Orcad Capture návrh elektronických schémat
Po spuštění programu OrCAD Capture se objeví základní okno, ve kterém je možné provádět obecné nastavování programu, stejně jako veškeré úkony související s vytvářením a editací elektrického schématu a knihoven schematických značek.
Schematický návrh jako celek se ovládá z okna Project Manager
Toto okno se automaticky vytvoří při otevření stávajícího projektu nebo při definování projektu nového. V tomto okně se zobrazuje struktura vlastního návrhu, který se skládá ze schématu, seznamu a definic použitých schematických značek, ze seznamu souborů s nastavením pro další zpracování schématu (například nastavení simulačních profilů pro PSPICE) a ze seznamu výstupních souborů, jako jsou například netlisty, rozpisy materiálů nebo výsledky simulací PSPICE. Oken Project Manager může být otevřeno více najednou a schematické značky, celé části schémat příp. i simulační profily apod. je možné mezi těmito okny vzájemně přetahovat a kopírovat.
Nejpoužívanější příkazy obsahuje nástrojová lišta zvaná Toolbar. Příkazová tlačítka jsou k dispozici v závislosti na režimu činnosti a okamžitém stavu programu.
Create document (vytvoření nového dokumentu)
Open document (otevření existujícího návrhu nebo knihovny) Save document (ložení schematické stránky nebo značky) Zoom in (zvětšení měřítka zobrazení)
Zoom out (zmenšení měřítka zobrazení) Zoom to region (zobrazení vybraného okna) Zoom to all (zobrazení celého dokumentu)
Annotate (očíslování součástek vybraných schematických stránek) Back Annotate (zpětná anotace vybraných schematických stránek) Design Rules Check (kontrola návrhových pravidel vybraných schematických stránek) Create Netlist (vytvoření netlistu vybraných schematických stránek) Cross Reference (vytvoření souboru křížových odkazů součástek vybraných schematických stránek) Bill of Materials (vytvoření seznamu součástek použitých ve vybraných schematických stránkách)
Snap to Grid (zapnutí-vypnutí práce v rastru) Area Select (označení součástek ve vybrané oblasti) Drag connected object (přesun zapojené součístky) Project manager (zobrazení okna Project Manager aktivního schematického návrhu) Help (nápověda)
Založení projektu - Založení nového projektu provedeme tak, že po spuštění programu Capture zvolíme File New Project
V následném okně můžeme zvolit jméno nového projektu (Name) a zvolíme cestu kde se budou ukládat všechny soubory, které s projektem souvisí (Location). Po stisku tlačítka Browse je možné prohledávat existující adresářovou strukturu i vytvářet nové adresáře.
Důležitou volbou je zde typ nového projektu. Výběr je nutné provádět s ohledem na instalované součásti i na předpokládané zpracování schématu. Pokud například chceme provádět pouze simulace navrženého schématu, zvolíme položku „ Analog or Mixed A/D“. Pokud naopak nemáme Pspice nainstalovaný, můžeme zvolit „PC BoardWizard“. V obou případech se pak spustí speciální funkce, zjednodušující práci s ohledem na zvolený typ. Nicméně i přesto je možné provádět i ostatní činnosti, i když poněkud nesnadnějším způsobem.
Po stisku tlačítka OK se v okně Projekt Manageru vytvoří nový projekt s příslušným názvem a jednou schématickou stránkou. Implicitně se nachází ve složce SCHEMATIC1 a jmenuje se PAGE1. Toto označení je možné změnit použitím pravého tlačítky myši nad příslušnou složkou či stránkou a zvolením příkazu Rename.
Nastavení prostředí editoru schematické stránky OrCAD Capture umožňuje čtyři úrovně konfigurace a nastavení: 1. 2. 3. 4.
