4.2. Altium Designer 10, САПР - eks.fel.mirea.ru · Cadence Design Systems – Alegro PCB, Cadence OrCAD Capture

«Системы

автоматизированного

проектирования

в

электронике», весенний

семестр

2017, каф. наноэлектроники

доц. Певцов

Е.Ф.

1

Лекция

4. САПР

для


печатных

плат

4.1. Общие

положения

4.2. Altium Designer 10, состав

САПР.

4.3. Основные

типы

проектов

в

Altium Designer

4.4. Интерфейс

пользователя

и

основные

системные

настройки проекта

4.4. Библиотеки и модели компонентовЛитература:

1.

Суходольский

В.Ю. Altium Designer Проектирование

функциональных узлов

РЭС

на

печатных

платах

// СПб.: БХВ-Петербург, 2010 –

480 с.

2.

Интернет... (YouTube и др.)

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

2

Проектирование

печатных

плат

PCB -

Printed Circuit Board

Основные

производители

САПР

PCB:

Altium

designer

(P-CAD)

(редактор

схем

P-CAD Schematic и

редактор топологии

P-CAD PCB) является

наиболее

популярной

EDA в

России.

Последняя

версия

системы

— P-CAD 2006 SP2. В

2006 году

компания Altium официально

заявила

о

прекращении

разработки

данного

продукта.

30 июня

2008 года

была

прекращена

поддержка. Для

замены

этой системы

компания

Altium предлагает

систему

Altium Designer.

Mentor Graphics –

ExpeditionPCB, PADS (DxDesigner).

Cadence Design Systems

–

Alegro PCB, Cadence OrCAD Capture…

Во

все

современные

САПР

для

PCB

встроены:-

средства

синтеза

из

HDL

-

средства

схемотехнического

моделирования

PSPICE или

XSPICE

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

3

Основные

операции

маршрута


печатных плат:

•

подготовка

библиотек

символов, топологических

посадочных мест

и

моделей

компонентов

графический

(или

HDL);

• ввод

электрических

схем;

• смешанное

аналого-цифровое

моделирование;

• интерактивное

размещение

компонентов;

• интерактивная

и

автоматическая

трассировка

проводников;

• контроль

ошибок

в

схеме

и

на

печатной

плате;

• выпуск

документации;

• анализ

целостности

сигналов

и

перекрестных

искажений;

• подготовка

файлов

Gerber и

NC

Drill

для

производства;

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

4

Основные

характеристики

PCAD:

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

5

Основные


PCAD:

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

6

Основные

модули:

1. Редактор

схем

(Shematic)

–

позволяет

создавать

многоуровневые (иерархические) и

многолистовые

схемы. Позволяет

создавать

и

помещать

в

библиотеки

символы

новых

элементов

и

редактировать существующие.

2. Редактор

печатных

плат

(PCB)

–

позволяет

размещать компоненты

на

плате. Проводить

трассировку

проводников

в

ручном

и

интерактивных

режимах. Позволяет

контролировать технологические

нормы

и

проектные

правила.

3. Менежджер

библиотек

(Library Executive, Library

Manager)

–

для работы

с

библиотеками, содержащими

текстовую

(о

цоколевке) и

графическую

информацию

о

символах

и

корпусах.

4. Трассировщики

(Shape-based autorouter, Specctra)

–

для автоматической

разводки

печатных

плат. Анализируют

полезную

площадь

печатной

платы, выполняют

процедуры

расталкивания, разрывания

и

перерисовки


для

получения

эффективного

размещения

в

соответствии

с

назначенной

стратегией.

5. Дополнительные

утилиты

прокладки


и

размещения компонентов

(Interrouter Gold, InterPlace)

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

7

Типовая

структура

САПР

PCB

(на

примере

PCAD)

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

8

ExpeditionPCB (Mentor Graphics)

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

10

66Alegro Entry Architect (Cadence)

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

11

64Alegro PCB

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

12

Alegro Entry Architect (Cadence)

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

13

«Плоский»

проект

полностью

определяется

в

одном

файле

схемы, даже если

он

находится

на

нескольких

страницах

схемы.

«Иерархический»

проект

-

отдельные

функции

реализуются

в

разных файлах, а

эти

файлы

объединены

в

один

проект.

Преимущества

иерархического

проекта•

Многократное

использование

схем

–

многократное

вхождение

одного

блока

в

проектили

разделение

блока

между

несколькими

проектами.•

Организация

проекта

–

разные

функции

проекта

могут

выполняться

разными

иерархическими

блоками

(похоже

на

подпрограммы

вкомпьютерной

программе).•

Разделение

нагрузки

–

разные

инженеры

могут

работать

над

разными

аспектами

или

функциями

проекта

и, когда

разные

схемы

будут

закончены,

они

все

могут

быть

объединены

в

иерархический

проект.•

Стандартизация

–

одни

и

те

же

иерархические

блоки, разделяемые

между

несколькими

проектами

вызывают

стандартизацию

проектов.•

Поиск

неисправностей

–

если

ошибку

можно

изолировать

в

одном

функциональном

блоке

проекта, то

ее

легче

найти

и

исправить.Недостатки


проекта•

Иерархический

проект

в

некоторых

случаях

сложнее

полностью

документировать

чемплоский.•

Когда

иерархический

проект

разделяется

с

кем-то

незнакомым

с

иерархией, то

могут

возникнуть

ошибки.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

14

Основные

операции

при

проектировании

печатных

плат(проектные

процедуры):

Схема:1. Настройка

редактора

схем. Создание

углового

штампа

и

форматок.2. Создание

и

редактирование

символов

компонентов. Помещение

символа

в

библиотеку.3. Разработка

принципиальной

электрической

схемы.

3.1. Создание

многостраничного

проекта3.2. Подключение

библиотек.

3.3. Ввод

и


символов

библиотечных компонентов.

3.4. Ввод

шин.3.5. Соединение

выводов

компонентов.

3.6. Назначение

имен

цепям.3.7. Нанесение

на

схему

текстовых

надписей.



проекта.3.9. Проверка

схемы.

3.10. Вывод

на

печать.3.11. Задание

правил

проектирования.


файла

параметров

проекта.3.13. Составление

отчетов.

3.14. Составление

списка

цепей.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

15

Основные

операции

при


печатных

плат:

Плата

4. Настройка

редактора

печатных

плат. 5. Создание



символа

компонента.5.2. Создание

корпуса

компонента.

5.3. Помещение

компонента

в

библиотеку.6. Редактирование

чертежа

печатной

платы.

6.1. Задание

контура

печатной

платы.6.2. Размещение


на

печатной

плате.

6.3. Редактирование

и

просмотр

атрибутов

компонетов.6.4. Трассировка

печатных

плат

(ручная, интерактивная,

автоматическая). Отчеты

о

трассировке.6.5. Создание

областей

металлизации.

7. Вывод

управляющей

информации

для

изготовителя

платы.8. Разработка

КД.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

16

Altium Designer 10.577.22514 with All Plugins, Examples, Libraries

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

17

Новое

поколение

САПР

для

электронного


Принцип

сквозного


реализован

в

системе

Altium Designer и

подразумевает

передачу

результатов

одного

этапа


на

следующий

этап

в

единой

проектной

среде. При

этом

изменения, вносимые

на

любом

этапе, должны

отображаться

во

всех

частях

проекта. Такой

принцип

позволяет

разработчику

контролировать

целостность

проекта, отслеживать

изменения

и

синхронизировать

их.

Достоинства:•

простой

и

интуитивно

понятный

пользовательский

интерфейс

системы: его

настройка

согласно

требованиям

конкретного

пользователя, а

также


меню

с

командами

на

русском

языке

и

множества

«горячих»

клавиш

позволяют

научиться

эффективно

работать

с

программой

менее

чем

за

две

недели; • возможность

коллективной

работы

над

проектом; •

поддержка

совместимости

с

многими

старыми

и

современными

популярными

САПР

РЭС

(ECAD) и

механических

САПР

(MCAD); •

все

действия, выполняемые

пользователем

вручную, могут

быть

описаны

с

помощью

макросов

и

выполнены

автоматически, что

открывает

широкие

возможности

для

автоматизации

рутинных

операций

процесса

создания

принципиальных

схем

и


печатных

плат; •

программа

имеет

набор

документации

на

русском

языке, разработаны

специальные

методические

указания

для

начинающих. Базовая

программа

обучения

рассчитана

на

пять

дней

и

позволяет

пользователям

выработать

правильные

навыки

работы

в этой

системе; •

это

программно-аппаратный

комплекс

для

создания

большинства

современных

РЭС

при

достаточно

небольшой

стоимости.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

18

Разрядность: 32bit

Совместимость

с

Vista: полная


с

Windows 7: полная


с

Windows 10: полная

Язык

интерфейса: Английский

+ Русский

Минимальные

системные

требования:

Windows XP SP2 Professional или

выше

Intel Pentium 1,8 ГГц

или

выше

1 Гб

оперативной

памяти

3,5 Гб места на жестком диске (установка

+ User Files)

Монитор

разрешением

1280x1024

Рекомендуемые

системные

требования:


выше

Intel Core 2 Duo / Quad 2,66 ГГц

или

выше

2 Гб

оперативной

памяти

10 Гб места на жестком диске (установка

+ User Files)

Два

монитора, разрешение

экрана

1680x1050 (широкоэкранный) или

1600x1200 (4:3)

NVIDIA GeForce 80003серия, 256 МБ

(или

больше) видеокарта

или

выше

Параллельный

порт

(для

подключении

к

NanoBoard-NB1)

USB2.0 порт

(при

подключении

к

NanoBoard-

NB2)

Adobe Reader 8 или

выше

DVD-привод

Подключение

к

Интернет

для

получения

обновлений

и

технической

поддержки

онлайн

Описание: Altium Designer

-

комплексная

система


высокоскоростных

электронных

устройств

на

базе

печатных

плат, которая

позволяет

разработчику

создавать

проекты, начиная

с


схемы

и

HDL-описания

ПЛИС, проводить

моделирование

полученных

схем

и

HDL-кодов, подготовить

файлы

для

производства, а концепция Live Design, так

называемое

живое

проектирование, позволяет

завершить

проект

его

отладкой

на

плате

NanoBoard.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

19

Конечный

результат

проекта

в САПР «Altium Designer»

(проектное решение):

-

интегральный


образ

печатной

платы

и

-

файл



для

автоматизированного производства

печатной

платы.

Проект

должен

содержать

полную

информацию

о

проектируемом устройстве, обязательно

включая:

1)

принципиальную

схему

2)

список


схемы

с

их

характеристиками,

3)

список

соединений


и

4)

топологию

печатной

платы

Проект

представляет

собой

текcтовый

файл-оболочку, иерархически объединяющий

организованный

набор

документов, необходимых

для

создания

объекта


«Системы



в


семестр



Е.Ф.

20

В

состав

итегрированной

САПР

радиоэлектронных

функциональных

узлов Altium Designer (версия

10.2) входят

следующие

компоненты:

I. Интегрирующая

оболочка

DXP

(Design eXPlorer), объединяющая

составные части


в

один

проект, главной

функцией

которой

является

организация

среды


II.

Базовые

средства


(Foundation) или

компоненты

САПР

III. Средства


печатной

платы

(Board Implementation)

IV. Средства


устройств

со

вcтроенным

интеллектом (Embedded Intelligence Implementation)

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

21

1.

