Лабораторная работа № 10

Создание областей металлизации

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

Научиться создавать области металлизации в сигнальных и несигнальных слоях

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ: Для многих разрабатываемых многослойных плат характерно наличие внутренних полностью или частично металлизированных слоев, используемых, как правило, для подводки питания и отдельных областей металлизации на сигнальных слоях, используемых, как правило, для экранирования.

 Создание внутренних областей металлизации

Внутренние области металлизации практически всегда реализуются на специальных слоях (несигнальных), имеющих специальный тип – Plane. Это связано с тем, что на данных слоях, как правило, реализуются всего одна или две цепи в непересекающихся областях. Сама металлизация занимает большую часть площади с небольшими выборками под границы между областями, вырезами под термобарьеры в контактных площадках или разделительные пояски для контактных площадок, не подключенных к цепи, связанной с областью металлизации. Именно поэтому, в отличие от сигнальных слоев, на экране здесь отображаются не металлизированные, а так называемые пробельные участки, на которых металлическое покрытие отсутствует. Это позволяет избежать затемнения элементов, расположенных на других слоях.

• Добавьте в проект дополнительный слой металлизации.

1) Загрузите в проект файл Проект_1_трассировка_жгутов.pcb, если он еще не загружен.

2) Используя команду Edit/Nets (Редактирование/Цепи), отобразите на экране цепь GND (рис. 10-1).

3) Активизируйте команду Options/Layers (Параметры/ Слои) для создания дополнительного слоя.

Рис.10-1. Проект перед созданием слоя внутренней металлизации

4) В окне Options Layers (рис. 10-2) в поле Layer Name (Имя слоя) введите имя слоя, например, Питание, в поле Layer Number (Номер слоя) его уникальный номер – 13 (этот параметр можно не указывать, система предложит его сама). В группе Type (Тип) выберите переключатель Plane (Внутренняя металлизация) и нажмите кнопку Add (Добавить).

5) Далее система запросит имя цепи, связанной с создаваемым слоем металлизации (рис. 10-3). Если список цепей уже загружен, имя цепи можно выбрать из раскрывающегося списка в поле Net Name (Имя цепи), в противном случае его необходимо набрать на клавиатуре. Это требование является отчасти формальным, так как в данном слое можно создать несколько разных непересекающихся областей металлизации, подключенных к разным цепям. Поэтому имя цепи на данном этапе можно и не указывать. Оставьте в окне Plane Layer Net Name пустым и нажмите кнопку ОК. Система добавит новый слой металлизации к существующим слоям, расположив его между сигнальными слоями Top и Bottom.

6) Попробуйте переместить его вверх или вниз в списке, используя кнопки Move Up (Переместить вверх) и Move Down (Переместить вниз). Сделать это не удается. Система знает, что это внутренний слой, и он должен быть расположен между слоями Top и Bottom.

Рис. 10-2.Создание внутренних слоев металлизации

Рис. 10-3. Выбор или ввод имени цепи, подключаемой к слою внутренней металлизации.

7) Закройте окно Options Layers (Параметры слоев). Никаких внешних изменений в проекте не произойдет.

8) Вновь откройте окно Options Layers, выберите в списке слой Питание и нажмите на кнопку Modify (Изменить).

9) В окне Plane Layer Net Name выберите из списка цепь GND и последовательно закройте окно выбора цепи для слоя Питание и окно слоев, подтверждая внесенные изменения.

После закрытия окна Options Layers линии соединений цепи GND исчезнут, а контакты, к которым они подходили, будут отмечены небольшими синими крестиками (рис. 10-4, а). Это индикаторы подключения к слою металлизации. Тем самым система сообщает, что данные контакты подключены к сплошной области металлизации на слое Питание. Если индикаторы подключения не появилась, проверьте состояние флажка Display Plane Indicator (Отображать индикаторы внутренней металлизации) на вкладке Miscellaneous (Разное) окна Options Display (Параметры отображения). Чтобы убедиться в том, что подключение произошло, сделайте слой Питание текущим и обновите изображение на экране, например, командой View/Redraw (Просмотр/ Перерисовать). Форма подключенных к слою металлизации контактных площадок изменится и станет такой, как показано на рис.10-4, б – термобарьер с четырьмя спицами.

а б

Рис. 10-4. Индикаторы подключения к внутреннему слою и форма контактных площадок на нем

Таким образом, изначально предполагается, что создаваемый слой типа Plane полностью металлизирован. Эта металлизация может быть связана с какой-либо цепью, и тогда в соответствующих местах формируются соединительные контактные площадки. Вокруг остальных контактных площадок, не связанных с данной цепью, создаются разделительные пояски. Еще раз обратите внимание, что изображение в слое Plane инверсное, и закрашенные области в элементах, размещенных в нем (например, контактные площадки на рис.10-4, б), указывают на отсутствие металлизации, а не на ее наличие. Чтобы убедиться в этом, достаточно изменить значение в поле Plane Swell (Зазор в металлизации) вкладки Manufacturing (Производство) окна Options Configure (Параметры конфигурации) с 10до 20 мил.

На одном слое типа Plane может быть сформировано несколько областей металлизации, связанных с разными цепями.

• Добавьте еще одну область металлизации.

1) Используя команду Edit/ Nets. Отобразите в проекте цепь VCC.

2) Следующим шагом на пути создания внутреннего металлизированного слоя является указание его границ с использованием команды Place/Plane (Разместить/Внутренняя металлизация) (аналог – кнопка на левой инструментальной панели).

3) Перед указанием границ области металлизации необходимо выбрать соответствующий слой в списке слоев. При попытке поместить область металлизации в слое для этого не предназначенном, появится сообщение об ошибке, показанное на рис. 10-5.

