Проектирование рэа что это

Проектирование радиоэлектронной аппаратуры в SolidWorks

С увеличением степени интеграции современной радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) существенно возрастает и трудоемкость ее проектирования. Это связано с ростом размерности задач, решаемых в процессе разработки. Эффективным средством преодоления этой проблемы является применение компьютерной техники на всех этапах создания РЭА. В последнее время методы автоматизированного проектирования, как и радиоэлектроника в целом, находятся на этапе стремительного совершенствования. Поскольку высокоэффективные компьютеры перестали быть редкостью, методы машинного проектирования постепенно превращаются в инструмент, пользоваться которым может практически каждый.

Развитие всех (или почти всех) предлагаемых в настоящее время на рынке трехмерных САПР складывалось так, что изначально они создавались именно как максимально удобные и интуитивно понятные средства построения пространственной геометрии для взаимной увязки формы и размеров отдельных составных частей проекта. Однако со временем все трехмерные САПР, развиваясь, неизбежно дополнялись отдельными функциями или специальными модулями, позволяющими автоматизированно решать целевые задачи проектирования изделий или их составных частей определенного типа. Такие средства берут на себя изрядную часть работы по управлению геометрией и расчету выходных показателей проекта, что позволяет проектировщику максимально сосредоточить основные временные и человеческие ресурсы на проработке функционально важных параметров проектируемого изделия.

Одним из этапов производства с использованием САПР изделий РЭА, встречающихся в самых разных отраслях промышленности, являются проектирование печатных плат и электрический монтаж, выполняемый проводами и кабелями, связанными в жгуты. Сегодня едва ли найдется предприятие, которому хотя бы раз не пришлось решать задачу проектирования и изготовления печатных плат и электрических жгутов. Ведь кабельные изделия применяются и в бытовой технике, и в медицинском оборудовании, и в продукции оборонной промышленности, и в любых транспортных средствах — одним словом, практически во всех сферах, где применяются те или иные электронные приборы. Естественно, как инженеры, так и руководители подобных предприятий заинтересованы как минимум в двух основных моментах: во-первых, в автоматизации собственно создания трехмерных моделей печатных плат по данным, полученным из схемотехнических САПР, а также в автоматизации проекта жгутов; во-вторых, в получении как можно более точной и полной информации как обо всех характеристиках жгутов, так и об элементном составе печатных плат. При эффективной реализации первой задачи существенно сокращаются сроки получения конструкторской и технологической документации. Решение второй позволяет значительно снизить издержки производства за счет более точного расчета требующихся в производстве материалов.

Уникальными средствами решения этих задач при проектировании изделий РЭА в SolidWorks являются модули Circuit Works и SWR-Электрика. Первый из них создан исключительно для решения задачи перевода из схемотехнической САПР двумерного схематического представления печатной платы со всеми входящими в нее элементами в полноценную трехмерную модель SolidWorks, что несомненно является более важным для проектировщика, разрабатывающего проект в целом. Второй же создан специально для решения задач проектирования электрожгутов в среде SolidWorks и, что примечательно, не является адаптацией какого-то стороннего продукта, что в конечном счете гарантирует простоту его использования, высокий функционал и быстрое освоение. И Circuit Works, и SWR-Электрика решают задачи объединения электрической и механической составляющих проекта в единой среде проектирования SolidWorks, обеспечивая при этом моделирование как печатных плат с использованием размещенных в Интернете моделей элементов из каталогов поставщиков, так и проводных соединений между контактами с применением пополняемой библиотеки соединителей и различных материалов — проводов, многожильных кабелей, изоляционных трубок, экранирующих плетенок и т.д. На основе выполненного проекта монтажа модуль SWR-Электрика автоматически создает полную информацию об использованных материалах и выполненных соединениях, представляя ее в виде таблиц и отчетов, монтажных шаблонов и сборочных чертежей. Вся информация о логике монтажа и примененных материалах отражается в специальной панели в левой части экрана — дереве монтажа, функционально полностью аналогичном стандартному дереву конструирования SolidWorks. Результат работы модулей — стандартные документы SolidWorks.

