P-CAD в настоящий момент, пожалуй, самая распространенная система проектирования в России. P-CAD 2004 - это система сквозной разработки, которая позволяет вести все этапы проектирования печатных плат: ввести принципиальную схему, провести цифро-аналоговое моделирование проектируемого устройства, разработать топологию, провести анализ целостности сигналов, подготовить технологические файлы, подготовить конструкторскую документацию, передать информацию в системы 3D-проектирования (SolidWorks, Компас, Pro/E и.т.п.) разработать собственную элементную базу.
При этом стоит отметить, что P-CAD 2004 является модульным пакетом, то есть разноплановые операции (например, ввод принципиальной схемы и разработка топологии) выполняются в разных модулях, связанных между собой промежуточными файлами (например, список соединений) или DBX-интерфейсом, который ко всему прочему дает пользователю возможность управлять системой P-CAD 2004 из внешних программ. Подобное построение пакета делает его менее требовательным к ресурсам и позволяет вносить любые коррективы в проект на базе, упомянутых выше, промежуточных файлов. P-CAD 2004 позволяет работать как в метрической, так и в дюймовой системе единиц и переключаться между ними в любой момент времени (точность составляет 0.001 мм). При этом поддерживается работа с абсолютной системой координат (левый нижний угол рабочего поля) и относительной: начало координат может быть перенесено пользователем по своему усмотрению в любую точку рабочего поля (например, в левый нижний угол контура печатной платы или в ее центр при проектировании круглых печатных плат). Переключение между абсолютной и относительной системами координат может осуществляться многократно на протяжении всей работы над проектом. При проектировании печатной платы или принципиальной схемы пользователь может использовать любое количество шагов координатной сетки и переключаться между ними нажатием одной клавиши (стоит отметить, что при смене систем единиц шаги сетки будут автоматически пересчитываться в текущие единицы).
P-CAD 2004 работает с интегрированными компонентами, которые состоят из четырех частей: УГО (условно-графическое обозначение), ПМ (посадочное место), таблица распиновки (сопоставление выводов УГО и ПМ), атрибуты (используется, например, для прикрепления к компоненту дополнительной информации или внешних документов в любом формате). Подобный подход позволяет снизить до минимума передачу проекта из редактора принципиальных схем в топологический редактор: используемые компоненты несут в себе всю необходимую информацию и не требую каких-либо "ручных" операция для определения используемых корпусов - вся информация, как говорилось выше, уже содержится в библиотечном компоненте.
Ввод проекта осуществляется в модуле Schematic. Принципиальная схема может содержать неограниченное количество листов, которые сохраняются в одном файле и не требуют какой-либо "состыковочной" информации. При этом размеры страницы могут быть выбраны из стандартных или введены вручную.
Пользователь может довольно просто подключить к каждой странице требуемую форматку с угловым штампом в "фоновом" режиме, то есть рамка будет как бы расположена под стеклом на письменном столе - видна и печатается, но при этом не может быть случайно отредактирована.
В Schematic предоставляются довольно обширные возможности по настройке интерфейса. Изменение цветовой палитры всех элементов проекта, фона, сеток, выделений и т.д. Пользователь может управлять видимостью объектов, их размерами и способом их отображения. При необходимости, естественно, можно настроить по своему вкусу горячие клавиши, сопоставив им часто используемые команды.
Проект может содержать неограниченное количество библиотек компонентов (внешние файлы с расширением lib). При работе с элементной базой пользователю предоставляется довольно мощный инструментарий по поиску элементов в библиотеках. При этом поиск может вестись более чем по 22 параметрам, таким как: имя компонента, имя корпуса, имя УГО, количество выводов, количество контактных площадок, количество логических секций, высота компонента и т.д. При этом критерии могут комбинироваться по принципу логического "И" или "ИЛИ", а для значений параметров поиска предполагаются логические отношения типа: больше, меньше, равно, не равно, содержит и т.д. Это позволяет довольно "тонко" настроить систему поиска и получить превосходные результаты.
Компоненты могут быть установлены, перемещены, повернуты, скопированы (в том числе и матрицей), удалены, зеркально отображены. При необходимости в свойствах компонента можно "погасить" те или иные выводы, отредактировать его свойства или поменять вид УГО (интегрированный компонент может содержать до 3 альтернативных видов) . Так же предоставляется полный контроль над выводами: можно управлять его "внешним видом" и видимостью и т.д.