Рис. 10-5. Системное сообщение

4) Выберите в качестве текущего слой Питание. Далее щелчками левой кнопки мыши последовательно укажите вершины многоугольника, являющегося новой областью металлизации. Граница области металлизации при указании вершин отображается в виде контурной линии. Форма, размер и положение многоугольника пока могут быть произвольными. Главное, чтобы его смежные стороны не имели пересечений друг с другом. Для примера можно руководствовться рис. 10-6. Здесь на созданную границу области металлизации указывает курсор.

Рис. 10-6. Добавление области металлизации в слой Питание

5) После окончания ввода всех вершин необходимо нажать правую кнопку мыши и на экране появится сплошная линия, являющаяся границей разделяющей области металлизации. Таким образом, в общей металлизации слоя Питание выделена отдельная металлизированная область (вцентре), пока не подключенная ни одной из цепей.

• Подключите новую область металлизации к цепи VCC.

1) Перейдите в режим выбора объектов (кнопка ) и щелкните левой кнопкой мыши внутри новой области металлизации для ее выделения. Границы области подсветятся, и из контекстного меню можно будет перейти к ее свойствам (рис. 10-7).

2) В поле Net (Цепь) закладки Plane окна Plane Properties (Свойства металлизации) необходимо выбрать из списка или напечатать имя существующей цепи, которая будет соединяться с данной областью металлизации. В данном случае это цепь VCC.

Рис. 10-7. Свойства области металлизации

В данном случае имя цепи нужно указывать обязательно!!!

3) В поле Boundary Width (Ширина границы) указывается ширина линии, разделяющей области металлизации, а нажатие на кнопку Net Plane Color (Цвет цепи металлизации), позволяет при желании изменить ее цвет.

Рис. 10-8. Свойства цепи, подключенной к области металлизации.

4) На вкладке Net окна Plane Properties (рис.10-8) для справки отображаются имена узлов (Nodes) и слоев (Layers), подключенных к цепи, а также приводится информация о длине связей (Сonnection Lengths) и длине уже реализованных медных проводников (Сopper Lengths) – выделенных (Selected) и всех вместе (Total).

5) В группе Counts (Подсчет) приводитсяколичество дуг (Arcs), линий (Line), монтажных площадок (Pad), полигонов (Polygon), заливок (Pour) и переходных отверстий (Via).

6) Нажатие на кнопку Edit Net Attributes (Редактирование атрибутов цепи) вызывает появление стандартного окна редактирования атрибутов цепи, а кнопка Edit Net Layer Attributes (Редактирование послойных атрибутов цепи) позволяет создавать и редактировать правила проектирования элементов этой цепи для отдельных слоев.

Рис. 10-9.Свойства полигона (многоугольника)

7) На вкладке Polygon (Полигон) окна Plane Properties (Свойства металлизации) (рис. 10-9) в окне Definition Points (Определенте точек) представлена информация о координатах вершин многоугольника (полигона), образующего область металлизации. В дополнительном окне Filleted Points (Скругляющие точки), появляющемся после скругления хотя бы одного угла полигона, приводится информация о параметрах скругления.На рис. 10-9 окна Filleted Points нет из-за отсутствия в полигоне скругления углов. Для лучшего понимания смысла параметров представленных на данной вкладке, необходимо обратиться к рисунку 10-10, на котором иллюстрируется принцип скругления (fillet) углов полигона. На этом рисунке отчетливо видно, что скругление производится ломаными линиями (хордами окружности). Плавность скругления регулируется параметром Chord Height (высота хорды), задаваемом в одноименном окне вкладки Polygon окна Plane Properties. Эта величина определяет удаление хорды от окружности и не может быть менее 0,1 mil.

Рис. 10-10.Скругление угла полигона

8) Радиус скругления регулируется перетаскиванием специальных маркеров скругления (Fillet Handles), видимостью которых можно управлять с помощью специального флажка Show Fillet Handles (показать маркеры скругления) на вкладке Polygon (Полигон) окна Plane Properties (Свойства металлизации).

9) Установите доступные для редактирования параметры на вкладке Polygon в соответствии с рис. 10-9.

10) Познакомившись с окном свойств области металлизации, закройте ее, подтвердив внесенные изменения.

Сейчас на слое Питание существует по сути дела две разных области металлизации, одна из которых подключена к цепи GND, а вторая – к цепи VCC. За счет рационального размещения границы между этими областями в данном случае можно полностью развести цепи питания в слое внутренней металлизации.

• Измените границу между областями металлизации.

1) Скройте маркеры скругления после знакомства с ними, чтобы они не мешали работе. Для этого сбросьте флажок Show Fillet Handles (Показать маркеры скругления) на вкладке Polygon окна Plane Properties.

2) Цепь GND окрасьте в красный цвет (Set Color), а цепь VCC подсветите (Highlight) чтобы различать соответствующие контактные площадки на плате (команда Edit/Nets).

3) Щелкните левой кнопкой мыши во внутренней области металлизации для ее выделения.

4) Используя размерные маркеры (небольшие черные квадратына сторонах полигона), приведите границу между областями металлизации к виду, показанному на рис.10-11. На этом рисунке слои Top и Bottom выключены. Это можно сделать с помощью кнопки Disable (Отключить) в окне Options Layers (Параметры слоев).

Рис. 10-11. Предпочтительный вариант границы между областями металлизации

5) За счет достаточно сложной формы границы между областями VCC и GND в данном случае удалось полностью развести цепи питания, о чем говорит отсутствие на рисунке линий соединений для цепей GND и VCC.

6) Сохраните результаты работы в файле Проект_1_внутренняя металлизация.

 Металлизированные области в сигнальных слоях

Для целей экранирования достаточно часто используются металлизированные области в сигнальных слоях. Особенностью здесь является то, что эти области могут пересекаться сигнальными проводниками, и, следовательно, в них должны формироваться соответствующие вырезы.

• Создайте металлизированную область в слое Top.

