HORIA CRSTEA

ADRIAN AVRAM MARIUS RANGU

TEHNOLOGIE ELECTRONICTEHNOLOGIE ELECTRONICTEHNOLOGIE ELECTRONICTEHNOLOGIE ELECTRONIC Proiectare i Aplicaii

TIMIOARA 2003

________________ * Ch.Harper & M.Miller Electronic Packaging, Microelectronics and Interconnection Dictionary, Ed.McGraw-Hill Inc., New York, 1993 ** Universitatea Politehnica Bucureti, Universitatea Tehnic Cluj-Napoca, Universitatea Tehnic Gh. Asachi Iai, Universitatea Politehnica Timioara

NU ESTE DESTUL S TII - TREBUIE S I

APLICI

J.W.Gothe

PREFA

n contextul dezvoltrii actuale a electronicii, majoritatea ramurilor produciei

industriale sunt influenate de doi factori dinamizatori: adoptarea de noi tehnologii i

organizarea fabricaiei n jurul unitilor flexibile, robotizate, super specializate. Toate

aceste preocupri prioritare actuale, intr n sfera de competen a domeniului de

cercetare Electronic Packaging* definit ca The engeneering discipline that

combines the engeneering and manufacturing technologies required to convert an

electrical circuit into a manufactured assembly. These include at least electrical,

mechanical and material design and many functions such as engeneering, manufacturing

and quality control.

Dezvoltarea exploziv a produciei de echipamente electronice miniatur

realizate n Tehnologia montrii pe suprafa n zona de Vest a Romniei (SOLECTRON,

ALCATEL, AEM, ABB, NOVAR, TELCO EFTC etc.) a impus reconsiderarea planurilor

de nvmnt la Universitatea Politehnica Timioara i adaptarea lor la cerinele

impuse de solicitrile industriei locale. Astfel, pe lng disciplinele tradiionale de

Tehnologia electronic au aprut discipline noi precum: Proiectarea asistat de calculator,

Construcia i Tehnologia echipamentelor electronice i Testarea echipamentelor

electronice la care autorii sunt titulari. Aceste discipline se constituie ca un forum al

cercetrii fundamentale i aplicative sub egida Packaging-ului electronic n cadrul

societilor internaionale: IEEE CPMT (Component Packaging and Manufacturing

Technology) i IMAPS (International Microelectronics and Packaging Society). Trebuie

evideniat faptul c n aciunea de promovare a packging-ului electronic i-au adus

aportul conjugat, toate cele patru Universiti tehnice** cu o lung tradiie n Electronic

din ara noastr. Astfel s-a reuit formarea unei reele de competen n domeniul

conceperii, proiectrii i realizrii modulelor electronice miniatur de mare fiabilitate i

mentenabilitate. Astzi, n Romnia se poate considera pe bun dreptate c este deja

format o coal puternic, capabil s modeleze resursa uman performant, care s se

implice n activitile de inovare, dezvoltare i realizare a produselor electronice moderne.

Cartea de fa elaborat de un colectiv de cadre didactice i de cercetare din

domeniul Packging-ului electronic de la Facultatea de Electronic i Telecomunicaii din

Universitatea Politehnica Timioara, ofer cititorului cele mai noi realizri ale

Tehnologiei electronice actuale n aplicaii. Coninnd elemente de proiectare asistat de

calculator CAD/CAM/CAE dar i un volum important de date, scheme, relaii i metode

de experimentare, lucrarea este deopotriv util studenilor ca obiect de studiu sau la

elaborarea proiectelor de diplom i de disertaie dar i inginerilor practicieni,

cercettorilor, doctoranzilor i managerilor unitilor productoare de echipamente

electronice.

Considerm c nelegerea teoretic i cunoaterea fenomenelor fizice i a

ecuaiilor matematice prin care pot fi modelate este benefic, dar numai verificarea lor

prin experien i aplicarea practic este meritorie i ofer satisfacia mplinirii.

Coninutul i substana crii ca i modalitile de expunere i prezentare au avut

mult de ctigat din discuiile purtate cu Dl. Prof.Univ. Dr. Ing. Paul Mugur Svasta de la

Universitatea Politehnica Bucureti cruia i rmnem recunosctori i l asigurm pe

aceast cale de ntreaga noastr gratitudine.

Suntem recunosctori celor care pe parcursul elaborrii crii n calitate de colegi,

prieteni sau rude apropiate au contribuit profesional i afectiv la definitivarea lucrrii. Nu

n ultimul rnd rmnem recunosctori conducerii Editurii AUGUSTA prin Dl. Director

Ing. Ioan Laslu pentru solicitudinea i interesul manifestat la apariia acestei lucrri ca i

tuturor celor care ne vor comunica propuneri de mbuntire a coninutului i formei de

prezentare.

Timioara, Prof.Dr.Ing. Horia Crstea

06 Decembrie 2003

Capitolul I

PROIECTAREA ASISTAT DE CALCULATOR A CABLAJELOR IMPRIMATE

I.1 INTRODUCERE

Unul dintre principiile ce guverneaz dezvoltarea electronicii moderne afirm: cu ct mai mic, cu att mai bine, iar materializri ale acestei tendine fac deja parte din viaa cotidian. Telefoanele mobile, agendele electronice sau calculatoarele portabile reprezint doar cteva dintre cele mai palpabile exemple. Miniaturizarea este posibil ca urmare pe de-o parte a dezvoltrii tehnologiei componentelor electronice, capabil s integreze un numr tot mai mare de blocuri funcionale pe aceeai pastil de Siliciu, i n aceeai msur ca urmare a dezvoltrii tehnologiilor de ncapsulare i interconectare, ce permit asamblarea dispozitivelor electronice n module miniatur compacte i fiabile. n aceste condiii, proiectarea structurilor de interconectare devine o specializare n sine, cu o problematic ampl ce nu se rezum la cunoaterea tehnologiei cablajelor imprimate, ci include studiul cmpurilor electromagnetice, al regimurilor termice i al solicitrilor mecanice, pentru care utilizarea calculatorului este indispensabil.

Materialul de fa i propune s reprezinte un ghid n domeniul proiectrii asistate de calculator (PAC) a cablajelor imprimate. Primul subcapitol este dedicat problematicii PAC, cu prezentarea etapelor pe care proiectantul trebuie s le parcurg pentru a concepe un modul electronic i a rolului calculatorului n fiecare dintre aceste etape. Urmtoarele cinci subcapitole sunt dedicate mediului de proiectare PROTEL99SE, fiind prezentate cteva aspecte generale legate de acesta, apoi cele patru componente majore ale oricrui proiect de cablaj imprimat: bibliotecile de componente, schema electronic, bibliotecile de amprente i cablajul imprimat. Particularizarea prezentrii pentru PROTEL99SE nu constituie un impediment n calea nsuirii principiilor ce stau la baza proiectrii cablajelor imprimate, acestea fiind valabile pentru orice mediu de proiectare asistat de calculator.

Urmtorul subcapitol prezint succint cteva aspecte eseniale de care proiectantul trebuie s in cont, legate de tehnologia cablajelor imprimate, compatibilitatea electromagnetic i studiul solicitrilor termo-mecanice. Materialul prezentat i propune doar o scurt trecere n revist i nu suplinete studiile dedicate acestor aspecte.

nainte de parcurgerea materialului propus, considerm util urmtoarea constatare: dup cum nu exist electronic fr cablaje imprimate, nu exist nici electronic performant care neglijeaz importana acestora.

Tehnologie Electronic Proiectare i Aplicaii2I.2 PROBLEMATICA PROIECTRII ASISTATE DE CALCULATOR

I.2.1 CE ESTE UN CABLAJ IMPRIMAT ?Orice modul electronic reprezint o colecie de componente electronice

interconectate astfel nct s realizeze o anumit funcie. La nivelul proiectrii funcionale, viitorul modul exist sub forma unei scheme electronice ce conine simbolurile componentelor utilizate i conexiunile ce trebuie realizate n vederea implementrii funciei dorite. Pentru a transforma ns o schem electronic ntr-un modul fizic, este necesar interconectarea propriu-zis a componentelor, funcie ndeplinit de cablajul imprimat.

ntr-o definiie simplificat, un cablaj imprimat ( PCB=Printed Circuit Board, PWB=Printed Wiring Board ) este o structur pasiv ce asigur interconectarea unor componente electronice ntr-un ansamblu unitar. Departe de a reprezenta o component nesemnificativ n ansamblul numit modul electronic, aa cum uneori exist tendina de a fi considerat, cablajul imprimat ndeplinete multiple funcii, dintre care menionm: fixarea mecanic a componentelor, interconectarea electric a acestora, evacuarea termic, ecranarea electromagnetic, interfaarea modulului cu mediul (panouri de interfa sau alt modul), implementarea unor circuite pasive cu parametri distribuii, etc.

Fig. I.1 Cablaj imprimat dublu stratificat

Un cablaj imprimat (figura I.1) este format din urmtoarele elemente:- Suport izolator, rigid sau flexibil.- Trasee conductoare, pentru interconectarea n plan orizontal a componentelor. Trasele

pot fi dispuse pe o singur suprafa a suportului (cablaj simplu stratificat), pe ambele suprafee (cablaj dublu stratificat) sau att pe cele dou suprafee ct i ngropate n suport (cablaje multi stratificate).

- Pastile de lipire (paduri), pentru montarea componentelor. Padurile destinate componentelor cu montare prin inserie (THD = Through Hole Devices) vor dispune n mod obligatoriu de guri pentru fixarea terminalelor, realiznd astfel i funcia de interconectare pe vertical, n timp ce padurile destinate componentelor cu montare pe suprafa (SMD = Surface Mounted Devices) nu necesit guri de inserie.

traseu fa

suport

via

traseu spate

PadGaur de inserie metalizat

Proiectarea Asistat de Calculator a Cablajelor Imprimate 3- Guri de trecere (via), pentru interconectarea pe vertical a componentelor. Aceste

guri, necesare doar pentru cablaje dublu i multi stratificate, sunt n mod obligatoriu metalizate i au de obieci un diametru mai mic dect cel al gurilor de inserie.

I.2.2 ROLUL CALCULATORULUI N PROIECTAREA MODULELOR ELECTRONICEn cele ce urmeaz se vor enumera etapele proiectrii unui modul electronic,

prezentndu-se pentru fiecare n parte operaiile ce pot fi asistate de ctre calculator.1. Proiectarea funcional: const n alegerea componentelor necesare aplicaiei i

determinarea modului de interconectare a acestora. Rezultatul proiectrii funcionale l reprezint o schem electronic. n aceast etap calculatorul poate fi utilizat pentru descrierea, sinteza i simularea schemei electronice, utiliznd programe din categoria CAE ( Computer Aided Engineering).

2. Concepia echipamentului: alegerea componentelor din cataloagele productorilor, apoi n funcie de gabaritul acestora i cerinele specifice aplicaiei, alegerea carcasei echipamentului i proiectarea panourilor de interfa. Programe de tip CAD ( Computer Aided Design ) orientate pe procesri geometrice (AutoCad, Catia, etc) sunt deosebit de utile n aceast etap.

3. Proiectarea cablajului imprimat: alocarea pe cablaj a unui spaiu corespunztor fiecrei componente din schema electronic i interconectarea acestora prin trasee conductoare dispuse pe unul sau mai multe niveluri, paduri i via. n aceast etap este critic utilizarea unui software de tip CAD dedicat proiectrii PCB, care s preia cel puin operaia de generare la scar a desenelor de cablaj.