В этой статье мы расскажем о совместном использовании модулей Circuit Works и SWR-Электрика в среде SolidWorks на примере этапов проектирования одного из изделий РЭА.

Circuit Works

При работе над любым проектом, имеющим как электрическую, так и механическую составляющую, одной из основных трудностей для конструктора является как можно более точное воспроизведение в трехмерной САПР полноценных моделей печатных плат с входящими в них элементами. С одной стороны, работу по проектированию самой печатной платы выполняют все-таки с использованием схемотехнических САПР; с другой — моделирование такой платы в любой трехмерной САПР является очень трудоемким и по сути, с учетом ее проектирования ранее с использованием схемотехнической САПР, представляет собой двойную работу. Наиболее простым решением в таком случае было бы применение данных схемотехнической САПР о плате для построения ее трехмерной модели в SolidWorks. Такое решение и предоставляет нам модуль Circuit Works, использование которого позволяет импортировать данные схемотехнической САПР для построения полноценной трехмерной модели печатной платы с учетом ее компоновки. Стоит отметить наличие в модуле различных опций, позволяющих на этапе между импортом данных и построением трехмерной модели учитывать или не учитывать те или иные элементы конструкции самой платы в зависимости от постановки задачи.

Исходные данные для платы

После проведения всех необходимых настроек модуль самостоятельно создает печатную плату в соответствии с ее геометрическими особенностями, располагает на плате металлизированные и неметаллизированные отверстия и, наконец, сами элементы в соответствии с их компоновкой. Результатом такого построения является полностью редактируемая полноценная трехмерная модель платы как готовой сборочной единицы со всеми входящими в нее элементами.

SWR-Электрика

Как уже говорилось, модуль SWR-Электрика создан специально для решения задач проектирования электрожгутов в среде SolidWorks, поэтому первое, что приходит на ум при размышлении об объемном проектировании жгутов, — это необходимость создания трехмерной геометрии самого жгута. Для его успешного моделирования SWR-Электрикой решаются три наиболее важные задачи: расчет диаметра жгута, расположение жгута в пространстве модели и поиск конфликтов, препятствующих собираемости конечного изделия.

Проектирование трехмерной модели платы

Начнем с размещения жгутов в пространстве конструкции. Жгут, связанный из множества проводов и многожильных кабелей, отображается в виде протяженного объекта круглого сечения, так что для определения топологии жгута достаточно определить его ось. Модуль SWR-Электрика предлагает способ создания оси будущего жгута в виде сплайна, узловые точки которого удалены от граней окружающих деталей на выбираемое пользователем расстояние. Для каждой создаваемой точки можно задать свое смещение, что повышает гибкость процесса и снижает объемы последующего редактирования созданного сплайна или вовсе исключает его необходимость. Дополнительно пользователю предоставляется возможность автоматически привязывать точки сплайна к вершинам или к точкам эскизов любых моделей, а также автоматически центрировать их по отношению к выбираемым круглым кромкам, что упрощает прокладку жгутов через различные хомуты, фиксаторы, зажимы и вырезы в перегородках.

Однако реальный жгут обычно состоит не из единственного пучка проводов, а из множества ответвлений. Модуль SWR-Электрика делает процедуру создания такой геометрии максимально простой. Достаточно одну из создаваемых точек поместить на готовую трассу, и модуль автоматически разобьет последнюю на две части.

SWR-Электрика не только позволяет отредактировать любую из созданных трасс, но и дает возможность перемещать узлы, в которых сходятся отдельные ветви жгутов.

Итак, трассы созданы. Но их диаметры пока заданы самим пользователем и не отражают реалий монтажа. Правила расчета диаметра жгута определены в ГОСТ 23586-79 и опираются на реальные характеристики связанных в жгут проводов и кабелей, а значит, в проекте надо отразить электрические соединения.