Nastavení pracovního prostředí (Options → Preferences) Doporučené nastavení pro nové projekty (Options → Design Template) Nastavení konkrétního projektu (Options → Design Properties) Nastavení jedné schematické stránky (Options → Schematic Page Properties)
Options → Preferences Při volbě Options → Preferences nabídne program dialogové okno Preferences s několika kartami, umožňující nastavení důležitých vlastností programu. Colors/Print – nastavení zobrazení různých typů objektů (pozadí, rast, spoje, návěští, součástky, popisy, napájecí symboly atd.) a povolení jejich tisku na tiskárně. Kliknutím levého tlačítka myči na barvě se zobrazí barevná paleta, ve které je možné provést změnu nastavení barvy pro daný typ objektu.
Grid Display – nastavení typu rastru (Dots nebo Line), jeho viditelnosti (Displayed) a použití pro kurzor (Pointer snap to grid) zvlášť pro editor schématu (Schematic Page Grid) a editor schematických značek (Part Symbol Grid).
Pan and Zoom – nastavení parametrů Auto Scroll Percent (automatického rolování obrazovky) a Zoom Factor (změny měřítka zobrazení pro příkazy Zoom In a Zoom Out) zvlášť pro editor schématu a editor schematických značek.
Select – nastavení způsobu výběru objektů pomocí myši (opět nezávisle pro editor schématu a editor schematických značek). Je možné nastavit, zda mají být vybrané objekty, jež se pouze dotýkají myší definovaného bloku (Intersecting), nebo pouze ty objekty, které jsou v bloku celé uzavřené (Fully Encloused).
Miscellaneous – nastavení způsobu vyplňování typů, šířek a barev neelektrických grafických objektů (Fill Style, Line Style and Width a Color) nezávisle pro editor schématu a editor schématických značek a dále nastavení fontu, užitého v dialogových oknech (Font) a provedení textu (Text Rendering), zapnutí resp. vypnutí automatického číslování součástek při jejich umísťování ve schématu (Auto Reference), nastavení komunikace programu s OrCAD PCB Editor a OrCAd Pspice (Intertool Communication) a automatické ukládání během práce (Auto Recovery).
Text Editor – nastavení vlastností textového editoru, přístupného příkazem z menu File → New (nebo Open) → Text File.
Options → Design Template Nastavení v menu Options → Design Template je určeno pro nové projekty a pro nové schematické stránky v již existujících projektech. Má následující karty: Fonts – nastavení typu a velikostí fontů pro schematické objekty, obsahující text. Je možné nastavit zvlášť fonty pro návěští, popisy součástek, konektory atd.
Title Block – nastavení typu a popisu rohového razítka. Jejich viditelnost resp. potlačení je možné nastavit ve složce Grid Reference. Editaci nebo vytvoření nového razítka je možné provést v editoru schematických značek.
Page Size – nastavení výchozí velikosti schematických stránek. V průběhu návrhu je možné kdykoliv schematickou stránku zvětšit pomocí menu Options → Schematic Page Properties …
Grid Reference – nastavení parametrů popisu a orámování schematické stránky. Okolo schematické stránky můžeme zapnout respektive vypnout zobrazení orámování příkazem Border Visible → Displayed, Printed a v oddílech Horizontal a Vertical nastavit způsob orámování. Je možné dále zviditelnit nebo potlačit zobrazení resp. tisk rohového tlačítka (Title Block Visible → displayed, Printed).
Hierarchy – nastavení vlastností pro hierarchické bloky a součástky. Volba Primitive znamená, že se program při svých některých operacích (generování netlistu, seznamu součástek atd.) nebude vnořovat do vnitřní struktury hierarchických bloků nebo součástek. Při volbě Nonprimitive se vnořovat bude.
SDT Compatibility – nastavení kompatibility s programem SDT (starší verze OrCADu). Především jde o určení významu popisových polí ze staré verze.
Options → Design Properties Volbou Options → Design Properties je možné nastavit některé vlastnosti již existujícího projektu. Příkaz je dostupný v případě, že je aktivní okno Project manager a v něm zvolený konkrétní schematický návrh. Program zobrazí dialogové okno Design Properties. Jedná se vlastně o okleštěné okno Design Template. Design Properties nabízí pouze karty Fonts, Hierarchy, SDT Compatibility a Miscellaneous. Jediná odlišnost je v kartě Miscellaneous, ve které je volba zobrazení jinak neviditelných napájecích vývodů součástek (Display Invisible Power Pins).