Электрические связи могут прикладываться под произвольным углом, углом в 45-градусов и под 90-градусов. При этом имя цепей будут присваиваться автоматически, но при необходимости имя цепи может быть изменено в любой момент. Для соединения элементов "разбросанных" по разным частям страницы или расположенных вообще на разным страницах могут быть использованы порты, имя которых несет информацию о электрической цепи - достаточно подсоединить к выводу порт с именем NET1 и вывод будет подключен к цепи NET1 (если ее не было до этого в проекте, то такая цепь будет создана автоматически). Имена цепей быть созданы и с использованием кириллицы. При необходимости можно использовать шины, которые буду "объединять" несколько цепей.
Уже на этапе создания принципиальной схемы разработчик поможет определять правила проектирования, которые будут использованы при разработке топологи. Система заданий правил проектирования в Schematic имеет 4 уровня иерархии, которые позволяют определить правила для: Проекта (Design) Класса цепей (Net Class) Цепи (Net) Взаимодействия пары классов (Class to Class).
При задании правил проектирования возможно многократное использование одного и того же правила. Например, правило Width (ширина печатного проводника) может быть использовано на уровне Design, Net Class, Net, что позволяет, во-первых, указать ширину проводников всего проекта, затем указать специфическую ширину проводников, относящихся к какому-либо классу, и в-третьих, указать ширину для конкретно взятой цепи. При иерархическом построении систему правил приоритет повышается от уровня Design к уровню Class to Class.
Ввод принципиальной схемы как правило завершается верификацией проекта. При этом пользователь может указать какие правила должны проверяться, а какие нет (выбираются группы правил). При этом пользователь может самостоятельно определить как именно должно интерпретироваться нарушение того или иного правила: как ошибка, предупреждение, игнорирование. По завершению проверки пользователь получит текстовый отчет, в котором будет приведен полный перечень ошибок и предупреждений, отсортированных по категориям. Кроме того, на принципиальной схеме будут установлены маркеры, соответствующие найденным ошибкам; зайдя в свойства любого маркера, можно узнать номер ошибки и ее описание. При необходимости поиска ошибок на схеме можно просматривать список ошибок и по нажатию на кнопку Jump курсор мыши переместится на маркер, соответствующий текущей ошибке.
Система цифро-аналогового моделирования базируется на языке описания Spice 3f5 и позволяет выполнять анализ: по постоянному току; частотный, спектральный; температурный; переходных процессов; вариации параметров; статистический (Монте-Карло); расчет передаточной функции расчет нулей и полюсов; шумовой анализ
Переда проекта в редактор топологий происходит с помощью списка соединений, который автоматически генерируется на базе принципиальной схемы. При этом возможно формировать списки соединений не только в формате P-CAD 2004, но и в ALT-формате, формате Pspice и т.д. (всего поддерживается 8 форматов). При формировании, в список соединений заносится все информация о проекте: перечень компонентов, перечень электрических цепей, информация о компонентах и все правила проектирования заданные в принципиальной схеме.
Загрузка списка соединений в модуль PCB может происходить как на новый проект топологии, так и на заготовку, которая содержит, например, контур печатной платы, крепежные отверстия, зоны запрета и некоторые стандартные элементы такие как разъемы. Со списком соединений передаются не только элементы и электрические связи, но и вся информация, введенная схемотехником: классы цепей, правила проектирования и служебные атрибуты.
Конструктор может доработать правила проектирования, полученные от схемотехника вместе со списком соединений. При этом он имеет большие возможности - в иерархии правил появляются новые уровни: Layer, на котором для каждого слоя можно задать уникальные зазоры между электрическими примитивами Room, на котором задаются "комнатные" правила На уровнях Net, Net Class, Class-to-Class появляется раздел Layer, на котором можно детализировать правила этой этого уровня для каждого слоя.
