Úvod do Altium Designeru

Úvod do Altium Designeru

OBSAH: 1

2

3

4

5

6

Úvod do Altium Designeru .............................................................................................. 2 Licence ................................................................................................................................... 4 Typy projektů ......................................................................................................................... 5 Práce s knihovnami ................................................................................................................ 5 Zdroje informací ..................................................................................................................... 6 Tvorba PCB ...................................................................................................................... 7 Založení projektu.................................................................................................................... 7 Vytvoření schématu.............................................................................................................. 10 Vytvoření plošného spoje ..................................................................................................... 16 Dokončení projektu .............................................................................................................. 25 Nástroje ........................................................................................................................... 26 Filter ..................................................................................................................................... 26 List a Inspector ..................................................................................................................... 29 List .................................................................................................................................... 29 Inspector ........................................................................................................................... 31 Smart Paste ........................................................................................................................... 34 Storage Manager .................................................................................................................. 35 Bill of Materials ................................................................................................................... 36 Output Job ............................................................................................................................ 37 knihovny .......................................................................................................................... 40 Systém dodávaných knihoven .............................................................................................. 40 Vyhledávání v knihovnách ................................................................................................... 42 Vrstvy ................................................................................................................................... 43 Založeni vlastní knihovny .................................................................................................... 45 Schematická knihovna SchLib ............................................................................................. 45 Vytvoření komponenty ......................................................................................................... 45 Parametry komponent .......................................................................................................... 49 Komponenty s více částmi a jejich alternativní zobrazení ................................................... 50 Přiřazení modelů komponent ............................................................................................... 51 Odkazy na dodavatele komponent ....................................................................................... 52 Knihovna pouzder PcbLib .................................................................................................... 52 Generátory footprintů ........................................................................................................... 55 3D modely ............................................................................................................................ 57 Modely pro simulace ............................................................................................................ 59 Dokončení knihovny ............................................................................................................ 60 Databázová knihovna DbLib ................................................................................................ 61 Závěr..................................................................................................................................... 61 Hierarchický návrh ........................................................................................................ 63 Nastavení projektu................................................................................................................ 64 Porty ..................................................................................................................................... 66 Objekty Harness ................................................................................................................... 67 Parametry ............................................................................................................................. 69 Vícekanálový návrh.............................................................................................................. 69 Device Sheets ....................................................................................................................... 71 Anotace v hierarchickém návrhu.......................................................................................... 72 Závěr..................................................................................................................................... 73 Úvod do Altium Designeru VI. - návrhová pravidla a DRC ...................................... 74 Návrhová pravidla ................................................................................................................ 75

Filtrační výrazy pravidel ................................................................................................... 77 Třídy ................................................................................................................................. 77 Několik pravidel v jedné kategorii – priority ................................................................... 78 Pravidla podle určení ........................................................................................................ 78 DRC kontrola...................................................................................................................... 80 DRC symboly ...................................................................................................................... 82 Export a import návrhových pravidel .............................................................................. 84 Závěr .................................................................................................................................... 85 7 Jak pohodlně rozmísťovat komponenty v Altium Designeru? .................................. 87 Zdroje dat................................................................................................................................ 90


1


Petr Tošovský, 27. Březen 2010 Návrhových systému pro elektroniku existuje velké množství. Altium Designer si vzal za cíl integrovat většinu činností spojených s návrhem elektroniky do jednoho programu a umožnit tak lepší provázanost dat jednotlivých částí návrhu bez nutnosti používat různá uživatelská rozhraní. Díky této vlastnosti a příznivé ceně se v poslední době dostává Altium Designer do pozornosti mnoha elektro-inženýrů. V tomto seriálu článků bych chtěl představit základní postupy práce v tomto návrhovém prostředí. Hledání vhodného návrhového prostředí není jednoduchá úloha. Rozhodujícími parametry bývá mimo efektivity práce a celkových možností systémů také především cena tohoto prostředí a licenční politika. Podobné články obvykle začínají vytvořením jednoduchého projektu. Jelikož je však tento návrhový systém poměrně komplexní, tak si zaslouží před tímto krokem alespoň obecný popis, aby případný zájemce měl informaci o tom, jaké má možnosti. V prvním díle seriálu si proto projdeme filozofii Altium Designeru, možné typy projektů a systém knihoven, které jsou v každém návrhovém systému podle mne tím nejdůležitějším. Altium Designer Altium Designer (AD) je produkt australské společnosti Altium Ltd., který navazuje na předchozí návrhový systém plošných spojů Protel. V současné době se ustálil systém upgradů Altium Designeru v podobě dvou hlavních aktualizací ročně označované jako Summer a Winter release. Minoritní aktualizace jsou vydávány podle potřeby a aktualizace je možné provádět automaticky. Aktuální verze je označována jako Summer 09 release (verze 9.3.1) a veškeré informace uváděné v tomto seriálu se budou tedy týkat této verze. Výčet všech možností tohoto návrhového prostředí by dalece přesahoval prostor vyhrazený pro tento článek. Věřím, že každý zájemce o tento systém je schopný si podle doporučených informačních zdrojů z jedné z následujících kapitol vytvořit přehled o tomto rozsahu možností. AD jako takový lze zařadit mezi profesionální návrhové systémy nejen plošných spojů. Umožňuje i návrh software pro obecné CPU, konfigurace FPGA a CPLD obvodů, obvodové simulace a dovoluje také vytvořit jednoduché GUI k dané aplikaci (spíše pro testování nebo kalibrační účely). Sdružení všech těchto činností odstraňuje nepříjemnou vlastnost ostatních nástrojů, jíž je neustálé exportování a importování dat do různých programových nástrojů, které mají různé uživatelské rozhraní. Díky relativně mladému věku systému a neustálým inovacím odpovídá tento program standardním zvyklostem současného uživatele PC s operačním systémem Windows, což neplatí u všech návrhových systémů.

-2-


Obr.1.1: Altium Designer s načteným PCB projektem AD je také úzce spojen s vývojovou deskou označovanou jako NanoBoard. Jedná se o vývojovou desku s FPGA (volitelně Xilinx nebo Altera), která obsahuje velké množství standardních periferií (USB, Ethernet, VGA, Audio kodek, Video, GPIO a mnoho dalších). Tyto periferie jsou pro konkrétní model NanoBoardu připraveny ve standardních knihovnách včetně případných ovladačů. Díky tomu je možné velice rychle připravit funkční prototyp algoritmu zpracování reálných signálů ještě před zahájením vlastního vývoje zařízení. Během tréninkových kurzů se začátečníci naučí z této vývojové desky vytvořit například audio přehrávač během několika desítek minut apod.