1) Загрузите проект Проект_1_ внутренняя металлизация.pcb, если он еще не загружен

2) Активизируйте в основном меню команду Place/Copper Pour (Разместить/Медная заливка) или нажмите кнопку на левой инструментальной панели.

3) Включите сигнальный слой Top с помощью кнопки Enable (Включить) в окне Options Layers (Параметры слоев), если он был выключен, и установите его в качестве текущего. Нижний сигнальный слой (Bottom) и вновь созданный слой металлизации Питание переведите в состояние Disable (Отключить), чтобы элементы, расположенные на них, не отображались на экране.

4) Укажите курсором и щелчками левой кнопки мыши последовательно отметьте вершины многоугольника, ограничивающего область заливки, точно так же, как это делалось при создании металлизации на внутренних слоях. Создайте область в виде прямоугольника, занимающего большую часть платы. Потом ее форму и размеры можно будет изменить.

Несмежные стороны вводимого многоугольника не должны пересекаться!!!

5) Заканчивается ввод границ нажатием правой кнопки мыши. Как и в предыдущем случае, будет показана не сама область, а ее граница в виде тонкой линии.

6) Далее необходимо перейти в режим выбора объектов (кнопка ), выделить область заливки щелчком левой кнопки мыши и через контекстное меню перейти в окно ее свойств (рис. 10-12).

Рис. 10-12. Выбор стиля медной заливки

7) На вкладке Style (Стиль) окна Copper Pour Properties (Свойства медной заливки) задаются основные параметры области металлизации. В группе Pattern (Шаблон) нажатием соответствующей кнопки выбирается вид заливки. Возможны следующие варианты:

 - сплошная заливка (линии без пробелов);

 - заливка горизонтальными линиями;

 - заливка вертикальными линиями;

 - штриховка линиями под углом 45 градусов (как буква «Х»);

 - штриховка линиями под углом 90 градусов (как знак «+»).

8) Выберите штриховку под углом 45 градусов. Сетчатые экраны с точки зрения уменьшения коробления платы и улучшения условий для пайки более предпочтительны, чем сплошные.

9) В поле Line Width (Ширина линий) задается ширина линий, которыми выполняется заливка, а в поле Line Spacing (Расстояние между линиями) определяется величина зазора между линиями (если выбрана сплошная заливка, это поле заблокировано). Обратите внимание, что независимо от выбранного стиля заливки она всегда рисуется линиями заданной ширины, только в случае сплошной заливки расстояние между ними равно нулю. Это необходимо для создания управляющих файлов для фотоплотттеров. Расстояние между линиями и ширину линии установите такими, как показано на рис. 10-12.

10) В группе Backoff (Зазоры) определяется величина зазоров между заливкой и другими элементами печатной платы (контактными площадками и проводниками), попадающими в область металлизации. Если установлен переключатель Fixed (Фиксированный), то все зазоры будут равны величине заданной в поле напротив этогопереключателя. При установке переключателя Use Design Rules (Использовать проектные нормы) величины зазоров определяются атрибутами соответствующих цепей, заданными в параметрах проекта. Оставьте эту группу без изменения.

11) В группе Backoff Smoothness (Гладкость выреза) задается способ аппроксимации полигонами вырезов для проводников, пересекающих область металлизации. Возможны три варианта:

- Low (Низкий) – используются 8-10-сторонние полигоны;

- Medium (Средний) – используются 12-14-сторонние полигоны;

- High (Высокий) – используются 16-18-сторонние полигоны.

Чем выше степень аппроксимации, тем больше времени и вычислительных ресурсов потребуется для отрисовки области металлизации. Установите переключатель Low.

12) В группе State (Состояние) задается состояние области заливки:

- Poured (Залитый)– область залита;

- Unpoured (Незалитый) – область не заливается, а указывается лишь контур заливки;

- Repour (Перезаливка) – пересчет области заливки при изменении топологии.

Выберите вариант Poured, чтобы посмотреть, как будет выглядеть область заливки. В дальнейшем при работе с платой для удобства и увеличения скорости перерисовки экрана область заливки лучше не заливать (Unpoured).

13) Число вершин области заливки отображается системой в поле Vertices In Outline (Вершины контура), доступном только для чтения.

14) Установка флажка Save Settings As Default (Сохранить настройки как параметры по умолчанию) позволяет сохранить введенные параметры как установки по умолчанию.

15) На вкладке Connectivity (Соединение), показанной на рис. 10-13, определяется имя цепи, к которой подключается созданная область металлизации из числа существующих цепей. Для этого используется список Net (Цепь). Выберите из списка цепь GND.

16) В группе параметров Thermals (Термобарьеры) на этой же вкладке определяется вид подключения контактных площадок монтажных (Pad) и переходных (Via) отверстий к области заливки. Возможны три способа подключения: непосредственное подключение (Direct Connect) и два варианта подключения с термобарьерами (тепловыми зазорами) с четырьмя спицами, ориентированными под углом 90 градусов или под углом 45 градусов к горизонтали. Величина зазора в термобарьере (длина спицы) указывается в поле Spoke Width (Ширина спицы).

17) Поскольку экран у нас сетчатый, выберите непосредственное подключение и для монтажных (Pad) и переходных (Via) отверстий, как показано на рис. 10-13.

Рис. 10-13. Подключение цепи к области металлизации

18) Наличие сигнальных проводников в области металлизации часто приводит к появлению изолированных участков заливки (островов), не связанных с подключенной цепью. Для задания параметров очистки области металлизации от таких образований служит вкладка Island Removal (Удаление островов), показанная на рис. 10-14.