Откуда же берутся в проекте данные монтажа? Возможны два случая. Первый — таблица соединений создана все той же используемой схемотехнической САПР. Все подобные системы имеют механизмы создания текстовых отчетов, и в любой из них, будь то P-CAD, OrCAD, Protel, CADdy или какая-то еще, можно настроить шаблон отчета, данные из которого зачитываются модулем SWR-Электрика. Для этого достаточно таких данных, как марка и сечение жилы провода, а также указание на соединяемые проводом контакты в виде двух пар «схемное обозначение — номер контакта». Во втором случае для проектирования схемы использовалась система, из которой невозможно извлечь какие-либо необходимые данные. В этом случае таблицу связей придется создавать вручную. При этом ее формат настолько прост, что, используя Excel или стандартный текстовый редактор, более известный в кругах пользователей ПК как «блокнот», можно быстро ввести в таблицу все данные и сохранить результат в виде текстового файла в ASCII-кодировке. По этой таблице SWR-Электрика, во-первых, автоматически создаст и уложит все провода и кабели в кратчайшие трассы, а во-вторых, пересчитает диаметры всех трасс согласно стандарту. После укладки проводов в трассы в окне свойств провода, наряду с такими параметрами, как его сечение, марка и пр., можно увидеть и длину самого провода, причем при расчете длин проводов возможно учесть разного рода припуски, например припуск на длину провода, припуск на его перепайку и др. Аналогично результат расчета для любого жгута представлен в окне его свойств. Дополнительно здесь же можно увидеть наполнение жгута: какие провода его образуют, каких типов, с какого контакта на какой они идут, а также узнать длину выбранного сегмента жгута.

Таблица для импорта проводов для прокладки трасс

Суммарный подсчет проводов

Логичным будет вопрос: откуда берутся сами контакты? Их достаточно определить один раз в модели соединителя. При необходимости можно воспользоваться командой автоматического создания сразу группы контактов, расположенных в модели соединителя по определенной схеме — в несколько рядов, шестиугольником или по нескольким концентричным окружностям.

Кроме определения пространственной конфигурации жгутов, модуль SWR-Электрика позволяет автоматически создавать различные отчеты, такие как таблицы соединений и распайки, суммарные перечни использованных материалов — проводов, кабелей, трубок, плетенок — с группировкой по типам, а также перечни соединителей, отражающие самые разные характеристики выполненного монтажа, что избавляет пользователя от скрупулезного подсчета суммарных характеристик монтажа и копирования порой громадных массивов данных из SolidWorks в другие системы. Данные отчетов впоследствии могут применяться при создании конструкторских спецификаций или ведомостей покупных изделий.

Импорт проводов с укладкой в трассы

Кроме текстовой документации, в производстве используется также графическая документация. В первую очередь это сборочный и электромонтажный чертежи жгута. Данные документы также могут быть созданы средствами SolidWorks и SWR-Электрика. Причем для создания электромонтажного чертежа вполне достаточно базовых возможностей SolidWorks. А вот сборочный чертеж жгута удобнее делать, применяя возможности SWR-Электрики. Модуль самостоятельно раскладывает на плоскости все сегменты спроектированного жгута, добавляет изображения соединителей, смонтированных на концах жгута, расставляет размеры — длины каждого ответвления (при необходимости с разрывами), создает таблицы распайки для каждого соединителя. Формат таблиц может быть указан пользователем в настройках. Кроме разрывов можно в интерактивном режиме добавить и изгибы каждого сегмента жгута в любой его точке на нужный угол и с нужным радиусом. В результате формируется стандартный чертеж SolidWorks, который можно окончательно оформить с помощью библиотеки проектирования SolidWorks, хранящей, к примеру, различные блоки с изображением типовых заделок проводов и жгутов или заготовки технических требований.

