Размещение компонентов на печатной плате как основа успешной разработки

Евгений Махлин

Правильное и грамотное размещение компонентов
с учетом механических, функциональных,
тепловых и производственных
факторов — это 80% успешного выполнения проекта
в целом. Четкое взаимодействие инженера-механика,
схемотехника и разработчика, понимание инженером-
конструктором ограничений, накладываемых
на размещение компонентов с точки зрения производства
и сборки ПП, позволит избежать ошибок
и быстро выполнить этот этап.

После того, как мы определили все компоненты,
описанные в схематике согласно их Datasheet (паспорту
на компонент), и импортировали список цепей (Netlist)
в наш файл платы, мы можем увидеть список элементов
в соответствующем окне программы (рис. 1).

Причем сортировать их можно как по названию,
так и по типу. Также можно увидеть сразу целую
группу компонентов, выделенных по заданным
признакам (так называемые «модули»). По таким же признакам можно осуществлять и дальнейшее размещение
компонентов.

Иногда инженер-разработчик хочет поместить определенные
группы компонентов сразу на рабочее
поле проекта, чтобы потом мышью «растаскивать»
их на нужные места на плате. Сделать это достаточно
просто. Для этого в Allegro используется функция
«быстрое размещение» (рис. 2).

На рис. 2 видно, что программа позволяет управлять
размещением по многим параметрам. Можно выбирать сразу группу компонентов, объединяя
их по различным параметрам, например,
по связи с заданной цепью, по расположению
в определенной области на схеме, по значению
определенных «свойств» компонента в базе
данных и т. д. Свойства, по которым можно
группировать компоненты, мы рассмотрим
позже в отдельной статье.

После импорта компонентов из библиотеки
на рабочее поле проекта (рис. 3) мы начинаем
выполнять компоновку.

Стадии компоновки

Процесс компоновки необходимо разделить
на несколько стадий:

• размещение компонентов, четко привязанных
  к механическому чертежу;
• размещение основных компонентов (BGA,
  память и др.);
• размещение периферийных компонентов
  (конденсаторов, резисторов), связанных
  с основными компонентами;
• размещение оставшихся компонентов.

Размещение разъемов

Как правило, согласно чертежу мы размещаем
разъемы различного типа и механические отверстия. Пакет Allegro позволяет выполнить
эту ответственную операцию достаточно быстро
и очень точно.

В большинстве случаев на печатной плате
используются разъемы, предназначенные
для штыревого монтажа (Тhrough Hole, ТH).
Мы говорили раньше, что во время определения
символа для библиотеки «нулевая точка»
(или Symbol Origin) такого компонента располагается
по центру его первой ножки. Это
может быть или вывод номер 1, или вывод,
имеющий специальное имя, например А1.

В этом случае мы выбираем опцию “Placement
by Symbol Pin” (рис. 4а). И помещаем компонент
в выбранную координату согласно DXFчертежу.
Это может быть выполнено привязкой
к заданной точке или заданному графическому
элементу на механическом чертеже, который
мы ввели ранее (рис. 4б). Или же мы можем
ввести координаты точки привязки вручную.

После этого размещаем основные компоненты.

Если инженер-схемотехник находится
рядом, то это делается совместными усилиями.
Например, некоторые заказчики, знакомые
с принципами работами нашего КБ и не имеющие
возможности находиться рядом в силу
загруженности или географической удаленности,
посылают нам схематическое расположение
основных компонентов. Это можно сделать,
например, в таком формате (рис. 4в).

Компоновка планарных компонентов (Surface Mount Technology, SMT)

SMT-компоненты, как правило, размещают
на плате с привязкой к их «геометрическому
центру», однако при необходимости можно
пользоваться и привязкой к первому выводу.

Иногда удобно размещать компонент с привязкой
к указанной точке на корпусе (рис. 5).
В Allegro для этой цели используется команда
User Pick.

Необходимо упомянуть еще и о том, что компоненты
можно поворачивать на заданный
угол, как относительно их нулевой координаты,
так и относительно их геометрического центра.

В САПР Allegro есть особенность, обусловленная
тесной связью с программой для ввода
схемы OrCAD. Указывая на объект или на группу объектов на схеме в окне OrCAD, мы получаем
их автоматическое выделение в редакторе
плат Allegro, и наоборот.

Это очень полезное свойство, позволяющее
экономить массу времени при поиске на чертеже
компонента в отдельности или же целой
группы компонентов.

Очень часто в больших проектах пользуются
определением в OrCAD так называемых комнат (Room). Создав таким образом группу
(рис. 6), можно оперативно разместить
ее на плате, выделить, подвинуть, скопировать
и т.д.

Хотелось бы особо рассказать о работе
с группами компонентов. Определять их можно
по-разному. Либо с помощью фильтров
(рис. 7), либо выделяя группу «окном» (рис. 8),
либо используя так называемую «временную группу» (Temporary Group), когда пользователь сам назначает компоненты в группе, отмечая их курсором мыши (рис. 9).

Еще один вариант — это вызывать компоненты по составленному заранее списку
(рис. 10).

Если в схеме есть повторяющиеся группы
элементов (их называют еще «блоками»),
то можно скопировать одну группу, а затем
путем обмена между изображением символа
компонента и его реальным определением
в схеме (Swap Components), создать аналогичную
по расположению одну или несколько
групп (рис. 11).

И, пожалуй, последний из основных способов
— это создание так называемого модуля.
Это делается только в том случае, когда есть
абсолютно идентичные группы, содержащие
большое количество элементов.

Модуль импортируется в OrCAD, затем
создаются соответствующие модули в схеме.
Импортируя созданный таким образом список
цепей обратно в ПП, мы получаем готовые
модули, включающие в себя не только компоновку,
но и, по желанию, трассировку связей
для заданных модулей.

Созданные таким образом группы можно
двигать, поворачивать (рис. 12), сохраняя
их расположение друг относительно друга,
перемещать на обратную сторону ПП и т. д.

Современные САПР предоставляют разработчику
все возможности для качественного
и быстрого выполнения этапа компоновки,
что закладывает основу для успешного проектирования
печатной платы. Помимо стандартных
средств, предоставляемых интерфейсом САПР,
в процессе работы можно использовать дополнительные
полезные утилиты. В частности,
используя возможности Allegro и зная язык
написания приложений в среде Allegro, сотрудники
нашего КБ написали много полезных программ,
позволяющих размечать фильтрующие
конденсаторы под BGA-компонентами согласно
их шагу, определять разницу между версиями
ПП, создавать блоки элементов согласно координатам
исходной группы и т.д.

Изучив возможности САПР, понимая четкую
связь между механическим чертежом,
электронной схемой и полем ПП, разработчик
имеет все шансы сделать процесс размещения
компонентов эффективным, быстрым и интересным.