Obr.1.1: NanoBoard NB2 (vlevo) a novější NanoBoard 3000 (vpravo)

-3-


Licence Licencování produktu je mírně odlišné od zažitých standardů, které používají ostatní výrobci software. Konkrétní znění licencí si jistě každý sám dohledá, pro nás je v tuto chvíli důležité pouze to jakým způsobem se licence používají. Dostupné jsou tři typy licencí: On-demand – Licence je uložena na serveru Altium Ltd., k jejímu získání při každém spuštění AD je nutné připojení k internetu. Po přihlášení k Altium účtu jsou automaticky načteny licence, na které má uživatel nárok a může jí aktivovat. Pokud je dostupná posledně použitá licence, tak se automaticky použije. U této licence lze provádět tzv. Roaming, kdy se licence vypůjčí na stanovenou dobu (lze nastavit počet dní) a připojení k internetu není po tuto dobu vyžadováno. Výhodou je sdílení stejné licence mezi více uživateli, kteří nepotřebují pracovat současně. Standalone – Běžný způsob, kdy je licence v podobě souboru uloženém v počítači uživatele. Licence je tedy dostupná i bez připojení k internetu, nelze jí však přímo sdílet mezi více uživateli. Private server – Licence je uložena na uživatelském licenčním serveru, který se instaluje jako speciální aplikace společnosti Altium Ltd. Tato aplikace umožňuje pokročilý management licencí v rámci lokální sítě a odpovídá parametry tomu, co je označováno obvykle jako floating licence. Private server je ideální pro větší skupiny návrhářů, pokud disponují trvale běžícím serverem. Licence pro nové majoritní verze (Summer a Winter) musí být ručně upgradována na stránkách Altium. Za zmínku jistě stojí také možnost požádat o licenci na plně funkční 30 denní zkušební verzi a také existence studentské verze licence pro nekomerční použití obsahující všechny části systému.

Obr.1.2: Rozhraní AD pro nastavení licence, použití licence On-demand

-4-


Typy projektů Jednotlivé návrhy jsou v AD děleny na projekty. Tyto projekty jsou sdružovány do seskupení označovaných jako workspace, které umožňuje načíst a ukládat společně související projekty (i různých typů), např. pro plošný spoj a pro konfiguraci FPGA na tomto plošném spoji, případně i další pomocné plošné spoje tvořící fyzicky celek daného zařízení. AD člení projekty do celkem 6 typů podle toho, na kterou činnost jsou projekty zaměřeny. Typy projektů jsou následující: • PCB – základní typ projektu pro návrh plošného spoje (PCB). Takovýto projekt obsahuje především schematické podklady pro návrh plošného spoje, soubory plošného spoje, obsahuje nastavení pravidel pro návrh spojů, knihovny, případně další soubory s dokumentací atd. • FPGA – projekt zaměřený na návrh konfigurace FPGA je podobný projektům z návrhových prostředí výrobců FPGA. Umožňuje tedy sdružovat návrh konfigurace FPGA realizovaný textově v podobě HDL souborů (VHDL a Verilog) nebo v podobě grafického schématu. Zde je použit stejný schematický editor jako pro projekty PCB. Dále pak projekt obsahuje soubor přiřazení logických portů konfigurace k fyzickým vývodům FPGA (Constrain) a také výstupní soubory vznikající syntézou a implementací konfigurace do konkrétního modelu FPGA. Překlad probíhá automaticky za pomoci rozhraní nástrojů od výrobců FPGA, tudíž jsou výsledky přímo použitelné pro konfiguraci FPGA bez jakékoliv konverze. AD navíc disponuje USB-JTAG rozhraním (dodáváno s licencí pro AD), které umožňuje ovládat připojený JTAG chain. Toto přímé propojení přináší jisté výhody, jak si ukážeme v některé příští části seriálu. • Core – typ projektu směřující k tvorbě IP jader použitelných pro FPGA. • Embedded – tento projekt slouží k vytvoření softwarové aplikace pro procesory použité na plošném spoji. Aplikace lze vytvářet pro několik typů procesorů včetně softwarově vytvořených procesorových jader v FPGA, pro které je tento typ projektu primárně určen. • Integrated library – projekt jehož výstupem je obecně použitelná integrovaná knihovna. Součástí jsou knihovny schematických prvků (*.SchLib), pouzder pro plošný spoj (*.PcbLib), 3D modelů pro plošný spoj (*.Pcb3DLib), případně další modely (Spice). • Script – projekt slouží k vývoji a odladění uživatelsky definovaných funkcí AD. Mimo klasického pojetí skriptů je možné vytvořit formulářovou aplikaci, tak jak je známe z prostředí Windows a tak přetvořit chování AD k obrazu svému.

Práce s knihovnami Knihovny AD jsou tvořeny několika částmi. Převážná část dodávaných knihoven je tvořena takzvanými integrovanými knihovnami (*.IntLib). Takto vytvořený soubor knihovny obsahuje všechny potřebné části pro návrh a simulaci při návrhu PCB nebo FPGA projektu. V případě komponenty pro návrh plošného spoje se tedy jedná o schematickou značku, 2D a 3D model pouzdra, simulační model a logistické údaje (odkazy na dokumentaci, prodejce atd.). Ne všechny dodávané komponenty obsahují všechny tyto části, ale je možné je volitelně doplňovat. Integrovanou knihovnu lze mimo klasického postupu vytvořit z existujícího projektu (Design -> Make Integrated Library). Tato funkce je výhodná především pro vytvoření lehce přenosného projektu. Ten pak obsahuje mimo schémat, návrhu desky

-5-

Úvod do Altium Designeru plošného spoje, zdrojových textů programu i jedinou knihovnu, která v sobě sdružuje všechny použité komponenty tohoto projektu. Integrované knihovny však netvoří jediný typ knihoven v AD. Lze použít samostatné schematické knihovny (*.SchLib), knihovny pouzder (*.PcbLib) a knihovny modelů (*.MDL,*.CKT), které představují jednotlivé součásti integrované knihovny. Každá dílčí knihovna pak obsahuje odkaz na jinou dílčí knihovnu obsahující například odpovídající model pouzdra. Dalším typem jsou databázové knihovny, které umožňují centralizovanou správu knihoven (lze i u integrovaných knihoven prostřednictvím sdíleného prostoru na serveru). Komponenta v databázové knihovně představuje spíše odkaz na konkrétní model komponenty uložený zpravidla na serveru. Lze tak pohodlně změnit například odkaz na prodejce, skladové číslo apod. nezávisle na vlastním modelu komponenty. Tento způsob ulehčuje současnou práci více členů týmu na společném projektu. AD je dodáván v současné době s více než 1000 integrovanými knihovnami, které obsahují v mojí standardní instalaci přesně 127595 komponent. Knihovny jsou organizovány do adresářů podle výrobců komponent a v nich jsou jednotlivé knihovny rozděleny podle cílového použití komponent (např. CATV Amplifiers nebo RF and IF Attenuators). V takto velkém počtu komponent v knihovnách je však rozhodující především vyhledávání. AD umožňuje vyhledávání podle regulárních výrazů libovolného informačního pole komponenty jak v aktivně použitých knihovnách v projektu, tak v celém adresáři knihoven. Tato možnost do jisté míry umožňuje uživateli využít i knihovny, které nezná detailně, jak tomu bývá při zahájení práce s novým návrhovým systémem. Další knihovny jsou dostupné na stránkách Altium Community Libraries. Na získávání 3D modelů komponent je pak vhodný portál 3D ContentCentral.

Zdroje informací Hlavním zdrojem informací při práci s Altium Designérem by měla být vlastní nápověda programu, která je realizována dvojím způsobem. První jsou lokální dokumenty nápovědy (Local Documets) v podobě PDF a dalších souborů nahraných při instalaci do složky AD Help, pro které je použito fulltextové vyhledávání. Druhý způsob nápovědy je zprostředkován pomocí online Wiki, která je zobrazována přímo v prohlížeči AD. Tento systém nápovědy je doplněn samostatnými tréninkovými kurzy a průvodci, video manuály a ukázkami (které vřele doporučuji), online semináři a na míru organizovanými výukovými kurzy. Mezi další zdroje informací a pomoci uživatelům lze zařadit oficiální centrum podpory SUPPORTcenter a oficiální uživatelské fórum. Oba tyto zdroje jsou přístupné po přihlášení uživatele pomocí jeho Altium účtu. Z lokálních zdrojů je možné kontaktovat CZ/SK zastoupení společnosti Altium Ltd. firmu RETRY s.r.o. nebo také využít emailovou konferenci Altium Designer na konferenčním serveru Pandora – altium@ pandora.cz.