Однако провода и кабели не единственные объекты, используемые при изготовлении жгутов. Например, применяются разного рода оболочки, будь то экранирующие плетенки или изолирующие трубки. Причем последние применяются не только на всю длину провода, но и для маркировки концов проводов. Модуль SWR-Электрика успешно моделирует использование оболочек любых типов.

Чертеж жгута с разрывом

Если оболочка должна быть надета на объект на всю его длину, то это делается путем указания типа и марки оболочки, и SWR-Электрика автоматически выполнит целый ряд необходимых действий. Во-первых, проверит, поместятся ли выбранные объекты монтажа в данную трубку, во-вторых, пересчитает диаметры жгутов с учетом характеристик трубки. Факт применения оболочек будет отражен в дереве монтажа. По всем оболочкам модуль создает текстовые отчеты — индивидуальные и суммарные.

Отдельно стоит отметить и тот факт, что число объектов монтажа, топологическая или геометрическая сложность жгутов не имеют значения для модуля SWR-Электрика, а значит, и ограничений на сложность проектируемых модулем жгутов тоже нет.

К полезным особенностям SWR-Электрики можно отнести и то, что при выполнении некоторых операций или в любой момент по запросу пользователя модуль автоматически производит проверку результатов проектирования. Например, при импорте таблицы связей производится проверка наличия проводов выбранных марок в библиотеке, наличия соединителей с указанными схемными обозначениями и контактов на них в проекте, факта дублирования соединений или обозначений проводов и т.д. В любой момент можно проверить, не изогнут ли какой-либо провод, кабель или жгут радиусом, меньшим минимально допустимого. Причем задать такой порог можно как в миллиметрах, так и в виде коэффициента кратности наружному диаметру объекта монтажа.

Кроме отчетов по примененным материалам, модуль создает отчеты об использованных соединителях — как с индивидуальным их перечислением, с указанием схемных обозначений, так и с группировкой по типам, что полезно для создания ведомостей покупных изделий.

Отметим, что вся созданная модулем трехмерная геометрия представлена стандартными объектами SolidWorks. Это значит, что для нее можно выполнить стандартный анализ интерференции геометрии жгута с элементами конструкции изделия. Все созданные жгуты имеют реальные массовые характеристики, рассчитанные на основе библиотечных данных. Любая 3D-модель, созданная с помощью модуля SWR-Электрика, хранится в формате SolidWorks и может быть открыта и отредактирована на компьютере, не имеющем модуля проектирования электрожгутов. При внесении изменений в конструкторскую модель геометрия и все характеристики проводов и жгутов также автоматически пересчитываются и обновляются в соответствии с новыми геометрическими условиями. То же самое касается и чертежей.

Благодаря простоте и универсальности модуля существенно упрощается процесс его освоения, наряду с заметным сокращением времени на процесс проектирования. Таким образом, SWR-Электрика дает уникальную возможность согласовать пространственную конфигурацию жгутов и их конструктивное окружение на этапе проектирования, что позволяет значительно сократить сроки запуска изделия в производство, снизив его себестоимость. Модуль выдает в виде текстовых отчетов количественные характеристики всех элементов монтажа, что позволяет точно учитывать и планировать расход различных материалов. Автоматически создаваемые монтажные шаблоны и чертежи жгутов обеспечивают изготовление жгутов правильной геометрии и стопроцентную собираемость изделия с первого комплекта. Обладая широкими возможностями и доступной ценой, система SWR-Электрика быстро внедряется в производство, обеспечивая скорую окупаемость вложенных средств.

Источник

Автоматизированное проектирование радиоэлектронной аппаратуры

В популярной форме освещаются вопросы автоматизированного проектирования радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) на конструкциях печатных плат, основные этапы становления и эволюции систем автоматизированного проектирования (САПР) РЭА, содержание задач автоматизации, организация сквозного цикла выполнения проектных работ с использованием средств автоматизации.

