Подробнее о конструировании плат

Добро пожаловать в мир проектирования печатных плат в Altium NEXUS. Каждое электронное устройство содержит в себе печатную плату. Требования к первым печатным платам были простыми – плата обеспечивала механический монтаж компонентов и соединение их выводов, таким образом реализуя логику устройства, заданную схемой.

На сегодняшний день, компоненты уменьшились настолько, что они измеряются долями миллиметров, а не сантиметров, и ширина трасс уменьшилась с 10 милов, с достаточным расстоянием между ними, до толщины волоса в 2 или 3 мила, плотно упакованных вместе. Увеличение частот сигналов также привело к тому, что межсоединения на плате теперь являются не просто проводниками, которые переносят электрическую энергию – их следует рассматривать как высокоскоростные линии передачи, для которых требуются соответствующие методы проектирования. Шины питания устройств предъявляют жесткие требования к допустимым падениям напряжения, что требует тщательного проектирования цепей доставки питания.

Всё это делает конструирование современных многослойных плотно упакованных печатных плат сложной инженерной задачей.

Помимо этих электрических требований, механические требования становятся также всё более сложными. Современным компактным устройствам нестандартной формы необходимы компактные платы нестандартной формы, которые зачастую включают в себя гибко-жесткие структуры – у таких плат могут быть сложные края и вырезы, что требует тщательного размещения компонентов. Эти жесткие требования делают необходимым тесное взаимодействие между электронным и механическим проектированием и простую передачу данных между этими областями.

Решение проектных задач

Эти задачи могут быть решены с помощью технологий конструирования плат Altium NEXUS.

Создание плат любой формы и структуры

Плате можно задать любую форму, и ее можно сконструировать как жесткую, гибко-жесткую или гибкую плату. В гибко-жесткой конструкции может быть задано множество стеков слоев и созданы дополнительные защитные слои. Компоненты могут встроены на любой внутренний сигнальный слой.

У платы может быть до 32 сигнальных и 16 экранных слоев. Если необходимо, экранные слои могут быть разделены любое необходимое количество раз.

Доступны механические слои, которые могут быть объединены в пары и использоваться в качестве специальных слоев для производства, например, для определения точек клейки.

Форму платы также можно определить в сторонней среде и импортировать в редактор плат через формат DXF, DWG или STEP.

► Узнайте больше о плате.

Гибкая настройка рабочей области с декартовыми и полярными сетками

Конструктор может работать в метрической или дюймовой, декартовой или полярной сетке. Можно определить множество сеток и ограничить их для использования только объектами или только компонентами. Плата может быть очень маленькой либо быть размером до 100x100 дюймов и использовать объекты размером от 0,001 мила.

В сочетании с сетками работает функция привязки к горячим точкам, которая переопределяет сетку и присоединяет курсор к горячей точке объекта, когда он находится в заданном пользователем диапазоне. Эта функция упрощает работу с объектами, которые находятся вне сетки, например, при трассировке контактных площадок дюймовых компонентов на метрической плате.

Также доступны пользовательские точки и направляющие привязки и направляющие для выравнивания с осями объектов, которые полезны при точном размещении объектов.

► Узнайте больше о Рабочей области редактора плат.

3D-проектирование платы

Редактор плат является настоящей средой 3D-проектирования, в которой конструкторы могут легко переключаться между режимами 2D- и 3D-отображения. Модели компонентов могут быть созданы в редакторе библиотек посадочных мест набором простых 3D-фигур, либо 3D-модели могут быть импортированы из различных форматов, в том числе STEP.

Помимо импорта моделей компонентов, конструктор также может импортировать корпус изделия и выполнить проверку на зазоры в трехмерном пространстве (наведите курсор мыши на изображение).

Конструкцию гибко-жесткой платы можно интерактивно сложить, что идеально подходит для выполнения проверки зазоров платы в состоянии, в котором она будет установлена в устройство. Завершенную плату можно экспортировать в формат 3D STEP, при необходимости – в ее сложенном состоянии, для загрузки в систему механического проектирования (MCAD).

► Узнайте больше о Преимуществах 3D-проектирования в интеграции ECAD-MCAD.