4. Analiza modulului virtual: este o etap ce se poate realiza exclusiv cu ajutorul calculatorului, ce const n estimarea parametrilor electrici, electromagnetici, termici i mecanici reali, lund n considerare nu doar efectele urmrite ale structurii de interconectare, ci i cele parazite, legate de cuplaje, reflexii, radiaii, etc. Aceast etap le valideaz pe cele anterioare i permite estimarea fiabilitii i predicia timpului de via al viitorului produs.

5. Generarea fiierelor de fabricaie (CAM = Computer Aided Manufacture): innd cont de faptul c marea majoritate a utilajelor implicate n fabricarea cablajelor imprimate sunt automatizate i comandate de ctre calculator, este necesar transcrierea informaiilor proiectului ntr-un format independent de software-ul utilizat i care poate fi neles de ctre calculatoarele de proces, prin generarea unor fiiere specifice (de tip list-de-comenzi).

Tehnologie Electronic Proiectare i Aplicaii4I.2.3 CONINUTUL UNUI PROIECT DE CABLAJ IMPRIMAT

Proiectarea unui modul electronic presupune parcurgerea etapelor prezentate n paragraful anterior, una dintre acestea fiind proiectarea cablajului imprimat. n figura I.2 sunt reprezentate elementele pe care trebuie s le conin un proiect de cablaj imprimat i corelaiile dintre acestea.

Fig. I.2 Elementele unui proiect de cablaj imprimat

Aspectele specifice fiecruia dintre elementele prezentate mai sus vor fi prezentate pe parcursul paragrafelor urmtoare.

Proiectarea Asistat de Calculator a Cablajelor Imprimate 5I.3 MEDIUL DE PROIECTARE ASISTAT DE CALCULATOR PROTEL 99SE

I.3.1 COMPONENTELE MEDIULUI DE PROIECTAREn primul rnd, trebuie subliniat faptul c PROTEL99SE nu este propriu-zis un

program, ci un mediu de proiectare complet integrat. Programatorii fac distincie ntre o aplicaie de tip desktop i una de tip client / server, n sensul c n prima situaie exist un singur program ce ruleaz independent de restul sistemului, pe cnd n cazul celei de-a doua exist o multitudine de componente, fiecare cu o funcie bine definit (servere), care conlucreaz (uneori simultan) la ndeplinirea sarcinii solicitate, gestionate la nivelul unui program denumit client, ce realizeaz legtura dintre aceste motoare de prelucrare i utilizator. Cu toate c dezvoltarea acestui subiect nu face parte dintre obiectivele prezentei lucrri, este important, ca utilizatori de software, s nelegem cum sunt organizate uneltele de care ne folosim.

PROTEL99SE este o aplicaie de tip client / server complex, ale crei principale componente sunt:- Design Explorer: programul client ce implementeaz interfaa dintre utilizator i

uneltele de proiectare instalate (servere).- PLD Design: serverul pentru descrierea structurilor logice programabile- Schematic Editor: serverul pentru descrierea schemelor electronice- Circuit Simulator: serverul ce realizeaz simularea funcional a schemelor

electronice- PCB Layout: serverul pentru proiectarea cablajelor imprimate- PCB AutoRouting: serverul ce realizeaz interconectarea automat a componentelor

pe cablajul imprimat- Signal Integrity: serverul pentru analiza integritii semnalelor transportate pe

modulul virtual.Programul lansat n execuie atunci cnd se dorete utilizarea mediului de

proiectare este aplicaia client, adic Design Explorer, serverele fiind apelate de ctre acesta la solicitarea proiectantului.

I.3.2 INTERFAA CU UTILIZATORULAa cum s-a menionat mai devreme, interfaa utilizatorului cu uneltele de lucru

este implementat la nivelul aplicaiei client, Design Explorer. Interfaa este particularizat n funcie de cerinele serverului activ, astfel nct fereastra aplicaiei va arta diferit n etape diferite ale proiectului, existnd ns anumite caracteristici generale ce vor fi prezentate pe parcursul acestui paragraf.

Interfaa cu utilizatorul a mediului de proiectare PROTEL99SE (figura I.3) va conine n mod obligatoriu urmtoarele elemente:

Tehnologie Electronic Proiectare i Aplicaii6- MENIUL PRINCIPAL, localizat n partea de sus a ferestrei aplicaiei. Pentru o parte

dintre opiunile oferite de acesta, dedesubt exist o serie de butoane de accelerare (pictograme), cum ar fi: pentru ascunderea / vizualizarea panoului de navigare.

Fig. I.3 Interfaa cu utilizatorul a mediului de proiectare PROTEL99SE

- PANOUL DE NAVIGARE. Acesta permite gestionarea tuturor documentelor proiectului (proiectelor), i opereaz n mod asemntor aplicaiei Windows Explorer.

- FEREASTRA PROIECTULUI: Aceasta este o fereastr multi-document, n sensul c toate documentele proiectului vor fi vizualizate la nivelul acesteia. Existena simultan a mai multor asemenea ferestre este posibil doar n situaia n care mai multe proiecte sunt deschise n acelai timp.

- ETICHETE DOCUMENTE: Fiecrui document deschis al unui proiect i este asociat o etichet ( numele documentului ) ce va fi reprezentat pe latura orizontal de sus a ferestrei proiectului. Etichetele permit selecia rapid a documentului ce se dorete a fi vizualizat fr a apela la panoul de navigare, care adeseori, datorit spaiului de lucru pe care l ocup, devine stnjenitor i trebuie ascuns.

Celor mai multe dintre obiectele interfeei cu utilizatorul le este asociat cte un meniu rapid, ce se activeaz cu butonul din dreapta al mouse-ului. Acolo unde se consider relevant vor fi prezentate opiunile meniului, fiind recomandat utilizatorilor explorarea pe cont propriu a acestuia, cu promisiunea c utilizarea eficient a meniului rapid poate reduce considerabil timpul de lucru alocat proiectului.

Meniul principal

Panoul de navigare

Fereastraproiectului

Etichete documente

Butoane accelerare

Proiectarea Asistat de Calculator a Cablajelor Imprimate 7I.3.3 ORGANIZAREA DOCUMENTELOR

Una dintre particularitile mediului de proiectare PROTEL99SE este modul de stocare al documentelor: toate documentele unui proiect, indiferent c acestea sunt proprii (scheme electronice, desene de cablaj, etc.) sau create cu ajutorul altor aplicaii Windows (text, imagini, etc.), sunt stocate pe disc sub forma unui singur fiier cu extensia DDB. Aceast modalitate de stocare este deosebit de util n ceea ce privete gestionarea componentelor proiectului, n special odat cu creterea complexitii acestuia, ns nu e obligatorie, documentele putnd fi stocate i ca fiiere distincte.

O imagine de ansamblu a modului de organizare a documentelor specific mediului de proiectare PROTEL99SE este reprezentat n figura I.4. Pe disc exist doar fiierul-proiect, cu extensia DDB, care conine toate celelalte documente. n interiorul proiectului, acestea sunt organizate pe dosare (folders), fiecare dintre acestea putnd s conin oricte i orice tip de documente.

La crearea unui nou proiect, utilizatorului i se solicit specificarea numelui i a locaiei pe disc pentru fiierul-proiect (.DDB), precum i modalitatea de stocare: MS Access Database (toate documentele ntr-un singur fiier) sau Windows File System (fiiere distincte pentru documente distincte). Implicit, un proiect nou va conine un dosar numit Documents; acest fapt trebuie privit ca pe o sugestie nu ca pe o constrngere, dosarul putnd fi redenumit sau ters. Este totui recomandat organizarea ntr-un fel sau altul a documentelor.

Crearea unui document se face n momentul n care n fereastra proiectului este deschis dosarul n care dorim s-l pstrm, fie selectnd din meniul FILE opiunea NEW, fie activnd meniul rapid asociat ferestrei proiectului i selectnd comanda NEW. Dup aceast operaie, pe ecran va apare o fereastr de interogare de tipul celei din figura I.5, care solicit utilizatorului s specifice tipul documentului ce se dorete a fi creat.

Tipurile de documente cel mai des utilizate sunt:- Schematic Document: schem electronic- Schematic Library Document: bibliotec de componente electronice- PCB Document: cablaj imprimat- PCB Library Document: bibliotec de amprente de cablaj

Fig. I.4 Organizarea documentelor specific mediului de proiectare PROTEL99SE

Tehnologie Electronic Proiectare i Aplicaii8

Observaie: Implicit, n fereastra de interogare din figura I.5 sunt prezentate doar documentele interne ale mediului de proiectare, adic cele create utiliznd ca editor unul dintre serverele PROTEL99SE. n partea de jos a acestei ferestre exist o caset de validare denumit Show All Document Kinds; activarea acesteia determin extinderea opiunilor la orice tip de document ce poate fi editat de ctre unul dintre programele instalate pe calculator. Este posibil n felul acesta stocarea i editarea tuturor informaiilor proiectului n acelai fiier DDB, fr a fi necesar apelarea explicit a altor programe.

Gestionarea documentelor (tergere, redenumire) se poate face fie din panoul de navigare, fie direct din dosarul deschis n fereastra proiectului, la acest nivel documentele fiind reprezentate sub forma unor pictograme ce reflect tipul fiecruia (schem electronic, bibliotec, etc.).

nchiderea unui document se face selectnd opiunea CLOSE din meniul rapid (butonul din dreapta al mouse-ului) asociat etichetei documentului respectiv. nchiderea proiectului se realizeaz prin nchiderea ferestrei acestuia.

Observaie: Dosarelor proiectului le este de asemenea asociat cte o etichet, fiind tratate din acest punct de vedere la fel ca orice document.

Fig. I.5 Fereastra de interogare pentru crearea unui nou document

Proiectarea Asistat de Calculator a Cablajelor Imprimate 9I.4 SCHEME ELECTRONICE

I.4.1 DESCRIEREA SCHEMELOR ELECTRONICE CU AJUTORUL CALCULATORULUIO schem electronic este o reprezentare simbolic a funcionalitii circuitului

proiectat. Indiferent dac desenarea schemei se realizeaz pe hrtie sau ntr-un mediu de proiectare, aceasta este format dintr-o colecie de simboluri de componente electronice, interconectate ntr-un anumit fel. Diferena esenial dintre o schem desenat pe hrtie (sau chiar cu ajutorul unui program grafic) i o schem realizat n cadrul unui mediu de proiectare este c n al doilea caz toate obiectele au semnificaie. S considerm, pentru exemplificare, circuitul simplu reprezentat n figura I.6.

Pentru a desena pe hrtie aceast schem, va trebui s trasai linii, puncte i s scriei cteva texte, iar rezultatul va fi un desen a crui interpretare poate fi fcut doar de ctre omul ce o privete, pentru care dou linii paralele au semnificaia de condensator, punctul are semnificaia de conexiune, .a.m.d. Pentru ca acest desen s aib semnificaie i pentru calculator, schema electronic de mai sus trebuie nu desenat, ci descris, adic informaia transmis pe alt cale dect cea vizual. Imaginai-v situaia n care dorii s transmitei schema de mai sus unei persoane cu care putei comunica doar verbal. Va trebui s descompunei desenul ntr-o succesiune de elemente pe care cealalt persoan le poate reconstrui pe baza unui minim de informaii, i probabil vei spune rezisten R1, 10k, pe orizontal, la dreapta condensator C1, 100n, pe vertical, . Vei realiza n felul acesta o descriere a schemei de mai sus, pe baza descompunerii ntr-o serie de elemente simple, fiecare dispunnd de o serie de proprieti distincte (nume, valoare, poziie, etc).

Realizarea ntr-un mediu de proiectare a unei scheme electronice este o operaie asemntoare celei menionate mai sus: va trebui s informai calculatorul, pas cu pas, ce componente dorii s conin schema electronic, unde s fie plasate acestea, ce nume s aib, ce valoare, cu ce alte componente s fie interconectate, etc. Altfel spus, vei descrie schema electronic ca pe o colecie de simboluri, fiecruia fiindu-i asociate anumite proprieti. Simbolurile utilizate la descrierea schemei pot fi mprite n trei categorii:- simboluri de componente (rezisten, condensator, etc.)- simboluri de interconectare (fir, punct de conexiune, etc.)- simboluri grafice (fr semnificaie electric)

Fig. I.6 Exemplu de schem electronic

Tehnologie Electronic Proiectare i Aplicaii10I.4.2 EDITORUL DE SCHEME ELECTRONICE

Pentru descrierea schemelor electronice, mediul de proiectare pune la dispoziia utilizatorului un editor dedicat, ce este apelat de fiecare dat cnd este deschis un document de tip Schematic. La deschiderea unui nou document de acest tip, fereastra aplicaiei va arta conform reprezentrii din figura I.7:

Fig. I.7 Interfaa editorului de scheme electronice

O prim observaie referitoare la interfaa editorului este c panoul de navigare este acum dublu, existnd att pagina de gestionare a documentelor (Explorer), ct i o pagin de gestionare a schemei (Browse Sch), ambele fiind etichetate i putnd fi astfel activate dup.necesiti.

Principalele elemente ale editorului de scheme electronice sunt:- FOAIA DE LUCRU, care ocup aproape n ntregime fereastra proiectului, este zona

n care se amplaseaz toate simbolurile. Pentru a vizualiza foaia de lucru mai de aproape (funcia zoom-in) sau mai de departe (funcia zoom-out) este suficient s utilizai tastele PageUp, respectiv PageDown. n plus, centrarea se realizeaz ntotdeauna pe cursorul mouse-ului, adic va fi apropiat zona indicat a foii de lucru, astfel nct, utiliznd simultan tastatura i mouse-ul, putei naviga deosebit de eficient n foaia de lucru, fr a apela la barele de derulare (scroll) pe orizontal i vertical, a cror utilizare este de multe ori greoaie.

List biblioteci

List componente

Foaia de lucru

Unelte electrice

Unelte grafice

Reprezentaresimbol

Proiectarea Asistat de Calculator a Cablajelor Imprimate 11- LISTA DE BIBLIOTECI: Dup cum s-a specificat deja, schemele electronice se

realizeaz prin amplasarea pe foaia de lucru a unor simboluri, unele dintre acestea fiind simboluri de componente. Acestea sunt grupate (de obicei dup funcia ndeplinit) n biblioteci de simboluri de componente, sau, mai simplu, biblioteci de componente, despre care se va discuta mai n detaliu n capitolul urmtor. Ceea ce trebuie tiut n aceast etap este faptul c, din multitudinea de biblioteci ce pot exista la un moment dat pe calculatorul pe care se lucreaz, doar unele sunt asociate cu proiectul, i acestea sunt enumerate n partea de sus a panoului de navigare, utilizatorul avnd posibilitatea de a-i alege n orice moment biblioteca cu care lucreaz.

- LISTA DE COMPONENTE: prezint coninutul bibliotecii de componente selectate din lista de mai sus. Componentele sunt identificate dup un nume generic, sau referin de bibliotec, noiuni ce nu trebuie confundate cu numele instanierii. Distincia poate fi uor neleas pe baza unui exemplu: oricte rezistene am amplasa pe foaia de lucru, ele vor fi instanieri ale aceluiai obiect, adic toate vor fi rezistene i vor avea referina de bibliotec RES2, ns pe schem vor fi identificate printr-un nume ce le este propriu: R1, R2, etc.

Atenie ! Lista de componente prezint coninutul bibliotecii curente, adic lista simbolurilor ce pot fi amplasate pe foaia de lucru, nu lista componentelor deja amplasate.

- REPREZENTARE SIMBOL: n acest spaiu este reprezentat simbolul componentei selectate din lista de mai sus

- UNELTE ELECTRICE: simbolurile de interconectare se amplaseaz nu din biblioteci, ci apelnd la unelte de lucru electrice, grupate ntr-o fereastr denumit Wiring Tools. Aceste unelte vor fi apelate pentru plasarea simbolurilor de fir de conexiune, magistral, mas, etc.

- UNELTE GRAFICE: n mod asemntor celor descrise mai sus, exist o fereastr n care sunt grupate uneltele utilizate pentru amplasarea simbolurilor grafice, denumit Drawing Tools. Simbolurile grafice (linie, cerc, text, etc.) nu au nici o semnificaie electric, ceea ce nseamn c nu furnizeaz mediului informaii ce pot fi utilizate n etapele ulterioare ale proiectului, ci furnizeaz utilizatorului o serie de detalii suplimentare, legate de cele mai multe ori de funcionarea schemei.

Observaie: aceste dou ferestre pot fi amplasate oriunde n spaiul aplicaie, sau ataate uneia dintre laturile ferestrei Design Explorer, printr-o operaie de mutare specific aplicaiilor Windows (drag & drop), situaie n care se transform n bare de unelte ( Toolbars ).

Tehnologie Electronic Proiectare i Aplicaii12

Fig. I.8 Fereastra de selecie a componentelor

I.4.3 SIMBOLURI DE COMPONENTESimbolurile de componente se amplaseaz prin foaia de lucru prin preluarea

dintr-una din bibliotecile asociate proiectului, utiliznd una dintre metodele: Din panoul de navigare, selecia bibliotecii din LISTA DE BIBLIOTECI, selecia componentei din LISTA DE COMPONENTE, apoi apsarea butonului Place localizat sub aceasta sau apsarea dubl a butonului din stnga al mouse-ului, pe numele generic al componentei. Apsarea butonului Browse, fie cel localizat pe panoul de navigare, sub lista de biblioteci, fie din fereastra de amplasare componente, activat din meniul PLACEcomanda PART sau cu butonul din bara de unelte electrice. Indiferent de modul de apelare, pe ecran va aprea fereastra de selecie a componentelor reprezentat n figura I.8, care permite alegerea componentei dorite la fel ca i panoul de navigare, i amplasarea acesteia utiliznd butonul Place.

Observaie: Mediului de proiectare i pot fi asociate noi biblioteci utiliznd comanda Add/Remove, fie din panoul de navigare, fie din fereastra de selecie componente, fie din meniul Design.

Indiferent de modul n care se selecteaz componenta, dup execuia comenzii de amplasare (Place), de cursorul mouse-ului va fi ataat simbolul componentei respective. n acest moment, nainte de plasarea propriu-zis, pot fi efectuate o serie de operaii asupra componentei, dintre care cele mai importante sunt:- rotirea n sens trigonometric, cu un

pas de 90, prin apsarea tastei SPACE

- oglindirea pe orizontal, prin apsarea tastei X

- oglindirea pe vertical, prin apsarea tastei Y- editarea proprietilor implicite, prin apsarea tastei Tab

n momentul n care simbolul de component are poziia i orientarea dorit, amplasarea propriu-zis se realizeaz prin apsarea butonului din stnga al mouse-ului sau a tastei Enter, dup care se poate continua n acelai mod amplasarea orictor instanieri ale aceluiai simbol. ncheierea modului de amplasare se realizeaz apsnd butonul din dreapta al mouse-ului sau tasta Esc.

Proiectarea Asistat de Calculator a Cablajelor Imprimate 13Observaie: Implicit, amplasarea tuturor obiectelor pe foaia de lucru se poate face doar

n nodurile unei grile rectangulare, a crei utilitate va fi discutat n paragraful urmtor. Dac se dorete amplasarea simbolului ntr-o poziie oarecare, independent de pasul grilei (fapt recomandat doar dac este absolut necesar) acest lucru se poate realiza prin meninerea apsat a tastei Ctrl n timpul poziionrii simbolului.

Dup amplasarea unui simbol pe foaia de lucru, acesta are anumite proprieti ce trebuie modificate pentru a satisface cerinele aplicaiei (cu riscul de a deveni scitori, menionm nc odat c proprietile implicite ale oricrui obiect pot fi editate prin apsarea tastei Tab n momentul n care acesta este ataat de cursorul mouse-ului, facilitate ce poate accelera considerabil procesul de editare a schemei electronice).

Proprietile unei componente pot fi editate printr-o apsare dubl a butonului din stnga al mouse-ului, cu cursorul poziionat pe simbolul componentei, sau activarea meniului rapid asociat acestuia (butonul din dreapta al mouse-ului) i selecia opiunii Properties. Indiferent de modul de apelare, pe ecran va aprea fereastra de editare a proprietilor reprezentat n figura I.9.

Fereastra conine 4 pagini etichetate Attributes, Graphical Attrs, Part Fields i Read-Only Fields, dintre care va fi prezentat doar prima, anume cea pentru proprietile electrice ale componentei. Aceasta conine urmtoarele cmpuri:- Lib Ref: referina de bibliotec a componentei,

ce nu trebuie modificat- Footprint: amprenta de cablaj asociat, despre

care se va discuta mai trziu- Designator: numele componentei (R1, C5, etc.),

prin care aceasta este identificat n cadrul schemei. Atenie ! Cmpul Designator trebuie n mod

obligatoriu s conin cel puin un caracter (n caz contrar componenta nu va fi transportat la nivelul cablajului imprimat), i toate numele componentelor de pe toate schemele proiectului trebuie s fie distincte (n caz contrar pe cablajul imprimat toate componentele cu acelai nume vor fi tratate ca o singur component)

- Part Type: tipul componentei. Pentru componentele pasive acest cmp se completeaz cu valoarea acesteia (100k, 10n, etc), iar pentru cele active cu codul de serie (1N4148, BC171, etc.).

- Part: indicele de parte, pentru componente distribuite.

Fig. I.9 Fereastra de editare a proprietilor componentei

Tehnologie Electronic Proiectare i Aplicaii14

Observaie: submultiplii se noteaz m pentru mili, u pentru micro, n pentru nano i p pentru pico, iar multiplii cu k pentru kilo i meg pentru mega. La realizarea cablajului imprimat cmpul Part Type este interpretat doar ca i comentariu, ns dac se dorete simularea schemei electronice, este important respectarea conveniilor de notaie de mai sus.

Exist componente, dintre care cel mai des ntlnite sunt porile logice, care, dei grupate mai multe n aceeai capsul sunt independente funcional. Un exemplu de astfel de component este circuitul 4001 reprezentat n figura I.10, care conine 4 pori SAU-NU independente.

Fig. I.10 Circuitul 4001: a) Structura intern b) Componenta distribuit

Fizic, cele patru pori logice notate A, B, C i D se afl n aceeai capsul, avnd intrrile i ieirile conduse la pinii circuitului conform structurii reprezentate n figura I.10.a, deci reprezint o singur component. Este evident ns c un asemenea simbol nu poate fi utilizat ntr-o schem electronic, cel puin nu fr a o face ilizibil, deoarece lanul de prelucrare trebuie s fie cursiv i s reflecte sensul n care e parcurs de ctre semnale. Din acest motiv, componenta nu va fi reprezentat sub forma unui singur simbol electronic ce conine patru pori logice, ci sub forma a patru simboluri distincte, ce pot fi amplasate independent pe foaia de lucru, fiind vorba n aceast situaie de o component distribuit, cu patru pri. Indiferent unde vor fi plasate pe schem cele patru simboluri din figura I.10.b, mediul de proiectare va ti c ele aparin aceleiai componente prin faptul c toate au acelai nume (cmpul Designator este, n exemplul din figur, completat cu U1). Distincia dintre cele patru pri ale componentei se face prin completarea cu un indice de parte diferit n cmpul Part al fiecrui simbol, sufixul A fiind automat adugat simbolului cu indicele 1, B celui cu indicele 2, .a.m.d.

Atenie ! Sufixele A, B, C, etc. nu sunt introduse de ctre utilizator !!!

a. b.

Proiectarea Asistat de Calculator a Cablajelor Imprimate 15

I.4.4 SIMBOLURI DE INTERCONECTAREDup amplasarea componentelor pe foaia de lucru acestea trebuie interconectate,

operaie ce se poate realiza n mai multe moduri. Exist dou categorii de conexiuni: prin adiacen i prin etichetare; indiferent de modalitatea utilizat, conectarea electric a unui simbol se poate realiza doar n anumite puncte, de obicei situate la extremitile simbolului, denumite puncte de conexiune. Simbolurile electrice vor avea deci cel puin un punct de conexiune, n timp ce simbolurile grafice nu vor avea nici unul.

Interconectarea prin adiacen presupune poziionarea simbolurilor electronice astfel nct acestea s aib un punct de conexiune comun, sau, altfel spus, cele dou simboluri s fie adiacente ntr-un punct de conexiune. Principiul adiacenei se bazeaz pe poziionri geometrice, i din acest motiv devine important utilizarea unei grile (Grid). Aceasta presupune poziionarea tuturor simbolurilor n nodurile unei reele recangulare cu pasul predefinit, ceea ce, pe lng alinierea obiectelor din schem, simplific mult operaiile de interconectare prin adiacen. Grila este vizibil pe foaia de lucru (dac scara la care aceasta e privit e suficient de mare) i poate fi dezactivat sau modificat din fereastra Document Options (meniul rapid al foii de lucru sau meniul principal, opiunile Design Options)

Observaie: n momentul n care de cursorul mouse-ului este ataat un simbol cu semnificaie electric (component, fir, etc) i acesta se afl ntr-un punct n care se poate realiza o interconectare prin adiacen, la cursor se adaug un disc.

Interconectarea prin etichetare presupune asocierea punctelor de conexiune cu cte o etichet (un nume), conectarea realizndu-se ntre punctele pentru care exist coresponden de nume, indiferent de poziionrile geometrice ale acestora.

n continuare se vor prezenta cele 7 modaliti de interconectare posibile.1. Adiacena direct: presupune suprapunerea geometric a dou puncte de conexiune aparinnd a dou obiecte electrice diferite, conform figurii I.11. Se observ att grila de poziionare, ct i marcarea adiacenei punctelor de conexiune prin discul ataat cursorului mouse-ului.

Atenie ! Adiacena trebuie s se realizeze ntre punctele de conexiune, situate la extremitile terminalelor componentelor

2. Interconectarea cu fire: ntre punctele de conexiune ale terminalelor componentelor se traseaz fire (Wire). Intrarea n modul de trasare a firelor se realizeaz selectnd opiunea Wire din meniul Place, selectnd opiunea Place Wire din meniul rapid asociat foii de lucru sau apsnd butonul din bara de unelte electrice.

n modul de editare a firelor, cursorul mouse-ului are form de cruce, peste care se suprapune un disc n momentul n care cursorul e poziionat deasupra unui punct de

Fig. I.11 Interconectarea prin adiacen direct

Tehnologie Electronic Proiectare i Aplicaii16conexiune. Editarea se face din puncte, fiecare apsare a butonului din stnga al mouse-ului sau a tastei Enter plasnd pe foaia de lucru un punct care va fi unit automat cu cel anterior (dac exist). Ieirea din modul de trasare a firelor se face fie prin apsarea butonului din dreapta al mouse-ului, fie prin apsarea tastei Esc. Un exemplu de realizare

a conexiunilor prin fire este reprezentat n figura I.12.

Traseul unui fir poate fi editat i dup plasarea iniial a acestuia. Selectnd firul printr-o apsare a butonului din stnga al mouse-ului, pe ecran vor deveni vizibile punctele din care e definit acesta (figura I.13). Punctele de definire (sau chiar segmente ntregi) pot fi apoi mutate (drag & drop) avnd ca efect modificarea firului pentru a urmri traseul definit de noua poziionare.

Fig. I.13 Repoziionarea punctelor de definire

Punctele de conexiune ale unui fir sunt alocate dinamic, pe baza prediciei editorului de scheme referitoare la intenia proiectantului. Astfel, iniial doar cele dou extremiti ale firului reprezint puncte de conexiune. Pe parcursul trasrilor ulterioare, orice punct al firului aflat n relaie de adiacen cu un punct de conexiune, va deveni la rndul su punct de conexiune. Alocarea dinamic este ilustrat n figura I.14.

n exemplul a, doar extremitile firelor reprezint puncte de conexiune, astfel nct intersecia este posibil fr conectare electric. n exemplul b, dei firul vertical nu intersecteaz firul orizontal n niciunul dintre capetele acestuia, centrul celui de-al doilea devine punct de conexiune deoarece este adiacent unei extremiti a firului vertical.

Fig. I.14 Alocarea dinamic a punctelor de conexiune

n figura I.14.b se observ c intersecia celor dou fire este marcat n punctul de conexiune. Acest simbol se numete jonciune (Junction) i poate fi plasat i manual, fornd un punct oarecare al unui fir s devin punct de conexiune.

O jonciune poate fi plasat utiliznd opiunea Junction din meniul Place saubutonul din bara de unelte electrice, ns datorit modului de alocare dinamic a punctelor de conexiune descris mai sus, acest lucru este arareori necesar.

a. b.

Puncte definire

Fig. I.12 Interconectarea prin fire

Proiectarea Asistat de Calculator a Cablajelor Imprimate 173. Interconectarea cu etichete: presupune asocierea mai multor puncte de conexiune cu cte o etichet (nume), conectarea realizndu-se ntre acele puncte ce au acelai nume. Interconectarea prin etichete este ilustrat n figura I.15.

Intrarea n modul de plasare a etichetelor se realizeaz selectnd opiunea Net Label din meniul Place sau cu ajutorul butonului din bara de unelte electrice. La fel ca orice alt obiect, acestea pot fi configurate nainte de plasarea propriu-zis (tasta Tab), se plaseaz utiliznd butonul din stnga al mouse-ului sau tasta Enter, ieirea din acest mod de lucru realizndu-se prin apsarea butonului din dreapta al mouse-ului sau a tastei Esc.

Observaie: editorul de scheme electronice ofer facilitatea de incrementare automat a etichetelor. Dac spre exemplu se stabilete ca implicit ( tasta Tab ) numele A0 pentru etichete, urmtoarele plasate vor fi denumite automat A1, A2, .a.m.d.

Fiind un obiect electric, eticheta trebuie plasat doar n punctele de conexiune i respect regulile de adiacen prezentate mai sus. Atributele unei etichete (cmpul Netreprezint numele acesteia) se editeaz dup plasarea pe foaia de lucru, printr-o apsare dubl a butonului din stnga al mouse-ului sau selectarea opiunii Properties din meniul rapid asociat etichetei.

4. Interconectarea prin magistral:n situaiile n care trebuie realizat un numr mare de conexiuni ce parcurg acelai

traseu, conducerea acestora cu fire devine o operaie consumatoare de timp, care ncarc n mod nejustificat schema electronic. Soluia adoptat n aceast situaie este utilizarea unor magistrale, care sunt obiecte electrice capabile s conduc un numr nelimitat de semnale utiliznd acelai simbol. Cu toate c nu exist nici o constrngere legat de implementarea fizic a magistralei, aceasta poate fi perceput mai uor prin asemnareacu un cablu multifilar, n sensul c mai multe semnale distincte sunt conduse ntre aceleai puncte utiliznd un obiect (cablul) aparent unitar.

Pentru realizarea unei conexiuni cu ajutorul unei magistrale trebuie parcurse urmtoarele etape:1. Trasarea magistralei, ntre punctele ce se doresc a fi conectate prin mai multe semnale. Magistrala se traseaz utiliznd aceleai reguli ca i pentru fire, intrarea n modul de editare al acesteia realizndu-se selectnd opiunea Bus din meniul Place sau utiliznd butonul din bara de unelte electrice.2. Conducerea semnalelor la magistral, utiliznd fire. Intersecia direct dintre fire i magistral nu este posibil, astfel nct firele vor fi trasate doar pn n imediata apropiere a magistralei (la un pas de gril)

Observaie: Deoarece firele nu se pot conecta direct la magistral, interseciile dintre aceste simboluri reprezint o problem doar estetic, nu i de corectitudine a realizrii schemei.

Fig. I.15 Interconectarea cu etichete

Tehnologie Electronic Proiectare i Aplicaii183. Conectarea firelor la magistral, utiliznd simboluri dedicate numite intrri de magistral. Trecerea n modul de plasare a acestora se realizeaz fie selectnd opiunea Bus Entry din meniul Place, fie utiliznd butonul din bara de unelte electrice. Intrrile de magistral au dimensiunea predefinit i puncte de conexiune n ambele capete. De asemenea, acestea sunt simetrice, prin urmare nu are importan care dintre extremiti se conecteaz pe magistral i care pe fir.4. Etichetarea semnalelor. Deoarece mai multe conexiuni sunt realizate utiliznd acelai simbol de interconectare, toate semnalele care intr sau ies de pe magistral trebuie identificate prin asocierea cu cte o etichet. Se aplic n aceast situaie aceleai reguli de interconectare valabile pentru etichete: semnalele care au acelai nume vor fi conectate electric.

n figura I.16 sunt ilustrate etapele conectrii prin magistral descrise mai sus.

Fig. I.16 Etapele interconectrii pe magistral

5. Interconectarea cu porturi de semnal: se realizeaz dup aceleai reguli ca i interconectarea cu etichete, adic semnalele crora li s-au asociat porturi cu acelai nume vor fi interconectate. Intrarea n modul de plasare a porturilor se realizeaz fie selectnd din meniul Place opiunea Port, fie utiliznd butonul din bara de unelte electrice. Plasarea propriu-zis se realizeaz din dou apsri succesive ale tastei Enter sau ale butonului din stnga al mouse-ului, fiecare dintre acestea stabilind poziia unui capt al portului. La fel ca i intrrile de magistral, porturile sunt simetrice, astfel nct nu are importan care capt se conecteaz la fir.

Porturile sunt simboluri de interconectare mai complexe dect etichetele; n primul rnd, acestea pot realiza conexiuni nu doar n cadrul schemei curente, ci i ntre

Proiectarea Asistat de Calculator a Cablajelor Imprimate 19scheme diferite, subiect ce va fi tratat mai pe larg n paragraful referitor la proiectarea ierarhic. Porturile sunt de asemenea direcionale, adic, la cererea utilizatorului, pot pstra i informaie referitoare la sensul n care sunt parcurse de semnal. n plus, nsi modalitatea de reprezentare grafic a portului furnizeaz informaii legate de sensul semnalului, ceea ce faciliteaz urmrirea schemei electronice.

Dintre principalele proprieti ale unui port, menionm:- Name: numele portului, cu ajutorul cruia se realizeaz conexiunile electrice (toate

porturile cu acelai nume vor fi interconectate)- Style: modul de reprezentare grafic a portului (spre stnga, spre dreapta, etc.); acesta

este un atribut grafic i nu influeneaz cu nimic posibilitile de interconectare- I /O Type: direcia semnalului; portul poate fi de intrare, de ieire, bidirecional sau

fr un sens specificat.n figura I.17 este exemplificat o interconectare local (n cadrul aceleiai

scheme) realizat prin porturi.

6. Interconectarea cu porturi de alimentare: la fel ca i porturile de semnal, cele de alimentare pot realiza interconectri nu doar n cadrul schemei curente ci i ntre scheme, iar atributele grafice pot fi selectate de ctre utilizator. Tot la fel ca i n cazul porturilor de semnal, toate porturile de alimentare cu acelai nume vor fi interconectate, indiferent de modul cum arat acestea.

Plasarea porturilor de alimentare se face utiliznd opiunea Power Port din meniul Place sau butonul din bara de unelte electrice. Principala proprietate a unui asemenea port este numele acesteia (cmpul Net), care determin conectivitatea.

Cmpul Style nu are nici un efect din punct de vedere electric, ci determin doar modul de reprezentare grafic a simbolului.

n figura I.18.a sunt ilustrate posibilitile de reprezentare grafic a unui port de alimentare, iar n figura I.18.b este exemplificat o interconectare cu ajutorul acestora.

a. b.Fig. I.18 a) modaliti de reprezentare a unui port de alimentare

b) Exemplu de interconectare prin porturi de alimentare

Fig. I.17 Interconectarea prin porturi de semnal

Tehnologie Electronic Proiectare i Aplicaii207. Interconectarea cu ajutorul pinilor ascuni:

Dup cum probabil s-a observat deja, fiecare component electronic are un numr de pini vizibili, la extremitatea fiecruia dintre acetia existnd un punct de conexiune. Pe lng aceti pini, o component poate avea pini ascuni, ce nu sunt implicit vizibili. Toi pinii ascuni ai tuturor circuitelor de pe schem se conecteaz automat la semnalele etichetate cu acelai nume (indiferent de modul de etichetare utilizat).

Observaie: Pinii ascuni pot deveni vizibili prin marcarea casetei de validare Hidden Pins din fereastra proprietilor componentei, situaie n care nu se mai realizeaz conectarea automat a acestora.

Utilitatea acestui mod de interconectare devine evident dac ne gndim spre exemplu la un modul alimentat de la o singur surs de tensiune. n mod normal, toate circuitele active dispun de pini de alimentare care ar trebui conectai manual, att ntre ei ct i la borna sursei. Atribuind ns acestor pini proprietatea de a fi ascuni i un anumit nume (spre exemplu VCC), interconectarea se va realiza automat, att ntre pinii de alimentare ai tuturor circuitelor ct i cu toate semnalele etichetate n acelai fel (VCC).

Observaie: Toate circuitele numerice din bibliotecile iniiale ale mediului de proiectare au pinul de alimentare ascuns, denumit VCC, i pinul de mas de asemenea ascuns, denumit GND. Prin urmare, pentru a realiza conexiunile de alimentare ale acestor circuite este suficient plasarea pe schem a unor porturi de alimentare denumite VCC, respectiv GND.

Proiectarea Asistat de Calculator a Cablajelor Imprimate 21I.4.5 ELEMENTE GRAFICE

Elementele grafice sunt simboluri ce nu au semnificaie electric, scopul lor fiind acela de a furniza celui ce urmrete schema electronic o serie de informaii suplimentare. Dintre cel mai des utilizate elemente grafice, menionm:- Adnotarea (text scurt): meniul Place, opiunea Annotation sau butonul din bara

de unelte grafice- Textul multi-linie: meniul Place opiunea Text Frame sau butonul din bara de

unelte grafice- Linia: meniul Place, submeniul Drawing Tools, opiunea Line, sau butonul din

bara de unelte graficeAtenie ! A nu se confunda simbolul de linie (neelectric) cu cel de fir (simbol de interconectare)- Arcul de elips: meniul Place, submeniul Drawing Tools, opiunea Elliptical Arcs,

sau butonul din bara de unelte grafice- Imaginea: meniul Place, submeniul Drawing Tools, opiunea Graphic, sau

butonul din bara de unelte graficen figura I.19 este exemplificat utilizarea elementelor grafice: text, linie, elips

i imagine pentru a construi tabelul de informare al unei scheme electronice.

Fig. I.19 Exemplu de utilizare a elementelor grafice

I.4.6 SCHEME ELECTRONICE IERARHIZATEO situaie des ntlnit n practic este cea n care editarea schemei electronice pe

o singur foaie de lucru nu este satisfctoare, fie datorit complexitii modulului, fie datorit necesitilor de organizare a proiectului. Mediul PROTEL99SE ofer o flexibilitate deosebit n ceea ce privete realizarea i gestionarea schemelor electronice multiple, existnd nu mai puin dect cinci modaliti distincte de realizarea a conexiunilor inter-schem.

Indiferent de complexitatea proiectului, fiecare schem electronic (reprezentat pe o foaie de lucru) este stocat ntr-un document de tip Schematic. O schem electronic ierarhizat se definete ca o schem ce cuprinde cel puin dou astfel de documente, situate pe nivele ierarhice diferite.

Tehnologie Electronic Proiectare i Aplicaii22Proiectarea ierarhic poate fi uor neleas dac ne gndim la modalitatea des

utilizat de a reprezenta anumite structuri de circuit sub form de blocuri funcionale. S ne imaginm spre exemplu c modulul nostru conine un lan de prelucrare format dintr-un bloc de condiionare a semnalului i un bloc de amplificare. Lanul de prelucrare va fi reprezentat, cel puin ntr-o prim etap, sub forma schemei-bloc reprezentate n figura I.20.a. Explicitarea acesteia const n nlocuirea simbolului de bloc funcional cu o structur de circuit ce ndeplinete funcia respectiv, interconectat cu ansamblul n maniera indicat de schema bloc.

Fig. I.20 Modelul ierarhiei simple: a) Nivelul 0 b) Nivelul 1

Pentru circuitul de mai sus, schema electronic va fi desenat pe trei foi de lucru i va conine dou nivele ierarhice, dup cum urmeaz: Pe nivelul ierarhic superior (nivelul 0) se va afla schema principal ce va conine cele dou simboluri de bloc i conexiunile dintre ele. Pe nivelul 0 se va afla ntotdeauna o singur schem electronic (master sheet), cu un grad ridicat de generalitate, ce va conine simbolurile de bloc ce fac trimiterea ctre celelate scheme. Pe nivelul ierarhic inferior (nivelul 1) se vor afla cele dou scheme secundare, Condiionare i Amplificare, conexiunile dintre acestea fiind realizate pe nivelul ierarhic superior. Pe nivelele ierarhice inferioare se pot afla oricte scheme secundare (sub-sheet), ce la rndul lor pot fi ierarhizate i care, pe lng conexiunile locale, dispun de simboluri de conectare cu exteriorul, prin intermediul crora se realizeaz conexiunile spre nivelul ierarhic superior.

Ierarizarea schemelor electronice este reprezentat n panoul de navigare, pagina de gestionare a documentelor (Explorer). Pentru lanul de prelucrare descris, ierarhizarea va fi ilustrat printr-o reprezentare de tipul celei din figura I.21.

Proiectarea Asistat de Calculator a Cablajelor Imprimate 23

Schemele ierarhice sunt de dou categorii: Scheme ierarhice simple: nu conin instanieri multiple, fiecare bloc fiind descris

explicit; este modelul ierarhic ilustrat n figura I.20, care poate conine oricte nivele ierarhice, cu condiia ca fiecrui document de tip Schematic s-i corespund un singur simbol de bloc (distincia dintre ierarhia simpl i cea complex va fi mai uor neleas n momentul discutrii celei de-a doua).

Pentru a introduce ntr-o schem electronic o legtur spre o schem secundar se poate utiliza un simbol de bloc sau un simbol de component.

Simbolul de bloc se plaseaz pe foaia de lucru utiliznd opiunea Sheet Symboldin meniul Place sau butonul din bara de unelte electrice. Plasarea propriu-zis se realizeaz din dou apsri ale butonului din stnga al mouse-ului sau ale tastei Enter, prima definind colul din stnga-sus iar a doua cel din dreapta-jos al simbolului de bloc.

Principalele atribute ale acestuia, editate n fereastra proprietilor simbolului de bloc, sunt:- Documentul (Filename): acest cmp trebuie completat cu numele documentului ce

conine schema electronic cu care face legtura simbolul de bloc.- Numele (Name): numele blocului, tratat n acelai fel ca numele oricrei componente.

Pentru modelul reprezentat n figura I.20, simbolul blocului de amplificare va avea cmpul Filename completat cu amplificare.sch iar cmpul Name cu AMPLIFICARE.

Conexiunile dintre schemele electronice se pot realiza n mai multe moduri. Trebuie fcut aici urmtoarea observaie: n timpul editrii schemei, mediul de proiectare nu o interpreteaz din punct de vedere electric dect n momentul n care este solicitat efectuarea unei anumite aciuni ce necesit evaluarea conectivitii, cum ar fi: verificarea regulilor electrice, transferul spre editorul PCB, etc. ntotdeauna nainte de efectuarea acestora, ntr-o fereastr de configurare se va solicita utilizatorului specificarea modalitii de conectare dintre scheme dorit, ntr-un cmp numit Net Identifier Scope. Prin urmare, realizarea conexiunilor ntr-un proiect ierarhizat este un efect compus, pe de-o parte al modului de desenare a schemelor iar pe de alt parte al configurrii realizate n momentul evalurii conectivitii. Pentru fiecare modalitate de realizare a conexiunilor dintre scheme, se va specifica i configurarea necesar.

ntr-un proiect ce conine o ierarhie simpl, conexiunile dintre schemele electrice se pot realiza ntr-una dintre urmtoarele modaliti:1. Conexiuni ierarhice prin porturi: n schemele de pe nivelele ierarhice inferioare vor fi

plasate porturi de semnal, conexiunile dintre scheme realizndu-se ntre porturile cu acelai nume (de semnal sau alimentare). Pe nivelul ierarhic superior se afl doar

Fig. I.21 Reprezentarea schemelor ierarhizate pe panoul de navigare

Tehnologie Electronic Proiectare i Aplicaii24simbolurile de bloc, fr conexiuni explicite ntre acestea. La evaluarea conectivitii, n cmpul Net Identifier Scope se va selecta opiunea Only Ports Global.

2. Conexiuni ierarhice prin porturi i etichete: Aceast variant o include pe cea prezentat mai sus, iar n plus etichetele ndeplinesc aceeai funcie de interconectare. Pe nivelul ierarhic superior se afl doar simbolurile de bloc, fr conexiuni explicite ntre acestea. La evaluarea conectivitii, n cmpul Net Identifier Scope se va selecta opiunea Net Labels and Ports Global.

3. Conexiuni ierarhice prin intrri / ieiri de bloc: n schemele de pe nivelele ierarhice inferioare vor fi plasate porturi de intrare / ieire ce realizeaz conexiunile n exterior; n schema de pe nivelul ierarhic superior, fiecrui simbol de bloc i vor fi adugate simboluri de intrare / ieire din bloc. Acestea se plaseaz doar n interiorul simbolului de bloc utiliznd opiunea Add Sheet Entry din meniul Place sau butonul de pebara de unelte electrice i sunt similare simbolurilor de port. Fiecrui simbol de intrare / ieire de bloc trebuie s-i corespund, n schema electronic spre care indic, un port de semnal sau alimentare cu acelai nume. Intrrile de bloc pot fi privite ca o reprezentare pe nivelul ierarhic superior a porturilor de pe nivelul inferior.

n cazul acestei modaliti de interconectare, pe schema de pe nivelul 0 legturile dintre blocuri trebuie realizate explicit, ntre simbolurile de intrare/ieire ale acestora. n acest fel, exist posibilitatea controlului modului de interconectare dintre blocuri, fr a fi necesar editarea schemelor secundare. La evaluarea conectivitii, n cmpul Net Identifier Scope se va selecta opiunea Sheet Symbol / Port Connections.

Observaie: Editorul de scheme electronice ofer posibilitatea de a genera automat un simbol de bloc cu intrrile / ieirile corespunztoare, utiliznd opiunea Create Symbol From Sheet din meniul Design i selectnd apoi documentul surs, respectiv de a genera automat un nou document pe baza unui simbol de bloc, utiliznd opiunea Create Sheet From Symbol din meniul Design i selectnd apoi cu mouse-ul simbolul de bloc la care se face referire. Ambele operaii trebuie efectuate de pe nivelul ierarhic superior.4. Conexiuni ierarhice prin simboluri de componente: Un simbol de component se

poate comporta exact n acelai fel ca i un simbol de bloc, dac n cmpul Sheet Pathdin fereastra de editare a proprietilor componentei se nlocuiete caracterul * cu numele unui document, i dac la evaluarea conectivitii se marcheaz caseta de validare Descend Into Sheet Parts. Aceast modalitate de realizare a conexiunilor este similar celei prin intrri / ieiri de bloc, interconectrile realizndu-se ntre terminalele simbolului de component (pe nivelul ierarhic superior) i porturile de semnal sau alimentare (pe nivelul ierarhic inferior), pe baza coincidenei de nume.

Scheme ierarhice complexe: conin instanieri multiple, adic aceeai structur de circuit (acelai bloc funcional) apare de mai multe ori n schema principal. Modelul ierarhiei complexe este reprezentat n figura I.22 i este caracterizat de faptul c cel puin unei scheme secundare i corespund mai multe simboluri de bloc pe nivelul superior.

Proiectarea Asistat de Calculator a Cablajelor Imprimate 25

Fig. I.22 Modelul ierarhiei complexe: a) Nivelul 0 b) Nivelul 1

Se observ c structura de circuit CONDIIONARE de pe nivelul ierarhic inferior se regsete de dou ori pe nivelul ierarhic superior, adic se realizeaz o instaniere multipl a blocului respectiv. Conexiunile dintre nivele se realizeaz n aceast situaie prin intrri / ieiri de bloc.

Ierarhia complex poate fi utilizat doar n etapa de editare a schemei electronice. Pentru transferul spre editorul PCB, fiecrui simbol de bloc trebuie s-i corespund o schem electronic distinct, n caz contrar nefiind transportate spre cablajul imprimat dect componentele dintr-un singur bloc; altfel spus ierarhia complex trebuie convertit n ierarhie simpl. Acest lucru se poate realiza prin multiplicare cu nume diferite a schemelor electronice instaniate de mai multe ori pe nivelul ierarhic superior, astfel nct spre fiecare document de tip Schematic s indice cel mult un simbol de bloc.

Observaie Nu trebuie neglijat constrngerea legat de numele componentelor, care trebuie s fie dinstincte. n cazul conversiei ierarhiei complexe ntr-una simpl, va fi necesar o renumerotare a componentelor astfel nct numele acestora sa nu coincid dintr-o schem n alta.

Tehnologie Electronic Proiectare i Aplicaii26I.4.7 UNELTE DE LUCRU AUXILIARE

Efectuarea repetitiv a unor operaii este de cele mai multe ori o aciune necreativ, obositoare i consumatoare de timp. Din acest motiv, mediul de proiectare pune la dispoziia utilizatorului o serie de unelte de lucru auxiliare ce preiau o parte din operaiile ce trebuie efectuate pentru editarea schemei electronic. Cele mai des utilizate dintre acestea sunt: Editarea proprietilor n tabele:

O schem electronic este o colecie de simboluri (de componente, de interconectare, etc.), fiecare avnd anumite proprieti. Atunci cnd este necesar editarea n bloc a acestora, alternativa manual (deschiderea ferestrei Properties pentru fiecare simbol n parte) este dificil, astfel nct se recomand exportarea proprietilor ce prezint interes ntr-un tabel i editarea la acest nivel.

Exportarea n tabel se realizeaz selectnd comanda Export to Spread din meniul Edit, ceea ce are ca efect derularea unor ferestre de configurare ce permit selecia obiectelor i a proprietilor de obiect a cror editare se dorete. Dup efectuarea acestor configurri, n fereastra proiectului va fi deschis un document SpreadSheet ce conine proprietile selectate, de tipul celui reprezentat n figura I.23.

Fig. I.23 Tabel de editare a proprietilorDup efectuarea modificrilor dorite, proprietile obiectelor din schema

electronic pot fi actualizate utiliznd comanda Update din meniul File. Ca orice alt document, tabelul de editare a proprietilor poate fi salvat sau rencrcat, astfel nct se poate utiliza i ca document-raport.

Proiectarea Asistat de Calculator a Cablajelor Imprimate 27 Numerotarea automat a componentelor:

Dac nu este necesar numerotarea componentelor ntr-o ordine prestabilit, operaia de atribuire a unui nume distinct fiecrei componente n parte poate fi preluat de ctre unealta de numerotare, apleat prin selecia opiunii Annotate din meniul Tools. Pe ecran va aprea fereastra de configurare reprezentat n figura I.24, ce permite stabilirea urmtorilor parametri:- Obiectivul: numerotarea tuturor componentelor (All parts) doar a celor crora nu li s-

a atribuit un nume i l au pe cel implicit, terminat cu simbolul ? (? Parts), resetarea tuturor numelor la cele implicite (Reset Designators) sau numerotarea exclusiv a indicilor de schem (Update Sheets Number Only)

- Gruparea componentelor distribuite: este permis selecia proprietatilor dup care se va realiza gruparea (implicit: doar dup tipul componentelor)

- Strategia: ordinea n care se va efectua numerotarea, explicitat pentru fiecare variant n desenul alturat casetelor de selecie.

- Domeniul de valori utilizat pentru numerotarea automat, pentru fiecare schem electronic a proiectului n parte.

Denumirile atribuite n mod automat de aceast unealt de lucru sunt formate din dou pri: un prefix determinat de tipul componentei (R pentru rezistene, C pentru condensatoare, etc.) i un numr determinat de poziia componentei pe schem i strategia de numerotare aleas.

Verificarea regulilor electrice:Pe parcursul editrii schemelor electronice, cu att mai mult dac proiectul este

complex i necesit conexiuni ierarhice, este posibil apariia unor erori de conectivitate, dificil de depistat prin simpla inspecie vizual. Mediul de proiectare pune la dispoziia utilizatorului o unealt de verificare automat denumit ERC ( Electrical Rule Check ), capabil s detecteze nu doar erorile de descriere a schemei, ci i eventuale situaii eronate sau suspicioase legate de concepia circuitului ( pini de intrare neconectai, pini de alimentare conectai la pini de ieire, etc.)

Opiuni de domeniu

Selecie obiectiv

Opiuni de gruparepentru componente

distribuite

Selecie strategie

Fig. I.24 Fereastra de configurare a numerotrii automate

Tehnologie Electronic Proiectare i Aplicaii28Apelarea acestei unelte se realizeaz selectnd opiunea ERC din meniul Tools

sau din meniul rapid asociat foii de lucru. Pe ecran va fi reprezentat o fereastr de configurare cu dou pagini etichetate Setup, respectiv Rule Matrix, de forma celor reprezentate n figura I.25.

Fig. I.25 Ferestrele de configurare ale uneltei de verificare a regulilor electrice

Din pagina Setup se pot configura urmtorii parametri:- Erorile semnalizate (ERC Options)- Aciunile efectuate dup verificare (Options)- Schemele verificate (Sheets to Netlist)- Modul de realizarea a conexiunilor dintre scheme (Net Identifier Scope)

Din pagina Rule Matrix se pot defini regulile de conectivitate. Att pe liniile ct i pe coloanele matricei reprezentate sunt trecute diferite obiecte de interconectare, sarcina utilizatorului fiind de a stabili cum trebuie tratat intersecia a fiecare dou astfel de elemente. Spre exemplu, s considerm linia Input Pin i coloana Unconnected: stabilind pentru intersecia acestora culoarea verde admitem c este posibil ca pinii de intrare s rmn neconectai; stabilind culoarea galben, admitem c este posibil dar suspicioas aceast situaie, aa nct va fi semnalat un avertisment; stabilind culoarea roie, unealta ERC va semnaliza eroare de fiecare dat cnd gsete un pin de intrare neconectat.

I.4.8 TRANSFERUL SPRE EDITORUL PCBDup editarea schemei electronice, deoarece scopul final este proiectarea

cablajului imprimat, este necesar transferul informaiilor introduse la acest nivel ctre editorul PCB. Acest lucru se realizeaz prin intermediul unui document intermediar numit fiier de transfer, care conine o list a componentelor de pe schem i a conexiunilor dintre acestea (din acest motiv fiierul de transfer se mai numete i list de legturi, sau netlist).

Proiectarea Asistat de Calculator a Cablajelor Imprimate 29Pentru ca o schem electronic s poat fi cu succes transferat spre editorul

PCB, trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii:1. S respecte regulile electrice (este recomandat execuia ERC nainte de transfer)2. Toate componentele s aib cte un nume distinct3. Toate componentele s aib asociat cte o amprent de cablaj (despre acestea se va

discuta ntr-unul din capitolele urmtoare)Generarea fiierului de transfer se realizeaz utiliznd comanda Create Netlist, fie

din meniul Design, fie din meniul rapid asociat foii de lucru. Pe ecran va apare o fereastr de configurare de tipul celei reprezentate n figura I.26, prin care se solicit specificarea urmtorilor parametri:

- tipul fiierului de transfer (Output Format): se va selecta Protel pentru transferul spsre editorul PCB al mediului de proiectare PROTEL99SE, sau alt tip de fiier pentrutransferul ctre un alt editor

- modul de evaluare a conectivitii, pentru proiectele ierarhice (Net Identifier Scope), conform celor prezentate n paragraful dedicat acesui ascpect. Dac proiectul conine conexiuni ierarhice prin simboluri de componente, trebuie marcat caseta de validare Descend into sheet parts; dac n cadrul unui proiect ierarhic NU se realizeaz conexiuni ntre scheme prin etichete, marcarea casetei de validare Append sheet number to local nets asigur unicitatea fiecrui nod al fiecrei scheme electronice.

Observaie: Aceast opiune determin notarea tuturor nodurilor locale ale proiectului cu un cod ce include i indicele schemei din care fac parte. Indicii schemelor electronice pot fi completai din fereastra Document Options,(activat din meniul Design sau meniul rapid asociat foii de lucru) pagina Organization.

Exist posibilitatea generrii unor fiiere de transfer pariale, care nu conin ntreg proiectul, prin configurarea corespunztoare a cmpului Sheets to Netlist; astfel, este posibil includerea doar a schemei curente (opiunea Active sheet), doar a schemei curente i a schemelor la care se face referire n aceasta prin simboluri de bloc (Active sheet plus sub sheets) sau a ntregului proiect (Active Project)

Fiind un mediu de proiectare integrat, PROTEL99SE ofer facilitatea de transfer automat al informaiilor ntre diferite servere, prin urmare este posibil generarea

Fig. I.26 Fereastra de configurare a fiierului de transfer

Tehnologie Electronic Proiectare i Aplicaii30cablajului imprimat fr utilizarea explicit a unui fiier de transfer. Aceast operaie se numete sincronizarea proiectului, i se poate realiza n dou moduri: Dinspre schema electronic spre cablajul imprimat (SCH PCB) Dinspre cablajul imprimat spre schema electronic (PCB SCH)

Sincronizarea proiectului n sensul SCH PCB este o operaie de actualizare a bazei de date existente la nivelul cablajului imprimat, n conformitate cu cea de la nivelul schemei electronice, ns poate fi extins inclusiv la generarea unui nou document de tip PCB.

Atenie ! Sincronizarea proiectului permite doar un control limitat al modului de evaluare a conectivitii.

Sincronizarea proiectului dinspre schema electronic spre cablajul imprimat se realizeaz utiliznd comanda Update PCB din meniul Design. Dac schema electronic nu a fost anterior asociat cu un cablaj imprimat, utilizatorului i se va solicita specificareaunui document de tip PCB, ntr-o fereastr de tipul celei din figura I.27

Se poate selecta din lista prezentat un document de tip PCB existent, sau se poate specifica crearea unuia nou, utiliznd butonul Create a new document. Dac exist deja o asociere ntre schema electronic i un document PCB, aceasta se va pstra pentru fiecare operaie de sincronizare, o nou asociere fiind posibil doar prin transferul manual al informaiilor (prin intermediul fiierului netlist)

Fereastra de configurare a parametrilor sincronizrii reprezentat n figura I.28solicit utilizatorului specificarea urmtorilor parametri:

- modul de evaluare a conectivitii (cmpul Connectivity i caseta de validare Append sheet numbers to local nets).

- modul de actualizare a componentelor: este posibil validarea / invalidarea actualizrii amprentelor de cablaj ale componentelor deja existente la nivelul PCB, utiliznd caseta Update component footprints, i de asemenea validarea / invalidarea eliminrii de la nivelul cablajului imprimat a componentelor ce nu mai exist n schem, utiliznd caseta Delete components.

Fig. I.27 Fereastra de selecie a documentului PCB asociat schemei

Proiectarea Asistat de Calculator a Cablajelor Imprimate 31

Celelalte opiuni oferite de aceast fereast sunt legate strict de gestionarea cablajelor imprimate i vor fi prezentate n capitolul dedicat acestora. Dup realizarea configurrilor necesare, transferul informaiei la nivelul PCB se comand prin apsarea butonului Execute.

Fig. I.28 Fereastra de configurare a sincronizrii SCH PCB

Tehnologie Electronic Proiectare i Aplicaii32I.5 BIBLIOTECI DE COMPONENTE

I.5.1 ORGANIZAREA BIBLIOTECILOR DE COMPONENTESchemele electronice se construiesc prin amplasarea pe o foaie de lucru a unor

simboluri de componente i a unor simboluri de interconectare. Spre deosebire de simbolurile de interconectare, care sunt predefinite att ca reprezentare grafic ct i n ceea ce privete conectivitatea, simbolurile de componente sunt create de ctre utilizator n conformitate cu necesitile aplicaiei.

Un simbol de component este un model al unei componente reale. Acest model conine, n varianta minimal, informaii despre reprezentarea grafic i posibilitile de interconectare ale simbolului.

O component poate fi format din mai multe pri, plasate n aceeai capsul dar distincte ca i simboluri electronice, fiind n aceast situaie vorba despre componente distribuite. Pe de alt parte, acelai simbol de component poate avea mai multe denumiri, fiind vorba n aceast situaie despre grupuri de componente. (Spre exemplu circuitele 74LS00, 74HC00, 74LV00, etc., pot avea acelai simbol deoarece sunt identice att n ceea ce privete funcia ndeplinit ct i n ceea ce privete ncapsularea)

Sintetiznd cele discutate mai sus, o bibliotec de componente este o baz de date ce conine modele ale unor dispozitive fizice, refereniate printr-unul sau mai multe nume. Nu exist nici o restricie referitoare la numrul componentelor dintr-o bibliotec, este ns recomandat gruparea acestora dup funcionalitate (utilizarea de biblioteci diferite pentru componente pasive, tranzistoare, diode, etc.).

Fiecare component (sau parte de component) va fi reprezentat pe o foaie de lucru distinct. Un model de component va conine aadar urmtoarele elemente:- una sau mai multe referine de bibliotec (nume generice)- una sau mai multe reprezentri grafice, cu simbolurile de interconectare (terminalele)

asociate- informaii adiionale (descriere, nume implicit, amprente de cablaj recomandate, etc.)

Mediul de proiectare PROTEL99SE conine o list bogat de biblioteci de componente proprii (n plus firmele productoare de dipozitive electronice pun la dispoziie, prin Internet, biblioteci dedicate), astfel nct, pentru cele mai multe dintre aplicaii, nu va fi necesar crearea de noi biblioteci. n anumite situaii aceast operaie este totui necesar, i trebuie realizat nainte de descrierea schemei electronice (ceea ce e foarte firesc, dat fiind faptul c nu putem amplasa pe foaia de lucru un simbol inexistent). n aceast lucrare, capitolul referitor la bibliotecile de componente l precede pe cel ce trateaz schemele electronice doar pentru a facilita nelegerea subiectului, cursul firesc al operaiilor fiind n realitate cel menionat mai sus.

Atenie ! Ca orice alte documente, bibliotecile de componente sunt stocate pe disc n fiiere cu extensia DDB.

Proiectarea Asistat de Calculator a Cablajelor Imprimate 33I.5.2 EDITORUL DE BIBLIOTECI

Editorul bibliotecilor de componente este apelat de fiecare dat cnd este deschis un document de tip Schematic Library Document. La fel ca i n cazul editorului de scheme electronice, acesta va configura fereastra proiectului, panoul de navigare i meniurile mediului de proiectare conform necesitilor proprii, interfaa cu utilizatorul lund forma reprezentat n figura I.29. Pe lng meniul principal (bara orizontal de sus) i butoanele de accelerare ale acestuia (imediat dedesubt), interfaa cu utilizatorul a editorului de biblioteci de componente conine urmtoarele elemente:

Fig. I.29 Interfaa editorului de biblioteci de componente

- Foaia de lucu, ocupnd aproape n ntregime fereastra proiectului. Pe foaia de lucru vor fi ntotdeauna reprezentate dou axe, punctul de intersecie al acestora reprezentnd centrul sistemului de coordonate. Deoarece, n momentul plasrii unui simbol de component pe o schem electronic, va fi ataat de cursorul mouse-ului avnd fa de acesta aceeai poziionare relativ pe care o are n bibliotec fa de centrul sistemului de coordonate, simbolurile de componente trebuie ntotdeauna realizate n jurul punctului de intersecie al celor dou axe.

- Uneltele de desenare, grupate ntr-o fereastr ce poate fi ataat oricrei laturi a ferestrei aplicaiei, transformndu-se n bar de unelte.

- Panoul de navigare, ce conine acum, pe lng pagina de navigare pe disc (Explorer), o pagin de gestionare a biliotecii (Browse SchLib). Aceasta conine lista componentelor din biliotec, butoanele i pentru navigarea ntre prile componentelor distribuite, lista referinelor de bibliotec alternative pentru componenta selectat mai sus (list grup), lista terminalelor prii curente, plus cteva butoane i casete de validare ale cror semnificaii vor fi prezentate pe parcurs.

List componente

Foaia de lucru

Navigare pri

List grup

List terminale

Unelte dedesenare

Tehnologie Electronic Proiectare i Aplicaii34I.5.3 CREAREA SIMBOLURILOR DE COMPONENTE

Pe parcursul acestui paragraf se vor prezenta etapele ce trebuie parcurse pentru crearea unei noi componente, fiecare operaie fiind exemplificat pentru situaia circuitului prezentat n figura I.10.1. Inserarea unei noi componente n bibliotec selectnd opiunea New Component din meniul Tools sau utiliznd butonul din bara de unelte de desenare. Editorul va cere utilizatorului specificarea referinei de bibliotec a noii componente, dup care pe foaia de lucru va fi reprezentat simbolul acesteia (care n acest moment, firete, nu conine nimic).2. Inserarea tuturor prilor componentei, utiliznd opiunea New Part din meniul Toolssau butonul din bara de unelte de desenare. Fiecare parte a fiecrei componente este desenat pe o foaie de lucru dinstinct, prin urmare inserarea unei noi pri de component echivaleaz cu inserarea unei noi foi de lucru, accesat cu aceeai referin de bibliotec ca i cea anterioar, dar cu alt indice de parte.

Pentru circuitul 4001, care conine patru pori SAU-NU independente, va fi necesar inserarea a trei noi pri de component (componentele ne-distribuite sunt componente cu o singur parte, prin urmare crearea unei astfel de componente echivaleaz cu crearea prii numrul 1 a acesteia).3. Pentru fiecare parte a componentei:

3.1 Desenarea simbolului grafic, utiliznd uneltele: linie (meniul Place, opiunea Line, sau butonul ), dreptunghi (meniul Place, opiunea Rectangle, sau butonul ), arc de elips ( meniul Place, opiunea Elliptical Arcs, sau butonul ), etc.

3.2 Plasarea terminalelor; n cazul bibliotecilor de componente, terminalele sunt singurele simboluri de interconectare disponibile, i se amplaseaz utiliznd opiunea Pins din meniul Place sau butonul . Dup intrarea n acest mod de editare, de cursorul mouse-ului va fi ataat simbolul de terminal, care, ca orice alt obiect, poate fi rotit n sens trigonometric cu un pas de 90 utiliznd tasta Space. Terminalele au un singur punct de conexiune, marcat n momentul amplasrii, ce trebuie dispus spre exteriorul componentei. Reamintim c, la interconectarea simbolurilor n schema electronic, este necesar realizarea adiacenei ntr-un punct de conexiune. Marcarea acestuia (ilustrat n figura I.30) face deosebit de simpl amplasarea corect a terminalelor, i se recomand respectarea cu strictee a regulii de dispunere menionat mai sus.

Observaie: La fel ca n cazul editorului de scheme electronice, i pentru simbolurile de componente se utilizeaz o gril ce nu permite plasarea obiectelor dect n nodurile acesteia. Realizarea simbolului grafic al componentei necesit uneori eliminarea acestei restricii (meninerea apsat a tastei Ctrl n momentul poziionrii), ns la plasarea terminalelor este recomandat utilizarea grilei implicite.

Fig. I.30 Marcarea punctului de conexiune n

modul de plasare a terminalelor

Proiectarea Asistat de Calculator a Cablajelor Imprimate 353.3 Editarea proprietilor terminalelor: printr-o apsare dubl a butonului din

stnga al mouse-ului sau selectarea opiunii Properties din meniul rapid asociat simbolului de terminal, va fi deschis fereastra reprezentat n figura I.31, ce permite configurarea urmtorilor parametri:

- numele (Name): acesta va fi afiat (dac e marcat caseta de validare Show Name) n dreptul terminalului, spre interior (la extremitatea opus punctului de conexiune), i este utilizat de cele mai multe ori doar pentru a transmite utilizatorului informaia legat de funcia respectivului terminal, neavnd n mod normal semnificaie electric.

Atenie ! Dac un terminal devine ascuns prin marcarea casetei de validare Hidden, numele terminalului va cpta semnificaia electric de etichet, prin urmare pe schema electronic[ terminalul va fi conectat automat (fr adiacen) cu toate terminalele tuturor componentelor i cu toate porturile sau etichetele care au acelai nume.- numrul (Number): acesta va fi afiat deasupra terminalului (dac e marcat caseta de validare Show Number). Prin numerele terminalelor se realizeaz corespondena acestora cu padurile amprentelor de cablaj !!!. Pentru evitarea confuziilor, este recomandat numerotarea terminalelor conform indicaiilor productorului componentei.- Simbolul de inversare a semnificaiei logice, poate fi

ataat la extremitatea interioar a terminalului prin marcarea casetei de validare Dot Symbol.

- Simbolul de semnal de tact, poate fi ataat la extremitatea interioar a terminalului prin marcarea

casetei de validare Clk Symbol.- Tipul terminalului (Electrical Type), utilizat exclusiv n etapa de verificare a regulilor

electrice (ERC)- Lungimea terminalului (Pin Length); pentru a facilita interconectarea n cadrul

schemei electronice, este recomandat meninerea lungimii la un multiplu al pasului de gril (implicit acesta este 10).

Proprietile unui terminal i modul de reprezentare grafic al acestuia sunt ilustrate n figura I.32 (punctul de conexiune este situat la extremitatea stng i nu este vizibil dect n timpul amplasrii terminalului).

Fig. I.31] Fereastra de editare a proprietilor

terminalelor

Numr

Simbol inversareSimbol tact Nume

Fig. I.32 Reprezentarea grafic a unui terminal

Tehnologie Electronic Proiectare i Aplicaii36Componentele distribuite vor avea cu siguran anumite terminale comune tuturor

prilor, cel puin cele dou de alimentare. n aceast situaie este suficient ataarea terminalelor respective unei singure pri, fiind recomandat ascunderea acestora i interconectarea n schem prin etichete.

Observaie: Terminalele ascunse nu vor fi vizibile nici n editorul de biblioteci, dect dac este marcat caseta de validare Hidden Pins, localizat pe panoul de navigare, sub lista terminalelor.

Pentru circuitul 4001 vor exista deci patru foi de lucru dinstincte, cte una pentru fiecare parte, ce vor conine simbolurile reprezentate n figura I.33. Se observ c doar celei de-a patra pri a componentei (poarta D, cu intrrile 12 i 13 i ieirea 11) i-au fost ataate i terminalele comune, VCC (14) i GND (7). Acestea au atributele de a fi ascunse, n reprezentarea din figur sunt ns vizibile deoarece a fost marcat caseta de validare Hidden Pins. Se remarc de asemenea dispunerea simbolurilor n vecintatea punctului de intersecie a axelor.4. Editarea informaiilor auxiliare: se realizeaz selectnd opiunea Description din meniul Tools sau utiliznd butonul Description localizat sub lista grupului de componente. Pe ecran va fi deschis fereastra Component Text Fields, care permite stabilirea numelui implicit al componentei (Default Designator), amprentele de cablaj recomandate (Footprint 1 Footprint 4), adugarea unei scurte descrieri (Description). Dac simbolul a fost creat pentru a fi folosit ca simbol de bloc, n cmpul Sheet Part Filename se va completa numele documentului de tip Schematic cu care se dorete asocierea.

Fig. I.33 Simbolurile celor patru pri ale componentei 4001

Proiectarea Asistat de Calculator a Cablajelor Imprimate 375. Adugarea unor referine de bibliotec adiionale (dac e cazul), utiliznd opiunea Add Component Name din meniul Tools sau butonul Add localizat sub lista de grup.

Atenie ! Adugarea unor referine de bilbiotec nseamn crearea unui grup de componente, cu ajutorul cruia acelai simbol poate fi accesat cu mai multe nume, ceea ce NU echivaleaz cu crearea unei noi componente.

Dac simbolul de component editat a fost deja utilizat (ntr-o alt variant) n vreuna dintre schemele electronice deschise de mediul de proiectare, se poate realiza actualizarea acesteia prin simpla apsare a butonului Update Schematics (sau prin selectarea aceleiai opiuni din meniul Tools).

Observaie: Dac din editorul de scheme electronice, se dorete modificarea unui simbol de component, este suficient selectarea de pe panoul de navigare a referinei de bibliotec i apsarea butonului Edit, deschiderea documentului de tip Schematic Library i identificarea componentei respective realizndu-se automat.

Tehnologie Electronic Proiectare i Aplicaii38I.6 CABLAJE IMPRIMATE

I.6.1 ANATOMIA UNUI CABLAJ IMPRIMATUn cablaj imprimat echipat cu componente reprezint materializarea fizic a unei

scheme electronice. Scropul su este de a permite asamblarea i interconectarea componentelor, astfel nct tuturor semnalelor s li se asigure calea de circulaie indicat pe schema electronic. n aceste condiii este firesc s ne imaginm c fiecrui simbol existent la nivelul schemei electronice trebuie s-i corespund, la nivelul cablajului imprimat, un obiect ce ndeplinete aceeai funcie, ceea ce i este, n mare, adevrat.

Cablajul imprimat este format dintr-un suport izolator, pe suprafeele cruia sunt realizate planuri de interconectare. Un astfel de plan de interconectare este o structur de conductoare de tipul celei reprezentate n figura I.34, format din trasee i paduri.

Fig. I.34 Plan de interconectare

Conform analogiei menionate mai sus, un pad poate fi considerat echivalentul unui punct de conexiune iar un traseu echivalentul unui simbol de interconectare.

Padurile pot fi de mai multe categorii: Padul de lipire THT: este o coroan metalic realizat n jurul unei guri de inserie,

destinat lipirii cu aliaj de lipit a unui terminal. Toate padurile din figura de mai sus sunt de tip THT.

Padul via: este o coroan metalic realizat n jurul unei guri de trecere, destinat exclusiv realizrii unei conexiuni ntre diferite planuri de interconectare. Deoarece nu este necesar ca padul via s susin mecanic componente, suprafaa acestuia poate fi mai mic dect a unui pad THT.

Padul de lipire SMT: este o zon metalizat destinat lipirii pe suprafa a unui terminal

Atenie: Padul este o suprafa metalic ataat suportului izolator, nu o gaur

pad

traseu

Proiectarea Asistat de Calculator a Cablajelor Imprimate 39Padurile de lipire (att cele THT ct i cele SMT) sunt dispuse pe cablajul

imprimat cu aceleai poziionri relative pe care le au terminalele pe corpul componentei, astfel nct montarea acesteia s fie posibil, formnd amprente de cablaj. n figura I.35este reprezentat o amprent de cablaj format din 28 paduri THT, destinat circuitelor integrate n capsul DIP28, precum i componenta plasat deasupra acestuia, n poziia de

montare. Semnificaia termenului amprent (footprint) devine evident prin asimilarea acesteia cu urma lsat de component pe cablajul imprimat

Un plan de interconectare realizeaz conexiuni electrice pe orizontal. De cele multe ori, cablajele imprimate dispun de mai multe planuri, plasate unul deasupra celuilalt i separate de un strat dematerial izolator, conexiunile ntre acestea (pe vertical) realizndu-se prin guri metalizate. Dac aceste guri sunt utilizate doar pentru a realiza o conexiune ntre

planuri se numesc guri de trecere sau via, dac n plus sunt utilizate i pentru montarea terminalelor prin ele, acestea se numesc guri de inserie. n figura I.36 este reprezentat n seciune un cablaj imprimat dublu stratificat, care conine deci dou planuri de interconectare.

Fig. I.36 Conexiuni pe vertical ntre dou planuri de interconectare

Rezumnd cele discutate mai sus, fiecrui terminal din schema electronic trebuie s-i corespund un pad de lipire (THT sau SMT) i fiecrei conexiuni electrice din schem (indiferent de modalitatea de realizare a acesteia) trebuie s-i corespund o structur metalic continu format din trasee i (eventual) via.

Atenie ! Toate conexiunile din schema electronic, i doar acestea, trebuie s se regseasc la nivelul cablajului imprimat

Plan interconectare 1

Plan interconectare 2Suport izolator

Gaur inserie Gaur trecere

Fig. I.35 Amprent de cablaj THT, cu componenta n poziia de montare

Tehnologie Electronic Proiectare i Aplicaii40I.6.2 EDITORUL PCB

Editorul de cablaje imprimate este apelat de fiecare dat cnd este deschis un document de tip PCB. La fel ca i celelalte editoare, acesta preia att fereastra proiectului ct i panoul de navigare, cruia i adaug o pagin numit Browse PCB. Interfaa cu utilizatorului a acestui editor este reprezentat n figura I.37

Fig. I.37 Interfaa cu utilizatorul a editorului PCB

Pagina de gestionare a obiectelor PCB de pe panoul de navigare, dei aparent este altfel construit, se utilizeaz n acelai fel ca i cea a editorului de scheme electronice, cu diferena c lista categoriilor de obiecte ce pot fi gestionate este mult extins. Parcurgnd panoul de navigare de sus n jos, regsim urmtoarele cmpuri:- selecie categorii obiecte (Browse): stabilete tipul obiectelor spre care este focalizat

panoul de navigare: biblioteci, noduri, componente, etc.- list obiecte: n acest cmp sunt prezentate toate obiectele de categoria selectat mai

sus, existente n documentul curent- detaliere obiecte: n funcie de obiectul i categoria de obiecte selectate, n acest cmp

sunt prezentate: componentele bibliotecii curente, padurile componentei curente, etc.- reprezentare obiect: cu excepia obiectelor de tip component, pentru care, la fel ca n

cazul editorului de scheme electronice, este reprodus reprezentarea grafic a obiectului, pentru toate celelalte categorii, n acest cmp este prezentat o localizare a obiectului pe cablajul imprimat.

Proiectarea unui cablaj imprimat fiind o procedur n primul rnd geometric, este necesar localizarea pe foaia de lucru a fiecrui obiect. Din acest motiv, n partea din stnga-jos a ferestrei mediului de proiectare sunt afiate n permanen coordonatele

Categorii obiecte

List obiecte

Foaia de lucru

Detaliere obiect

Reprezentare obiectUnelte plasare

Selecienivel

Proiectarea Asistat de Calculator a Cablajelor Imprimate 41cursorului mouse-ului, relativ la centrul sistemului de coordonate. Unitatea de msur cu care opereaz implicit editorul PCB este inch-ul (1 inch = 1000 mil = 25,4 mm), trecerea n sistemul metric putnd fi realizat utiliznd comanda Toggle Units din meniul View sau tasta Q.

Observaie. Implicit, centrul sistemului de coordonate este localizat n colul din stnga-jos al foii de lucru. Poziia acestuia poate fi modificat de utilizator cu ajutorul comenzii Set din meniul Edit, submeniul Origin.

Att pe panoul de navigare, ct i pe foaia de lucru, se gsete cte un cmp de selecie a nivelului de desenare curent. Acestea pot fi niveluri electrice (planuri de interconectare) sau niveluri neelectrice (de protecie sau inscripionare); nivelurile de desenare cel mai des utilizate sunt: Top Layer: nivelul electric corespunztor planului de interconectare de pe suprafaa

de sus a plcii (cea pe care se monteaz componentele), reprezentat cu culoarea roie Bottom Layer: nivelul electric cor