В предыдущих версиях пакета P-CAD для выполнения интерактивной расстановки компонентов использовался модуль InterPlace/PCS. Теперь для выполнения этой операции непосредственно в редакторе ПП существует набор функций Visual Placement Area (VPA) - система интерактивной расстановки компонентов. При выборе какого-либо компонента высвечивается область ПП, в пределах которой компонент может быть размещен, не нарушая заданных правил проектирования. При этом контролируются три группы правил проектирования: физические (всевозможные зазоры), электрические (дли электрических цепей) и "комнатные" (находится ли компонент внутри комнаты, к которой он привязан, и соблюдение ограничения на высоту компонентов). Пользователь может по своему усмотрению активировать ту или иную группу для проверки, тем самым, подобрав нужную комбинацию проверяемых правил. При выборе несколько групп правил проверки допустимая область размещения компонента получается методом пересечения областей каждой группы (при этом пользователь может самостоятельно задать цвета допустимых областей по каждой группе). В качестве примера рассмотрим ПП с двумя "комнатами" (показаны штриховкой), для одной из них задано ограничение на высоту компонента (12мм), выделенный компонент имеет высоту 15мм, а одна из подсоединенных к нему цепей имеет ограничение на длину (не более 50 мм), для всего проекта установлен зазор между компонента в 2 мм. В данном примере для одной цепи внесено ограничение на длину, что отображено на рисунке 12 при отслеживании электрических правил проектирования. Проверка "комнатных" правил заключается в следующем: "комната", для которой задано ограничение на высоту компонентов не входит в "разрешенную" область. Пользователь может самостоятельно подбирать комбинацию проверяемых правил, при этом результирующая допустимая зона будет получаться методом логического перемножения зон по каждому правилу.
При работе со сложно топологией пользователь может задавать различные цвета электрических цепей, при этом все электрические элементы будут иметь выбранный цвет независимо от слоя. При необходимости корпуса компонентов элементов могут быть отредактированы непосредственно на топологии. При этом возможно внесение "косметических" изменений, таких как: отключение отображения тех или иных частей корпуса (например, позиционного обозначения), перемещение и вращение составных частей, а так же глобального редактирования корпуса с возможностью записи изменений в библиотеку.
Трассировка проводников может вестись тремя способами:
1. Ручным - произвольная прокладка проводников без контроля правил проектирования.
2. Интерактивным - произвольная прокладка проводников с контролем правил проектирования, таких зазоры между электрически элементами и толщины проводников. Во время трассировки трассируемый проводник будет огибать препятствия с соблюдением указанных зазоров. При этом возможно выбрать один из двух вариантов: максимальное огибание или минимальная длинна трассы. При переходе со слоя на слой будет автоматически устанавливать переходное отверстие выбранного типа. При активации функции Push Traces трассируемый проводник сможет расталкивать "мешающие" проводники, соблюдая указанные зазоры.
3. Автоматическая трассировка выполняется во встроенном бессеточном автотрассировщике Situs. При его запуске пользователь может самостоятельно выбрать стратегию трассировки, а при необходимости и отредактировать ее или создать собственную. При этом возможно самостоятельно создавать последовательность выполняемых операций, подбирая оптимальный алгоритм для каждой проектируемой топологии в отдельности. Выполняемые этапы трассировки: Расстановка u-образных соединений Зачистка Завершающий этап: растаскивание и разрыв Расстановка стингеров Уплотнение Трассировка по направлению слоя Основная трассировка Равномерное распределение проводников Распрямление проводников
При настройке стратегии можно выбрать уровень минимизации количества переходных отверстий, что позволяет контролировать затрачиваемое на трассировку время.
В автоматическом режиме может трассироваться не только вся плата но и отдельные ее "элементы": Электрические цепи Электрические соединения (часть цепи проходящей от вывода до вывода) Компонент (соединения, отходящие от выбранного компонента) Зона (соединения, попавшие в выделенную зону платы) Комната (соединения, находящиеся в пределах выбранной комнаты).
При работе над топологией можно воспользоваться проверкой ошибок в режиме on-line. При этом активированные правила будут проверяться "на лету", и возникшие ошибки будут помечаться в момент их возникновения.
Типы кантатных контактных площадок и переходных отверстий задаются с помощью стилей. При этом любой стиль может быть изменен непосредственно в редакторе топологий в любой момент времени, что повлечет за собой изменение всех контактных площадок, ссылающихся на этот стиль. Стили контактных площадок и переходные отверстия могут быть двух типов:
Простыми, то есть геометрия будет одинакова на всех слоях. При этом пользователь может использовать такие формы как: прямоугольник, скругленный прямоугольник, круг, овал. С помощью двух дополнительных типов контактных площадок могут быть установлены крепежные отверстия и маркеры для совмещения шаблонов.