Рис. 10-14. Параметры очистки области металлизации

19) Здесь в единственной группе параметров Automatic Island Removal (Автоматическое удаление островов) задаются критерии для автоматического удаления неподключенных областей металлизации:

- Minimum Area (Минимальная площадь) – удаляются неподключенные островки меди с площадью равной или меньшей заданной;

- Interior (Внутренняя часть)– удаляются островки лежащие внутри области заливки и не имеющие общих точек с ее границей;

- Unconnected (Неподключенные) – удаляются все неподсоединенные островки меди;

- Do not repour (Не выполнять перезаливку) – лишние островки удаляются без перегенерации области.

Установите флажки на этой вкладке, как показано на рис. 10-14.

20) Вкладки Net (Цепь) и Polygon (Полигон) по свойствам и назначению подобны аналогичным вкладкам для внутренних металлизированных слоев. Посмотрите их и закройте окно Copper Pour Properties (Свойства медной заливки).

21) Внешний вид созданной области заливки представлен на рис. 10-15. Приведите свою область металлизации в соответствие с этим рисунком.

Рис. 10-15. Область медной заливки в слое Top

Теперь немного поэкспериментируйте со сплошной заливкой. Обратите внимание, что сплошная заливка — это тоже набор линий заданной ширины с нулевым расстоянием между ними, и результаты сплошной заливки во многом зависят от выбранной ширины линии.

• Измените стиль заливки с сетчатой на сплошную.

1) На вкладке Style (Стиль) окна Copper Pour Properties (Свойства медной заливки) нажмите кнопку . Параметр Line Width (Ширина линии) оставьте равным 25 mil и посмотрите на результат операции. Обратите внимание на размеры областей внутри заливки, свободных от металлизации.

2) Уменьшите параметр Line Width до 5 mil. Свободных от металлизации областей станет существенно меньше. Это происходит потому, что более тонкие линии могут проходить между проводниками и контактными площадками без нарушения технологических ограничений, и изолированных островков становится меньше.

• Проведите трассу, заходящую в область металлизации.

1. Используя команду Edit/Nets (Редактирование/Цепь), отобразите цепь MD4. На рис. 10-15 она соединяет контакт 1 резистивной сборки RN3 с контактом 26 микросхемы U12.

2) Отключите режим заливки области металлизации, чтобы она не закрывала рабочее поле. Для этого на вкладке Style (Стиль) окна Copper Pour Properties (Свойства медной заливки) установите флажок Unpoured (Незалитый).

3) Активизируйте команду интерактивной или ручной трассировки и в слое Тор создайте проводник, реализующий требуемую цепь, как показано на рис. 10-16, а.

4) Вновь включите режим заливки области металлизации, чтобы оценив результаты работы. Система автоматически создала в области металлизации вырез под проведенную трассу (рис. 10-16, б).

а б

Рис. 10-16. Проведение трассы через область металлизации

Термин «медная заливка» отчасти носит формальный характер, поскольку такие области можно создавать и в несигнальных слоях. Рассмотрим один из примеров реализации такой возможности.

• Создайте заливку в несигнальном слое.

1) Отключите режим заливки области металлизации в слое Тор, чтобы не закрывала рабочее поле.

2) Используя команду Options/Layers (Параметры/Слои), создайте дополнительный несигнальный слой, назвав его, например, Координатная_сетка.

Системные слои старайтесь использовать лишь для специально предназначенных целей. Количество дополнительных слоев в системе практически неограниченно (до 988)!!!

3) Активируйте команду Options/Display (Параметры/Отображение) и установите для всех элементов в этом слое светло-серый цвет. Для чего щелкните по названию слоя и выберите цвет из предлагаемой палитры.

4) Область заливки выполните в этом слое в виде прямоугольника, накрывающего контур платы. Руководствуйтесь рис. 10-17. На данном рисунке для наглядности слой Bottom отключен.

Рис.10-17. Заливка на несигнальном слое (оцифровка платы)

5) В качестве стиля заливки выберите прямоугольную штриховку с шириной линий 0,1 mil и расстоянием между ними 99,9 mil. В результате после установки флажка отображения заливки плата будет покрыта сеткой с шагом 100 mil. Так вид соответствует одному из вариантов оформления чертежей печатных плат. Остается нанести оцифровку.

6) Создайте несигнальный слой Оцифровка_ Тор и разместите внем текстовую надпись 0 (цифру ноль) командой Place/Text (Разместить/Текст), расположив ее так, как показано на рис. 10-18, а.

а б в

Рис.10-18. Оцифровка сетки по горизонтали

7) Выберите для надписи стиль текста Default TTF и привязку (Justification) по центру сверху (рис.10-18, б).

8) Войдите в режим выбора объектов (кнопка ), выделите созданную надпись и в контекстном меню выполните команду Copy Matrix (Массив копий) с параметрами, показанными на рис.10-18, в.

9) Переместите исходную надпись в положение, показанное на рис.10-19, а, установите для нее привязку по центру (см. рис. 10-19, б) и вновь выполните команду Copy Matrix (Массив копий), но уже с параметрами, показанными на рис.10-19, в.

а б в

Рис.10-19. Оцифровка сетки по вертикали

10) Вручную измените содержание каждой созданной надписи в соответствии с рис. 10-17.

11) Сохраните результаты работы в файле Проект_1_внешняя_металлизация.

У областей заливки есть две интересные особенности, на которые хотелось бы обратить внимание:

- область заливки, созданная на несигнальном слое или слое металлизации командой Edit/Move To Layer (Редактирование/Переместить на текущий слой), может быть перемещена только на какой-либо сигнальный слой;

- с сигнального слоя область заливки этой командой может быть перемещена только на другой сигнальный слой.

Будьте внимательны при создании областей заливки на несигнальных слоях и слоях металлизации. Переместить созданные области в другой несигнальный слой будет нельзя!!!

