Altium Designer (build 7.х). Проект многослойной печатной платы: вопросы топологии

Владимир Пранович

Итак, начнем с узла, схема и размещение
которого были представлены на рис. 3
в [1], и укажем, с помощью каких приемов получена топология данного участка печатной платы.

1. Основной элемент, представленный на этом рисунке схемы, — микросхема драйвера интерфейса RS232. В [1] мы сделали предварительную расстановку элементов схемы интерфейса.
2. Выделим все компоненты, связанные с микросхемой драйвера (на рисунке помечено как U18). Эту
   операцию можно сделать непосредственно в файле проекта топологии (*.PCBDOC). Однако так
   как в прямоугольной зоне выделения файла топологии могут находиться и компоненты, не принадлежащие данному интерфейсу, правильный
   подход в выделении нужных компонентов — использование электрической схемы. Для этого
   предпримем следующее:
   1. В файле топологии (*.PCBDOC) на панели PCB
      Standard, используя кнопку Cross Probe to documents,
      наведем указатель на посадочное место
      компонента драйвера (U18) и нажмем левую
      кнопку указателя.
   2. При этом будет открыт файл листа схемы, содержащий компонент драйвера, а значит, и схему самого интерфейса. Переходим на данный
      лист схемы и выделяем область, содержащую
      все компоненты интерфейса.
   3. Возвращаемся теперь в файл топологии (*.PCBDOC),
      где будут выделены уже все компоненты,
      отмеченные на схеме.
3. Подведя указатель к одному из выделенных компонентов и используя правую кнопку указателя,
   выполним команду Component Action >> Fanout
   Component. Это приведет к тому, что в данном
   случае основная работа по формированию топологии интерфейса будет выполнена.
4. Оставшаяся часть топологии сделана в интерактиве.

Таким же образом создается, как правило, бóльшая часть топологии простых узлов. Другие виды
работ по созданию топологии ничем существенным
не отличаются от описанных в предыдущих примерах [2].

Выравнивание длин проводников

Рис. 1. Выравнивание линий по длине

Перейдем к действиям, которые необходимы при
выравнивании длин проводников для сигналов скоростных шин. Сделаем это на примере класса цепей
‘UD.DATA’, существующих в данном примере (рис. 1):

1. Для данного класса цепей было введено правило
   MatchedLenght_UPDATA, которое устанавливает
   разброс длин проводников не более 250 mil.
2. Откроем панель PCB, в ней откроем раздел Nets.
   На рис. 1 выделен данный класс (‘UD.DATA’) цепей.
3. В данном примере место для размещения проводников ограничено, и поэтому трассировка цепей
   и выравнивание длин их проводников проведены
   интерактивным способом. При таком способе на панели PCB удобно выделить одну из цепей данного
   класса, и она станет доступной для редактирования.
4. Светлым тоном на рис. 1 показан результат топологии данных цепей на одном из внутренних
   слоев.
5. Длина всех цепей данного класса оперативно отражается в соответствующем столбце панели PCB,
   что удобно при ручной корректировке отдельных
   трасс.
   Однако отметим и иной способ выравнивания (полуавтоматический) с помощью имеющегося инструментария.
6. При интерактивной топологии цепи удобно также использовать команду Tool >> Interactively
   Tune Trace Lengths. Она применяется при выборе
   указателем одной цепи (на рис. 1 из выделенных
   трасс — верхняя).
7. При применении команды в окне редактора появляется указатель длины проводника цепи, а топологию цепи можно откорректировать.
8. На выбранной цепи будут образованы «петли»
   в соответствии с установленными правилами.
9. При нажатии клавиши «~» (тильда) можно увидеть «горячие» клавиши оперативного редактирования параметров и формы кривых для выравнивания длин. Опишем их более подробно:
   1. Клавиша «пробел» или сочетание «Shift+пробел» используются для переключения между различными формами используемых «петель» для
      выравнивания. Доступными формами являются следующие: с прямоугольными углами; прямоугольной формы со «скошенными» под углом 45° вершинами; дуги.
   2. Клавиши «>» и «<» (больше, меньше).
      Для русскоязычной раскладки клавиатуры соответственно клавиши «б» и «ю».
      Это увеличение или уменьшение амплитуды «петель». Примечание. При использовании этих клавиш не нужно нажимать
      клавишу Shift переключения регистра.
10. При нажатии клавиши TAB параметры
    можно задать с помощью ввода значений,
    а также указать способы, которые применяются при выравнивании.
11. Можно также выровнять указанную цепь
    в соответствии с правилами или в соответствии с длиной другой выбранной цепи.