Интегрирующая

оболочка

DXP (аббревиатура

от

Design eXPlorer),организующая

среду


и

объединяющая

составные

части

выполняемой


в

проект.

Важные

особенности

DXP-платформы:•

DXP представляет

собой

32-разрядное

клиент-серверное

приложение, предназначенное

для

работы

под

управлением

операционных

систем


выше; •

файл

проекта

Altium Designer, представляет

собой

специальный

служебный

файл, содержащий

ссылки

на

отдельные

документы

и

определяющий

права

доступа

к

ним

в

рамках

DXP; •

широкие


по

созданию

документов

и

подключению

к

проекту

или

добавлению

существующих

документов, а

также

исключению

из

проекта; • 3 уровня

настройки: системы

и

редактора

(из

единого

меню) и документа; •

состав

команд

главного

и

всплывающих

меню

(кроме

меню

DXP, относится

ко

всей

платформе) меняется

в

зависимости

от

вида

текущего

проекта

и

активности

соответствующего

редактора; • панели

и

окна

рабочей

области

могут

быть

специфически

настроены

пользователем; • количество

подключенных

к

работе

с

системой

Altium Designer мониторов

ограничивается

ПК; •

дублирование

почти

всех

пунктов

меню

DXP «горячими»

клавишами

позволяет

значительно

ускорить

работу; •

отдельные

документы

проекта

могут

храниться

на

сервере

или


ПК

в

рамках

локальной

вычислительной

сети; •

допускается

множественный

доступ

к

одним

и

тем

же

файлам

и


одного

документа

в

разных

проектах; •

реализован

функционал

для

совместной

работы

разработчиков

как

одного

подразделения, так

и

различных

подразделений

предприятия; •

хранение

«истории» (до

8 версий) проекта

обеспечивает

контроль, сравнение

и

восстановление

данных

проекта, а

также

сохранение


проекта

при

непредвиденных

сбоях.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

22

2.

Базовые

средства


(Foundation):

2.1. Формирование

библиотек

компонентной

базы2.2. Просмотр

и



схемы

2.3. Схемотехническое

моделирование

(PSpice

и

XSPICE

)2.4. Моделирование

цифровых

схем

на

основе

HDL-описаний

2.5. Анализ

фронтов

сигналов


схемы быстродействующей

логики

на

основе

дефектов

длинной

линии

(средства

Signal Integrirty)2.6. Средства

подготовки

монтажного

поля

печатной

платы,

структуры

слоев

платы, правил

выполнения

печатного

монтажа, импорта описания

схемы

в

виде

текстового

описания



и

цепей

(Netlist)2.7. Просмотр

и

распечатку

проекта

печатной

платы

2.8 Импорт

и

просмотр

файлов

механической

обработки

и фотошаблонов

для

изготовления

О

моделировании

схем•

Первый

инструмент


в

системах



(Computer-Aided Design) –•

пакет

SPICE

(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) разработка

ун-та

Беркли

1970, его

коммерческие

варианты:•

Personal SPICE и,

• и

сейчас

они

наиболее

часто

используется

поскольку

хорошо

проверены•

Исторически

описания

элементов

называют

картами

(cards -

от

перфокарт),

•

а полное описание –

пачкой

или

пакетом

(deck –

пачка

(перфокарт))

•

Аналоги: •

Virtuoso

или

SPECTRE

(Cadence)

и

ELDO

(Mentor Graphics),

HSPICE

(Synopsys)

•

Из

множества

режимов


наиболее

актуальны:•

-

Статический

анализ

(функционирование)

•

-

Анализ

переходных

процессов

(временные

характеристики)

•

- ! Анализ


сигналов (влияние

топологии

и

паразитных

связей)

Полная

версия

программы

PSPICE стоит

очень

дорого

и

практически

недоступна

для

отдельных

частных лиц.

Бесплатная

демоверсии

для предприятий, школ

и

вузов, готовящих

специалистов

в

области

электроники.

объем

моделируемых

схем

ограничен 50-ю

деталями, среди

которых

может

быть

10 транзисторов.

достаточно, чтобы

использовать программу

в

образовательных

целях.

Все

примеры

рассчитаны

на демоверсию, но

материал

изложен

так, что

по

сути

является

вводным курсом

в

полную

версию

PSPICE.

eks.fel.mirea.ru => pspice_tutorial.pdf

•

Подготовка

пакетов

для


аналогична

разработке программ

(еще

один

язык

программирования):

•

Планирование:•

-

эскиз

на

бумаге

или

в

схемотехническом

редакторе

• -


и

модифицированных

готовых

пакетов

моделирования, если

это

возможно

•

Код

для

программы

моделирования:•

-

следует

стремиться

к

ясности,

• -

начать

с

заголовка: имя, место, дата, цель

• -

побольше

комментариев

•

Тест:•

-

предсказание

ожидаемых

результатов

• -

анализ

полученных

и

сравнение

фактических

с

ожидаемыми

• - "мусор

на

входе

-

мусор

на

выходе"

(принцип

программирования, в

соответствии

с

которым

неверные входные

данные

не

могут

привести

к

правильному

результату)

Примеры

описаний

в

SPICE:

C0 gnd net1 10fR0 net2 net3 1k

V3 net4 net5 DC 3.3V.DC VIN 0 0.5 2.5 //команда:

постоянное

смещение

// на

входе

VIN от

0

до

2.5В с шагом 0.5В.V0 net6 net7 pulse 0 vddp 0n 200p 200p 3n 6n // импульсный

// источникКМОП

транзистор:

1. Имя: (не

обязательно

M)2. Наименования

узлов

в

строгом

порядке:

Drain(Сток) Gate(Затвор) Source(Исток) Base(Подложка)3. Тип

транзистора: p или

n

4. W и

L: width (ширина) и

length (длина) затвора

(в

метрах) [u -> μ(в

микронах)]

M_0 output input vdd vdd p W=2u L=1uM_1 output input gnd gnd n W=1u L=1u

NB:

модели

элементов

-

полупроводниковые

диоды

-

МОП-транзисторы

ID

RS

CD

+

-

VD

SPICE-

модель

диода

)1( TD

nV

SD eII

TD

nV

T

STm

D

jD eI

V

CC

0

0

1

20 ln

i

DAT n

NN

K 300 при мВ 25q

kTT

)1( TD

nV

SD eII TD

nV

T

STm

D

jD eI

V

CC

0

0

1

Модель

МОП-транзистора

Шихмана-Ходжеса

2

2

0DS

DSTGSdVVVV

LWCi

2021

TGSd VVLWCi

-

подвижность

носителей (p

или

n)

C0

-

емкость

оксидной

пленки

мкФ/м2

Инвертор:M1

n-МОП

(кассета

nmos.1) D->nvout S->nvin G->0 B->0

W(ш. З)=0,375u

L (дл. З)=0,25u

(min)M2

p-МОП

(кассета

pmos.1) D->nvout S->nvin G->nvdd B->nvdd

W(ш. З)=1,125u

L (дл. З)=0,25u

(min).lib

путь

к

файлу

с

моделями

тр-ров

NB:

более

200 параметров

!

Некоторые

обозначения:

Обозначения

единиц

измерения:

Источники

напряжения

PWL –

кусочно-линейный:

PWL time0 value0 time1 value1 ...

Vin 3 0 PWL 0n 0V 0.4n 5V 14.6n 5V 15n 0V

PULSE

–

импульсный:

PULSE (initial_value pulse_value delay rise_time fall_time pulse_width period)

Vin 3 0 PULSE (0 5 4.9n 0.2n 0.2n 4.8n 10n)V0 net6 net7 PULSE 0 vddp 0n 200p 200p 3n 6n

Источники

входных

сигналов:

Некоторые

команды:.INCLUDE

включает

текст

в

выходной

файл

.PARAM определение


используемых

для

задания

значений

переменных

.DC

означает

применение

статического

анализа. Например:

.DC Vin 0 5 0.1 запуск

статического

анализа

при

котором

Vin изменяется

от

0V до

5V с шагом 0.1V.

.TRAN

анализ


процессов. Например:

.TRAN 0.1n 50n //

шаг

и

общее

премя

.IC

задание

начальных

условий


процессов. Для элементов, сохраняющих

состояния: защелки, триггеры,

динамические

узлы

(емкости) . Например:

.IC V(1)=5 инициализирует

узел

1 начальным

значением

5 В

.END требуется

всегда

для

указания

на

окончания

SPICE файла

Пример: RC-цепь

точки

определения

значений

(точки

измерений) –

через

20 пс

в

течение

800 пс

параметры

импульса

Результат

в

«текстовой

графике» (текстовое

описание):

Результат

в

виде

графика

или

семейства

характеристик

:

Еще

раз

RC-цепь:

•

Статический

анализ

-

это

расчет

выходной

функции

для некоторого

диапазона

входных

значений:

••

пакет

начинает

расчет

с

первого

значения

входных

воздействий, для

которого

определяет

точку

смещения постоянной

оставляющей

выходного

сигнала,

• затем

с

заданным

шагом

увеличивает

значение

входного

воздействия, рассчитывает

новую

точку

смещения•

и т.д.

Пример: анализ

МОП

транзистора

по

постоянному

току

.DC source_name1 Vstart1 Vstop1 Vincrement1 //

тоже

в

HSPICE source_name2 Vstart2 Vstop2 Vincrement2

Семейство

вольт-амперных

(сток-истоковых) характеристик: зависимости

тока

стока

от


между

истоком

и

стоком

Параметр:

Напряжение между

затвором

и

истоком

Vgs

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

46

3.

Средства


печатной

платы

(Board Implementation):3.1. графический

редактор

печатной

платы

PCB Layout

–


и


объектов

на

печатной

плате, использование библиотек

компонентов, ручное, интерактивное

и

авторазмещение,

интерактивная

трассировка, трассировка

дифференциальных

пар

и

др.;3.2. автотрассировщик

Situs

–

автотрассировка

печатной

платы;

3.3. средства

Signal Integrity

–

анализа


эффектов (расщепления

сигналов

и

наводок

в

печатном

монтаже) на

стадии


печати;3.4. средства

подготовки

монтажного

поля

печатной

платы,

определения

структуры

слоев

платы, правил


печатного

монтажа, импортаописания

схемы

(Netlist) из

схемного

редактора;

3.5.средства

просмотра

и

распечатки

проекта

печатной

платы;3.6. средства

формирования



для

производственного

оборудования

–

файлы

в

формате

фотоплоттера

Gerber, файлы

данных

для

сверловки

(NC Drill), файлы

в

обменном

формате

ODB++;

3.7. редактор

CAM-файлов

–

импорт

и

редактирование фотошаблонов, данных

сверловки

и

фрезерной

обработки, экспорт


информации;3.8. средства

CAM File Viewer

–

импорта и просмотра файлов

механической

обработки

и

фотошаблонов;3.9. средства


аппаратной

части

JTAG-интерфейса

программирования

ПЛИС.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

47

4. Средства


устройств

со

встроенным

интеллектом(Embedded Intelligence Implementation) :

4.1.библиотеки

ориентированных

на

реализацию

в

ПЛИС

базовых логических

элементов, генераторов, логических

анализаторов, интерфейсных

адаптеров

и

др.;4.2. средства

реализации

в

ПЛИС

процессорного

ядра

микроконтроллеров

и

оболочки

дискретных

процессоров

на

основе библиотеки

функциональных

аналогов

ряда

распространенных

микроконтроллеров

и

моделей

процессорного

ядра;4.3. смешанные

средства

синтеза

и


логики

ПЛИС

−

на

основе

схемного

ввода, VHDL или

Verilog HDL описаний

логики;4.4. средства

программно-аппаратной


JTAG-

интерфейсапрограммирования

ПЛИС.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

48

ПРОЕКТ

ALTIUM DESIGNER

–

основа

для


устройстваКомплект


для


и


одного

самостоятельного

изделия.