Создание вырезов в областях заливки

При необходимости вырезы в областях заливки, металлизации или полигонов создаются по команде Place/Cutout (Разместить/Вырез). Аналогом этой команды является кнопка на инструментальной панели. Границы выреза указываются точно так же, как и для обычного полигона. Ввод границ, как обычно, заканчивается нажатием правой кнопки мыши.

В полигонах (poligon) и областях внутренней металлизации вырезы с помощью данной команды сделать нельзя!!!

• Создайте вырезы в существующих заливках.

1) Активизируйте команду Place/Cutout (Разместить/Вырез) и укажите границы двух вырезов 1 и 2, как показано на рис. 10-20. Сравните этот рисунок с рис. 10-15 и 10-17. Области вырезов в ваших проектах можно сделать более простыми.

Рис.10-20. Вырезы в областях медной заливки

2) Войдите в окно свойств первого выреза и вкачестве слоя его расположения выберите Тор. Окно свойств выреза имеетдве вкладки (рис.10-21). На первой из них (Cutout) указывается слой (сигнальный или несигнальный), в котором располагается заливка. Вторая (Polygon) аналогична по содержанию и назначениюдругим полигональным объектам.

Рис. 10-21. Свойства выреза в области заливки

3) Установите для второго выреза в качестве области действия слой Оформление.

4) Откройте окно свойств заливки на слое Тор и в группе State (Состояние) на вкладке Style (Стиль) установите переключатель Poured (Залитый), если область не была залита, или переключатель Repour (Перезалить), если заливка уже выполнена ранее. Закройте окно свойств заливки, нажав на кнопку OK.

5) Повторите эту операцию для заливки в слое Оформление.

6) Познакомившись с правилами и особенностями создания вырезов в заливках, удалите их из проекта.

7) Сохраните проект с прежним именем.

После изменения границ вырезов в областях заливки для них обязательно нужно выполнять команду Repour (Перезалить)!!!

Полигоны

Для создания закрашенных (залитых) областей в любых (сигнальных и несигнальных и слоях металлизации) печатной платы в системе P-CAD существует специальный инструмент – полигон (polygon). Полигоны размещаются в выбранном слое после активизации команды Place/Polygon (Разместить/Полигон) по тем же правилам, как и рассмотренные выше области металлизации.

Несмежные стороны вводимого многоугольника не должны пересекаться!!!

Что касается создания полигонов в несигнальных слоях, то здесь нет никаких особенностей, кроме указания курсором координат вершин полигонов и задания при необходимости радиусов скругления.

При создании полигонов на сигнальных слоях появляется интересная возможность электрической связи двух и более цепей с разными именами, которая другими способами в системе P-CAD не может быть реализована. Такая ситуация может возникнуть, к примеру, в аналого-цифровых схемах при наличии цифровой (DGND) и аналоговой (AGND) «земли». Полигон на сигнальном слое представляет собой металлизированную область, обладающую специальным свойством Copper Tie (медная связь) и позволяет электрически соединить цепи, которых он касается или пересекает.

Рассмотрите пример использования этой возможности.

• Внесите изменения в проект и создайте «медную связь».

1) Добавьте в правый верхний угол платы две контактные площадки (рис. 10-22, а), используя команду Place/Pad (Разместить/Контактная площадка).

2) Создадим между ними электрическое соединение (команда Place/ Connection), нажав левую кнопку мыши в центре одной контактной площадки и протащив курсор до центра другой, не отпуская левую кнопку мыши (рис. 10-22, б).

а б в г

Рис. 10-22. Добавление новой цепи в проект

3) В качестве имени новой цепи наберем AGND в появившемся после этого окне Net Name (Имя цепи) в поле ввода New net name (Новое имя цепи) (рис.10-22, в)

4) В режиме интерактивной или ручной трассировки реализуцйте это соединение сегментом трассы шириной 50 mil в слое Тор (рис.10-22, г).

5) Для повышения разборчивости рисунка изменен стиль области заливки в слое Тор с сетчатого на сплошной (рис. 10-22). С этой же целью цепи GND назначен другой цвет, отличный от общего для слоя Тор.

6) Используя команду Place/Polygon (аналог – кнопка на левой инструментальной панели), нарисуйте в слое Тор полигон, отмечая его вершины нажатием левой кнопки мыши в последовательности, показанной на рис. 10-23. Нажав левую кнопку мыши, не торопитесьее отпускать, чтобы оперативно скорректировать положенте вершины.

7) Указав положение последней вершины, нажмите правую кнопку мыши для приостановки операции. Окончательный вид полигона показан на рис. 10-24. Обратите внимание, что медная заливка обтекает созданный полигон.

а б в

г д е

Рис.10-23. Последовательность создания полигона для связи цепей GND и AGND

Рис. 10-24. Окончательный вид полигона для связи цепей GND и AGND

8) Перейдите в режим выбора объектов ( ) и, активизировав окно свойств созданного полигона (Polygon Properties) (рис.10-25), перейдите на его вкладку Tie (Связь).

9) Установить флажок Copper Tie (Медная связь).

10) В поле TieNet (Связь цепей) набрать имя для медной связи, например, GND- AGND.

11) Последовательно выбирая их из списка в окне со списком Existing Nets (Существующие цепи) цепи AGND и GND,перенесите с помощью кнопки со стрелкой в окно Tied To (Связанный с). При необходимости удаления какой-либо цепи из списка связанных цепей, ее необходимо выделить и нажать кнопку . Для прямого и обратного переноса можно также использовать «двойной клик» левой кнопки мыши.

12) Нажмите кнопку OK для завершения диалога. Обратите внимание, что никаких внешних изменений на плате не произошло. Область заливки по-прежнему обтекает созданный полигон, хотя, по сути, они сейчас уже электрически связаны.

Рис. 10-25. Задание параметров «медной связи»

В списке соединяемых цепей должно быть, по крайней мере, две цепи!!!