Сложными, то есть для каждого слоя может быть определена собственная геометрия, при этом к упомянутым выше формам добавляются такие как: термобарьерные (разных конфигураций), правильный многоугольник, произвольный многоугольник (не более 256 вершин); кроме того, при необходимости можно на выбранном слое можно вообще не формировать пятачок контактной площадки.
При формировании стилей можно определить будет ли отверстие металлизированным или нет и через какие слои оно будет проходить (то есть, можно работать со слепыми и замурованными переходными отверстиями). Верификация топологии выполняется так же как проверка принципиальной схемы. Конструктор может определить, какие группы правил необходимо контролировать:
1. Сравнение списка соединений 2. Зазоры 3. Толщины проводников 4. Не разведанные цепи 5. Не подсоединенные выводы 6. Длины проводников 7. Нарушения, связанные с элементов шелкографии 8. Нарушения, связанные с участками металлизации 9. Нарушения, связанные с экранными слоями 10. Нарушения сверловки 11. Нарушения контрольных точек.
Нарушение каждого правила (а всего их более 50) может быть: Ошибкой Предупреждением Игнорироваться
При возникновении ошибки, критическая ситуация подробно фиксируется в текстовом отчете и помечается маркером на топологии. Предупреждение заносится в текстовый отчет. Игнорируемая ситуация не фиксируется вообще.
Анализ целостности может проводиться помощью штатного средства Signal Integrity. Этот модуль получает информацию о печатной плате непосредственно из редактора топологий и имеет горячую связь с этим модулем. При настройках пользователь может отредактировать параметры слоев ПП, задавая: порядок их следования, жесткость, толщину диэлектрика диэлектрическую проницаемость, толщину металлического покрытия.
Каждому из используемому компоненту должна быть присвоена одна из 7 возможных категорий:
В зависимости от указанного списка будет подставлена та или иная математическая модель (SPICE или IBIS) Цепи проекта условно делятся на сигнальные и цепи питания, Для цепей питания задается потенциал цепи.
Система позволяет найти все цепи проекта, которые имеют индуктивную связь с выделенной. Таком образом, разработчик может определить перечень цепей, которые могут оказывать влияние на интересующую цепь и использовать при моделировании перекрестных наводок указанный перечень, уменьшив таки образом потребление вычислительных ресурсов, не внося в расчет цепи, заведомо не влияющие на интересующие сигналы.
Для указанных цепей могут быть рассчитаны такие параметры как: длина количество сегментов положительные и отрицательные выбросы по заднему фронту положительные и отрицательные выбросы по переднему фронту минимальный, средний и максимальный импедансы базовые значения импульса время нарастания время спада по уровню 0.5 крутизна переднего и заднего фронтов.
Для указанных цепей можно провести моделирование отражений от несогласованных нагрузок. Результаты моделирования будут представлены в виде графиков, построенных во временной и частотных областях.
При необходимости внести согласование можно воспользоваться помощником согласования, который позволяет внести в проект согласующую цепь, структура которой может быть выбрана пользователем из предоставляемого списка. Согласующая цепь с указанными параметрами будет использоваться при последующих моделированиях отражений. При использовании согласующей цепи на топологии будет поставлен маркер, напоминающей разработчику о внесенных изменениях.
При моделировании пользователь задает параметры импульсов, используемых в качестве тестовых. По цепи может протекать один или несколько импульсов заданной скважности или постоянное напряжение заданного уровня.
Перекрестные искажения могут исследоваться в двух режимах:
1. Режим "жертва". По всем выбранным цепям, кроме одной (жертвы), пропускается тестирующий импульс или импульсы. В выбранной цепи-жертве рассчитывается наводимое напряжение и отображается в виде графиков в частотной и временной областях.
2. Режим "агрессор" - диаметрально противоположная ситуация, в которой по одной цепи-агрессору протекает указанный тестирующий импульс или последовательность импульсов, в остальных цепях рассчитывается наводимое напряжение.
Описание моделей компонентов может быть получено из IBIS-моделей, которые, как правило, создаются компаниями-разработчиками элементной базы. Эти модели описывают входные-выходные буферы элементов и применяются для двух из указанных выше категорий компонентов: разъемов и микросхем. В комплект поставки входит модуль импорта и редактирования IBIS-файлов.
Встроенная CAM-система позволяет проводить анализ и доработку и технологических файлов (gerber-файлов, файлов сверловки, обобщенных ODB++файлов).