Vkládání součástek Vložení součástky do výkresu provedeme tlačítkem Part nebo příkazem z menu Place→Part, po kterém se obrazí dialogové okno Place Part. V tomto okně je zobrazen seznam součástek z aktuálně označené knihovny. Seznam připojených knihoven je zobrazen v části Libraries. Připojení požadované knihovny je možné použitím tlačítka Add Library, naopak odpojení knihovny provedeme tlačítkem Remove Library. Tlačítkem Part Search lze také vyhledávat zadanou součástku nejen v knihovnách zobrazených v části Libraries, ale ve všech dostupných knihovnách OrCADu. Po vybrání součástky se zobrazí její schematická značka, v části Packaging počet značek v jednom pouzdře (Parts per Pkg) a možnost zobrazení konkrétního hradla (Part). V části Graphic můžeme zvolit mezi normálním (Normal) a alternativním (Convert) zobrazením značky (např. použití české a americké normy pro kreslení schematických značek, v případě, že je alternativní symbol v knihovně nadefinován).
Po potvrzení výběru se součástka přichytí ke kurzoru a levým tlačítkem ji lze umístit do výkresu. Pod pravým tlačítkem myši se skrývá kontextové menu, kde je možné součástku rotovat, zrcadlit, editovat její vlastnosti nebo grafické znázornění (bez vlivu na knihovnu), případně ji smazat.
Vytváření nových schematických značek součástek Nová schematická značka se vytváří příkazem Design → New Part. Příkaz je dostupný pouze v případě, že je aktivní okno Project Manager a v něm pomocí myši zvýrazněný název knihovny, do které se má nová značka definovat (pokud není k dispozici žádná knihovna, je možné je vytvořit File → New →Library). Pomocí pravého tlačítka myši vybrat příkaz New Part, po němž se zobrazí dialogové okno New Part Properties, kde je nutné nastavit následující položky:
Name – název značky v knihovně a zároveň údaj v poli Value ve schématu. Part Reference Prefix – vzor pořadového označení součástky (např. R u odporů, U u integrovaných obvodů, C u kondenzátorů atd.). PCB Footprint – název pouzdra součástky. Tento údaj není nutné vyplňovat nyní, pouzdra součástek je možné vkládat různými technikami až ve schématu. Create Convert View – volba možnosti vytvářet alternativní grafickou prezentaci schematické značky při zachování velikosti těla a rozložení pinů (např. český a americký odpor). Parts per Pkg – počet značek v jednom pouzdře součástky (např. integrovaný obvod 7400 obsahuje čtyři hradla NAND v jednom pouzdře).
Package Type – nastavení, zda jsou všechny schematické značky v jednom pouzdře stejné (Homogeneous) nebo nejsou stejné (Heterogenemous). Part Numbering – nastavení způsobu značení jednotlivých značek z jednoho pouzdra (U1A – alphabetic, U1-1 – numeric). Pin Number Visible – nastavení viditelnosti čísel pinů. Part Aliases – možnost vložení dalších názvů. Užívá se v případě, že více součástek má stejnou schematickou značku (např. 7400, 74HC00, 74HCT00 atd.). Attach Implementation – schematická značka může představovat další obvod (subschéma) v hierarchickém smyslu. Po stisku tlačítka OK program zobrazí základ nové schematické značky, který obsahuje vzor pořadového označení součástky, obsah popisového pole Value a čárkovaně vyznačené tělo značky. Vně tohoto obrysu budou piny a uvnitř je možné definovat grafické vyjásření značky. Velikost tohoto obrysu je možné změnit pomocí myši.