Целью публикации является ознакомление инженерно-технических работников с одним из бурно развивающихся направлений в современной индустрии информационных технологий.

Предисловие

Автоматизация проектной и расчетной деятельности в инженерной практике имеет длительную и достаточно насыщенную историю. Обращаясь к относительно недалекому прошлому достаточно вспомнить счеты, механические арифмометры и логарифмические линейки. Несколько позже в расчетную практику вошли электронные калькуляторы, которые и до настоящего времени имеют широкое применение. Все эти устройства нацелены на облегчение выполнения разнообразных расчетов, значительная доля которых приходится на проектную деятельность инженеров.

Существенным шагом в направлении автоматизации расчетной деятельности стало появление электронных вычислительных машин (ЭВМ), возможности которых позволили не только выполнять расчеты, но и управлять потоками необходимых вычислений и данных путем составления программ на специализированных языках программирования: Автокод (или Ассемблер), Алгол, Фортран и других. Программирование в корне изменило применимость наработанных в течение столетий математических методов алгебры, геометрии, численных методов, теории вероятностей, исследования операций, дискретной математики, линейного программирования и многих других. Повышение производительности ЭВМ (быстродействия и размеров оперативной памяти) с одновременным расширением спектра периферийных устройств: ввода-вывода текстовых и графических данных, накопителей для долговременного хранения информации, а также интенсивным развитием операционных систем, компиляторов языков программирования оказали существенное влияние на изменение роли ЭВМ в инженерной практике. Решение отдельных расчетных задач стало постепенно заменяться выполнением законченных этапов проектного цикла, что породило понятие системы автоматизированного проектирования в соответствии со следующим определением.

Система автоматизированного проектирования – автоматизированная система, реализующая информационную технологию выполнения функций проектирования, представляет собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности. Также для обозначения подобных систем широко используется аббревиатура САПР.

Основное назначение САПР заключается в повышении эффективности инженерной деятельности: сокращении трудоемкости и сроков проектирования, обеспечении высокого качества проектных решений и документации, минимизации натурного моделирования и испытаний опытных образцов, снижении затрат на подготовку производства.

В современной инженерной практике наибольшее распространение получили следующие виды САПР:

Содержание настоящей публикации ограничивается только вопросами, связанными с предметной областью САПР радиоэлектронной аппаратуры на печатных платах.
В 1948—1950 годах Уильям Шокли создал теорию p-n- перехода и плоскостного транзистора и первый такой транзистор был изготовлен 12 апреля 1950 года. В 1954 году Texas Instruments выпустила первый кремниевый транзистор. Планарный процесс на основе кремния стал основной технологией производства транзисторов и интегральных схем.

За сотрудничество в разработке первого в мире действующего транзистора в 1948 году Джон Бардин, Уильям Шокли и Уолтер Браттейн разделили Нобелевскую премию 1956 года. Становление и развитие технологии промышленного производства полупроводниковых приборов определило долгосрочную и стабильную тенденцию роста степени интеграции электронных компонентов, переход на полупроводниковую элементную базу существенно расширил области применения электронных устройств при драматическом увеличении их степени интеграции и, как следствие, функциональной сложности.

Расширению спектра применимости электронных устройств также содействовал и прогресс в технологии производства печатных плат, которые обладают высокими показателями надежности электрических соединений и механической прочностью, что является первоочередным требованием к мобильным и стационарным электронным изделиям.

«Днем рождения» печатных плат считается 1902 год, когда изобретатель, немецкий инженер Альберт Паркер Хансен подал заявку в патентное ведомство родной страны.

Печатная плата Хансена представляла собой штамповку или вырезание изображения на бронзовой (или медной) фольге. Получившийся проводящий слой наклеивался на диэлектрик – бумагу, пропитанную парафином. Уже тогда заботясь о большей плотности размещения проводников, Хансен наклеивал фольгу с двух сторон, создавая двустороннюю печатную плату. Изобретатель также использовал идущие насквозь печатной платы соединительные отверстия. В работах Хансена есть описания создания проводников при помощи гальваники или проводящих чернил, представляющих собой измельченный в порошок металл в смеси с клеящим носителем.