-6-


2 Tvorba PCB Tento díl představí postup návrhu jednoduché desky plošných spojů (PCB) od založení projektu po vytvoření kompaktního balíčku projektu s kompletní PCB, jejími pravidly a integrovanou knihovnou všech použitých komponent. Takto vytvořený projekt lze jednoduše archivovat a přenášet na jiná pracoviště. Navrhovaný obvod patří k velice jednoduchým, jelikož cílem je pouze demonstrace základního postupu tak, aby jej začátečník dokázal zopakovat. Pokročilé funkce budou demonstrovány samostatně v dalších dílech seriálu. Stejně tak budou z důvodu jednoduchosti použity hotové komponenty z dodávaných integrovaných knihoven. Návrh knihovny a komponenty v knihovně budou představeny rovněž samostatně. Na konci článku naleznete zmíněný balíček s projektem, který můžete použít jako referenci při svých experimentech s programem Altium Designer (AD). Návrh tedy neobsahuje veškeré části potřebné pro profesionální práci, pouze nutný základ. Uvedené postupy lze realizovat několika různými způsoby. Uvádím postupy, které používám já, ale pokud vám nevyhovují, můžete si nalézt svou cestu. AD obvykle umožňuje dva a více postupů pro danou činnost.

Založení projektu Založení vlastního projektu probíhá jednoduše prostřednictvím menu. AD však umožňuje seskupovat projekty do pracovních skupin ( Design Workspace ). Před založením libovolného projektu je tedy případně vhodné založit nový Workspace (menu File->New>Design Workspace ), pokud je to třeba. Po tomto kroku již můžeme založit projekt, který v tomto případě bude patřit do skupiny PCB project (menu File->New->Project->PCB Project ). Tím vznikne prázdný projekt podle obrázku. Do projektu pak libovolně přidáváme potřebné nové soubory pomocí kontextového menu (pravé tlačítko myši stisknuté na názvu projektu, Obr. 2.1) nebo klávesové kombinace Ctrl+N.

-7-


Obr. 2.1: Kontextové menu Pro nově vytvářené soubory lze definovat šablony v menu ( Obr. 2.2) pod položkou System->New Document Defaults.

-8-

DXP->Preferences


Obr. 2.2: System->New Document Defaults Tyto šablony jsou tvořeny soubory stejného typu, jaký mají generovat (po založení nového souboru se vytvoří kopie šablony), takže je možné je připravit přímo v AD běžnými postupy. Takto vytvořený Workspace, projekt a další soubory však nejsou ještě vytvořeny na pevném disku. K tomu dojde až po uložení, které lze jednoduše realizovat jedním příkazem Save All ( Shift+Ctrl+Alt+S ). Soubory mohou být umístěny libovolně, ale lze doporučit vytvoření hierarchické struktury s oddělenými adresáři pro každý typ souboru nebo podle významu souborů. Podle typu otevřeného souboru se interaktivně mění dostupné příkazy všech menu, což může být zpočátku matoucí, ale tento postup umožňuje zredukovat počet položek menu pouze na ty aktuální. Projekt nese velké množství nastavení. Dostupná jsou v menu Project->Project Options. Jedná se např. o nastavení prováděných kontrol, postupu konverze schématu do PCB, nastavení vyhledávacích cest a dalších parametrů. Podrobný popis naleznete v nápovědě (http://wiki.altium.com/display/ADOH/Project+Options). Na konci menu nastavení projektu nalezneme i záložku Parameters, která umožňuje přidat vlastní parametry v podobě konstant. Tyto parametry se používají pro textová pole ve schématu doplněné symbolem rovnítka ve formě „=název_parametru“ nebo pro PCB editor doplněné tečkou ve formě „.název_parametru“. Mimo uživatelsky definovaných parametrů existují i univerzální parametry jako aktuální čas a datum, údaje o názvech souborů, datu a času jejich posledních -9-

Úvod do Altium Designeru změn atd. Kompletní seznam pro schéma je uveden v nápovědě označené TR0111 v kapitole Special Strings (http://wiki.altium.com/display/ADOH/Schematic+Text+String) a pro PCB v TR0112 v kapitole String (http://wiki.altium.com/display/ADOH/String). Prostředí AD je zaměřeno na efektivní práci prostřednictvím zadávání příkazů z klávesnice. Zkratky příkazů pro návrh nejsou tvořeny obvyklou kombinací kláves, ale sekvencí písmen podle kategorie příkazu. Vložení komponenty neboli příkaz menu Place>Part… je tak tvořen sekvencí PP. Písmena sekvence odpovídají podtrženým písmenům v názvu menu nebo příkazu. Podrobnější informace o aktuálních klávesových zkratkách (závislé na prováděné akci) lze nalézt v panelu Help->Shortcuts ( Obr. 2.3), který lze aktivovat v pravé dolní části AD. Pro příkazy budu v dalším textu uvádět vždy příslušnou klávesovou sekvenci.

Obr. 2.3: Help->Shortcuts

Vytvoření schématu Zmíněný navrhovaný obvod je jednoduchý modul s procesorem ATtiny15 ( Obr. 2.4).

- 10 -


Obr. 2.4 Vzorové schéma ukázkového obvodu Po vytvoření nového souboru pro schéma ( Obr. 2.5) je vhodné vybrat sadu knihoven (Libraries ), které budou v projektu použity.

Obr. 2.5: Nové schéma Pokud se v pravé liště nástrojů nenachází nabídka Libraries, tak ji lze aktivovat v pravé dolní části přes položku System->Libraries. Sadu knihoven pak vybereme v nabídce Libraries tlačítkem Libraries… ( Obr. 2.6).

- 11 -


Obr. 2.6: Libraries Do tohoto seznamu prostřednictvím tlačítka Install… přidáme všechny potřebné knihovny ( Obr. 2.7).

Obr. 2.7: Vložení knihoven Tyto knihovny lze přidávat a odebírat kdykoliv v průběhu návrhu. Pro tento první návrh doporučuji použít pouze jedinou knihovnu, obsaženou v přiloženém balíčku v kapitole Přílohy na http://hw.cz/teorieapraxe/software/art3490-uvod-do-altium-designeru-ii-tvorbapcb.html#Prilohy.

- 12 -

Úvod do Altium Designeru Komponenty a všechny ostatní objekty jsou umisťovány do mřížky, kterou nastavujeme příkazem View->Grids a nebo jednoduše přepínáme stisknutím klávesy G. Aktuální hodnota mřížky je uvedena v levém dolním rohu vedle aktuálních souřadnic. Po nastavení knihoven a mřížky lze již přidávat potřebné komponenty do schématu. Pomocí při výběru komponenty je filtr pod názvem knihovny v nabídce Libraries. Zapsáním části názvu se v seznamu komponent zobrazí pouze komponenty obsahující v některém poli uvedený text. Výraz se doplňuje symbolem hvězdičky *, na místě kde mohou následovat libovolné znaky. Rezistory jsou v knihovnách obvykle označeny jako *res*, kondenzátory jako *cap* atd. Běžné komponenty naleznete v knihovnách „ Miscellaneous Connectors “ a „ Miscellaneous Devices “. Bohužel však nejsou vždy dostupné potřebné tvary pouzder a je nutné hledat v jiných knihovnách. Naštěstí je zde nabídka Search…, která vyhledávání zjednodušuje. Vybranou komponentu vložíme do schématu pomocí tlačítka Place ( Obr. 2.8).

