Budapesti Műszaki Egyetem CAD Számítógéppel segített tervezés dr. Ruszinkó Miklós egyetemi adjunktus Budapesti Műszaki Egyetem Elektronikai Technológia Tanszék
Az OrCAD PCB Layout tervezési korlátai 144’’x144’’ (3,66 x 3,66m) 30 elektromos réteg és 16 nem elektromos réteg 7500 alkatrész/NYÁK 32000 összeköttetés/NYÁK 32000 csík szélesség/NYÁK 250 via típus Felbontás: 16,6inch (angol-szász) és 1 m (metrikus) 250 pad típus 2000 láb/alkatrész
CAD 23. A számítógéppel segített tervezés „Computer Aided Design” (CAD) = „Számítógéppel Segített Tervezés”. - Áttekintését a továbbiakban az OrCAD program részei illusztrálják. - Az OrCAD komplett tervezőrendszer, amely mind az egyéni, mind a csoportmunkát támogatja. A több évtizedes technológia jelenleg a 10.0-ás verziónál tart. Részei: - OrCAD Capture: Ipari szabványú kapcsolási rajz szerkesztő, amely számos más tervezőrendszerhez illeszkedik. - Capture CIS Option: (Component Information System) = Lokális és internetes adatbázis rendszer. - PSPice A/D: Analóg, digitális és vegyes szimulátor program. - OrCAD Layout: Szabály-vezérelt hagyományos és „terület- vezérelt” huzalozástervezés. - SPECCTRA for OrCAD: Továbbfejlesztett (pl. „zsákfurat”- tervező) automatikus és interaktív huzalozó program.
CAD A számítógéppel segített tervezés blokkvázlata Magyarázat A számítógéppel segített tervezés felépítése Moduláramkör számítógéppel segített tervezése
CAD A számítógéppel segített tervezés felépítése Tananyag Mi a fejlesztés mozgatórugója? Piaci igények, ötletek Specifikáció, rendszerterv (Mint a programozásnál) Jellemző részfeladatok: - Elektromos és elektronikus részegységek: Moduláramkörök 1. Részfeladatokra bontás - Doboz, burkolat,elrendezés tervezés (termikus viszonyok, zavarérzékenység): Szerkezeti konstrukció 2. - Kapcsolat más készülékekkel és az emberrel: Csatlakozó 3. Részfeladatok megoldása - Anyagbeszerzés, raktározás: Logisztika ...
CAD A számítógéppel segített tervezés felépítése Tananyag Termelőeszközök (Hardver) Részfeladatok megoldása 1. 2. Technológia (Szoftver) 3. ... … Vállalatinformatika (Változások átvezetése) Készüléképítés A részegységek egyesítése A készülék bemérése különböző feltételek mellett, minőségellenőrzés Tesztelés (ellenőrzés) Gyártáselőkészítés
CAD A számítógéppel segített tervezés felépítése OrCADIllusztráció Gráf:
CAD Moduláramkör számítógéppel segített tervezése Tananyag A bonyolult gráfot alakítsuk „lineáris” modellé: A feladat-megoldás itt is a pontos specifikációval kezdődik. Kiegészítések Feladatok (műveletek) Adatbázisok Részfeladat pontos specifikálása Dokumentációk „Post process”-ek
CAD Moduláramkör számítógéppel segített tervezése Tananyag Az elvi kapcsolási rajz TERVEZÉSE a mérnök feladata: A szakirodalomból és az eddigi áramköri alapismereteiből kiindulva megvalósítási alternatívákat keres. Ehhez ismernie kell a cég meglévő technológiáit, ezek fejlesztési, bővítési lehetőségeit. Az alkatrészek kiválasztását segíti az adatbázis és a Component Information System. Feladatok (műveletek) Kiegészítések Adatbázisok Részfeladat pontos specifikálása Szakirodalom, szabványok… CAD Ember Elvi kapcsolási rajz TERVEZÉSE (Intuíció) SZERKESZTÉSE Alapkapcsolások ismerete Technológiai ismeretek Alkatrészek adatbázisa CIS
CAD Moduláramkör számítógéppel segített tervezése Tananyag Ma már bizonyos analóg és digitális részfeladatok is megoldhatók Berendezés Orientált Áramkörökkel (BOÁK, angolul Application Specific Integrated Circuit). Feladatok (műveletek) Kiegészítések Adatbázisok Elvi kapcsolási rajz TERVEZÉSE (Intuíció) SZERKESZTÉSE Részfeladat pontos specifikálása Technológiai ismeretek Alapkapcsolások ismerete Szakirodalom, szabványok… Alkatrészek adatbázisa (CIS) Analóg és/vagy Digitális ASIC programozása Ember CAD
CAD Moduláramkör számítógéppel segített tervezése Tananyag AZ ELVI KAPCSOLÁSI RAJZ SZERKESZTÉSét az ELVI KAPCSOLÁSI RAJZ SZIMBÓLUMOK könyvtárai támogatják. A szerkesztés eredményeként állnak elő: az összekötési (net) listák a szimulátor és a layout tervezők számára, továbbá a kapcsolási rajz és az alkatrészlista (lásd a DOKUMENTÁCIÓK-nál!) Analóg és/vagy Digitális ASIC programozása Elvi kapcsolási rajz TERVEZÉSE (Intuíció) SZERKESZTÉSE Alapkapcsolások ismerete Technológiai ismeretek Ember Alkatrészek Adatbázisa (CIS) CAD Elvi kapcsolási rajz szimbólumok Szimulációs netlista Layout netlista