Печатная плата (printed circuit board, PCB) — пластина из диэлектрика, на поверхности или в объёме которой сформированы электропроводящие цепи электронной схемы. Печатная плата предназначена для электрического и механического соединения различных электронных компонентов. Электронные компоненты на печатной плате соединяются своими выводами с элементами проводящего рисунка обычно пайкой.

Эти тенденции в развитии схемотехники и конструирования РЭА потребовали кардинальных изменений в подходах к организации процессов создания электронных изделий высокой функциональной и конструкторской сложности, что стимулировало появление промышленных систем автоматизированного проектирования радиоэлектронной аппаратуры.

На первых этапах становления САПР РЭА основными заказчиками стали предприятия — создатели сложных вычислительных комплексов, генеральные конструкторы которых стали организовывать специализированные подразделения САПР в структуре своих конструкторских бюро.

Создание САПР РЭА требовало привлечения эффективных математических методов и алгоритмов решения ключевых задач структурного и параметрического синтеза проектируемых устройств. К разработке соответствующего математического аппарата привлекались научные сотрудники ведущих ВУЗов: МГУ, ЛГУ, МФТИ, МИФИ, МЭИ, МВТУ, МИРЭА, МАИ, ЛЭТИ и многих других, а также политехнических институтов городов: Каунас, Киев, Львов, Минск. В целях интеграции ресурсов и координации деятельности по разработке САПР РЭА в Министерстве Радиопромышленности СССР выполнялись отраслевые программы РАПИРА и ПРАМ, нацеленные на создание информационно-совместимых пакетов программ автоматизированного проектирования.

Значительный вклад в теорию и практику САПР РЭА в частности внесли следующие ученые:

Абрайтис Людвикас Блажевич
Базилевич Роман Петрович
Вермишев Юрий Христофорович
Зайцева Жанна Николаевна
Маркаров Юрий Карпович
Матюхин Николай Яковлевич
Норенков Игорь Петрович
Петренко Анатолий Иванович
Рябов Геннадий Георгиевич
Рябов Леонид Павлович
Селютин Виктор Абрамович
Тетельбаум Александр Яковлевич
Широ Геннадий Эдуардович
Штейн Марк Елиозарович
и многие другие.

Структура и основные этапы проектирования РЭА

Современная электронная аппаратура реализуется на уровнях конструкторской иерархии, показанной на рисунке ниже. Для всех уровней иерархии используются соответствующие средства автоматизированного проектирования такие как САПР БИС/СБИС, печатных плат, блоков и шкафов.

Далее ограничимся вопросами автоматизированного проектирования типовых элементов замены (Уровень I). Полный цикл проектирования электронных устройств уровня I включает следующие основные этапы:

Разработка схемы электрической принципиальной (Э3)

Схема электрическая — графическое изображение, используемое для передачи с помощью условных графических и буквенно-цифровых обозначений структуры электронного устройства. Включает условные графические обозначения (УГО) электронных компонентов и связей между их выводами.

Принципиальная схема может быть представлена на одном и более чертежных листов, при этом схема не регламентирует взаимное (физическое) расположения электронных компонентов. Всем компонентам на схеме и соединениям присваиваются уникальные идентификаторы (номер компонента по схеме, имя цепи и пр.). Для повышения читабельности схемы используются компактные графические объекты – шины и соединители.

Разработка электрических схем выполняется с использованием предварительно подготовленных и аттестованных на соответствие требованиям ГОСТ библиотек условных графических обозначений электронных компонентов.