Obr. 2.8: Vložení vybrané komponenty Komponenty se v AD vkládají s označením ( Designator ) obsahujícím symbol „?“. Na místo tohoto symbolu se v závěrečném přiřazení automaticky dosadí unikátní index dané součástky. Rotace komponenty se provádí klávesou mezerníku, převrácení v ose X a Y pak přímo klávesami X a Y. Pro nastavení vlastností je použita klávesa Tab, která v AD obecně slouží k nastavení vlastností objektů. Již umístěnou komponentu lze přesouvat, rotovat nebo jí měnit vlastnosti stejným způsobem jako při jejím prvotním umístění ve chvíli, kdy ji uchopíme a držíme pomocí levého tlačítka myši. Přesouvání v této podobě přeruší propojení s elektrickými vodiči vedoucími k vývodům komponenty. Tomu lze zabránit držením klávesy Ctrl před uchopením komponenty, vodiče jsou pak automaticky překreslovány s

- 13 -

Úvod do Altium Designeru posuvem komponenty. Klávesy Ctrl, Alt a Shift jsou v AD obvykle použity k přepínání režimu dané funkce a jejich význam se mění podle prováděné činnosti. Pro označení napájecích signálů se používají tzv. Power Porty dostupné v menu Place (PO). Pomocí klávesy Tab můžeme u tohoto Portu nastavit jeho tvar (Bar, Circle, Arrow atd.), orientaci a název ( Obr. 2.9). Vytvořený Port spojuje stejně pojmenované porty v rámci celého projektu.

Obr. 2.9: Nastavení tvaru portu Po vložení všech komponent je propojíme pomocí vodičů. Jedná se o příkaz Place>Wire (PW). Pokládání vodiče probíhá po jednotlivých úsecích. Směr, kterým se dva body propojí, se volí pomocí klávesy mezerník. Mód (přímé, pravoúhlé, zakulacené atd.) propojení se přepíná klávesovou kombinací Shift+mezerník. Přerušení existujícího vodiče dosáhneme příkazem Edit->Break Wire (EW). Signálovým vodičům se speciální funkcí jako je typicky například napájení je vhodné přiřadit vlastní signálovou třídu ( Net Class ), při návrhu plošného spoje lze pak pohodlněji definovat oddělené návrhová pravidla pro tyto třídy. Doplňkové informace signálů přiřazujeme pomocí nabídky Place->Directives (PV) a pro třídy dále volba Net Class (C). Pomocí klávesy Tab nastavíme nové třídě pro výkonové signály název Power. Název doporučuji zviditelnit zaškrtnutím volby Visible. Vzniklou značku umístíme na odpovídající vodiče podle vzorového schématu. Stejně tak můžeme umístit značku No ERC (červený křížek) sekvenci PVN na nezapojené vývody, což odfiltruje chybová hlášení o potenciálně chybném nezapojení vývodů komponenty, ale i veškerá další. Dokončené schéma je nutné připravit pro export do souboru PCB. Za tímto účelem musí dojít k pojmenování komponent unikátním identifikátorem, který vzniká odstraněním

- 14 -

Úvod do Altium Designeru symbolu „?” v poli Designator komponenty. Přiřazení lze provést ručně nebo automaticky nástrojem Tools->Annotate Schematics… (TA) ( Obr. 2.10).

Obr. 2.10: Tools->Annotate Schematics V nově otevřeném rozhraní obvykle není mimo postupu anotace (levý horní roh) nutné nic nastavovat. Pomocí tlačítka Update Changes List dojde k přepsání symbolu „?“ za navrhované číselné označení, které přijmeme tlačítkem Accept Changes. Po tomto kroku dojde k otevření dialogu Engineering Change Order (závislé na nastavení projektu). Tento dialog ( Obr. 2.11) slouží ke kontrole prováděných změn a jejich případnému schválení.

Obr. 2.11: Kontrola prováděných změn - 15 -


Dialog obsahuje seznam všech prováděných změn. Pokud s nimi souhlasíme, tak stiskneme tlačítko Validate Changes, které provede kontrolu, zda je možné změny provést. V případě úspěchu zvolíme Execute Changes, čímž se změny v projektu provedou. Dialog pak můžeme zavřít. Anotace se provádí pro celý projekt zároveň a je možné jí v případě nutnosti opakovat. Pokud dojde ke konfliktu s existující notací komponent na PCB, tak systém zobrazí dialog pro ruční přiřazení komponent se starou notací v PCB a novou notací ve schématu. Pro ulehčení dokumentace a názornosti návrhu lze do schématu přidat i obrázky (PDG) a textové poznámky (PEO) simulující známé barevné lepící papírky. Obrázky v podporovaném formátu (bohužel není podporován PNG) je možné do schématu přidat i přetažením tohoto souboru na plochu schématu. Ve vlastnostech obrázku je vhodné případně aktivovat volbu Embedded, která zajistí uložení obrázku do souboru schématu. Bez této volby je ve schématu uložen pouze odkaz na soubor. Poznámky je možné pomocí červeného trojúhelníku v horním levém rohu minimalizovat, aby ve schématu nezabíraly příliš místa.

Vytvoření plošného spoje Soubor pro plošný spoj PCB můžeme opět založit několika způsoby. Nejkomfortnější způsob je stisk kombinace Ctrl+N a výběr položky New from template->PCB Board Wizard … Průvodce vám umožní nadefinovat všechny důležité parametry PCB jako použitá soustava jednotek, rozměr, typ a parametry prokovů atd. PCB lze vytvořit i ručně v menu File->New>PCB (FNP). Základní parametry dokumentu jako jsou parametry mřížek a soustava jednotek (metrické/palcové) naleznete v Menu Design->Board Options…(DO) ( Obr. 2.12).

Obr. 2.12: Menu Design->Board Options

- 16 -

Úvod do Altium Designeru Rozměry desky nadefinujeme ručně pomocí nástroje v menu Design->Board Shape>Redefine Board Shape (DSR). Pro naše účely dostačuje obdélníkový tvar s rozměry desky 40x20mm. Počet vrstev PCB a jejich rozmístění nastavíme v menu Design->Layer Stack Manager… ( Obr. 2.13).

Obr. 2.13: Design->Layer Stack Manager Editace vrstev zobrazuje fyzickou formu nastavení interaktivním obrázkem, takže postup volby je s trochou experimentování intuitivní. Základní nastavení pro oboustranný plošný spoj nám však pro náš projekt vyhovuje. AD obsahuje veliké množství vrstev pro zajištění generování všech potřebných technologických podkladů pro výrobu a dokumentaci plošného spoje. Základní vrstvy jsou signálové vrchní Top (základní barva červená) a spodní Bottom (modrá) a vrstvy pro potisk Top Overlay (žlutá) a Bottom Overlay (hnědá). Podrobnější popis vrstev opět uvedu v díle zaměřeném na tvorbu knihovních prvků. Pro lepší orientaci si je možné vytvořit sestavy vrstev v menu Design->Manage Layer Sets ( Obr. 2.14), kdy si zobrazíme pouze potřebné vrstvy, a ostatní zůstanou skryty.