CAD Moduláramkör számítógéppel segített tervezése Tananyag DESZKAMODELL vagy SZIMULÁCIÓ ? A szimuláció „jóságát” a modellparaméterek száma és „pontossága” határozza meg. Analóg és/vagy Digitális ASIC programozása Elvi kapcsolási rajz TERVEZÉSE (Intuíció) SZERKESZTÉSE Alapkapcsolások ismerete „Deszkamodell” készítés Technológiai ismeretek Ember Alkatrészek Adatbázisa (CIS) CAD Elvi kapcsolási rajz szimbólumok Szimulációs netlista Layout netlista Analóg/Digitális Szimuláció Szimulációs paraméterek
CAD Moduláramkör számítógéppel segített tervezése Tananyag DESZKAMODELL - SZIMULÁCIÓ (Előnyök - hátrányok) A kiválasztott alkatrészekből (esetleg azokhoz hasonlóakból) készített deszkamodellen végzett mérések segíthetnek a működés ellenőrzéséhez, az esetleges pontosítások, módosítások megtételéhez, majd a legmegfelelőbb verzió kiválasztásához. A DESZKAMODELL KÉSZÍTÉS ELŐNYE: bizonyos működési rendellenességek pl. a „reteszelődés”, vagy a nemlinearitás („telítődés”) biztos kimutatása, HÁTRÁNYA: pl. a deszkamodell és a majdani valóságos áramkör szórt paramétereinek lényeges eltérése megváltoztathatja az áramkör működését. Vagyis az EMBER tervez! Innen kezdve, a szabályokat betartva: sokkal gyorsabban, olcsóbban, kényelmesebben, és ami a legfontosabb megbízhatóan: HIBA és /vagy TÉVESZTÉS-mentesen folytatódhat a Számítógéppel SEGÍTETT Tervezés (Computer Aided Design).
CAD Moduláramkör számítógéppel segített tervezése Tananyag Az ELVI ÉS FIZIKAI SZIMBÓLUM ÖSSZERENDELÉS („Tok-hozzárendelés” során) lesz pl. az „npn” tranzisztorból „SOT 23”-as tokozású eszköz. Ehhez használjuk a RAJZOLATELEMEK („Footprint”) KÖNYVTÁRÁt. Kezdődhet az ELRENDEZÉS TERVEZÉS A jó alkatrész-elrendezés a huzalozhatóság legfontosabb feltétele. Layout netlista Analóg/Digitális Szimuláció Szimulációs paraméterek Elvi és fizikai szimbólum („Tok-hozzárendelés”) Rajzolatelemek „Footprint” Elrendezés tervezés
CAD Moduláramkör számítógéppel segített tervezése Tananyag Az ELRENDEZÉS TERVEZÉSt az „ELRENDEZÉSI STRATÉGIA” irányítja. Ekkor csak alkatrész-kontúrok és pont-pont közötti összeköttetések („Connection”) látszanak. A különböző „tokokban” elhelyezkedő azonos funkciót ellátó áramkörök, vagy kivezetések cseréje egyszerűsítheti majd a huzalozást. Az ENGEDÉLYEZETT KAPU ÉS LÁBCSERÉK KÖNYVTÁRa tartalmazza az ehhez szükséges információkat. A hőmérséklet-érzékeny áramköri részeket nem szabad a nagy disszipációjú (és emiatt magas hőmérsékleten üzemelő) alkatrészek mellé helyezni. A panelon a hőmérséklet-eloszlást („ekvitermikus” vonalakkal vagy színekkel) a TERMIKUS ANALÍZIS programmal lehet szimulálni. Termikus analízis Elrendezés tervezés Elrendezési stratégia Engedélyezett kapu/lábcserék
CAD Moduláramkör számítógéppel segített tervezése Tananyag A HUZALOZÁS TERVEZÉS szintén különböző STRATÉGIÁKKAL végezhető. Ezek különböző rétegeken, területeken, algoritmusokkal, futtatási-fázis számmal működhetnek. (Kapu és lábcsere ebben a fázisban itt lehetséges). A későbbi hibamentes működést további programok segíthetik: Az elektromágneses zavarok hatása és keltése az EMC (Electro Magnetic Compatibility) ANALÍZIS, a jel-terjedési sebességek, áthallás, stb. hatásai a „JEL-TISZTASÁG” ANALIZIS programokkal vizsgálható. Termikus analízis Elrendezés tervezés Elrendezési stratégia EMC analízis Engedélyezett kapu/lábcserék „Jeltisztaság” analízis Huzalozás tervezés Huzalozási stratégia
CAD Moduláramkör számítógéppel segített tervezése Tananyag Dokumentációk: Az ELVI KAPCSOLÁSI RAJZ SZERKESZTŐ kimenetei „Post processz” dokumentációk: Alkatrész- és forrasztásoldali; rajzolatok és „sziták” NC Fúrógép vezérlés Az SM alkatrészek koordinátái Az SM alkatrészek „forrszemei” Az alkatrészek koordinátái „Jeltisztaság” analízis Huzalozás tervezés Huzalozási stratégia Dokumentációk „Post processz” dokumentációk: Kapcsolási rajz Alkatrész- lista Filmek, maszkok „Fúró- fájl” Ragasztó film vagy maszk Forrasz- paszta film „Beültetés -fájl”
CAD 23. tétel Vizsga-anyag 23. tétel. A számítógéppel segített tervezés menete. Moduláramkör számítógéppel segített tervezése. 1. dia: A két blokkvázlat (szövegekkel kitöltve) 2-3. dia: A számítógéppel segített tervezés blokkvázlata 5-14. dia: Moduláramkör számítógéppel segített tervezése (blokkvázlat magyarázó megjegyzésekkel)