Аналогичная операция Tool >> Interactively
Tune Diff Pair Trace Lengths существует для
выравнивания дифференциальных пар проводников при интерактивной трассировке.

Очистка полигонов в смежном слое
с дифференциальной линией

При создании стека слоев данной многослойной печатной платы слой типа Plane
3_Ground_Bottom был предназначен для заливки проводящим слоем электрической цепи
«Земля», с учетом этого слоя и проводился расчет параметров проводников дифференциальных линий. Слой 2_OverBottom_forDiffPair,
находящийся снизу, предназначен непосредственно для проводников дифференциальных пар. Однако на смежном слое 1_Bottom 1 (нижний слой) находятся и компоненты, и полигоны. При расчете параметров проводников дифференциальных линий учитывалось,
что на данном слое не должно быть никаких
проводников и должно полностью отсутствовать проводящее покрытие в области прохождения дифференциальных пар. В то же время
на данном слое вся свободная зона должна
быть занята полигонами. Укажем, каким способом этого можно достигнуть (рис. 2):

1. После завершения топологии на слое
   2_OverBottom_forDiffPair копируем на нем
   все элементы, принадлежащие дифференциальным парам.
2. Дублируем изображение этих элементов на
   слое 1_Bottom и с помощью инспектора
   (F11) присваиваем им свойство KeepOut.
3. Производим очистку полигонов на слое
   1_Bottom. При необходимости корректируем или создаем новое правило зазора между полигоном на нижнем слое и элементами со свойством KeepOut на том же слое.

Рис. 2. Запрет полигонов в смежном слое над дифференциальными линиями

Итак, все особенности, связанные с применением многослойного стека для данного
примера, были представлены. Другие возможности (например, слепые и скрытые переходные отверстия, которые не использовались в данном примере) мы изложим в отдельной статье.

Формирование выходных файлов

Рис. 3. Формирование выходных файлов

Для полноты представления кратко повторим процесс подготовки выходных файлов,
который более подробно описан в [3]. Первым делом сформируем Gerber-файлы для
слоев. Для этого воспользуемся установками через службу Output JOB Files (рис. 3).
Итак:

1. Откроем (если такого файла в проекте нет,
   следует его добавить) файл типа JOB Files проекта, в нашем примере 10Lay.outjob.
2. В группе Fabrication Output выберем строку Gerber Files (если ее нет, то следует добавить такую службу, как указано подробнее
   в [3]) и откроем конфигурацию такой службы («горячие» клавиши ALT+Enter).
3. Отметим: на вкладке Layer указаны названия слоев (правый выделенный столбец)
   в соответствии с Layer Stack, назначением
   механических слоев и другими настройками файла проекта PCBDOC и соответствующие им расширения (левый выделенный
   столбец), которые будут присвоены сгенерированным Gerber-файлам. Если в прежних примерах для двухслойных печатных
   плат по расширениям названий Gerber-файлов производитель мог легко определить их
   назначение и порядок, то в случае многослойных печатных плат следует подготовить отдельный файл, содержащий информацию о сгенерированных Gerber-файлах.

Слои маски, пасты, верхний и нижний слой
печатной платы, а также ряд технологических
слоев получают расширение (OG0101 Gerber
Output Options.pdf), определяемое аббревиатурой принятого названия слоя в пакете проектирования, а их назначение однозначно может быть идентифицировано производителем
печатных плат. Сложнее с внутренними и механическими слоями. Gerber-файлы внутренних сигнальных слоев имеют расширение Gn.
Gerber-файлы внутренних слоев типа Plane
имеют расширение GPn. И, наконец, Gerber-файлы механических слоев имеют расширение GMn. Для всех указанных расширений n—
это, соответственно, порядковый номер внутреннего сигнального слоя, слоя Plane или механического слоя. Так как число слоев велико,
а порядок чередования слоев и их назначение
определяет разработчик, то следует указать это
производителю в сопроводительном документе. Это можно сделать как в текстовом документе, подготовленном одним из офисных
приложений, так и непосредственно в служебном Gerber-файле. Рассмотрим оба подхода.