- 17 -


Obr. 2.14: Design->Manage Layer Sets Pokud nás zajímá především jedna vrstva, tak můžeme v kontextovém menu dané záložky vrstvy aktivovat Single Layer Mode nebo vrstvy vybrat kliknutím za současného držení klávesy Ctrl, čímž se vrstva vybere jako aktivní a ostatní jsou přesunuty do pozadí. AD podporuje pro komplexní návrhy rozdělení komponent podle funkčních bloků do tzv. Rooms. Room v základu obsahuje jeden list schématu a na PCB je pro tento Room vyhrazena označená plocha (hnědý polygon). Komponenty patřící ve schématu do daného Roomu nesmějí být v PCB umístěny mimo vyznačenou plochu. Tento stav vyvolá chybu online kontroly umístění komponent, což nám umožňuje mít komponenty, které se mají soustředit například okolo jednoho integrovaného obvodu pohromadě. Pro malý projekt jako je náš demonstrační je použití Rooms spíše na překážku. Automatické generování Rooms lze deaktivovat v menu Project->Project Options… v záložce Class Generation, kde zrušíme zaškrtnutí Generate Rooms ( Obr. 2.15).

- 18 -


Obr. 2.15: Deaktivování automatického generování Rooms Vzniklá předloha pro plošný spoj neobsahuje komponenty ze souboru se schématem. Jejich vložení je provedeno pomocí nabídky menu Design->Import Changes from „název_projektu“. Objeví se již známy dialog Engineering Change Order, ve kterém potvrdíme validaci a provedení všech změn. V tomto kroku mohou nastat komplikace, pokud knihovny komponent neobsahují motiv (Footprint) pro PCB apod. Přiřazení motivu komponenty bude předvedeno v díle demonstrujícím tvorbu integrované knihovny. Po importu komponent ( Obr. 2.16) je pomocí tažení myší a rotací mezerníkem umístíme do vhodných pozic.

- 19 -


Obr. 2.16: Importování komponent Přemístění na opačnou vrstvu desky vyvoláme klávesou L. Celou desku můžeme otočit příkazem View->Flip Board. Pokud je několik objektů umístěno v těsné blízkosti nebo přes sebe a návrhové prostředí nedokáže rozeznat, který chceme uchopit, tak nabídne rozhodovací dialog s ukázkami objektů, které vybíráme. V případě překrytí komponent nebo špatně vedeného spoje dojde k jejich označení světle zelenou barvou. Tato barva označuje konflikt online kontroly návrhových pravidel. Pravidla nastavujeme nejlépe průvodcem Design->Rule Wizard… (DW), kde máme možnost postupně nastavit, jaké pravidlo chceme přidat, nastavit jeho parametry a to kterých částí v editoru PCB se týká (například omezení na konkrétní spoje). Existující pravidla pak můžeme nalézt a upravovat v menu Design->Rules… (DR) ( Obr. 2.17). Nový PCB soubor obsahuje základní sadu pravidel.

- 20 -


Obr. 2.17: Design->Rules Pro demonstrační návrh vytvoříme dvě pravidla pro námi vytvořenou signálovou třídu Power. Pomocí průvodce DW vybereme pravidlo Clearance Constrain (nastavení izolační vzdálenosti), které v horní části pojmenujeme a doplníme vhodným komentářem. V dalším kroku zvolíme, že pravidlo budeme používat pro 1 signál (1 Net) a v následujícím dialogu pro tvorbu omezení platnosti pravidla nastavíme ze seznamu volbu Belongs to Net Class a vybereme ve vedlejším seznamu třídu Power. Následuje volba priority pravidel stejné třídy, jež nastavuje pořadí vykonávání pravidel, kdy pravidlo výše v seznamu je rozhodující. Tento postup umožňuje jednoduše definovat pravidlo základní vztahující se pro všechny zbývající signály – je umístěno na konci seznamu priorit. Po ukončení průvodce se otevře seznam všech pravidel s aktivovaným nově vytvořeným pravidlem. Zde nastavíme parametr Clearance na 16mil. Základní pravidlo pro izolační vzdálenost Clearance nastavíme na 12mil. Pro zadávání parametrů můžeme použít i milimetry bez přepínání jednotek projektu. AD automaticky jednotky převede. Stejný postup použijeme na pravidlo Width Constrain, kde definujeme pro třídu Power rozměry spojů na min 16mil, preferred 32mil a max 50mil. Základní pravidlo upravíme na hodnoty v pořadí 10, 20 a 30mil. Označení třídy můžeme zároveň využít i k zvýraznění signálu GND. Tento signál necháme vykreslit pomocí polygonu tzv. rozlité mědi po obou vrstvách plošného spoje. V době routování spojů, kdy ještě nemáme vytvořené polygony, je vhodné na první pohled rozlišit tento signál tak, abychom jej náhodou nezačali kreslit rovněž obyčejným spojem. V pravém dolním rohu aktivujeme panel PCB->PCB. V tomto panelu vybereme signálovou třídu Power a pravým tlačítkem myši vyvoláme na položce GND kontextové menu, kde vybereme Change Net Color a vhodnou barvu. V seznamu pak položku GND zaškrtneme, - 21 -

Úvod do Altium Designeru čímž se aktivuje překrytí plošek danou barvou. Výsledek tohoto postupu je na následujícím obrázku ( Obr. 2.18).

Obr. 2.18: Rozmístění komponent na PCB včetně obarvení GND signálu Routování signálů aktivujeme příkazem menu Place->Interactive Routing (PT). Stejně jako ve schématu se výběr směru provádí klávesou mezerníku, změna režimu pak kombinací Shift+mezerník a přechod na jinou vrstvu pomocí kláves + nebo -. Tento přechod automaticky vytvoří prokov na danou vrstvu. Parametry routování lze nastavit v menu vyvolaném klávesou Tab. AD však provádí online kontrolu podle pravidel nastavených v menu Rules, takže spoj není možné položit do místa, kde by porušoval nastavené pravidla. Automatické dokončení vedení spoje lze vyvolat kliknutím za současného držení klávesy Ctrl. Spoj se dokončí podle nastavené strategie vedení spojů a pravidel. Zbývající signál GND vytvoříme zmíněným polygonem rozlité mědi příkazem Place>Polygon Pour… (PG) ve vrstvě Top. V dialogu můžeme ovlivnit parametry polygonu. Standardní nastavení však v tuto chvíli vyhovuje. Vybereme pouze v seznamu Connect To Net signál GND a polygon v položce Name pojmenujeme. Po potvrzení dialogu nakreslíme obrys polygonu a potvrdíme jeho vykresleni. Stejně postupujeme pro vrstvu Bottom. Pro správu polygonů slouží nástroj Tool->Polygon Pour->Polygon Manager (TGM) ( Obr. 2.19), kde lze nastavit pořadí vykreslování polygonů a také jejich deaktivaci – uložení do repositáře ( Shelve ), ve chvíli kdy překáží například vedení spojů a bylo by nutné jej po každém zásahu překreslovat.

- 22 -


Obr. 2.19: Tool->Polygon Pour->Polygon Manager Tímto jsou dokončeny motivy měděných spojů na PCB. Zbývá v Top a Bottom Overlay vrstvě upravit popisky komponent (Silkscreen) do smysluplných pozic tak, aby se nepřekrývaly. V některých případech nevhodně navržených komponent v knihovnách je nutné deaktivovat pravidla v kategorii Manufacturing a to Silkscreen Over Component Pads (nastavit 0mil) a Silk To Silk Clearance (0mil). Po tomto kroku aktivujeme příkaz Tools->Design Rules Check (TD), který v základním nastavení provede dodatečnou kontrolu všech nastavených pravidel a vygeneruju seznam jejich porušení, která na PCB označí odpovídajícími symboly. Tyto symboly můžeme odstranit příkazem Tools->Reset Error Markers (TM). Navržený obvod ( Obr. 2.20) je pak možné také zobrazit ve 3D zobrazení ( Obr. 2.21) klávesou 3. Dodávané knihovny prvků však neobsahují 3D modely pro všechny komponenty, lze je však relativně jednoduše doplnit, pokud je to třeba.