Логическое моделирование цифровых устройств

Логическое моделирование – один из распространенных способов проверки поведенческих и функциональных свойств проектируемых цифровых устройств и нацелено на сокращение затрат, связанных с созданием и испытаниями опытных образцов. Структура цифрового устройства для моделирования описывается на одном из распространенных языков описания электронной аппаратуры – VHDL и (или) Verilog, а значения сигналов в соединениях и динамика их изменений во времени отображаются в виде графических временных диаграмм.

Современные программные средства поддерживают режимы логического моделирования асинхронных и синхронных цифровых устройств в многозначном алфавите возможных значений сигналов. Допускается моделирование и анализ совместной работы аппаратной части цифрового устройства и программного обеспечения (прошивки) в составе этого устройства, что обеспечивает целостность и полноту результатов моделирования.

Моделирование аналоговых устройств

Моделирования аналоговых устройств позволяет проводить анализ рабочих режимов и осуществлять оценку параметров схемы без изготовления ее макетных образцов.

В настоящее время широко распространены следующие виды моделирования аналоговых устройств:

Размещение электронных компонентов

Размещение (расстановка) электронных компонентов и соединительных разъемов на печатной плате является комплексной задачей, при решении которой требуется достижение компромиссов по следующим основным критериям:

Трассировка электрических соединений

Трассировка соединений является ключевым этапом конструкторского проектирования радиоэлектронной аппаратуры, решает задачу прокладки соединений на слоях печатной платы между эквипотенциальными выводами компонентов с учётом заданных правил и ограничений, основными среди которых являются ограничения на ширину проводников и минимально допустимые зазоры между элементами печатного монтажа. Показателями эффективности применяемых методов трассировки являются полнота реализации электрической схемы, минимальная суммарная длина построенных соединений, количество использованных слоев и межслойных переходов.

Волновой алгоритм автоматической трассировки

Впервые описание волнового алгоритма трассировки соединений на печатных платах было опубликовано в начале 60-х годов (Lee, C.Y., «An Algorithm for Path Connections and Its Applications», IRE Transactions on Electronic Computers, vol. EC-10, number 2, pp. 364—365, 1961). Простота этого алгоритма явилась стимулом для реализации множества соответствующих программных средств.

На каждой итерации алгоритм выполняет поиск и формирование соединения заданной ширины между двумя заданными точками на плоскости с учетом существующих препятствий. Для выполнения этих функций используется так называемое дискретное рабочее поле (ДРП) – двумерная числовая матрица, ячейки которой отображают соответствующие участки печатной платы с размерами равными ширине проводника, увеличенной на величину допустимого зазора. Это гарантирует, что два проводника, размещенные в соседних ячейках будут всегда иметь требуемый зазор между их краями. Ячейки ДРП, запрещенные для прокладки соединений, помечаются специальными метками.

Поиск соединения выполняется последовательным назначением числовых меток 1-2-3… соседним (не запрещенным для прокладки соединения) ячейкам ДРП, начиная с одной из соединяемых (“И”) и до встречи второй (“П”). В том случае, когда вторая соединяемая ячейка достигнута, от нее начинается формирование найденного соединения на основе последовательного выбора пар соседних ячеек в кодовой последовательности …3-2-1-3-2-1…

Построенное соединение отображается на ДРП новым множеством запрещенных для прокладки соединений ячеек и затем описанная процедура повторяется для последующей пары точек и т.д.

Методы геометрической трассировки

Методы геометрической (shape-based) трассировки составляют следующее за волновым поколение алгоритмов трассировки печатных плат и больших интегральных схем.

Эти методы оперируют геометрическими моделями объектов печатного монтажа (контактов, проводников и т.п.), осуществляя поиск и прокладку соединений в существующем лабиринте свободных ресурсов.

Алгоритмы этого класса решают задачу прокладки каждого соединения также в два этапа: поиск возможного соединения и его прокладка.

Поиск соединения выполняется последовательным распространением прямоугольных проб (“И” – исходная проба) по непрерывным участкам доступных трассировочных ресурсов — до встречи геометрического объекта “П” (или исчерпания всех ресурсов). Каждая сформированная проба является источником для формирования трех порожденных проб по ее ребрам (e_N).