Формируется

в

виде

файла

проекта, содержащего

все

установки

и

настройки, в том

числе

связи

с

каждым

документом

проекта. Файл

проекта


собой

текстовый

файл‐оболочку, объединяющую

иерархически

организованный

набор

документов, предполагающих

воплощение

их

в

единственном

объекте.

Каждый

документ

проекта, включая

выходные

данные, представляет

собой

отдельный

файл, который

связан

с

проектом

через

относительные

ссылки

на

одном

логическом

устройстве

или

абсолютные

ссылки

на

различных

логических

устройствах.

Основные

типы

проектов

в

Altium Designer:1.

Проект

печатной

платы

(PCB Project.

Документы

проекта

объединяются

оболочкой

с

именем

файла: *.PrjPcb).

2.

Проект

ПЛИС

(FPGA Project. Имя

файла

оболочки

проекта: *.PrjFpg).

3.

Интегрированная

библиотека

(Integrated Library. Файл

оболочки: *.LibPkg. Файл

библиотеки: *.IntLib).

4.

Встроенный

проект

(Embeded Project.

Имя

файла

оболочки: *.PrgEmb ).

5.

Проект

ядра

(Core Project. Имя

файла

оболочки: *.PrjCor.

)

6.

Скрипт-проект

(Script Project.

Файл: *.PrjScr).

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

49

Основные

типы

проектов

в

Altium Designer:

1.

Проект

печатной

платы

(PCB Project.

Документы

проекта


оболочкой

с

именем

файла: *.PrjPcb).

1.1. В

графическом

схемном

редакторе

на

основе

библиотек

компонентной

базы

строится

электрическая

принципиальная

схема, проводится

схемотехническое

моделирование.

1.2. Описание

схемы

передается

в


редактор

печатной

платы, в

котором

каждый

компонент

представляется

как

посадочное

место

(корпус), а

линии

связи

на

схеме

преобразуются

в

соединительные

металлизированные

проводники

от

вывода

к

выводу.

1.3. строится

контур

печатной

платы,

1.4. задается

число

и

свойства

слоев

печати, правила


трассировки

(ширины


и

зазоры),

1.5. выполняется

импорт

описания

схемы,

1.6.



на

монтажном

пространстве, трассировка печатного

монтажа,

1.7. формируются

стандартные

файлы

выходных

данных

для


печатной

платы, сборки

и

монтажа

функционального

узла.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

50

Основные

типы

проектов

в

Altium Designer:

2.

Проект

ПЛИС

(FPGA Project. Имя

файла

оболочки

проекта: *.PrjFpg).2.1. Разработка

начинается

с


схемного

или

HDL-описания

логики

проектируемого

устройства. В

проект

вводятся

файлы, в

которых

содержатся

ограничения, связанные

с

выбором

семейства

и

типа

ПЛИС, определяетсякоммутация

входов

и

выходов


сигналов

на

выводы

выбраннойПЛИС, задаются

требования

к

рабочей

частоте, подключению

внешних

тактовых

сигналов

и

т.п. 2.2. Заданная

логика

компилируется

в

комбинации


ячеек

нижнего

уровня

внутренней

структуры

ПЛИС. Результаты

логического

синтеза

выдаются

в

виде

описания

в

конструкциях

языка

обменного

формата

EDIF (Electronic Design Interchange Format —

формат


семантическими

и

синтаксическими

правилами

для

обмена

информацией


проектов. При

экспорте

в

EDIF

получается


файл

всего

проекта

целиком

с

расширением

*.EDF

). 2.3. Данные

EDIF-формата

передаются

в

специализированные

САПР

производителя

выбранного

семейства

ПЛИС, в

которой

программируется

коммутация


ячеек

и

блоков


структуры

ПЛИС

и

вывод


сигналов

на

физические

контакты

выбранной

микросхемы. Вырабатываются

управляющие файлы

для


ПЛИС

в

аппаратуре


или

на

специальном

программаторе. В

результате

микросхема

ПЛИС

может

быть

запрограммирована

и

протестирована

на

стенде.2.4. Завершающей

стадией


такого

проекта

является

исполнение

всеготакого

устройства

в

виде

ячейки

(модуля) на

печатной

плате, т.е. выполнениепроекта

печатной

платы, на

которой

ПЛИС

выступает

как

обычный

компонент, наравне

с

остальными.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

51

Основные

типы

проектов

в

Altium Designer:

3. Интегрированная


(Integrated Library. Файл

оболочки: *.LibPkg. Файл

библиотеки: *.IntLib).

3.1. В

редакторе

библиотек

формируются:-

наборы

схемных

символов

(УГО) электрорадиокомпонентов, -

ссылки

на

модели


3.2. В

качестве

модели

выступает

топологическое


место

(ТПМ),

а

также

формируемые

в

среде

редактора

библиотек, модели:-

для

схемотехнического

моделирования, -

для

анализа


сигнала

–

расщепления

фронтов


сигналов

в

быстродействующих

устройствах

за

счет

отражений

от

концов

печатного

проводника, -

трехмерные

геометрические

модели


3.4. Файлы

описаний

моделей, либо

ссылки

с

указанием

пути

к

ним, включаются

в

структуру

библиотечного

пакета

*.LibPkg.

3.5. После

этого

выполняется

компиляция


библиотечного

пакета

в

единый

файл

интегрированной

библиотеки.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

52

Основные

типы

проектов

в

Altium Designer:

4.

Встроенный

проект

(Embeded Project.

Имя

файла

оболочки: *.PrgEmb ).

Это

набор

проектных

документов, образующих

программное

приложение. Исходный

текст

программы

и/или

подпрограмм

формируется

в

конструкциях

языка

С

и

(или) Ассемблера, компилируется

в

объектные

модули. Объектные

файлы

затем

связываются

в

исполняемый

модуль

в

машинном

коде, готовый

для

загрузки

в

в

качестве

исполняемого

файла

в

выбранный

процессор

или

микроконтроллер.

5.

Проект

ядра

(Core Project. Имя

файла

оболочки: *.PrjCor).

По

существу, это

первая

половина

ПЛИС-проекта, заканчивающаяся

формированиемграфического

схемного

символа

и

описания

логики

в

формате

EDIF

6.

Скрипт-проект

(Script Project.

Файл: *.PrjScr).

Программирование

в

среде

Altium Designer, имеющее

целью

модификацию

объектов

в

других

открытых

проектах. Для

управления


интерфейс


приложений

API (DXP Application Programming Interface),

в

котором

для


проектных

процедур

используются

специализированные

командные

языки

(например, SQL

или

Tсl).

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

53

Вкладки


Меню и панели инструментов

Скрытые

панели

Доступные

панели

открытого

редактора

Навигатор

проекта

Главное

окно

проекта

Интерфейс


Altium Designer

и основные системные настройки

проекта

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

54

Customize

–

перечень возможных

команд

и

панелей

инструментов

Run Process

–

запуск процесса

Run Script

–

запуск

скрипта

Preferences

–

доступ

к настройкам

отдельных

редакторов

ОсновныеОсновные

функциифункции менюменю

DXP: DXP:

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

55

Настройки, доступные

из

меню

DXP:•

Системные•

Настройки

редактора•

Настройки

документа

Системные

настройки

(пункт

меню

DXP -

Preference -

System):

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

56

Системные

настройки

(пункт

меню

DXP -

Preference -

System): -

General

Reopen Last Workspace

–

при

запускеоткрывать

последнюю

группу

проектовOpen Home Page

–

открывать

домашнюю

страницу

Altium, если

нет

документовShow startup screen

–

показывать

заставкуSystem Font

–

разрешение

поменять

системные

шрифты

(лучше не менять)

Localization –

отвечает

за

русификацию

шрифтов

в

меню

и

диалогах

(не

рекомендуется)

Reload Document Modified Outside of Altium Designer –

сохранять

проекты

вне

директорий

установки

(при

установке

созданы

папки: Exemple, Modeles и

Library

и их не нужно засорять своими

проектами).

Изменение

начальных

настроек

отмечается

символом

«*».

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

57

Системные

настройки

(пункт

меню

DXP -

Preference -

System):

- View

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

58

Системные

настройки

(пункт

меню

DXP - Preference - View):Autosave desktop

–

сохранять

настройку

панелей

интерфейса

проектаRestore Open Documents Home Page

–

открывать

домашнюю

страницу

Altium, если

нет

документовShow startup screen

–


заставкуSystem Font

–

разрешение

поменять

системные

шрифты

(лучше не менять)Localization –

отвечает

за

русификацию

шрифтов

в

меню

и

диалогах

(не

рекомендуется)

Reload Document Modified Outside of Altium Designer –

сохранять

проекты

вне

директорий

установки

(при

установке

созданы

папки: Exemple, Modeles и

Library

и их

не

нужно

засорять

своими

проектами).

NB(замечание)

: Один

и

тот

же

документ

может

быть

подключен

к

неограниченномучислу

проектов

и

вызываться

из

каждого

проекта

для


и

редактирования. При

этом

нужно

быть

осторожным. Документ, отредактированный

водном

проекте, при

использовании

в

других

проектах

приносит

с

собой

внесенные

изменения, что

не

всегда

может

быть

приемлемо. Не

помогает

и

простое

переименование

документа.Использование

команды

File>>Save As не

отвечает

данной

задаче, поскольку

при

простом

сохранении

файла

под

новым

именем

в

проекте

автоматически

обновляются

связи, в


чего

документ

с

новым

именем

становится

принадлежностью

сразу всех

открытых

в

текущий

момент

проектов.Поэтому

перед

редактированием

следует

сохранить

резервную

копию

документа

командой

главного

меню

File>>Save Copy As. В

этом

случае

копия

документа

сохраняется

по

указанному

адресу, а

исходный

документ

остается

связанным

с

проектом.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

59

Autosave desktop

–

сохраняет

интерфейс

рабочего

стола

программыRestore open documents

–

восстанавливает

документы, открытые

в

последней

сессии

(за

исключением

указанных

во

вкладке

Exlusions)Show Navigation Bar as

–

настройка

типа

отображения

панели

Navigation, служащей

для

навигации

по

документам

и

страницам

в

Internet.General

–

группа

кнопок

для

более

тонкой

настройки

типа


панелей,

инструментов

и

меню.Popup…

‐

задержки

появления

и

скрытия

всплывающих

панелей, с применением

анимации

или

без.Favorites Panel

–

размеры

пиктограмм.Documents Bar

–

настройки

вкладок

переключения

документов:

Group document if need

–

выбор

способа

группировки

(по

типу

или

по

принадлежности

к

проекту);

Use equal‐width button

–

использовать

вкладки

одинаковой

ширины

или

по

контексту

Auto‐hide the document bar

–


скрывать

вкладку



(будет

появляться

только

при

наведении

курсора

на

место

их

расположения);

Multiline document bar

–

многострочное

отображение

вкладок


документов;

Ctrl+Tab switches to the last active document

–

способ


на

последний

активный

документ

Middle click closed document tab

–

средняя

кнопка

мыши

на

вкладке



закрывает

документ.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

60

Системные

настройки

(пункт

меню

DXP -

Preference -

System):

-

Navigation

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

61

Navigation

–

объединяет

настройки


объектов

и

описывает

набор

действий

с

объектами:

Zooming

–

увеличить

выбранный

объект

на

коэффициент, указанный

в

группе

Zoom

Precision.