- 23 -


Obr. 2.20: Navržený obvod

Obr. 2.21: 3D vizualizace výsledného návrhu

- 24 -


Dokončení projektu Po dokončení projektu je vhodné vytvořit pro tento projekt vlastní integrovanou knihovnu komponent, které jsou v projektu použity. Projekt je pak možné archivovat a přenášet na jiná pracoviště bez potřeby archivování a přenášení všech použitých knihoven. K vytvoření knihovny slouží příkaz menu Design->Make Integrated Library (DA). Vytvořená knihovna se automaticky přidá do aktuálního projektu do složky Libraries ( Obr. 2.22).

Obr. 2.22: Zobrazení vytvořené knihovny v projektu Po tomto kroku doporučuji zároveň vytvořit archivační balíček, obsahující kopii aktuálního stavu projektu. Pomocí průvodce aktivovaného z menu Project->Project Packager… nastavíme, který projekt se má archivovat a jaké části mají být do balíčku zahrnuty. V základním nastavení obsahuje název balíčku i údaj o aktuálním čase a datu. Takto vytvořený balíček uvedeného ukázkového návrhu naleznete na konci článku v sekci Přílohy na http://hw.cz/teorieapraxe/software/art3490-uvod-do-altium-designeru-ii-tvorbapcb.html#Prilohy.

- 25 -


3 Nástroje V minulém díle jsem popsal postup návrhu jednoduchého plošného spoje. Na tento návod bych rád navázal dalším dílem seriálu s bližším popisem ostatních nástrojů Altium Designeru a jejich možností. Jedná se o nástroje pro hromadné úpravy projektu, pro generování výstupních technologických podkladů a další informace o správě projektu v Altium Designeru.

Altium Designer (AD) disponuje velice silným nástrojem na hromadné úpravy veškerých parametrů objektů umístěných ve schématu nebo na plošném spoji (PCB). Výsledky lze dosáhnout několika způsoby.

Filter Prvním krokem hromadných úprav v AD je označit všechny objekty, se kterými chceme pracovat. K tomu slouží nástroj Filter (klávesová zkratka F12), který aktivujeme v menu v pravém dolním rohu hlavního okna nebo v horním menu View->Workspace Panel. V těchto menu jej nalezneme pod položkami SCH, PCB, SCHLIB a PCBLIB jako SCH Filter, PCB Filter atd. podle toho jaký typ dokumentu je momentálně aktivní. Tyto varianty nástroje Filter vždy obsahují společnou základní část, ve které vytváříme výraz, který popíše objekty, jenž mají být označeny nebo přidány k již existujícímu výběru. Stejně tak můžeme aktivovat funkci filtru pomocí pravého tlačítka myši v dokumentu, kde nalezneme položku Filter (F). Tato obsahuje jinde nedostupnou nabídku Examples (F, E) poskytující několik užitečných ukázek jednoduchých i komplexních filtračních výrazů, například výběr všech komponent ve schématu bez přiřazeného pouzdra pro PCB nebo výběr všech otvorů v PCB v daném rozsahu průměrů.

Obr. 3.1.: Panel Filter Před popisem syntaxe výběrového výrazu zmíním dvě jednodušší a velice rychlé možnosti výběru hledaných objektů. První je interaktivní výběr objektů, který se skrývá pod označením Find Similar Objects (Shift+F). Pokud není v době aktivace příkazu vybrán žádný objekt, tak vás AD vyzve k výběru referenčního objektu. Po tomto kroku se objeví okno obsahující všechny vlastnosti tohoto objektu, u kterých v pravé části řádku můžeme zvolit jednu ze tří možností podle toho, jakou shodu dané vlastnosti u hledaných objektů vyžadujeme: • Any (libovolné) – hledáme objekty, které mají stejnou vlastnost s libovolnou hodnotou (nebo danou vlastnost ani neobsahují) • Same (shodné) – hledáme objekty se shodnou hodnotou u dané vlastnosti - 26 -

Úvod do Altium Designeru •

Different (rozdílné) – hledáme objekty, které mají danou vlastnost s libovolně odlišnou hodnotou od referenčního objektu (nebo danou vlastnost ani neobsahují)

V dolní části dialogu ještě můžeme zvolit, zda má být provedeno přiblížení zobrazení vybraných objektů (Zoom Matching), označení objektů splňující zvolené podmínky (Select Matching), zrušení existujícího výběru komponent (Clear Existing – deaktivací jsou objekty přidány k existujícímu výběru), zapsání výrazu navoleného pomocí tohoto příkazu do okna nástroje Filter (Create Expression), zvýraznění odpovídajících objektů pomocí maskování ostatních objektů (Mask Matching) a automatická aktivace nástroje Inspector (Run Inspector – viz kapitola Inspector), aby mohly být okamžitě prováděny hromadné úpravy vlastností objektů. Dále lze zvolit pole působnosti vyhledávání na aktuální dokument (Current Document), nebo všechny otevřené dokumenty (Open Documents). Pro PCB dokumenty je položka Mask Matching nahrazena výběrem Normal, Mask, nebo Dim, kde volíme formu zvýraznění. Nastavení Normal jednoduše označí objekty výběru, nastavení Mask navíc nevybrané objekty převede do šedé palety barev a nastavení Dim ostatní objekty pouze zatmaví. Po potvrzení volby nástroje Filter vznikne filtrační výraz popisující zadané podmínky a to bez znalosti syntaxe výrazů.

Obr. 3.2.: Okno Find Similar Objects - 27 -


Druhou možností výběru je příkaz Build Query… (Shift+B), který je dostupný pouze v PCB dokumentech. Po jeho aktivaci se objeví okno umožňující vytvoření filtrovacího výrazu prostřednictvím sestavení věty nebo souvětí. Jednotlivé věty se skládají z podmínky (objekt náleží komponentě, spoji, vrstvě atd.) a hodnoty podmínky (název komponenty, spoje, vrstvy atd.). Věty pak lze spojovat pomocí logických výrazů AND a OR, nebo vytvářet rozvíjející věty (vnořené podmínky), které zpřesňují větu základní. Rozvíjející věty jsou pak vytvářeny horizontálním posuvem věty směrem vpravo (šipka v menu) do vyšší úrovně (Level s vyšším číselným indexem). Nabídky v dolní části dialogu (Zoom Matching až Run Inspector) jsou shodné s nabídkami popsanými u příkazu Find Similar Objects. Výsledkem takto vytvořeného souvětí je opět výběrový výraz v syntaxi nástroje Filter, který se interaktivně zobrazuje v pravé části dialogu (Query Preview) v průběhu vytváření souvětí.