Vkládání vývodů (pinů) Piny se definují pomocí tlačítek nástrojové lišty Place pin nebo Place pin array. Program nabídne dialogové okno, ve kterém je nutné nastavit:
Name – jméno pinu. Negovaný název je možné realizovat pomocí zpětného lomítka za každým písmenem (např. R\E\S\E\T\). Number – číslo, odpovídající umístění v pouzdru součástky.
Shape – tvar pinu (Clock, Dot, Line, Short, Zero Lenght atd.) Type – typ vývodu (Input, Output, Passive, Power atd.). Podle typu pinu se provádí kontrola návrhových pravidel.
Po stisku tlačítka OK bude kurzor unášet nový pin, který je možné stiskem levého tlačítka myši umístit kdekoliv po obvodě těla schematické značky.
Bude-li jméno a číslo pinu končit číslicí, bude program při umísťování dalších pinů automaticky číslo i jméno inkrementovat. Skryté napájecí vývody se definují tak, že do Name a Number vložíme správný název a číslo v pouzdře, Shape zpravidla Zero Lenght a do Type nastavíme Power. V případě, že nenastavíme jinak, bude číslo vývodu umístěné vně těla součástky a jméno uvnitř těla. Obě položky budou viditelné. Potlačení jejich zobrazení je možné nastavit v tabulce User Properties, dostupné příkazem Options → Part Properties.
Definice grafické podoby značky Pomocí tlačítek Place line, Place polyline, Place rectangle, Place ellipse, Place Arc a Place text je možné uvnitř těla součástky realizovat grafickou podobu značky. Přitom je zpravidla nutné vypnout práci v rastru. Stiskneme-li před započetím kreslení obdélníku nebo elipsy tlačítko SHIFT, program bude kreslit čtverec resp. kružnici. Všem nakresleným objektům je možné po jejich výběru měnit šířku čáry příkazem Properties z pop-up menu. Uzavřené objekty typu Polyline, Rectangle a Ellipse je možné navíc vyplňovat (Fill style).
Propojování součástek Propojování součástek lze provádět několika způsoby. Nejběžnější způsob je použití vodičů (Wire). Příkaz vybereme buď tlačítkem Wire v nástrojové liště nebo z menu Place→Wire. Najedeme kurzorem na místo odkud chceme táhnout vodič a kliknutím levého tlačítka umístíme počátek vodiče. Pohybem kurzoru kreslíme vodič. Jedním kliknutím levého tlačítka pokládáme jednotlivé segmenty vodiče, dvojitým kliknutím provedeme ukončení. Pro vodivé spojení křížících se vodičů se používá příkaz Junction. Lze ho vybrat použitím stejnojmenného tlačítka nebo z menu Place→Junction. Na kurzor se pak přichytí „puntík“, který je nutné umístit do místa křížení. Další možností propojování součástek je použití návěští. To se využívá především jako náhrada za dlouhé a nepřehledné vodiče nebo při propojování pomocí sběrnic. Z nástrojové lišty vybereme Net Alias nebo z menu Place→Net Alias. Otevře se dialogové okno, ve kterém je možné zapsat název návěští, případně definovat další parametry. Po stisknutí tlačítka OK je návěští přichyceno na kurzor a levým tlačítkem myši ho lze umístit k vodiči. Vodivě spojeny jsou pak vodiče se stejným návěštím. V případě, že návěští končí číslicí, je při vybírání dalších vodičů automaticky inkrementováno. Používání sběrnic je pro jejich přehlednost využíváno především v digitální technice. Sběrnice (tlačítko Bus) je grafické znázornění svazku vodičů, které do ní vstupují prostřednictvím vstupů do sběrnice (tlačítko Bus Entry). Stejně jako vodič i sběrnici je možné pojmenovat. Bývá zvykem označování ve formátu JMENO[X..Y]. Vodičům sdruženým sběrnicí pak formou návěští přiřazujeme jména JMENOX až JMENOY. Sběrnice mají velký význam při strukturovaném návrhu, protože umožňují propojení většího množství vodičů mezi jednotlivými stránkami návrhu.