13) У каждой цепи, включенной в связь, появился атрибут TieNet, значение которого будет определяться содержимым поля TieNet (Связь цепей) на данной вкладке. Проверьте это, используя кнопку Edit (Редактирование) или View (Просмотр) в группе Attributes (Атрибуты) окна Edit Nets (Редактирование цепей).

14) Сохраните результаты работы в файле Проект_1_полигон.

Обратите внимание на некоторые особенности реализации электрической связи с помощью полигонов.

Одну вы уже видели на рис. 10-24 – медная заливка не подключается к полигону, она его обтекает.

Рис.10-26. Особенности реализации электрической связи с помощью полигона

Для рассмотрения других особенностей рассмотрите рис. 10-26. Здесь в слое внутренней металлизации немного изменено положение границы между областями металлизации так, что нижний контакт конденсатора C18 стал попадать в область VCC, а не GND, как было раньше. Обратите внимание, что исчез крестик на нижней контактной площадке конденсатора C18 (индикатор связи) и появилась линия электрической связи (connection) с одним из соседних контактов. На рис. 10-26 на линию этой связи указывает курсор. Это означает, что по данным системы электрическая связь этой площадки с другими участками цепи GND физически не реализована. Получается, что фактически нижние контактные площадки конденсаторов C18 и C21 на плате будут соединены с помощью металлизации, полученной при реализации полигона, но формально система считает, что эта связь не реализована. Данные обстоятельства необходимо учитывать при создании полигонов в сигнальных слоях.

Несмотря на эти проблемы, при необходимости всеже можно получить визуальную связь полигона с заливкой.

• Реализуйте визуальную связь полигона с заливкой.

1) В режиме выбора объектов ( ) перейдите в слой Питание и передвиньте границу между областями металлизации так, чтобы нижний контакт конденсатора C18 попал в область VCC (рис. 10-27, а). Появится линия электрической связи этого контакта с заливкой или другими физически реализованными элементами цепи GND.

2) Перейдите в слой Тор и сдвиньте крайнюю левую границу полигона до середины нижней контактной площадки конденсатора C21 (рис.10-27, б).

3) В режиме ручной или мнтерактивной трассировки проведите сегмент трассы между нижними контактами конденсаторов C18 и C21 (рис. 10-27, в).

4) Теперь можно вернуть границу между областями металлизации в слое Питание на прежнее место и перезалить (Repour) область металлизации на слое Тор (рис. 10-27, г).

5) Обратите внимание, что созданный сегмент трассы под слоем заливки сохранился. В случае сплошной заливки это несущественно, но в случае сетчатой заливки уже реализованные участки трасс, принадлежащие той же цепи, что и сама заливка, будут через нее просматриваться. Это особенность системы.

Остается только уравнять ширину созданного сегмента трассы и полигона (рис. 10-27, д), и создастся впечатление, что полигон подключен к области заливки напрямую (рис.10-27, е).

а б в

г д е

Рис. 10-27. Реализация связи полигона с заливкой

6) Сохраните проект с прежним именем.

Следующей сферой применения полигонов может быть их использование для формирования вырезов во внутренних областях металлизации. Как указывалось ранее, команда Place/Cutout (Разместить/Вырез) позволяет создавать вырезы (незалитые области) только в медных заливках. При необходимости иметь неметаллизированные участки во внутренних слоях типа PLANE можно использовать полигоны. Поскольку изображение в этих слоях инверсно, размещение там какого-либо изображения автоматически приведет к удалению металлизации в этом месте. На рис. 10-28 приведен пример получения вытравленной в слое Питание надписи «VCC», выполненной с помощью полигонов. Надпись «GND» также будет вытравлена в металлизации на слое Питание, но получена она с помощью команды Place/Text (Разместить/Текст). Для наглядности слой Bottom на этом рисунке выключен.

Рис. 10-28. Использование полигонов и текста для формирования неметаллизированных участков в слое Питание

Создайте вырезы в слое Питание.

1) Для примера руководствуйтесь рис. 10-28.

2) Для формирования надписи «VCC» используйте полигоны.

3) Сформируйте полигон, накрывающий периферийную часть концевого разъема J9, для удаления там металлизации. Это следует сделать для исключения возможности случайного подключения контактов к цепи GND.

4) После окончания работы сохраните проект с прежним именем.

Еще одной областью применения полигонов является их использование для формирования необычных по форме контактных площадок.

• Создайте контактные площадки сложной формы с помощью полигонов.

1) Поскольку полигоны в проекте уже есть, этап их создания пропустим.

2) Вторым обязательным шагом для использования полигона в качестве контактной площадки является установка на него привязочной (опорной) точки (RefPoint). Активизируйте команду Place/Point (Разместить/Точка) (кнопка на левой инструментальной панели) и в появившемся окне (рис. 10-29) выберите вариант RefPoint.

3) Руководствуясь рис. 10-30, расположите привязочные точки на имеющихся полигонах. На этом рисунке опорные точки изображены в форме больших квадратов с диагоналями. Размеры этих квадратов можно регулировать на вкладке Miscellaneous (Разное) окна Options Display (Параметры отображения). Привязочные точки нужно располагать в местах предполагаемого монтажного отверстия.

Рис. 10-29. Выбор типа опорной точки

Рис. 10-30. Размещение опорной точки на полигонах

4) Настройте фильтр группового выбора объектов на вкладке Block Selection (Блочный выбор) окна Selection Mask (Фильтр отбора) для выбора только полигонов (установлен переключатель Polygon) и опорных точек (установлен переключатель RefPoint). Все остальные переключатели должны быть сброшены.

5) В режиме выбора объектов ( ) укажите окном всю печатную плату. Выделиться должны только полигоны и привязочные точки.

6) Активизируйте команду Options/Pad Style (Параметры/Стиль контактной площадки) и создайте новый стиль контактной площадки, например, pv_pc_h80. У этого стека на верхнем слое будет контактная площадка в виде буквы «V», а на нижнем в виде буквы «С».

