided process planning) — средства автоматизации планирования технологических процессов, применяемые на стыке систем CAD и CAM.
Многие системы автоматизированного проектирования совмещают в себе решение задач, относящихся к различным аспектам проектирования
CAD/CAM, CAD/CAE, CAD/CAE/CAM. Такие системы называют комплексными или интегрированными.
С помощью CAD-средств создаётся геометрическая модель изделия,
которая используется в качестве входных данных в системах CAM, и на основе которой в системах CAE формируется требуемая для инженерного анализа модель исследуемого процесса.
82
2. Математическое обеспечение САПР.
Математическое обеспечение (МО) – математические методы,
модели объектов и процессов проектирования, алгоритмы решения задач проектирования, т.е. принципы построения функциональных моделей,
методы численного решения алгебраических и дифференциальных уравнений, постановки экстремальных задач, поиски экстремума и др.
МО при автоматизированном проектировании в явном виде не используется, а применяется производный от него компонент – программное обеспечение. Вместе с тем разработка МО является самым сложным этапом создания САПР, от которого при использовании условно одинаковых технических средств в наибольшей степени зависят производительность и эффективность функционирования САПР в целом.
МО любых САПР по назначению и способам реализации делится на две части:
-первую составляют математические методы и построенные на их основе математические модели, описывающие объекты проектирования или их части или вычисляющие необходимые свойства и параметры объектов;
-вторую часть составляет формализованное описание технологии автоматизированного проектирования.
Всоставе любой САПР эти части МО должны органично взаимодействовать.
Врезультате, МО САПР должно описывать во взаимосвязи объект,
процесс и средства автоматизации проектирования.
3. Программное обеспечение САПР
Программное обеспечение САПР представляет собой совокупность всех программ и эксплуатационной документации к ним, необходимых для автоматизированного проектирования. Физически в состав ПО входят:
-Документы с текстами программ;
-Программы, записанные на машинных носителях информации;
83
- Эксплуатационные документы.
Составляющие программного обеспечения САПР, а также требования к его разработке и документированию установлены государственными стандартами.
ПО САПР подразделяется на:
1) Общесистемное ПО содержит набор программных средств, которые предназначены для повышения эффективности использования вычислительных комплексов САПР и производительности труда персонала,
обслуживающего эти комплексы.
К функциям общесистемного ПО относятся:
- Управление процессом вычислений;
-Ввод, вывод и частично обработка информации;
-Диалоговая взаимосвязь с пользователем в процессе проектирования;
-Решение общематематических задач;
-Хранение, поиск, сортировка, модификация данных, необходимых при проектировании, защита их целостности и защита от несанкционированного доступа;
-Контроль и диагностика работы вычислительного комплекса.
2) Специализированное ПО включает в себя прикладные программы и пакеты прикладных программ (ППП), основной функцией которых является получение проектных решений.
4. САПР схемотехнического моделирования.
Схемотехническое (электрическое, аналоговое) моделирование
представляет собой моделирование электрических процессов в электронных устройствах, обычно изображаемых в виде принципиальных электрических схем, т.е. соединений условных обозначений элементов схемы (транзисторов,
диодов, резисторов, конденсаторов и т.д.). Схемотехническое моделирование
учитывает реальные физические ограничения в электрических процессах –
84
законы сохранения. Этим оно отличается от логического моделирования, при котором рассматриваются только информационные потоки в схеме.
Упомянутые ограничения описываются первым и вторым законами Кирхгофа, которые вытекают из законов сохранения заряда и энергии и называются обычно законами электрического равновесия. Необходимость выполнения этих законов в каждой расчетной точке требует решения соответствующих уравнений электрического равновесия.
В связи с этим в математическую модель электронного устройства
(математическую модель схемы, ММС) входят не только модели отдельных элементов и уравнения их связи, как и в логическом моделировании, но и уравнения электрического равновесия, составляемые на основе законов Кирхгофа и называемые обычно топологическими уравнениями. Уравнения отдельных элементов схемы называются компонентными. Таким образом,
математическая модель схемы в общем случае состоит из двух подсистем уравнений – компонентной и топологической. Более высокая степень строгости описания электронных схем при схемотехническом моделировании позволяет получить более точные сведения о процессах в схеме по сравнению с логическим моделированием. Платой за это служит увеличение времени моделирования из-за необходимости решения уравнений равновесия. Цель схемотехнического моделирования состоит обычно в определении формы и параметров величин тока и напряжения,
возникающих в разных точках схемы. Далее можно вычислить параметры сигналов (фронт, длительность, задержку и др.), рассчитать спектр выходного сигнала, чувствительность схемы к изменению параметров ее элементов, решить задачи статистического анализа схемы и оптимизации ее параметров.
Примеры программ:
Micro-cap
85
SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)
Design Lab
5. Процедура моделирования электронных схем в программе
PSPICE.
PSpice (Personal Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) –
программа симуляции аналоговой и цифровой логики, описанной на языке
SPICE. Разработана компанией MicroSim и используется в автоматизации проектирования электронных приборов.