Napájecí a zemnící symboly Další možností propojování vodičů je použití symbolů napájení a zemnění. Ty se vkládají do schematu tlačítky Power a Ground, případně z menu příkazy Place→Power resp. Place→Ground. Stejně jako v případě návěští platí, že vodivě spojeny jsou vodiče označené stejným jménem.
Editace vlastností součástek
Editace pouzder (footprints) součástek
Anotace Anotace je pojmenování součástek v popisovém poli Reference. Pomocí příkazu Tools→Annotate je možné spustit hromadné pojmenování či přejmenování součástek. Karta Packaging je určena pro běžný návrh schématu , simulace a návrh DPS. V části Scope určíme, zda se přečíslování bude týkat celého schématu nebo jen vybrané části schématu. V části Action pak nastavujeme zda pojmenujeme pouze součástky, které mají v poli Refence otazník (Incremental reference update) nebo dojde k bezpodmínečnému přejmenování všech součástek (Unconditional reference update). V části Physical Packaging je pak možné nastavit pravidla pro vkládání dílčích schématických značek do jednoho pouzdra. V kartě Reuse je možné nastavit přečíslování pro opakované motivy tvořené pomocí hierarchických bloků. V části Select schematics to mark for reuse je seznam schématických stránek, které je možné použít pro opakovaný návrh. Zde vybereme ta schémata, která chceme opravdu použít pro opakovaný návrh.
Kontrola návrhových pravidel
Kontrolou návrhových pravidel se rozumí kontrola povolených kombinací propojení vývodů. Pro definování takových kombinací slouží tzv. matice návrhových pravidel označovaná jako ERC Matrix. Kontrola návrhových pravidel se provádí příkazem Tools→Design Rules Check. K editaci definiční matice slouží karta ERC Matrix. Při klikání na určitém tlačítku dochází k přepínání mezi volbami Error (chyba), Warning (varování) a bez chyby. Z obrázku je patrné, že například spojení dvou vývodů typu Output bude generovat chybové hlášení (Error), nezapojený vývod pak pouze varování (Warning). V kartě Design Rules Check pak můžeme definovat, zda se bude kontrolovat celý návrh nebo jen vybraná část (Scope), které typy objektů se budou kontrolovat (Report), a jestli bude docházet k odstraňování již existujících chybových hlášení ve schématu (Action). Po stisku tlačítka OK je vygenerován soubor s příponou .drc se seznamem chybových hlášení a chyby jsou zároveň zobrazeny ve schématu.
Rozpiska materiálu Rozpisku použitých součástek lze vytvořit příkazem Tools→Bill of Materials. V dialogovém okně pak definujeme formát a obsah výpisu. Hlavičku definujeme v poli Header, vlastní výpis dat pak v poli Combined property string. Texty ve složených závorkách představují název popisového pole, texty bez závorek jsou textové řetězce, \t je značka pro tabelátor pro oddělení jednotlivých dat. V části Scope je možné definovat zda se výpis bude týkyn celého schématu (Process entire design) nebo jen vybrané schématické stránky (Process selection). Po potvrzení nastavení tlačítkem OK je vytvořen textový soubor s příponou .bom a uložen do adresáře nastaveného v části Report
Generování netlistu Generování netlistu se spouští příkazem Tools→Create Netlist nebo tlačítkem Create Netlist. V dialogovém okně Create Netlist je pak na výběr několik typů netlistů, kde je možné zvolit konkrétní netlist pro převod do požadovaného systému. Pro správnou funkci netlistu je potřeba přistoupit k jeho generování až v okamžiku, kdy jsou v poli Reference správně označené všechny součástky a kdy všechny součástky mají správně přiřazeno pouzdro v poli PCB Footprint.
Literatura: 1. Ing. Vít Záhlava, CSc. – Metodika návrhu plošných spojů, skriptum 2. Ing. Vítězslav Novák, Ph.D., Ing. Petr Bača, Ph.D. - Počítačové návrhové systémy, VUT Brno, 2010 3. Professor John H. Davies - A basic introduction to Cadence OrCAD PCB Designer Version 16.3