Проектирование на основе правил

Требования к конструкции фиксируются в правилах проектирования, которые применяются к определенным объектам с использованием определенных ограничений. Правила определяются независимо от объектов, и их можно экспортировать из одной платы и импортировать в другую. В процессе редактирования или проверки правил, система автоматически определяет правило с наивысшим приоритетом, которое применяется к тому или иному объекту.

Правило применяется к объектам с помощью основанного на ключевых словах языке запросов. Эти запросы могут быть составлены для применения как к широкому диапазону объектов, например NetClass или All, так и к зависящим от определенных ситуаций и требований объектов.

Панель PCB Rules and Violation упрощает процесс понимания и интерпретации того, к каким объектам применяется правило и почему оно может не работать. Пакетная проверка правил проектирования формирует подробный отчет, который может быть создан в различных форматах.

► Узнайте больше об Определении ограничений конструкции – Правилах проектирования.

Трассировка

Трассировка – это уже не простой процесс соединения точек. Высокие скорости переключения устройств означают, что многие платы используют высокоскоростные сигналы, требующих трассировки с контролируемым импедансом. Правило проектирования для ширины трасс в редакторе плат может быть основано на значении ширины или импеданса, где ширина трассировки может изменяться при переходе с одного слоя на другой. Интерактивная трассировка с доступными режимами обхода, огибания и расталкивания препятствий позволяет выполнить работу быстро и эффективно.

ActiveRoute является технологией автоматизированной интерактивной трассировки, которая использует эффективные алгоритмы трассировки множества цепей или соединений, выбранных вами. ActiveRoute позволяет в интерактивном режиме определить путь, вдоль которого будут проходить новые трассы.

Полностью поддерживается трассировка дифференциальных пар, а также подстройка длины одиночных цепей и дифференциальных пар.

Топологический автотрассировщик формирует трассы подобно профессиональному конструктору. Топологический трассировщик не ограничен ортогональной сеткой, а использует настройки предпочтительных направлений и пути соединения.

► Узнайте больше о Трассировке.

► Узнайте больше о Проектировании быстродействующих конструкций.

Анализ доставки питания

Сложной задачей конструирования плат с современными низковольтными устройствами является управление системой доставки питания по постоянному току. Поскольку многие современные устройства используют быстродействующие цепи, множество устройств, плотно упакованные платы и множество шин питания, для проектирования цепей доставки питания (power delivery network – PDN) по постоянному току необходим более аналитический подход.

Доступное в Altium NEXUS в качестве дополнительного программного модуля средство анализа целостности питания по постоянному току (PI-DC) PDN Analyzer на основе технологий CST® (Computer Simulation Technology) позволяет анализировать работу платы по постоянному току на основе электрических и физических свойств конструкции.

► Узнайте больше о PDN Analyzer.

Формирование выходных документов

Конечной целью процесса проектирования платы является формирование выходных файлов, необходимых для изготовления печатной платы и печатного узла. Помимо выходных файлов во всех популярных стандартах, таких как Gerber X2, ODB++ и IPC-2581, вы также можете создавать подробные чертежи и файлы PDF с закладками для всех компонентов и цепей.

Файлы OutputJob позволяют настроить и сформировать все выходные документы в едином расположении, после чего файл OutputJob можно легко переносить между проектами.

С помощью ActiveBOM доступны возможности формирования полноценного настраиваемого состава изделия (BOM), который с самого начала проектирования позволяет понять стоимость проекта.

Также доступен формат 3D PDF, который позволяет передать данные о завершенной плате через 3D PDF, со всеми возможностями масштабирования, панорамирования и вращения, а также с закладками для каждого компонента и цепи.

► Узнайте больше о Выходных документах.

Что дальше?

Подобно всем технологиям проектирования Altium NEXUS, редактор плат разработан для его быстрого изучения и простой работы в нем. Широко используются контекстные меню, и везде доступна контекстно-зависимая справка (F1) и списки сочетаний клавиш для интерактивных команд (Shift+F1).

Если вы не знакомы с Altium NEXUS, вы можете начать с базового урока. Создайте простой проект из девяти компонентов, начав с пустого листа схемы и закончив платой, а также набором файлов, необходимых для ее изготовления.

Также могут оказаться полезными следующие страницы: