Разработка печатной платы в среде Ultiboard

Симуляция работы схемы

Устройства XBP1 (Bode plotter) и XSC1 (Oscilloscope) (Рис. 6) можно найти на правой панели программного окна. Первое из них служит для получения амплитудно-частотной характеристики симулируемой схемы, второе измеряет и выводит осциллограмму сигнала в точках подключения. После завершения этапа разработки плата будет протестирована при помощи специального программного обеспечения (написанного на LabView). При этом результаты тестирования должны совпасть с теоретическими характеристиками.

Рис. 6

Завершив симуляцию работы фильтра, перейдем к следующему этапу – разработке печатной платы. Для этого нужно нажать кнопку «Transfer» и выбрать команду «Transfer to Ultiboard 10 …». В качестве названия проекта введите «simple bandpass filter» (Рис. 7).

Рис. 7

Следуйте графическим иллюстрациям (Рис. 8) для того, чтобы перенести все компоненты и соединительные линии на печатную плату. Поскольку нами будет использована печатная плата специальной формы, совместимая с Mixed Signal Demo Box (со специальным ламельным разъемом), неважно, какие размеры печатной платы будут установлены первоначально. Просто нажмите кнопку «OK» (Рис. 8).

Рис. 8

В открывшемся окне Ultiboard-а вы увидите контуры платы и электронные компоненты. Компоненты могут быть размещены на плате 2 способами – вручную и автоматически (нажатием кнопки «Begin autoplacing to board»). В данном случае нами должна быть использована плата специальной формы и размеров, как показано на Рис. 9.

Рис. 9

Активируйте возможность работы с контуром платы двойным щелчком по опции «Контур платы». Выберите (Select = Ctrl+Shift+S) инструмент, выделите и удалите контуры платы, которые были сформированы автоматически (Рис. 10). На панели «PCB» галочками отмечены названия слоев, которые показаны на схеме платы. Двойным щелчком по одному из них можно активизировать слой, с которым предстоит дальнейшая работа.

Рис. 10

Разрабатываемая плата будет использоваться в составе системы Mixed Signal Demo Box, и соответственно, на ней должен быть ламельный разъем в форм-факторе PCI. Выберите из меню «Place» команду «From Database …» и выберите «PCI short card 5V – 32 BIT». Скопируйте контуры данной платы в рабочую область, как показано на Рис. 11. В этой базе можно найти все необходимые стандартные компоненты, которые применяются в технологических процессах изготовления печатных плат.

Рис. 11

Затем, с помощью инструментов Place line (Ctrl+Shift+L) и Select, измените контуры платы согласно Рис. 9. В результате должен быть получен контур платы подобный изображенному на Рис. 12. Двойным щелчком по любому компоненту открывается окно свойств, в котором можно настроить все параметры данного компонента. На Рис. 12 показано, как передвигать линии контура или детали на печатной плате с точностью единиц микрометров. Развертка контактной части устройства Mixed Signal Demo Box представлена в Приложении 1.

Рис. 12

Расположите детали на плате, как показано на Рис. 13. Рисунок соответствует верхней стороне платы (Copper Top). Между шинами +9В / общая точка и -9В / общая точка необходимо подключить конденсаторы C3 и C4. При симуляции работы схемы эти компоненты не были установлены, поскольку параметры шины питания операционного усилителя считались идеальными.

Таблица 1

В Таблице 1 приведены названия линий связи и соответствующие им контактные точки. Для того, чтобы перенести эти данные в программу и получить необходимые линии связи на плате, необходимо выбрать Tools >> Netlist editor и, шаг за шагом, добавить линии и контактные точки к ним (Рис. 13). В данном случае необходимо к имеющимся контактным точкам добавить недостающие соединения с контактами разъёма входа и выхода схемы, а также цепей питания и конденсаторов С3, С4 (см. таблицу 1).

Рис. 13

Если все соединения, трассировка и другие операции разработки платы выполнены согласно правилам «Design rules», на панели «Spreadsheet View» (DRC) не должно быть ошибок соединений (Рис. 14).

Рис. 14

Правила разработки (Design rules) можно настроить из меню «PCB Properties» (Option -> PCB Properties) и «Preferences» (Option -> Preferences).

Рис. 15

Выберите из меню Autoroute команду Start/Resume Autorouter и запустите автотрассировщик. После этого выполните оптимизацию командой Start Optimization из меню Autoroute.

Используя инструменты «Line», «Follow me», «Place a VIA» (Рис. 16) из панели инструментов «Main», необходимо привести схему платы (Рис. 17) к окончательному виду (Рис. 21 – верхний слой и Рис. 22 - нижний слой). Рекомендуется применять ширину линий 0.5 – 0.6 мм, с учетом того, что плата носит учебно–экспериментальный характер, и количество линий на ней не так велико.

Рис. 16

В Приложении 1 приведена информация о соединительном разъеме, используемом в адаптере учебных плат Mixed Signal Demo Box, а Приложение 2 содержит некоторые паспортные данные к операционному усилителю LM324NS.

Рис. 17

На Рис. 21 представлена плата с использованием традиционных компонентов (без использования компонентов поверхностного монтажа). При необходимости можно менять параметры точек переходов (к меню параметров можно перейти двойным нажатием по точке перехода в открывшемся окне), Рис. 20.

Рис. 18

Рис. 19

Рис. 20

Рис. 21

Рис. 22

Текст и метки на плате можно добавить, активировав слой «Шелкография». При работе с нижним слоем платы необходимо учитывать «зеркальный фактор» текста (Рис. 23).

Рис. 23

Готовая плата должна иметь следующий вид (Рис. 24):

Рис. 24

При производстве печатных плат применяются технологические процессы нанесения на разъемы золотого покрытия. Для этого, после завершения дизайна платы, и убедившись в отсутствии ошибок, можно программно соединить все контакты медной линией (с обеих сторон). Для этого следует двойным нажатием мыши активировать соответствующий слой (cooper top/bottom, маска припоя верх/низ) (Рис. 25).

Рис. 25

Откройте «File->Export». В результате данной операции создаются файлы, соответствующие промышленным стандартам, которые можно загрузить в устройства по изготовлению печатных плат. Нажмите «ОК» в окне предупреждений (Рис. 26).

Рис. 26

В окне «Export» выберите стандарт «Gerber RS-274x», затем в окне «Properties» отметьте слои, которые необходимо экспортировать (Рис. 27). В зависимости от марки используемого оборудования и технологии изготовления плат может возникнуть необходимость объединения некоторых слоев (Merge), или применения функции «Reflection» (зеркальное преобразование слоев). В таких случаях функцию экспорта следует выполнить несколько раз для каждого слоя по отдельности. Также, при необходимости нанесения золотого покрытия на контактные площадки, может возникнуть необходимость соединения всех контактов линией, которая после завершения технологических процессов должна быть удалена при помощи прецизионной фрезеровки.

Примечание: гербер файлы создаются по стандартной спецификации (Gerber RS-274x), однако важно помнить, что производители печатных плат могут иметь собственные требования, которые необходимо учитывать при создании гербер файлов.

Рис. 27

Рис. 28

Рис. 29

Таблица 2