Современные версии поддерживают множество улучшений:
автоматическая оптимизация схемы, шифрование, редактор моделей,
поддержка параметризованных моделей, несколько внутренних алгоритмов решения ДУ, перезапуск с контрольных точек.
Процедура моделирования электронных схем:
1)Создание принципиальной схемы;
2)Моделирование;
3)Представление результатов моделирования в удобной для пользователя форме.
Для создания графического изображения принципиальных схем служат редакторы Schematics и Capture.
Перед началом моделирования проверяется правильность соединения элементов схемы. Программа может выявить только простейшие ошибки,
такие как «висящий» узел, к которому подключен только один элемент, или отсутствие заземления.
Для представления результатов расчетов в удобной для пользователя форме служит графический постпроцессор Probe. Он выводит на экран
86
графики результатов моделирования и выполняет их математическую обработку.
Алгоритм функционирования SPICE в виде блок-схемы,
иллюстрирующей функционирование и связь отдельных модулей программы, показан на рисунке
6. Функциональные возможности среды PSpice.
Возможны следующие виды анализа:
1) Bias – расчет рабочей точки нелинейной резистивной цепи постоянного тока (режим большого сигнала);
87
2)DC – анализ резистивных цепей постоянного тока (расчет узловых напряжений, токов и напряжений ветвей);
3)AC – расчет частотных характеристик линейных цепей (режим малого сигнала, анализируется линейная цепь);
4)Transient – расчет переходных процессов в нелинейных цепях при действии сигналов произвольной формы;
5)Fourier Analysis – анализ спектров сигналов, полученных в режиме
Transient;
6)Parametric Sweep – режим вариации параметров цепи;
7)Sensitivity – расчет характеристик чувствительности линейных цепей к вариациям параметров компонентов в режимах постоянного и переменного тока (метод наихудшего случая);
8)Noise Analysis – анализ спектральной плотности мощности шума на входе и выходе схемы;
9)Вероятностный анализ разброса параметров методом Монте-Карло.
7. Модели электронных компонентов.
Электронные компоненты в программах компьютерного моделирования представляются в виде схем замещения или моделей.
Достоверность результатов моделирования зависит от того, насколько точно модель учитывает характеристики реального электронного прибора.
Разумеется, нельзя с помощью программы компьютерного моделирования исследовать результат действия какого-либо эффекта, присущего электронному прибору, если этот эффект не учитывается в его модели.
Micro-Cap имеет встроенные модели для большинства электронных компонентов: диодов, биполярных транзисторов, полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом, МОП-транзисторов, линий передачи с распределенными параметрами, связанных индуктивных катушек и т.д.
Аналоговые интегральные схемы, такие как операционные усилители или
88
компараторы, представляются подсхемами, которые называют макромоделями.
Например, модель резистора:
Сопротивление резистора может быть представлено числом или выражением. Выражение может включать в себя одну или несколько переменных, являющихся функциями времени. С другой стороны,
переменные выражения могут быть зависимыми от локальных параметров схемы, например, от напряжения в каком-либо узле электронной схемы.
Задание сопротивления резистора посредством выражения (второй вариант)
используется для моделирования во временной области, например, при исследовании переходных процессов.
Из-за некоторых ограничений Micro-Cap исследование моделей резисторов будет производиться за счет добавления к идеальному резистору дополнительных компонентов – последовательной индуктивности и параллельной емкости.
8. САПР схемотехнического моделирования MicroCap.
Micro-Cap – SPICE-подобная программа для аналогового и цифрового моделирования электрических и электронных цепей с интегрированным визуальным редактором. Разрабатывается компанией Spectrum Software.
Micro-Cap является мощной программой, используемой в разработке как интегральных схем, так и печатных плат для проверки целостности схемы и для анализа её поведения.
89
На сегодняшний день последней разработкой программы является
MicroCap 12. Перечень ее основных характеристик:
огромная библиотека компонентов;
программа позволяет моделировать не только аналоговые, но и цифровые и аналого-цифровые электронные устройства;
при многовариантном анализе допускается одновременно варьировать до 20 переменных и строить графики зависимостей характеристик схемы от варьируемых параметров, включая температуру;
большой набор макросов позволяет проводить анализ устройств,
заданных в виде функциональных схем;
введен режим анимации при анализе устройств;
На верхней панели расположено меню, ниже – панель инструментов.
Основные команды меню
1)Меню File предназначено для загрузки или записи файлов,
экспорта/импорта файлов в форматах других систем моделирования, для подготовки к печати и печати схем и результатов анализа.
Первые четыре команды этого меню: New, Open, Save, Save As –
соответственно означают команды «создать новый файл», «открыть файл», «сохранить», «сохранить файл как».
2) Меню Edit включает команды редактирования схем, объектов,
текста.
Основные команды меню Edit:
o Can`t Undo – отмена последней команды редактирования (откат назад).
o Can`t Redo – повтор последней отмененной команды (откат вперед). o Cut – удаление выбранного объекта и размещение его в буфере
обмена.
90