Найденный путь определяется как последовательность пар порождающих и порожденных проб
(П e₁₈ e₁₆ e₁₄ e₁₂ e₁₀ e₈ e₂ И)

Методы топологической трассировки

Методы топологической трассировки оперируют с топологической моделью трассировочных ресурсов, сформированной в результате применения операций триангуляции (или подобных на основе выпуклых многоугольных геометрических фигур) к множеству характерных точек элементов печатного монтажа: контактов, проводников, зон запретов на трассировку, контура платы и т.п.

Поиск соединения выполняется последовательным анализом смежных треугольников топологической модели, начиная с тех, одной из вершин у которых является “И” и завершая первым встреченным треугольником, у которого одна из вершин есть “П”.
Найденный путь определяется последовательностью ребер смежных треугольников, расположенных между начальной и конечной вершинами:
(П e₁₂ e₁₁ e₁₀ e₉ e₈ e₇ e₆ e₅ e₄ e₃ e₂ e₁ И).

Представленные описания алгоритмов трассировки носят упрощенный характер и выполнены применительно лишь к простейшим однослойным структурам. На практике программные реализации этих алгоритмов обеспечивают возможности трассировки многослойных печатных плат с использованием межслойных металлизированных переходов, соблюдением широкого спектра ограничений на ширину проводников и минимально – допустимые зазоры между всеми элементами печатного монтажа.

Широкое применение электронных устройств в приборостроении, компьютерной индустрии, аэрокосмической отрасли, бытовой технике предъявляет все более жесткие требования к качеству и электрофизическим свойствам печатного монтажа, формируемого в процессе трассировки соединений на плате.

На сегодняшний день все более критичными становятся следующие дополнительные требования к методам трассировки:

Документация на проекты электронных устройств

Завершающим этапом проектирования электронных устройств является выпуск проектной документации, включающий конструкторскую документацию и данные для изготовления печатных плат.

Конструкторская документация (КД) — графические и текстовые документы, которые, определяют состав и устройство изделия, содержат необходимые данные для его изготовления, контроля, эксплуатации. Включают спецификацию, электрическую схему, сборочный чертеж платы, перечень элементов, ведомость покупных изделий, технические условия, программу и методику испытаний и другие в соответствии с требованиями ГОСТ.

Данные на изготовление печатных плат формируются программным способом и содержат информацию, необходимую для изготовления фотошаблонов и сверления.

Форматы представления этих данных унифицированы (Gerber, ODB++) и являются стандартами de facto при передаче результатов изготовителю.

Сквозной цикл автоматизированного проектирования РЭА

С позиций пользователей (то есть разработчиков электронной аппаратуры) САПР РЭА являются программным продуктом, потребительские свойства которого оцениваются по следующим основным критериям:

Содержание сквозного цикла определяется набором проектных этапов, последовательно выполняемых на основе единой информационной модели проекта.

Такой подход обеспечивает совместимость проектных данных и возможности итеративного проектирования изделия, то есть возобновления проектных работ с начального или одного из промежуточных этапов при изменениях проектных спецификаций.

Примером САПР РЭА отечественной разработки, обеспечивающей автоматизацию основных этапов проектирования электронных устройств, является программный продукт Delta Design компании ЭРЕМЕКС:

Во многих случаях компании – разработчики электронной аппаратуры организуют сквозные циклы проектирования на основе интеграции информационно – совместимых САПР РЭА от разных производителей, современный рынок которых достаточно разнообразен.

Завершая рассмотрение вопросов, связанных с автоматизацией проектирования электронной аппаратуры, необходимо отметить, что эта сфера деятельности в настоящее время продолжает достаточно интенсивно развиваться. В ближайшей перспективе следует ожидать появления новых методов и подходов к решению задач автоматизированного проектирования.

Источник