Selecting

–

выделить

объект, для


над

ним

каких‐либо

действий.

Masking

–

отделить

объект

маской

от

остальных

объектов

с

заданным

уровнем

видимости.

Connective Graph

–


графы

связи.

Object To Display

–

список

объектов, которые

отображаются

в

панели

Navigator

после

компиляции.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

62

Системные

настройки

(пункт

меню

DXP - Preference -

System):

-

Project Panel/General

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

63

Project Panel

–

набор

опций

панели

Project, которые

настраивают

параметры



проекта:Категории

настройки:General :

Show open/modified status

–


статус

документа;Show VCS status

–


пиктограмму

контроля

версий;Show document position in project

–


позицию

документа

в

проекте;Show full path information in hint

–


полный

путь

во

всплывающей

подсказке;Show grid

–


сетку.File view:

Show Project Structure

–


структуру

проекта;Show Document Structure

–показывать

структуру

документа

(многостраничного).Structure View:

Show DocumentShow Sheet SymbolShow Nexus Components

Sorting

–

признак

сортировки

документовGroping

–

ключ

для

сортировки

документовSingle Click

–

действие

левой

кнопки

(ЛК) мышиАктивировать

открытый

документ;Открыть

и

активировать.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

64

File Types

–

список

файлов, ассоциированных

с

Altium Designer (т.е. для

открытия

которых

будет

использоваться

один

из

редакторов

на

базе

DXP)

Системные

настройки

(пункт

меню

DXP -

Preference -

System):

-

File Types

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

65

Шаблон

для

вновь

создаваемых


–

указание

файла, который

будет

формироваться

при

создании

нового

документа

данного

типа

(выбор

образца

документа

–

ЛК

на

строке

с

названием, затем

-

выбор

документа)

Системные

настройки

(пункт меню

DXP -

Preference - System):

-

New Document Default

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

66

Информационная

поддержка

:

Knowledge Center

‐

документация

в

формате

pdf для

обучения, справки

и

подсказки.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

67

Информационная

поддержка

:

Help (F1)

и

многое

другое

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

68

Разработка

библиотек

и

моделей

компонентов:

Библиотеки, поставляемые

с

Altium Designer содержат

более

87000 компонентов, созданных

по

стандарту

ISO 9001

(www.altium.com/Community/Libraries), но:- нет

описаний

из

отечественной

элементной

базы

и- УГО

не

соответствуют

ГОСТ

…

Каждый

компонент

должен

быть

определен, как

минимум, своим

собственным

именем

в

библиотеке. Компонент

может

содержать

выводы

и


символ

в

единственном

или

многосекционном

виде

и

может

иметь

альтернативные

опции

отображения.

Полное

описание



в

Altium Designer складывается

из

трех самостоятельных

описаний

(обязательно

УГО):

•

элемента


схемных

символов

(в отечественной лексике –

УГО): *.SchLib;

•

элемента


топологических

посадочных

мест

(Floorprint)

на

плате: *.PCBLib;

•

файлов

описания

модели

–

SPICE-модели

аналогового

компонента,XSPICE-модели

цифрового

компонента

и/или

IBIS-модели

для

анализа


эффектов

в

печатном

монтаже

(целостности

сигнала).

http://www.altium.com/Community/Libraries

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

69

Основные

термины

и

определения:

Component

(компонент) –

общее

наименование

объекта, который

может

быть

применен

в

проекте.

Symbol

(символ) –

общее


условного

графического

обозначения

(УГО) компонента, подготовленного

для


на

схеме. Может

содержать

графические

объекты, которые

определяют

внешний

вид

и

выводы. Выводы

определяют

электрические

точки

подключения. Фактически

синоним

термина

компонент.

Part

(часть, гейт, секция) –

некоторые


(микросхемы, резисторные

сборки, реле

и

др.) могут

быть

представлены

на

схеме

в

виде

разнесенных

отдельных

секций, хотя

конструктивно

являются

единым

корпусом.

Model

(модель) – представление

компонента, которое


в

некоторой

практической

сфере

деятельности

(модели

посадочных

мест, модели

SPICE и др.).

Footplan

(топологическое


место, ТПМ) –


модели, которая


компонент

на

заготовке

печатной

платы. Группирует

набор

контактных

площадок

на

плате

и

контур


Pad

(контактная

площадка, КП) –

изображение

вывода

элемента

на

плате.Pin

(вывод) –

изображение

ввода

элемента

на

схеме.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

70

Основные

термины

и

определения:

Библиотека

моделей

–


набор

моделей




–


набор

схемных


Интегрированная


–


набор

схемных


и

их

ассоциированные

модели. Преимуществом

интегральной


является

ее

компактность,

возможность


извлекать

в

проект

составные

части

интегрированного

образа

в


от

того, ведется

проектирование


схемы

или

печатной

платы, либо

моделирование, а также

невозможность

редактирования



библиотеки. Компонент

может

быть

открыт

для

редактирования

из



командой

Extract Sources.


базы

данных

–


компонентов, где

все

элементы

имеют

ссылки, модели

связаны

и

параметрическая

информация

сохранена

в

базе

данных

на

основе

таблиц

БД

Excel или

ADO (ActiveX Data Object) или

подобного

интерфейса.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

71

Лекция

5. Техника

разводки

печатных

плат

5.1. Категории

печатных

плат

5.2. Источники

шума

и

помех

5.3. Частотные


пассивных


5.4. Печатная

плата

как

элемент

схемы.

5.5. Развязка

сигналов.

5.6. Заключение

–

обязательные

рекомендации

Источники


по

теме:

1.

http://www.pcbtech.ru/

2.

Отт

Г. Методы

подавления

шумов

и

помех

в


системах

/ М.: Мир, 1979.

3.

…

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

72

Макетирование

Разработчики

цифровых

схем

могут

скорректировать

небольшие

ошибки

на изготовленной

плате, дополняя

ее

перемычками

или, наоборот, удаляя

лишние

проводники, внося

изменения

в

работу

программируемых

микросхем и т.п., переходя

очень

скоро

к

следующей

разработке.

Для

аналоговой

схемы

дело

обстоит

не

так. Некоторые

из

распространенных ошибок, не

могут

быть

исправлены

дополнением

перемычек

или

удалением

лишних

проводников. Они

могут

и

будут

приводить

в

нерабочее

состояние печатную

плату

целиком.

Немного

внимания, уделенного

при

разработке, и

обсуждение

возможных вариантов

помогут

не

только

предотвратить

превращение

печатной

платы

в

утильсырье, но

и

уменьшить

стоимость

из-за

грубых

ошибок

в

небольшой аналоговой

части

схемы. Поиск

ошибок

и

их

исправление

может

привести

к

потерям

сотен

часов

и

большим

материальным

затратам.

Макетирование

может

сократить

это

время

до

одного

дня

или

менее.

Макетируйте

все

свои

аналоговые

схемы.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

73

Техника

разводки

печатных

плат

Из-за

существенных

отличий


схемотехники

от

цифровой, аналоговая

часть

схемы

должна

быть

отделена

от

остальной

части, а

при

ее

разводке

должны

соблюдаться

особые

методы

и

правила. Эффекты, возникающие

из-за

неидеальности


печатных

плат, становятся

особенно

заметными

в

высокочастотных

аналоговых схемах, но

погрешности

общего

вида, описанные

ниже, могут

оказывать

воздействие

на

качественные


устройств, работающих

даже

в

звуковом

диапазоне

частот.

Намерением

этой

статьи

является

обсуждение

распространенных ошибок, совершаемых

разработчиками

печатных

плат, описание

воздействия

этих

ошибок

на


показатели

и рекомендации

по

разрешению

возникших

проблем.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

74

Категория Компоненты, комментарии

FR-1 бумага, фенольная

композиция: прессование

и

штамповка

при

комнатной

температуре, высокий

коэффициент

гигроскопичности

FR-2бумага, фенольная

композиция: применимый

для

односторонних

печатных

плат

бытовой

техники, невысокий



FR-3 бумага, эпоксидная

композиция: разработки

с

хорошими

механическими

и

электрическими

характеристиками

FR-4 стеклоткань, эпоксидная

композиция: прекрасные

механические

и

электрические

свойства

FR-5 стеклоткань, эпоксидная

композиция: высокая

прочность

при

повышенных

температурах, отсутствие

воспламенения

G10стеклоткань, эпоксидная

композиция: высокие

изоляционные

свойства, наиболее

высокая

прочность

стеклоткани, низкий



G11стеклоткань, эпоксидная

композиция: высокая

прочность

на

изгиб

при

повышенных

температурах, высокая

сопротивляемость

растворителям

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

75

КАТЕГОРИИ

ПЕЧАТНЫХ

ПЛАТДля


печатных

плат


материалы

различного

уровня

качества. Всегда

нужно

принимать

во

внимание

значения

удельного

сопротивления

и

диэлектрической

постоянной

-

основных


материала

печатной

платы. Часто

необходимо

знание

других

параметров, таких

как

воспламеняемость, высокотемпературная

стабильность

и


гигроскопичности. Эти

параметры

может

знать

только

производитель

компонентов, используемых

при

производстве

печатных

плат. Слоистые

материалы

обозначаются

индексами

FR (flame resistant, сопротивляемость

к

воспламенению) и

G. Материал

с

индексом

FR-1 обладает

наибольшей

горючестью, а

FR-5 -

наименьшей. Материалы

с

индексами

G10 и

G11 обладают

особыми

характеристиками. Материалы

печатных

плат

приведены

в

табл. 1. Не

используйте

печатную

плату

категории

FR-1. Есть

много

примеров

использования

печатных

плат

FR-1, на

которых

имеются

повреждения

от

теплового


мощных

компонентов. FR-4 часто


при

изготовлении

промышленного

оборудования, в то время, как

FR-2 используется

в

производстве

бытовой

техники. Эти

две

категории

стандартизованы

в

промышленности, печатные

платы

FR-2 и

FR-4 часто

подходят

для

большинства

приложений.

При

выборе

материала

печатной

платы

обращайте

особое

внимание

на

его

гигроскопичность, поскольку

этот

параметр

может

оказать

сильный

негативный

эффект

на

желаемые


платы

-

поверхностное

сопротивление, утечки, высоковольтные

изоляционные

свойства

(пробои

и

искрения) и

механическая

прочность.

Также

обращайте

внимание

на

рабочую

температуру. Участки

с

высокой

температурой

могут

встречаться

в

неожиданных

местах, например, рядом

с

большими

цифровыми

интегральными

схемами, переключения

которых

происходят

на

высокой

частоте. Если

такие

участки

расположены

непосредственно

под

аналоговыми

компонентами, повышение

температуры

может

сказаться

на

изменении



схемы.