Таблица 1. Пример описания Layer Stack

Сначала сделаем описание всех слоев в приложении Microsoft Word. В [4] мы определили стек слоев нашей многослойной печатной
платы и его параметры. В таблице 1 приведен
пример такого описания, где указаны следующие параметры (многие из них носят рекомендательный характер и могут быть удалены, или к ним могут быть добавлены новые):

1. Имя файла проекта 10Lay.PrjPcb для быстрого нахождения при необходимости самого проекта в процессе работы с производителем.
2. Code project (Gerber) xx-xxxx-xxxx — кодовое обозначение разработки, которое будет
   нанесено в текстовом виде и в самих фотошаблонах в зоне поля печатной платы или
   вне зоны. Служит для идентификации фотошаблонов при повторных заказах.
3. Layer Name — первый столбец, информация о наименовании слоя в проекте (справочная информация только для разработчика).
4. Gerber Extension — имя расширения Gerber-
   или NC-Drill-файла. Для производителя печатных плат.
5. Thickness — толщина покрытия, препрега,
   ядра. Для производителя печатных плат.
6. Dielectric Type/Material/Constant — тип покрытия, препрега, ядра и параметры.
   Для производителя печатных плат.
7. Type Layer Stack — схематичное построение вида печатной платы.
8. Gerber Board Outline — гербер-файл контура обрезки печатной платы. Если при производстве печатной платы требуется несколько последовательных операций по
   формированию внутренних вырезов или
   надреза, необходимо создать отдельный гербер-файл на каждую операцию.
9. NC Drill Plated — файлы для сверлильного станка. Их может быть несколько:
   для сквозных отверстий и сквозных переходных отверстий, для каждого типа межслойных (скрытых, погребенных, для перехода между разными слоями) переходных отверстий.
10. NC Drill NoPlated — файлы для сверлильного станка.

Помимо описания слоев, необходимо указать основные требования к некоторым параметрам печатных плат, как это представлено
в таблице 2.

Таблица 2. Пример описания технологических
параметров при производстве печатных плат

Как правило, здесь нужно указать:

1. Ссылку на основной нормативный документ, на основе которого разрабатывалась
   топология печатной платы, в данном примере IPC-2221A, Class 2 Level B.
2. Габаритные размеры печатной платы.
3. Вид материала печатной платы и допуск по
   толщине.
4. Точность и другие требования к отверстиям.
5. Требования к покрытию, маркировке.
6. Требования к обработке контура.
7. Необходимость электроконтроля.
8. Порядок кодирования печатных плат.
9. Допуски к сквозным отверстиям.
10. Параметры минимальных зазоров и ширину проводников на печатной плате.
11. Любую другую информацию, содержащую
    требования, которые должны быть учтены производителем ПП, для повышения
    качества печатных плат.

Имея подобный шаблон, можно легко заполнить и бланк завода-изготовителя. Рассмотрим это на примере www.pcbtech.ru, поскольку, ориентируясь на параметры производства
именно этого завода, мы в самом начале сформировали правила требования к стеку слоев,
зазорам и ширине проводников на печатной
плате.

Рис. 4. Пример заполнения бланка завода-изготовителя

На рис. 4 представлена заполненная форма
заказа. В ней практически повторены все данные из таблиц 1, 2. Однако, несмотря на это,
рекомендуем направлять производителю и первые две таблицы, так как бланк заказа может
не учитывать ваши специфические требования. Отметим: чем больше информации вы
предоставите изготовителю, тем ниже вероятность получения брака. По этой причине рекомендуем данную информацию разместить
и на одном из механических или служебных
слоев, так как на участке, где занимаются обработкой Gerber-файлов, могут отсутствовать
программы просмотра сопроводительных документов, подготовленных в иных пакетах.

Сделать это совсем просто. Скопируем в буфер нашу таблицу из Word-документа и вставим на один из механических слоев. Так же поступим и со второй. Таким образом, у нас
в проекте будут находиться Layer Stack (подготовленный по нашему шаблону) и другая
служебная информация, и, соответственно, ее
можно передать производителю в одном из
служебных Gerber-файлов. Это представлено
на рис. 5:

1. Рабочая область печатной платы.
2. Габаритные и другие важные размеры.
3. Нижняя часть таблицы со сведениями
   о слоях.
4. Таблица технологических требований.

Рис. 5. Вид слоя со служебной информацией

Подробнее об иных аспектах формирования самих Gerber-файлов и другой информации для монтажа и сборки можно узнать
в [5, 6].

Литература

1. Пранович В. Altium Designer (build 7.х). Проект многослойной печатной платы. Часть 4 //
   Технологии в электронной промышленности. 2009. № 1.
2. Пранович В. Цикл статей по Altium Designer //
   Технологии в электронной промышленности. 2006–2008.
3. Пранович В. Altium Designer 6 в примерах //
   Технологии в электронной промышленности. 2007. № 5.
4. Пранович В. Altium Designer (build 7.х). Проект многослойной печатной платы // Технологии в электронной промышленности.
   2008. № 6.
5. Пранович В. Altium Designer 6 в примерах //
   Технологии в электронной промышленности. 2007. № 8.
6. Пранович В. Altium Designer 6. Новые возможности в версии 6.8 // Технологии в электронной промышленности. 2008. № 3.