7) Укажите имя созданного стека в списке и нажмите кнопку Modify (Complex) (Изменить (Сложный)).

8) В окне Modify Pad Style (Complex) (Изменить стиль контактной площадки (Сложный)) в списке слоев (Layers) выберите слой, соответствующий верхней стороне печатной платы — Тор.

9) В списке Shape (Форма) выберите Polygon (Полигон) и нажмите кнопку Modify (Изменить).

10) В окне Polygonal Pad Shape (Полигональные формы контактных площадок) (рис. 10-31) установите флажок Selected Polygons (Выделенные полигоны) и с помощью кнопок Previous (Предыдущий) и Next (Следующий) выберите среди выделенных полигонов нужный и нажмите кнопку ОК.

Рис. 10-31. Использование полигонов для создания контактных площадок

11) В окне Modify Pad Style (Complex) в списке слоев (Layers) выберите слой, соответствующий нижней стороне печатной платы — Bottom.

12) Повторите п. 9—10, выбрав в качестве нижней контактной площадки полигон, имеющий форму буквы «С».

13) Закройте окна стилей контактных площадок, выбрав созданный стиль в качестве текущего.

14) Разместите на свободном месте рабочего поля контактную площадку командой Place/Pad (Разместить/Контактная площадка).

15) Выберите в качестве текущего слой Тор и обновите изображение на экране командой View/Redraw (Просмотр/Перерисовать). Новая контактная площадка должна выглядеть так: .

16) Выберите в качестве текущего слой Bottom и обновите изображение на экране командой View/Redraw. Новая контактняя площадка должна выглядеть так: .

17) После того как создан стиль контактной площадки, использующей полигоны, при создании следующего стиля эти полигоны будут доступны для использования. Появится возможность включить переключатель Pad Style Polygons (Многоугольные стили контактных площадок) (рис. 10-31) и выбрать существующие полигоны в имеющихся контактных площадках.

18) Сохраните проект с прежним именем.

Барьеры (области запрета) трассировки

На рис.10-28 между контактами концевого разъема J9 располагаются сетчатые прямоугольники с закругленными углами. Это так называемые области запрета или барьеры трассировки (Keepout). Их основное назначение — запрет автоматической и интерактивной трассировки в указанных частях платы. Таким образом, в режиме автоматической и интерактивной трассировки участки трасс будут подводиться только к торцам контактных площадок разъема J9 и не будут — к боковым граням. Барьер трассировки может быть выполнен двояко — либо как полигон (Polygon), либо как набор линий (Line). В первом случае образуется замкнутая закрашенная многоугольная область, и трассы не могут размещаться внутри нее и пересекать ее границы. Во втором трассам запрещается лишь пересекать линии запрета и в случае, если линии образуют замкнутую область, трассировка внутри нее возможна. На рис. 10-32 представлены возможные формы барьеров трассировки. Полигональная область запрета трассировки всегда покрывается наклонной сетчатой заливкой, чтобы отличать ее от обычных полигонов и медной заливки. При ее создании используются те же правила, что и для обычных полигонов. Линейчатые барьеры выполняются штриховыми тонкими линиями.

Рис. 10-32. Возможные формы областей запрета трассировки

• Создайте области и барьеры запрета трассировки.

1) Используя команду Options/Current Keepout (Параметры/Текущий барьер трассировки), в качестве текущего стиля барьера трассировки (группа Style) выберите полигон (Polygon), а в качестве области действия (группа Layers) текущий слой (Current) (рис. 10-33, а).

2) В качестве текущего в статусной строке установите слой Bottom.

3) В окне Radius (Радиус) статусной строки (крайнее правое окно) в качестве радиуса скругления углов полигона выберите значение (Grid). Это позволит получить скругленные углы для полигона уже на этапе его создания. Величина радиуса скругления может задаваться как в шагах сетки (Grid, Grid/2), так и в виде числовых значений. Отказаться от скругления можно, выбрав в этом окне значение (None).

а б

Рис. 10-33. Создание областей и границ запрета трассировки

4) Шаг сетки установите равным 25 mil.

5) Нажмите кнопку на левой инструментальной панели (команда Place/Keepout (Разместить/Барьер трассировки)) и создайте область запрета трассировки между микросхемами U7 и U8 в виде полигона, как показано на рис. 10-33, б (сетчатая область).

6) Не прерывая команды создания областей запрета трассировки, вновь войдите в окно ее свойств (Options/Current Keepout) и установите в качестве текущего стиль Line (Линия), а область действия распространите на все слои, установив переключатель All (Все) в группе Layers (Слои).

7) Проведите линии запрета трассировки примерно так, как показано на рис. 10- 33, б (штриховые линии в форме буквы J). При проведении линий запрета можно переключать режимы раскладки клавишей <О> и менять положение точки излома клавишей <F>. Толщина линий и их стиль в данном случае не могут быть изменены.

• Используйте созданные области и границы запрета при трассировке проводников.

1) Покажите на плате цепь DX2 (команда Edit/Nets). Она соединяет контакт 5 резистивной сборки RN4 с контактом 5 микросхемы U8.

2) Включите режим интерактивной трассировки. Ширину проводников установите равной 25 mil. Режим раскладки проводников сделайте ортогональным.

3) Начните трассу с резистивной сборки. Доведите ее до линейчатого барьера трассировки, как показано на рис. 10-34, а, и попробуйте пересечь его. Несмотря на все усилия, трасса все время будет стараться обогнуть препятствие.

4) Этот линейчатый барьер распространяется на все слои и его можно только обойти. Зафиксируйте точки закрепления трассы до барьера и после него, как показано на рис. 10-34, б.