Для

очень



в

качестве

материала

печатных

плат


фторопласт

и

даже

керамика. Стоимость

таких

плат

может

быть

очень

высокой.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

76

Техника

разводки

печатных

плат

Печатная

плата

-

компонент

схемы!

Из-за

существенных

отличий


схемотехники

от

цифровой, аналоговая

часть

схемы

должна

быть

отделена

от

остальной

части, а

при

ее

разводке

должны

соблюдаться

особые

методы

и правила. Эффекты, возникающие

из-за



печатных

плат, становятся

особенно

заметными

в высокочастотных

аналоговых

схемах, но

погрешности

общего

вида,

могут

оказывать


на


характеристики устройств, работающих

даже

в

звуковом

диапазоне

частот.

Лишь

в

редких

случаях

печатная

плата


схемы

может

быть разведена

так, чтобы

вносимые

ею


не

оказывали

никакого

влияния

на

работу

схемы. Тем

не

менее, любое

такое


может

быть

минимизировано

так, чтобы



схемы

устройства

были

такими же, как

и


модели

и

прототипа.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

77

Основные

замечания

для

разводки

печатных

плат

КОЛИЧЕСТВО

СЛОЕВ

ПЕЧАТНОЙ

ПЛАТЫ

В


от

общей

сложности

схемы

и

качественных

требований разработчик

должен

определить

количество

слоев

печатной

платы.

Однослойные

печатные

платы

Очень

простые

электронные

схемы

выполняются

на

односторонних

платах

с использованием

дешевых

фольгированных

материалов

(FR-1 или

FR-2) и

часто

имеют

много

перемычек, напоминая

двухсторонние

платы. Такой способ

создания

печатных

плат

рекомендуется

только

для

низкочастотных

схем.

Односторонние

печатные

платы

в

большой

степени

восприимчивы

к наводкам.

Хорошую

одностороннюю

печатную

плату


сложно

разработать, при

их

разработке

требуется

очень

многое

обдумывать

заранее.

Тем

не

менее

хорошие

платы

такого

типа

встречаются.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

78

Двухслойные

печатные

платыДвухсторонние

печатные

платы

в

большинстве

случаев

используют

в

качестве

материала

подложки

FR‐4, хотя

иногда

встречается

и

FR‐2. Применение

FR‐4 более

предпочтительнее,

поскольку

в

печатных

платах

из

этого

материала

отверстия

получаются

более лучшего

качества. Схемы

на

двухсторонних

печатных

платах

разводятся

гораздо

легче, т.к. в двух

слоях

проще

осуществить

разводку

пересекающихся

трасс. Однако

для


схем

пересечение

трасс

выполнять

не

рекомендуется. Где

возможно, нижний

слой

(bottom) необходимо

отводить

под

полигон

земли, а остальные

сигналы

разводить

в

верхнем

слое

(top). Использование

полигона

в

качестве

земляной

шины

дает

несколько

преимуществ:•общий

провод

является

наиболее

часто

подключаемым

в

схеме

проводом; поэтому

резонно

иметь

"много" общего

провода

для

упрощения

разводки. •увеличивается

механическая

прочность

платы. •уменьшается

сопротивление

всех

подключений

к

общему

проводу, что, в свою очередь,

уменьшает

шум

и

наводки. •увеличивается

распределенная

емкость

для

каждой

цепи

схемы, помогая

подавлять

излучаемый

шум. •полигон, являющийся

экраном, подавляет

наводки, излучаемые

источниками,

располагающимися

со

стороны

полигона. Двухсторонние

печатные

платы, несмотря

на

все

свои

преимущества, не

являются

лучшими, особенно

для

малосигнальных

или


схем. В

общем

случае,

толщина

печатной

платы, т.е. расстояние

между

слоями

металлизации, равняется

1,5 мм,

что

слишком

много

для

полной


некоторых

преимуществ

двухслойной

печатной

платы, приведенных

выше. Распределенная

емкость, например, слишком

мала

из‐за

такого

большого

интервала.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

79

Многослойные

печатные

платыДля

ответственных

схемотехнических

разработок

требуются

многослойные

печатные

платы

(МПП):•

такая

же

удобная, как

и

для

шины

общего

провода, разводка

шин

питания; если

в

качестве

шин

питания


полигоны

на

отдельном

слое, то

довольно

просто

с

помощью


отверстий


подводку

питания

к

каждому

элементу

схемы; • сигнальные

слои

освобождаются

от

шин

питания, что

облегчает

разводку

сигнальных

проводников; •

между

полигонами

земли

и

питания

появляется

распределенная

емкость, которая

уменьшает

высокочастотный

шум. •

лучшее

подавление

электромагнитных

(EMI) и

радиочастотных

(RFI) помех

благодаря

эффекту

отражения

(image plane effect), известному

еще

во

времена

Маркони. Когда

проводник

размещается

близко

к

плоской

проводящей

поверхности, большая

часть

возвратных


токов

будет

протекать

по

плоскости


под

проводником. Направление

этих

токов

будет

противоположно

направлению

токов

в

проводнике. Таким

образом, отражение

проводника

в

плоскости

создает

линию

передачи

сигнала. Поскольку

токи

в

проводнике

и

в

плоскости

равны

по

величине

и

противоположны

по

направлению, создается

некоторое

уменьшение

излучаемых

помех. Эффект

отражения


работает

только

при

неразрывных

сплошных

полигонах

(ими

могут

быть

как

полигоны

земли, так

и

полигоны

питания). Любое

нарушение


будет

приводить

к

уменьшению


помех. •

снижение

общей

стоимости

при

мелкосерийном

производстве. Несмотря

на

то, что

изготовление

многослойных

печатных

плат

обходится

дороже, их

возможное

излучение

меньше, чем

у

одно-

и

двухслойных

плат. Следовательно, в

некоторых

случаях


лишь


плат

позволит

выполнить

требования

по

излучению, поставленные

при

разработке, и не проводить

дополнительных

испытаний

и

тестирований. Применение

МПП

может

снизить

уровень

излучаемых

помех

на

20 дБ

по

сравнению

с

двухслойными

платами. Для

печатных

плат

с

более, чем

четырьмя

слоями, существует

общее

правило: располагать

высокоскоростные

сигнальные


между

полигонами земли

и

питания, а

низкочастотным

отводить

внешние

слои.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

80

Источники

шума

и

помехШум

и

помехи

являются

основными

элементами, ограничивающими



схем.

Помехи

могут

как

излучаться

источниками, так

и

наводиться

на

элементы

схемы. Аналоговая

схема

часто

располагается

на

печатной

плате

вместе

с

быстродействующими

цифровыми

компонентами, включая

цифровые


процессоры

(DSP).

Высокочастотные

логические

сигналы

создают

значительные

радиочастотные

помехи

(RFI).

Примеры

источников

шума:

-

ключевые

источники

питания

цифровых

систем, -

мобильные

телефоны, -

радио

и

телевидение, -

источники

питания

ламп

дневного

света, -

персональные

компьютеры, -

грозовые

разряды

и

т.д.

Даже

если

аналоговая

схема

работает

в

звуковом

частотном

диапазоне, радиочастотные

помехи

могут

создавать

заметный

шум

в

выходном

сигнале.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

81

ЗАЗЕМЛЕНИЕ

Хорошее

заземление

‐

общее

требование

насыщенной, многоуровневой

системы. И оно

должно

планироваться

с

первого

шага

дизайнерской

разработки.

Основное

правило: разделение

цепей

заземления.


земли

на

аналоговую

и

цифровую

части

‐

один

из

простейших

и

наиболее

эффективных

методов


шума.

Один

или

более

слоев

многослойной

печатной

платы

обычно

отводится

под

слой

земляных

полигонов. Если

разработчик

не

очень

опытен

или

невнимателен, то

земля


части

будет


соединена

с

этими

полигонами, т.е.

аналоговый

возвратный

ток

будет


такую

же

цепь, что

и

цифровой

возвратный

ток.

Авторазводчики

работают

примерно

также

и

объединяют

все

земли

вместе.

Если

переработке

подвергается

ранее

разработанная

печатная

плата

с

единым

земляным

полигоном, объединяющим


и

цифровую

земли, то


сначала

физически

разделить

земли

на

плате

(после

этой

операции

работа

платы


практически

невозможной). После

этого

производятся

все

подключения

к

аналоговому

земляному

полигону



схемы

(формируется


земля) и

к

цифровому

земляному

полигону


цифровой

схемы

(формируется

цифровая

земля). И

лишь

после

этого

в

источнике

производится

объединение

цифровой

и


земли.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

82

Если


развести

печатную

плату, на

которой

имеются

и аналоговая, и цифровая

части, то


иметь

хотя

бы

небольшое

представление

об

электрических

характеристиках


элементов. Типовой

выходной

каскад


элемента

содержит

два

транзистора:

Транзисторы

в

идеальном

случае

работают

строго

в

противофазе, т.е. когда

один

из

них

открыт, то

в

этот

же

момент

времени

второй

закрыт, в

установившемся

логическом

состоянии

потребляемая

мощность


элемента

невелика.

Когда

выходной

каскад

переключается

из

одного


состояния

в

другое, в

течение

короткого

промежутка

времени

оба

транзистора

могут

быть

открыты

одновременно, ток

питания

выходного

каскада

сильно

увеличивается, потребляемая

мощность

скачкообразно

возрастает, а

затем

быстро

убывает, что

приводит

к

локальному

изменению


питания

и

возникновению

резкого

кратковременного

изменения

тока.

Такие

изменения

тока

приводят

к

излучению

радиочастотной

энергии. Даже

на

сравнительно

простой

печатной

плате

могут

быть

десятки

или

сотни

рассмотренных

выходных

каскадов


элементов, поэтому

суммарный

эффект

от

их

одновременной

работы

может

быть

очень

большим.

Шум

от

переключений

имеет

широкополосное

распределение

гармонических

составляющих

во

всем

диапазоне. Для


цифрового

шума

существует

несколько

способов,


которых

зависит

от

спектрального

распределения

шума.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

83


не

означает


изоляции


от

цифровой

земли

(рис. 2).

Они

должны

соединяться

вместе

в

каком‐то, желательно

одном, низкоимпедансном

узле.Правильная

система

имеет

только

одну

землю, которая

является

выводом

заземления

для

систем

с

питанием

от

сетевого

переменного


или

общим

выводом

для систем с

питанием

от

постоянного


(например, аккумулятора).

Все


токи

и

токи

питания

в

этой

схеме

должны

возвращаться

к

этой

земле

в одну точку, которая

будет

служить

системной

землей. Такой

точкой

может

быть

вывод

корпуса

устройства. Важно

понимать, что

при

подсоединении

общего

вывода

схемы

к

нескольким

точкам

корпуса

могут

образовываться

земляные

контуры. Создание

единственной

общей

точки

объединения

земель

является

одним

из

наиболее

трудных

аспектов


систем

с

многими

узлами.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

84

По


разделяйте

выводы

разъемов,

предназначенные

для

передачи

возвратных

токов

‐

возвратные

токи

должны

объединяться

только

в

точке

системной

земли.