Obr. 3.3.: Dialog pomocného nástroje Build Query Tyto dvě popsané možnosti umožňují efektivní vytváření výběru objektů podle různých kritérií. V některých případech, jako je například vyhledání objektu s hodnotou parametru v určitém rozsahu, je nutný ruční zásah do vyhledávacího výrazu, který se zapisuje do textového pole nástroje Filter. Zkušený uživatel jej může vytvořit přímo zapsáním podle syntaxe tzv. Query Language, viz dokumentace. Pro méně zkušené uživatele je připraven pomocný nástroj Helper, který se aktivuje tlačítkem na panelu Filter. Dialog obsahuje seznam dostupných funkcí a objektů, kde je možné vyhledat potřebný zápis a pomocí operátorů výraz zapsat. Podrobný popis vybrané funkce lze vyvolat stisknutím klávesy F1. Velice dobrou funkcí je validace výrazu pomocí tlačítka Check Syntax, která kontroluje zapsaný výraz. Bohužel identifikace chybného zápisu není příliš podrobná. Omezuje se pouze na chybové hlášení, že výraz není interpretovatelný. Mimo nástroje Helper je také dostupný nástroj Builder, který odpovídá dialogu Build Query, jenž je popsán výše. Použité výběrové výrazy jsou ukládány pro možnost opakovaného použití pod tlačítkem History. Často používané výrazy pak lze uložit pod tlačítkem Favorites. Verze panelu Filter pro PCB obsahuje tlačítko navíc Create Rule, které umožňuje přímo vytvořit libovolné pravidlo pro návrh PCB, které bude platit pro objekty popsané prostřednictvím zapsaného výběrového výrazu. Význam

- 28 -

Úvod do Altium Designeru ostatních položek vychází z již popsaných možností limitace výrazu na vybrané objekty, například přiblížení výběru atd.

Obr. 3.4.: Dialog pomocného nástroje Helper Varianty SCH, PCB, SCHLIB a PCBLIB panelu Filter se mírně liší podle toho, jaké funkce jsou pro daný typ dokumentu dostupné. Například se jedná o výběr všech komponent pro aktuální knihovnu.

List a Inspector Objekty lze hromadně editovat pomocí dvou panelů – List a Inspector. Tyto nástroje jsou opět uvedeny ve variantách SCH, PCB atd. jako uvedený nástroj Filter.

List Panel List (Shift+F12) slouží k rychlému přehledu objektů a k upravování jejich základních parametrů. V horní části panelu List lze vybrat nastavení „selected objects“a panel List pak zobrazuje pouze vybrané objekty, což je praktická vlastnost pro hromadné úpravy skupiny objektů. Zároveň je možné ve stejné části definovat typy objektů, které se budou v seznamu zobrazovat (komponenty, spoje atd.). Zobrazené vlastnosti objektů odpovídají položkám v dialogu Properties jednotlivých objektů. Jejich uspořádání je možné upravit v

- 29 -

Úvod do Altium Designeru menu Choose Columns… v kontextovém menu. V základním stavu je však List přepnutý do režimu View, kde lze pouze prohlížet vlastnosti objektů. Pro možnost jejich úprav musíme změnit režim v levém horním rohu nástroje List z View na Edit, popřípadě tuto akci lze provést kdekoliv v okně nástroje pravým tlačítkem myši. Tabulka objektů se pak změní na obyčejnou tabulku známou z tabulkových editorů. Vybranou buňku s parametrem můžeme editovat pomocí standardní klávesy F2. Výběr skupiny buněk se rovněž provádí pomocí kláves Shift (výběr úseku) nebo Ctrl (výběr jednotlivě). Další možnosti výběru (Select All, Row(s), Column(s)) nalezneme v kontextovém menu. Zároveň je zde dostupná položka Zoom Selected, kde lze vybrané objekty přiblížit v okně odpovídajícího dokumentu.

Obr. 3.5.a) Panel SCH List (nahoře) a b) PCB List (dole) Vlastnosti objektů lze mezi sebou kopírovat a docílit hromadných úprav velice rychle a efektivně. Vlastnosti binárního charakteru (True/False) jsou interpretovány pomocí zaškrtávacího políčka (CheckBox). Hromadná úprava těchto buněk není přímo podporována funkcí menu, ale do schránky lze zkopírovat žádaný stav políčka (zaškrtnuté nebo prázdné) a pak jej vložit do vybraných buněk. Pokročilejší úpravy nástrojem List lze dosáhnout pomocí funkce Smart Grid. Tato funkce je dostupná ve dvou variantách Smart Grid Paste a Smart Grid Insert. První varianta

- 30 -

Úvod do Altium Designeru upravuje vlastnosti existujících objektů a druhá vytváří objekty nové s definovanými vlastnostmi. Předpisy k vytvoření nových objektů nebo k úpravám vlastností již existujících objektů se u této funkce získávají ze schránky. Tím je umožněno použít data z různých informačních zdrojů. Mezi ně patří firemní dokumentace, katalogové listy atd. Podrobnější informace lze nalézt například v nápovědě v dokumentu TR0104 na straně 115.

Inspector Panel Inspector (F11) slouží stejně jako nástroj List k rychlým úpravám parametrů objektů. Objekty v něm lze upravovat jednotlivě i hromadně. Panel zobrazuje v jednotlivých řádcích parametry vybraných objektů rozdělené do kategorií a vedle nich aktuální hodnotu těchto parametrů. Pokud jsou hodnoty různé, tak jsou nahrazeny symbolem „<…>”. Hodnoty parametrů lze změnit třemi způsoby: • přímé přepsání hodnoty – všechny vybrané objekty pak budou mít stejnou hodnotu daného parametru • Smart Edit – dialog umožňuje vytvořit úpravy parametru v závislosti, aktivuje se pomocí tlačítka „…“ (tři tečky) na konci řádku • výrazy – výrazy na pozici hodnoty parametru modifikují aktuální hodnotu na hodnotu odpovídající vzorci

- 31 -


Obr. 3.6.a) Panel SCH Inspector (vlevo) a b) PCB Inspector (vpravo)

- 32 -

Úvod do Altium Designeru Dialog Smart Edit slouží pro editaci parametru, kdy výsledkem úpravy není pouze jedna hodnota společná pro všechny vybrané objekty. Obsahuje dvě záložky – Batch Replace a Formula. První slouží pro hromadné nahrazení části, především textu, daného parametru za jiný text. V levé části se zadává nahrazovaný řetězec a v pravé řetězec, kterým se nahradí původní spojení. Navíc je možné zadat několik takovýchto nahrazení pod sebou v oddělených řádcích a tím několikastupňově transformovat parametr podle aktuálních požadavků v jednom kroce. Druhá záložka Formula pak slouží pro ještě komplexnější úpravy. Jedná se o vygenerování nové hodnoty parametru, například v závislosti na ostatních parametrech nebo původní hodnotě parametru.