5) Подведите трассу к области запрета трассировки, выполненной в виде сетчатого полигона, и постарайтесь довести ее до конечной контактной площадки. Рядом с окончанием «резиновой нити» проводника появится изображение полуокружности (рис. 10-34, в). Это говорит о том, что дальнейшее движение трассы заблокировано технологическими ограничениями. Зафиксируйте трассу в положении, показанном на рис. 10-34, в.

а б

в г

Рис. 10-34. Проведение трасс с учетом границ запрета трассировки

6) Выберите в качестве текущего слоя верхний сигнальный слой Тор и доведите трассу до конца, как показано на рис. 10-34, г. В данном случае это возможно, так как действие текущей области запрета трассировки распространяется только на слой Bottom (Нижний). Окончательный вид трассы, проведенной с учетом барьеров и границ трассировки, показан на рис. 10-35. На этом рисунке на созданную трассу указывает курсор.

Рис. 10-35. Трасса, проложенная с учетом границ запрета трассировки

Свойства барьеров и областей запрета трассировки могут изменяться, как и для любого другого объекта системы P-CAD.

• Измените свойства области запрета трассировки, выполненной в виде полигона.

1) В режиме выбора объектов выделите полигональную область запрета трассировки, созданную в предыдущем задании, и откройте окно ее свойств (рис. 10-36).

Рис. 10-36. Изменение свойств области запрета трассировки

2) В группе Layers (Слои) установите переключатель All (Все), чтобы распространить ее действие на все слои.

3) При установленном переключателе Current (Текущий) в группе Layer (Слой) можно указать отличный от назначенного ранее слой действия барьера или области запрета.

4) Откройте вкладку Polygon (Полигон) и познакомьтесь с содержимым окна Filleted Points (Точки скругления), показывающим координаты окружностей скругления углов полигонов.

5) Закройте окно редактирования свойств барьеров трассировки. Никаких видимых изменений в проекте не произойдет.

6) Сохраните проект под именем Проект_1_области запрета трассировки,

Использовать барьеры и области запрета трассировки можно при необходимости запретить трассировку под радиаторами, трансформаторами, электролитическими конденсаторами с неизолированными корпусами, рядом с монтажными отверстиями и т. д. Создавать эти области можно либо непосредственно в проекте, либо на этапе создания компонента, как это сделано для разъема J9, с которого началось рассмотрение данных объектов.

Проверка технологических ограничений (DRC)

Перед завершением разработки печатной платы необходимо проверить ее на соответствие принципиальной схеме и проверить соблюдение технологических ограничений.

Рис. 10-37. Установка правил проверки проекта

Система позволяет проверять проекты на предмет наличия ошибок или нарушения установленных правил с помощью специального механизма, который называется Design Rule Check (DRC) - проверка правил проектирования. Запускается проверка командой Utils/DRC (Утилиты/Проверка). В появляющемся при этом окне Utils Design Rule Check (Утилита проверки проектных правил) перед началом проверки необходимо установить ее параметры (рис. 10-37).

- Netlist Compare - сравнение списка соединений текущей ПП с принципиальной схемой или другой ПП, список соединений которой задают по дополнительному запросу. Поддерживаются форматы списков соединений P-CAD ASCII, Tango и MD ALT (в последнем случае дополнительно задают имя файла перекрестных ссылок Xref Filename);

- Clearance Violations - нарушения зазоров;

- Text Violations - нарушения зазоров между текстом, расположенным на сигнальных слоях, и металлизированными объектами;

- Netlist Violations - проверка соответствия электрических соединений проводников текущей ПП с исходным списком электрических связей проекта. При выполнении проверок объекты считаются физически соединенными, если они перекрывают друг друга или зазор между ними равен нулю;

- Width Violations - проверка выполнения ограничений на ширину трасс, заданных с помощью атрибутов Width;

- Unrouted Nets - неразведенные цепи;

- Unconnected Pins - неподсоединенные выводы;

- Net Length - проверка выполнения ограничений на длину цепей, заданных с помощью атрибутов MaxNetLength, MinNetLength;

- Silk Screen Violations - нарушения зазоров между КП или ПО и шелкографией;

- Copper Pour Violations - наличие изолированных областей металлизации, нарушения зазоров между такими областями, нарушения зазоров КП с тепловыми барьерами;

- Plane Violations - обнаружение наложенных друг на друга областей металлизации, неправильного подсоединения к ним КП и ПО, изолированных областей на слоях металлизации;

- Component Violations - несоблюдение допустимых зазоров между компонентами или ограничений на высоту размещаемых компонентов;

- Drilling Violations — проверка правильности сверления штыревых выводов сквозных и глухих ПО;

- Test Point Violations - проверка правильности простановки КТ.

После выполнения проверок перечень ошибок заносится в файл с расширением имени *.DRC. Нажатием на клавишу Filename можно изменить имя текстового файла, в который заносится отчет о проверках. Включение опции View Report выводит текст отчета на экран, опции Annotate Errors - помечает на ПП места ошибок специальными индикаторами. Выбор индикатора ошибки щелчком левой кнопки мыши и щелчок затем правой кнопкой открывает текстовое сообщение об ошибке (рис. 10-38). Выбор клавиши Next позволяет просмотреть сообщение о следующей ошибке, Previous — о предыдущей. После исправления ошибки ее индикатор автоматически удаляется.

Рис. 10-38. Информация об ошибках.

Составление отчетов

Редактор печатных плат PCB, как исхемный редактор системы P-CAD, позволяет автоматически получить несколько разновидностей текстовых файлов, называемых отчетами (reports), в которых отражаются те или иные особенности проекта. Для генерации отчетов используется команда File/Reports (Файл/Отчеты) основного меню. Методика создания отчетов такая же, как в схемном редакторе (лабораторная работа № 5).

• Самостоятельно проверьте схему на наличие ошибок исоздайте системный отчет для выбранного проекта.