Для

более

надежной

работы



разъемов

с

некоторым

количеством


выводов. Если

это

не

удается

сделать, то


создавать

два


возвратного

тока

для

каждой

силовой

цепи

на

плате, соблюдая

особые

меры

предосторожности.

Важно

отделять

шины

цифровых

сигналов

от

мест

на

печатной

плате, где

расположены



схемы. Это

предполагает

изоляцию

(экранирование) полигонами, создание

коротких

трасс


сигналов

и

внимательное


пассивных


при

наличии

рядом

расположенных

шин


цифровых

и



сигналов.

Шины

цифровых

сигналов

должны

разводиться

вокруг

участков

с

аналоговыми

компонентами

и

не

перекрываться

с

шинами

и



земли

и


питания. Если

этого

не

делать, то

разработка

будет

содержать

новый

непредусмотренный

элемент

-

антенну, излучение

которой

будет

воздействовать

на

высокоимпедансные



и


(рис. 3).

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

85

Почти

все

сигналы

тактовых

частот

являются


высокочастотными

сигналами, поэтому

даже

небольшие

емкости

между

трассами

и


могут

создавать

значительные

связи. Необходимо

помнить, что

не

только

основная

тактовая

частота

может

вызывать

проблему, но

и ее высшие

гармоники.Хорошей

концепцией

является



части

схемы

вблизи

к

входным/выходным

соединениям

платы. Разработчики

цифровых

печатных

плат, использующие

мощные

интегральные

схемы, часто

склонны

разводить

шины

шириной

1 мм

и

длиной

несколько

сантиметров

для

соединения

аналогововых

компонентов, полагая, что

малое


трассы

поможет

избавиться

от

наводок. То, что

при

этом

получается, представляет

собой

протяженный

пленочный

конденсатор, на

который

будут

наводиться

паразитные

сигналы

от

цифровых

компонентов, цифровой

земли

и

цифрового

питания,

усугубляя

проблему.

Пример



на

плате, включая

источник

питания. Здесь


три

отделенных

друг

от

друга

и

изолированных

полигона

земли/питания:

для

источника, для

цифровой

схемы

и

для

аналоговой. Цепи

земли

и

питания


и

цифровой

частей


только

в

источнике

питания. Высокочастотный

шум

отфильтровывается

в

цепях

питания

дросселями.


сигналы


и

цифровой

частей

отнесены

друг

от

друга.

Такой

дизайн

имеет

очень

высокую

вероятность

на

благоприятный

исход, обеспечено

хорошее



и

следование

правилам

разделения

цепей.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

86

Аналоговые

и

цифровые

схемы

должны

располагаться

на

печатной

плате раздельно

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

87

Имеется

лишь

один

случай, когда


объединение


и

цифровых

сигналов

над

областью

полигона


земли. Аналого-цифровые

и

цифро-аналоговые

преобразователи

размещаются

в

корпусах

с

выводами


и

цифровой

земли. Можно

предположить, что

вывод

цифровой

земли

и

вывод


земли

должны

быть

подключены

к

шинам

цифровой

и


земли

соответственно. Однако

в

данном

случае

это

неверно.

Названия

выводов

(аналоговый

или

цифровой) относятся

лишь

к


структуре

преобразователя, к

его

внутренним

соединениям. В

схеме

эти

выводы

должны

быть


к

шине


земли.

Соединение

может

быть

выполнено

и

внутри


схемы, однако

получить

низкое


такого


довольно

сложно

из-за

топологических

ограничений. Поэтому

при


преобразователей

предполагается

внешнее

соединение

выводов


и

цифровой

земли. Если

этого

не

сделать, то

параметры

микросхемы

будут


хуже, чем

те, что

приведены

в

спецификации.

Необходимо

учитывать

то, что

цифровые

элементы

АЦП

и

ЦАП

могут

ухудшать



схемы, привнося

цифровые

помехи

в

цепи


земли

и


питания. Это

негативное


учитывается

так, чтобы

цифровая

часть

потребляла

как

можно

меньше

мощности. В

таком

случае

помехи

от

переключений


элементов

уменьшаются. Если

цифровые

выводы

преобразователя

не

сильно

нагружены, то

внутренние


обычно

не

вызывают

особых

проблем. При

разработке

печатной

платы, содержащей

АЦП

или

ЦАП, необходимо

должным

образом

отнестись

к

развязке

цифрового

питания

преобразователя

на


землю.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

88

Правильное


микросхемы

со

смешанными

сигналами

с небольшими

цифровыми

токами

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

89

Другие

правила


земли:

Шины питания

и

земли

должны

находится

под

одним

потенциалом

по переменному

току, что

подразумевает


конденсаторов

развязки

и

распределенной

емкости.

Не

допускайте

перекрытий


и

цифровых

полигонов

(рис. 1). Располагайте

шины

и

полигоны


питания

над

полигоном


земли

(аналогично

для

шин

цифрового

питания). Если

в

каком‐либо

месте


перекрытие


и

цифрового

полигона, распределенная

емкость

между

перекрывающимися

участками

будет

создавать

связь

по

переменному

току, и

наводки

от

работы

цифровых


попадут

в


схему. Такие

перекрытия

аннулируют

изоляцию

полигонов.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

90

Рекомендации

по

заземлению:• не


единого

метода

заземления, гарантирующего

100% результат;

• разделяйте

в

компоновке


и

цифровую

заземляющие

поверхности;

•

предусматривайте

на

плате

контактные

площадки

и

межслойные

переходы

для

встречно-параллельных

ДШ

для


заземляющих

поверхностей;

•

предусматривайте

съемные

перемычки, чтобы

выводы

DGND

устройств

со

смешанными

сигналами

могли

быть

связаны

с

выводами

AGND (с аналоговой

заземляющей

поверхностью) или

с

цифровой

заземляющей

поверхностью

(в случае

AGND

ФАПЧ

DSP);

•

обеспечьте

контактные

площадки

и

межслойные

переходы

для

устанавливаемых

перемычек

так, чтобы


и

цифровые

заземляющие

поверхности

могли

быть

соединены

в


точках

на

каждой

плате

(?);

• соблюдайте

рекомендации

ТО;

•

осторожно

вносите

изменения

в

уже

опробованное

решение: не

заменяйте

составляющие


и

узлы

без

предварительной

проверки

их

работы

на

макете;

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

91

Рекомендации

по

заземлению:

-


для


и

питания


большой

площади

и

многослойную

(2 слоя

минимум) плату, чтобы

обеспечить

низкоимпедансный

путь

для


тока;

-

2-х слойные платы:

1)

избегайте

многочисленных

сквозных


и

межслойных

переходов,

2)

отводите

под


не

менее

75% площади

одной

стороны

платы;

-

многослойные: не

менее

1-го

слоя

для


и

1-го

слоя

для

питания;

-


по

меньшей

мере

30-40% выводов

соединителей

печатной

платы

для

заземления;

-

продолжайте

поверхность


на

материнскую

плату

до

источника

питания.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

92



и

цифровой

заземляющих

поверхностей

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

93

ЧАСТОТНЫЕ

ХАРАКТЕРИСТИКИ

ПАССИВНЫХ

КОМПОНЕНТОВ

Начинайте

дизайнерскую

разработку

с

внимательного

рассмотрения



пассивных


и

предварительного


и

компоновки

их

на

эскизе

платы.

Эти


имеют

ограниченные

частотные

диапазоны, и

их

работа

вне

специфицированной

частотной

области

может

привести

к

непредсказуемым

результатам.



резисторов

могут

быть

представлены

эквивалентной

схемой:

Обычно

применяются

резисторы

трех

типов: 1) проволочные, 2) углеродные

композитные

и

3) пленочные. Проволочный

резистор

может

превращаться

в

индуктивность, поскольку

он


собой

катушку

с

проводом

из

высокоомного

металла. Пленочные

резисторы

также

обладают

индуктивностью, которая

несколько

меньше, чем

у

проволочных

резисторов. Пленочные

резисторы

с

сопротивлением

не

более

2 кОм

можно

свободно


в


схемах. Выводы


параллельны

друг

другу, поэтому

между

ними


заметная

емкостная

связь. Для


с

большим


межвыводная

емкость

будет

уменьшать

полный

импеданс

на

высоких

частотах.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

94

КонденсаторыЭлектролитический

конденсатор

емкостью

10 мкФ

будет

обладать


1,6 Ом

на

частоте

10 кГц

и

160 мкОм

на

частоте

100 МГц. Так

ли

это?

Обкладки

пленочных

и

электролитических


представляют

собой

свитые

слои

фольги, которые

создают

паразитную

индуктивность. У

керамических


собственная

индуктивность


меньше, что

позволяет


их

при

работе

на

высоких

частотах.

Электролит

не

является

идеальным

проводником, кроме

того

конденсаторы

обладают

током

утечки

между

обкладками, который

эквивалентен

включенному

параллельно

их

выводам

резистору, добавляющему

свое

паразитное


к

воздействию

последовательно

включенного


выводов

и

обкладок.

Диэлектрические

потери

приводят

к

тому, что

также


включено

паразитное

сопротивление, имеющее

активную

и

реактивную

составляющие. Эти

сопротивления, складываясь, создают

эквивалентное

последовательное


(ESR).

Конденсаторы, используемые

в

качестве

развязок, должны

обладать

малым

ESR, поскольку

последовательное


ограничивает

эффективность


пульсаций

и

помех. Повышение

рабочей

температуры

довольно


увеличивает

ESR. Поэтому, если

предполагается


алюминиевого

электролитического

конденсатора

при

повышенной

рабочей

температуре, то




специального

типа.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

95

Конденсаторы

Емкость


может


изменяться

с

температурой

(ТКЕ).

Сочетание


индуктивности

и

емкости

может

создать

резонансный

контур. Полагая, что

выводы

имеют


порядка

8 нГн

на

один

сантиметр

длины, мы

можем

подсчитать, что


емкостью

0,01 мкФ

с

выводами

длиной

по

одному

сантиметру

будет

иметь

резонансную

частоту

около

12,5 МГц.

Для

малых

значений

емкости

важно

оставлять

длину

выводов

короткой.

При





следить

за

правильным

его

подключением. Положительный

вывод

должен

быть

подключен

к

более

положительному


потенциалу. Неправильное

подключение

приводит

к

протеканию

через

электролитический


постоянного

тока, что

может

вывести

из

строя

не

только

сам

конденсатор, но

и

часть

схемы.

В

редких

случаях

разность

потенциалов

по


току

между

двумя

точками

в

схеме

может

менять

свой

знак. Это

требует

применения

неполярных


конденсаторов, внутренняя

структура

которых

эквивалентна

двум

полярным

конденсаторам, соединенным

последовательно.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

96

Индуктивности

Не



с

реактивным


6,28 МОм.

Витки

катушки

выполнены

из

провода, обладающего

некоторым

активным


на

единицу

длины.

Паразитная

емкость

возникает

из‐за

того, что

каждый

следующий

виток

катушки

расположен

вплотную

к

предыдущему, а

между

близко

расположенными

проводниками

возникает

емкостная

связь. Паразитная

емкость

ограничивает

верхнюю

рабочую

частоту.

Небольшие

проволочные


начинают

становиться

неэффективными

в

диапазоне

10...100 МГц.

Индуктивность

10 мГн

будет

обладать

реактивным


628 Ом

на

частоте

10 кГц, а на частоте 100 МГц

-


6,28 МОм. Верно

ли

это?

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

97

Печатная

плата

–

элемент

схемы!

Сама

печатная

плата

обладает

характеристиками

пассивных


Рисунок


на

печатной

плате

может

быть

как

источником, так

и

приемником

помех. Хорошая

разводка


уменьшает

чувствительность


схемы

к

излучению

источников.

Печатная

плата

восприимчива

к

излучению, поскольку


и

выводы


образуют

своеобразные

антенны. Прямой

проводник

обладает

паразитной

индуктивностью

и

поэтому

может

концентрировать

и

улавливать

излучение

от

внешних

источников. Полный

импеданс

прямого


имеет

резистивную

(активную) и

индуктивную

(реактивную)

составляющие:

Z=R+jL

На

постоянном

токе

или

низких

частотах

преобладает

активная

составляющая. При

повышении

частоты

реактивная

составляющая


все

более

и

более

значимой.

В диапазоне от 1 кГц

до

10 кГц

индуктивная

составляющая

начинает

оказывать

влияние,

и

проводник

более

не

является

низкоомным

соединителем, а

скорее

выступает

как

катушка

индуктивности.

Формула

для

расчета



печатной

платы

:

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

98

Печатная

плата

Обычно, трассы

на

печатной

плате

обладают

значениями

от

6 нГн

до

12 нГн

на

сантиметр

длины.

Например, 10‐сантиметровый

проводник

обладает


57 мОм

и

индуктивностью

8 нГн

на

см. На

частоте

100 кГц

реактивное



равным

50 мОм, а

на

более

высоких

частотах

проводник

будет

представлять

собой

скорее

индуктивность, чем

активное

сопротивление.

Правило

штыревой

антенны

гласит, что

она

начинает

ощутимо

взаимодействовать

с

полем

при

своей

длине

около

1/20 от

длины

волны, а

максимальное

взаимодействие

происходит

при

длине

штыря, равной

1/4 от

длины

волны.

Поэтому

10‐сантиметровый

проводник

из

примера

в

предыдущем

параграфе

начнет

становиться

довольно

хорошей

антенной

на

частотах

выше

150 МГц.


помнить, что несмотря на то, что

генератор

тактовой

частоты

цифровой

схемы

может

и

не

работать

на

частоте

выше

150 МГц, в его сигнале всегда

присутствуют

высшие

гармоники.

Если

на

печатной

плате



со

штыревыми

выводами

значительной

длины, то

такие

выводы

также

могут

служить

антеннами.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

99

Типовое

значение

диэлектрической


ER для

FR‐4 равняется

4.5.

Подставив

все

значения

в

формулу, получим

значение

емкости

между

этими

двумя

шинами, равное

1,1 пФ.

Даже

такая

небольшая

емкость

для

некоторых


является

недопустимой.

Пример:

ПАРАЗИТНЫЕ

ЭФФЕКТЫ

ПЕЧАТНОЙ

ПЛАТЫ

Проводники, находящиеся

друг

над

другом

на

смежных

слоях, создают

длинный

пленочный

конденсатор. Когда


печатной

платы, находящиеся

на

разных

слоях, пересекаются

между, возникает

емкостная

связь. Емкость

такого


рассчитывается

по

формуле:

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

10

0

Удвоение

амплитуды

выходного

сигнала

имеет

место

на

частотах, близких

к

верхнему

пределу

частотного

диапазона

ОУ. Это, в свою очередь, может

привести

к

генерации, особенно

на

рабочих

частотах

антенны

(выше

180 МГц).

Очевидный

способ

избежать

такой

проблемы

‐


длины

проводников.

Другой

способ

‐


их

ширины. Нет

причины


широкого


для

подводки

сигнала

к

инвертирующему

входу, т.к. по

этому

проводнику

протекает

очень

небольшой

ток. Уменьшение

длины

трассы

до

2,5 мм, а ширины до 0,2 мм

приведет

к

уменьшению

емкости

до

0,1 пФ. Еще

один

способ

решения

проблемы

‐

удаление

части

полигона

под

инвертирующим

входом

и

под

проводником, подходящим

к

нему.

ПАРАЗИТНЫЕ

ЭФФЕКТЫ

ПЕЧАТНОЙ

ПЛАТЫ

Из‐за

нежелательной

емкости

входного

каскада

ОУ

инвертирующий

вход

операционного

усилителя

в

большой

степени

склонен

к

генерации

в

схемах

с

высоким

коэффициентом

усиления. Крайне

важно

уменьшить

паразитную

емкость

и

располагать


обратной

связи

настолько

близко

к


входу, насколько

это

возможно. Если


возбуждение

усилителя, то


пропорционально

уменьшить



обратной

связи

для

изменения

резонансной

частоты

цепи. Также

может

помочь

и

увеличение

резисторов, правда, значительно

реже,

т.к. эффект

возбуждения

зависит

и

от

импеданса

схемы. При

изменении


обратной

связи

нельзя

забывать

и

об

изменении

емкости

корректирующего

конденсатора. При

уменьшении



увеличивается

потребляемая

мощность

схемы.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

10

1

Ширину


печатной

платы

невозможно

бесконечно

уменьшить. Предельная

ширина


как

технологическим

процессом, так

и

толщиной

фольги. Если

два


проходят

близко

друг

к

другу, то

между

ними

образуется

емкостная

и

индуктивная

связь:

Сигнальные


не

должны

разводиться


друг

другу, за исключением

случая

разводки

дифференциальных

или

микрополосковых

линий. Зазор

между


должен

быть

минимум

в

три

раза

больше

ширины

проводников.

Емкость

между

трассами

в


схемах

может

создать

затруднения

при

больших

сопротивлениях


(несколько

МОм).

Относительно

большая

емкостная

связь

между

инвертирующим

и

неинвертирующим

входами


усилителя

легко

может

привести

к

самовозбуждению

схемы.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

10

2

Отражения

и

согласования

сигналов Когда

проводник

печатной

платы

поворачивает

на

угол

90°, может

возникнуть

отражение

сигнала. Это

происходит, главным

образом, из‐за

изменения

ширины

пути

прохождения

тока.

В

вершине

угла

ширина

трассы


в

1.414 раза, что

приводит

к

рассогласованию


линии

передачи, особенно

распределенной емкости и собственной


трассы.

Довольно

часто


повернуть

на

печатной

плате

трассу

на

90°. Многие

современные

CAD‐пакеты

позволяют

сглаживать

углы

проведенных

трасс

или

проводить

трассы

в

виде

дуги.

На

рисунке

9 показаны два шага улучшения формы угла. Только

последний

пример

поддерживает


ширину

трассы

и

минимизирует

отражения.

Оставляйте

процедуру

сглаживания

на

последний

этап

работ

перед

созданием

каплеобразных

выводов

и

заливкой

полигонов. Иначе

CAD‐пакет

будет

производить

сглаживание

дольше

из‐за

более

сложных

вычислений.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

10

3

Другой

основной

тип

антенн

‐

петлевые

антенны. Индуктивность

прямого


сильно

увеличивается, когда

он

изгибается

и


частью дуги. Увеличивающаяся


понижает

частоту, на

которой

начинает

происходить

взаимодействие

антенны

с

линиями

поля. Нельзя

создавать

петли

для

критичных

сигналов. Проводники


и

сигнального

тока

в

их

схемах

представляют

собой

петли:

Вариант

A

‐

не


полигон


земли. Петлевой

контур

формируется

земляным

и

сигнальным

проводником. При

прохождении

тока

возникают

электрическое

и

перпендикулярное

ему

магнитное

поля. Эти

поля

образуют

основу

петлевой

антенны.

Правило

петлевой

антенны

гласит, что

для

наибольшей

эффективности

длина

каждого


должна

быть

равна

половине

длины

волны

принимаемого

излучения. Однако,

даже

при

1/20 от

длины

волны

петлевая

антенна

все

еще

остается


эффективной.

Вариант

Б

‐

присутствует

разрыв

в

полигоне, вероятно, для

создания

определенного

места

для

разводки

сигнальных

проводников. Пути


и


токов

образуют

щелевую

антенну. Другие

петли

образуются

в

вырезах

вокруг

микросхем.

Вариант

В

‐

пример

лучшего

дизайна. Пути


и


тока

совпадают, сводя

на

нет

эффективность

петлевой

антенны. В

этом

варианте

также


вырезы

вокруг

микросхем, но

они

отделены

от

пути


тока.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

10

4

При

разводке

печатной

платы

появляется

необходимость

в

создании

переходного

отверстия,

т.е. межслойного


(рис. 13). Необходимо


при

этом

также

возникает

паразитная

индуктивность. При

диаметре

отверстия

после

металлизации

d и

длине

канала

h


можно

вычислить

по

следующей

приближенной

формуле:

Старайтесь

избегать

большого

числа


отверстий

при

разводке





схем.

Другое

негативное

явление: при

большом

количестве


отверстий

в

полигоне

земли

могут

создаваться

петлевые

участки.

Наилучшая


разводка

‐

все



располагаются

на

одном слое

печатной

платы.

При

d=0,4 мм

и

h=1,5 мм

(достаточно

распространенные

величины) индуктивность

отверстия

равна

1,1 нГн.

Индуктивность

отверстия

вместе

с

такой

же

паразитной

емкостью

формируют

резонансный

контур, что

может

сказаться

при

работе

на

высоких

частотах. Собственная


отверстия


мала, и

резонансная

частота

находится

где‐то

в

гигагерцовом

диапазоне, но

если

сигнал

вынужден

проходить

через

несколько


отверстий, то

их


складываются

(последовательное

соединение), а

резонансная

частота

понижается.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

10

5

Развязка

питания

ИС Принцип

развязки

питания

интегральных

схем

с

целью


высокочастотного

шума

состоит

в

применении

одного

или


конденсаторов, подключенных

между

выводами

питания

и

земли. Важно, чтобы

проводники, соединяющие

выводы

с

конденсаторами, были

коротким, иначе




будет

играть

заметную

роль

и

сводить

на

нет

выгоды

от


развязывающих

конденсаторов.

Развязывающий


должен

быть

подключен

к

каждому

корпусу

микросхемы,

независимо

от

того, сколько


усилителей

находится

внутри

корпуса.

Если

ОУ

питается

двухполярным

питанием, то, развязывающие


должны


у

каждого

вывода

питания. Значение

емкости

должно

быть

тщательно

выбрано

в


от

типа

шумов

и

помех, присутствующих

в

схеме.

В

особо

сложных

случаях

может

появиться

необходимость

добавления

индуктивности,

включенной


с выводом питания. Индуктивность

должна


до,

а

не

после

конденсаторов. Другим, более

дешевым

способом

является

замена


резистором

с

малым


(10...100 Ом). При

этом

вместе

с

развязывающим

конденсатором

резистор

образует

низкочастотный

фильтр. Этот

способ

уменьшает

диапазон

питания


усилителя, который

к

тому

же


более

зависимым

от

потребляемой

мощности.

Обычно

для



помех

в

цепях

питания

бывает


применить

один

или

несколько

алюминиевых

или

танталовых



у

входного

разъема

питания. Дополнительный

керамический


будет

подавлять

высокочастотные

помехи

от

других

плат.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

10

6

Если

в

схеме


большие

сопротивления, то

особое

внимание

следует

уделить

очистке

платы. На

заключительных

операциях


печатной

платы

должны

удаляться

остатки

флюса

и

загрязнений. В

последнее

время

при

монтаже

печатных

плат


часто


водорастворимые

флюсы. Отмывка

платы

недостаточно

чистой

водой

может

привести

к

дополнительным

загрязнениям, которые

ухудшают

диэлектрические

характеристики. Важно

производить

отмывку

печатной

платы

с

высокоимпедансной

схемой

свежей

дистиллированой

водой.

Один

0,1 мкФ


не

будет

подавлять

все

частоты.

Небольшие


(10 нФ

и

менее) могут

работать

более


на

более

высоких

частотах.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

10

7

РАЗВЯЗКА

ВХОДНЫХ

И

ВЫХОДНЫХСИГНАЛОВ

Множество

шумовых

проблем

является

результатом

связи

входных

и

выходных

выводов. В



ограничений

пассивных


реакция

схемы

на


высокочастотного

шума

может

быть

непредсказуемой.

В ситуации, когда

частотный

диапазон

наведенного

шума

в

значительной

степени

отличается

от

частотного

диапазона

работы

схемы, решение

‐


пассивного

RC‐

фильтра

для



помех.

Однако

при


пассивного

фильтра

следует


из‐за


частотных


пассивных


его


утрачивают

свои

свойства

на

частотах, в

100...1000 раз

превышающих

частоту

среза

(f3db).

При



соединенных

фильтров, настроенных

на

разные

частотные

диапазоны, более

высокочастотный

фильтр

должен

быть

ближайшим

к

источнику

помех.

Для


шума

могут

применяться


на

ферритовых

кольцах.

Они

сохраняют

индуктивный

характер


до

некоторой

определенной

частоты,

а

выше

их



активным.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

10

8

РАЗВЯЗКА

СИГНАЛОВ

Помехи

могут

проникать

в


часть

схемы

через

цепи

питания. Для

уменьшения

таких

помех


развязывающие

(блокировочные) конденсаторы, уменьшающие

локальный

импеданс

шин

питания.

Танталовые

электролитические



для

частот

ниже

1 МГц.

На

более

высоких

частотах

должны

применяться

керамические

конденсаторы.




имеют

собственный

резонанс, и их неправильный

выбор

может

не

только

не

помочь, но

и

усугубить

проблему.

Реальные


могут

отличаться

у

различных

производителей

и

даже

от

партии

к

партии

у

одного

производителя.

Важно

понимать, что

для

эффективной

работы


подавляемые

им

частоты

должны

находиться

в

более

низком

диапазоне, чем

частота

собственного

резонанса. В

противном

случае

характер

реактивного


будет

индуктивным, а


перестанет


работать.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

10

9

В

одиночном

ОУ

выход

располагается

на

противоположной

стороне

от

входов.

Это

может

создать

затруднения

при

работе

усилителя

на

высоких

частотах

из‐за

протяженных


обратной

связи.

Один

из

путей

преодоления

этого

состоит

в

размещении

усилителя

и


обратной

связи

на

разных

сторонах

печатной

платы.

Это, однако, приводит

к

появлению

как

минимум

двух


отверстий

и

вырезов

в

полигоне

земли.

Иногда

стоит


сдвоенный

ОУ

для

разрешения

данной

проблемы, даже

если

второй

усилитель

не


(при

этом

его

выводы

должны

быть


должным

образом). Рисунок

17 иллюстрирует


длины


цепи

обратной

связи

для

инвертирующего

включения. Сдвоенные

и

счетверенные

ОУ, кроме

вышесказанного, позволяют


более

плотный

монтаж. Отдельные

усилители

зеркально

расположены:

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

11

0

НЕИСПОЛЬЗУЕМЫЕСЕКЦИИ

ОУ

При


сдвоенных

и

счетверенных



в

схеме

некоторые

их

секции

могут

остаться

незадействованными

и

должны

быть

в

этом случае

корректно

подключены.

Ошибочное

подключение

может

привести

к

увеличению

потребляемой

мощности,

большему

нагреву

и

большему

шуму

используемых

в

этом

же

корпусе

ОУ. Выводы

неиспользумых



могут

быть


так, как

изображено

на

рис. 20а.

Подключение

выводов

с

дополнительными


(рис. 20б) позволит

легко


этот

ОУ

при

наладке.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

11

1

Проектирование


схем:

- технически

обоснованная

трассировка

сигналов;

- развязка;

- заземление;

- экранирование.

Все

АЦП

с

встроенной

схемой

В/Хр

работают

с

высокоскоростными генераторами

тактовых

сигналов

(12-разр. послед. прибл. AD7892

–

8МГц

/800кГц, 16-разр. дельта-сигма

AD7722

–

12,5МГц

/195 кГц).

Фазовый

шум

=> отношение

сигнал/шум

= 20log(1/2ftj

) => уменьшает

динамич. диапазон

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

11

2

ОБЪЕМНЫЙИ

ПОВЕРХНОСТНЫЙ

МОНТАЖ

При

размещении



в

корпусах

типа

DIP и

пассивных


с

проволочными

выводами

требуется

наличие

на

печатной

плате


отверстий

для

их

монтажа. Такие


в

настоящее

время

используются, когда

нет

особых

требований

к

размерам

печатной

платы; обычно

они

стоят

дешевле, но

стоимость

печатной

платы

в

процессе


возрастает

из‐за

сверловки


отверстий

под

выводы


При


навесных


увеличиваются

размеры

платы

и

длины

проводников, что

не

позволяет

схеме

работать

на

высоких

частотах. Переходные

отверстия

обладают

собственной

индуктивностью, что

также

накладывает

ограничения

на

динамические


схемы. Поэтому

навесные


не

рекомендуется применять

для



схем

или

для


схем, размещенных

рядом

с

высокоскоростными

логическими

схемами.

Некоторые

разработчики, пытаясь

уменьшить

длину

проводников, размещают

резисторы

вертикально. При

этом


путь

прохождения

тока

по

резистору, а

сам

резистор


собой

петлю

(виток

индуктивности). Излучающая

и

принимающая

способность

возрастают

многократно.

При

поверхностном

монтаже

не

требуется


отверстия

под

каждый

вывод

компонента. Однако

возникают

проблемы

при

тестирования

схемы, и приходится


переходные

отверстия

в

качестве

контрольных

точек, особенно

при



малого

типоразмера.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

11

3

•

высокоскоростная

логика: нагружайте

линию

на

ее

характеристический

импеданс

в

случае, если

задержка

на

прохождение

сигнала

по

дорожке

печатной

платы

больше

или

равна

времени

нарастания/спада

сигнала

• условие, которое

должно

соблюдаться:

(длина

дорожки)/(время

нарастания-спада)

5см/1нс.

Характеристический

импеданс

дорожки

платы, отделенной

от


питания/заземления

диэлектрическим

слоем

платы

(см. микрополосковая

линия

передачи) и время прохождения tpd

сигналом

1мм

металлической

дорожки:

twdz

r 89.098.5ln

41.187

0

r

–

диэлектрическая

постоянная

материала

платы, d –

толщина

диэлектрического

слоя, w

–

ширина


дорожки, t –

толщина


дорожки. Например, для

FR4 (r

=4.7): 88

Ом

и

0.006 нс/мм.

67.0475.0334.0

rpd mmnst

Оптимально, если


физическое

разделение

логики

и


схем

и


не

более

быстрой

логики, чем

требуется. Рекомендуется


несколько

семейств

логики. Снижения

скорости

переходов, там, где не требуется

быстрое

срабатывание, также

можно

добиться, если


последовательные

резисторы

или

ферритовые

бусинки.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

11

4

Методика

согласования

для

микрополосковой

линии

передачи

с нормированным

импедансом

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

11

5

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

11

6

Экранирование

Наводки

на


схему

могут

быть

настолько

большими, что

избавиться

от них

(или, по

крайней

мере, уменьшить) возможно

только

с

помощью


экранов.

Для

эффективной

работы

экраны

должны

быть

тщательно

спроектированы

так, чтобы

частоты, создающие

наибольшие

проблемы, не

смогли

попасть

в

схему.

Это

означает, что

экран

не

должен

иметь

отверстия

или

вырезы

с

размерами, большими, чем

1/20 длины

волны

экранируемого

излучения.

Нужно

отводить

достаточное

место

под

предполагаемый

экран

с

самого

начала проектирования

печатной

платы. При


экрана

можно

дополнительно


проходные


с

заземленным

выводом и

ферритовые

кольца

(или

бусинки) для

всех

подключений

к

схеме.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

11

7

ЗАКЛЮЧЕНИЕ:

Отслеживайте

следующие

основные

моменты

при


и разводке


схем.

Общие:

•

думайте

о

печатной

плате

как

о

компоненте


схемы;

•

имейте

представление

и

понимание

об

источниках

шума

и

помех; •

моделируйте

и

макетируйте

схемы.

Печатная

плата:

•


печатные

платы

только

из

качественного

материала

(например,

FR‐4); •

схемы, выполненные

на


печатных

платах, на

20 дБ

менее

восприимчивы

к

внешним

помехам, чем

схемы, выполненные

на

двухслойных платах;

•


разделенные, неперекрывающиеся

полигоны

для

различных земель

и

питаний;

•

располагайте

полигоны

земли

и

питания

на

внутренних

слоях

печатной платы.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

11

8



следующие

основные

моменты

при


и разводке


схем.

Компоненты:

•

осознавайте

частотные

ограничения, вносимые

пассивными


и


платы; •

старайтесь

избегать

вертикального


пассивных


в


схемах; •

для


схем


компоненты, предназначенные

для

поверхностного

монтажа; •


должны

быть

чем

короче, тем

лучше;

•

если

требуется

большая

длина

проводника, то

уменьшайте

его

ширину; •

неиспользуемые

выводы

активных


должны

быть

правильно

подключены.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

11

9



следующие

основные

моменты

при


и разводке


схем.

Разводка:

•

размещайте


схему

вблизи

разъема

питания;

•

никогда

не

разводите

проводники, передающие

логические

сигналы, через аналоговую

область

платы, и

наоборот;

•

проводники, подходящие

к


входу

ОУ, делайте

короткими; •

удостоверьтесь, что


инвертирующего

и

неинвертирующего

входов

ОУ

не

располагаются


друг

другу

на

большом

протяжении; •

старайтесь

избегать


лишних


отверстий, т.к. их



может

привести

к

возникновению

дополнительных проблем;

•

не

разводите


под

прямыми

углами

и

сглаживайте

вершины углов, если

это

возможно.

«Системы



в


семестр



Е.Ф.

12

0



следующие

основные

моменты

при


и разводке


схем.

Развязка:

•


правильные

типы


для


помех

в

цепях

питания; •

для



помех

и

шумов


танталовые


у

входного

разъема

питания; •

для



помех

и

шумов




у

входного

разъема

питания; •




у

каждого

вывода

питания

микросхемы; если

необходимо, используйте

несколько


для разных

частотных

диапазонов;

•

если

в

схеме


возбуждение, то


использовать конденсаторы

с

меньшим

значением

емкости, а не большим;

•

в

трудных

случаях

в

цепях

питания


последовательно включенные

резисторы

малого


или

индуктивности;

•

развязывающие



питания

должны

подключаться только

к


земле, а

не

к

цифровой.