Obr. 3.7. Obě záložky dialogu Smart Edit – a) Batch Replace (vlevo) b) Formula (vpravo) Jejich základní funkce spočívá v použití matematických operací, kdy lze využít kterýkoliv jiný parametr komponenty a použít jej buď přímo, nebo modifikovaný matematickou operací či zkrácením. Výborně lze této vlastnosti využít například při posouvání skupiny komponent (nebo i jednotlivě), kdy v poli parametru X1 vyplníme X1+1000mil a všechny komponenty ve výběru se posunou o 1000mil vpravo. Pro zjednodušení zápisu je možné použít místo hodnoty aktuálního parametru (v tomto případě X1) zástupný znak „!“, což zkracuje zápis výrazu. Tento zástupný znak funguje i v případě parametrů s hodnotou udanou textovým řetězcem, ke které se pomocí znaménka plus připojuje další řetězec. Pomocí funkce Copy pak lze naopak původní řetězec zkrátit – vybrat z něj potřebnou část. Funkce má tři parametry a to ve tvaru – Copy(název parametru objektu, pozice prvního znaku k vyjmutí, počet vyjímaných znaků). Přičemž název parametru použitý kdekoliv ve výrazu nesmí obsahovat mezeru. Pokud je mezera v názvu parametru použita, tak musí být nahrazena podtržítkem „_“ jak varuje nápověda v záložce Formula. Uvedeno na příkladu – komponenta má parametr Component Comment s hodnotou „DTSM-61-NR“. Pomocí modifikačního výrazu ‘ADT‘ + Copy(Component_Comment,5,6) vznikne výsledná hodnota „ADT-61-NR“. Do pole panelu Inspector lze přímo zadávat modifikační výrazy pro parametry s číselně zadanou hodnotou stejně jako v záložce Formula v dialogu Smart Edit. Pro hodnoty v textové podobě lze použít výraz pro nahrazení části textu v podobě {starý text = nový text} podobně jako v záložce Batch Replace. Stejné matematické operace lze aplikovat na položky v nástroji List, ale z principu je jejich použití efektivnější v nástroji Inspector, kdy jednou položkou ovlivníme všechny vybrané objekty. Stejného efektu dosáhneme u nástroje List vložením matematického výrazu prostřednictvím schránky.

- 33 -


Smart Paste Smart Paste (Shift+Ctrl+V) je nástroj podobný nástroji Smart Grid. Využívá rovněž data ze schránky, která pomocí dialogu transformuje do vyžadovaného objektu. Funkce tohoto nástroje je dokumentována pouze pár řádky. Pokusím se přiblížit postup použití. V levé části dialogu (Choose the objects to paste) můžeme zvolit, jaké objekty ze schránky chceme použít pro transformaci a následné vložení. V horní části jsou objekty, které dokáže AD interpretovat jako své vlastní objekty, ve spodní pak objekty, které interpretuje jako obecné objekty pocházející především z ostatních aplikací. Obvykle jsou některé objekty uvedeny v obou oknech zároveň, vybíráme pak jakým způsobem s nimi má AD zacházet. Zároveň lze pak vybrat vložení toho samého objektu ze schránky různými způsoby. Zajímavou možností je vložení obsahu schránky v podobě obrázku (Pictures). Tato možnost je velice vhodná pro přidávání doplňkových informací do schématu. V prostřední části (Chose Paste Action) volíme transformační akci, tzn. jaký objekt má z vkládaného objektu vzniknout. Pro zachování původního typu objektu je potřeba vybrat položku Themselves. Ostatní položky vytvářejí objekt podle toho jak jsou pojmenovány. Pod tímto seznamem je pak soubor nastavení Options pro upřesnění konverze. Poslední položkou zcela vpravo je Paste Array menu sloužící k vytváření mnohačetného vložení objektů podle zadaných pravidel – počet sloupců a řádků, rozestupy v obou těchto směrech a hodnota, o kterou má být v kterém směru zvětšováno označení vkládaných komponent. Zajímavá je možnost použití záporných hodnot rozestupu vkládaných objektů. Tímto způsobem dojde k vkládání objektů místo standardního směru zleva doprava nebo shora dolu na směry zprava do leva nebo zdola nahoru, což může být často užitečné. Ve spodní části dialogu se pak v každé chvíli zobrazuje slovní popis prováděných operací jak bude který objekt transformován a následně vložen. Pokud je transformace neproveditelná, tak je vypsáno hlášení, že původní objekt bude vložen bez provedení jeho modifikace, tj. v jeho původní podobě.

- 34 -


Obr. 3.8. Dialog Smart Paste Mimo funkce Smart Paste, která je dostupná pro schematický editor, je editory (PCB, SCHLIB, PCBLIB atd.) dostupná funkce Paste Special, která transformační funkce, ale je zachováno mnohonásobné vkládání Paste Array možnosti vztahující se k činnosti v aktuálním editoru, jako například kopírování na PCB se zachováním jejího přiřazení k signálu apod.

pro ostatní neobsahuje a jsou zde cesty spoje

Storage Manager Storage Manager je nástroj umožňující sledování jednotlivých dokumentů v projektu. Tento panel zobrazuje adresářový strom aktuálního projektu a ve vedlejším okně pak soubory v aktuálně vybraném adresáři projektu. Pro vybraný soubor s dokumentem, např. schématu nebo desky plošného spoje, se pak v dolní části panelu Storage Manager označené jako Time line objeví historie vývoje tohoto dokumentu. Zde jsou zaznamenány informace jako číslo verze, čas jejího uložení a její autor. Pro uživatele jsou pak dostupné 4 důležité funkce v kontextovém menu pro konkrétní verzi vybraného dokumentu. • Compare – po označení dvou verzí dokumentu porovná rozdíly, vypíše je do panelu Differencies a zobrazí obě verze dokumentu se zvýrazněním odlišností • Open – otevře vybranou verzi z historie dokumentu • Apply Label – umožní zadat uživatelský komentář k uložené verzi, což je vhodné k přehlednější orientaci v historii • Revert To – použije se vybraná verze z historie dokumentu jako aktuální, přitom novější verze dokumentu zůstanou zachovány, pouze se starší verze zkopíruje v historii na nejvyšší místo - 35 -


Výhodou je, že do zobrazení verzí se nepřipojují automaticky generované zálohy rozpracovaného projektu (Preferences->System-> Backup). Zobrazené jsou pouze verze ručně uložené uživatelem.

Obr. 3.9. Panel Storage Manager Altium Designer samozřejmě podporuje přímé propojení na specializovaný nástroj pro správu verzí (viz menu Tools->Preferences->Version Control), které rozšíří možnosti správy a archivace projektu.

Bill of Materials Základním výpisem při návrhu plošného spoje je seznam použitých součástek. Tento výpis v AD nalezneme v položce menu Reports->Bill of Materials (R,I). Otevřený dialog nabízí v levé části výběr zobrazených sloupců (All Columns), které ve výsledném dokumentu seznamu součástek chceme mít uvedeny. Nad tímto seznamem je seznam informací, podle kterých mají být komponenty slučovány do skupin (Grouped Columns), tj. například všechny součástky se stejnou hodnotou pole Value atd. Seskupování komponent se provádí jednoduše přetažením chtěného parametru z kolonky All Columns do Grouped Columns, kde se vytvoří jeho kopie. Takto popsané údaje z otevřeného projektu jsou pak uvedeny v pravé části, kde můžeme měnit pomocí přetahování sloupců pořadí zobrazení informací. Dále můžeme měnit pomocí kliknutí na záhlaví sloupce údaj, podle kterého bude seznam seřazen, nebo aplikovat filtr na zobrazené informace (Custom) stejně jako v běžných tabulkových editorech nebo seznamech. Takto připravený seznam komponent je připravený k exportu. V dolní části dialogu vybereme výsledný formát dokumentu (XLS, PDF, CSV, TXT, HTML nebo XML) a šablonu podle které má být dokument vygenerován. Šablona musí být ve formátu XLS nebo XLT. V takovéto šabloně jsou předem definované buňky s odpovídajícím obsahem nahrazeny aktuálními údaji. Jejich seznam naleznete zde. Tímto způsobem můžeme použít různé šablony pro nákup komponent, pro vedení skladu nebo pro osazování a jednoduše je přepínat. Vlastní dokument se seznamem komponent pak vytvoříme pomocí tlačítka Export…, po jeho stisknutí vybereme umístění dokumentu a jeho název, čímž je jeho vytvoření dokončeno.

- 36 -

Úvod do Altium Designeru Pomocí nastavení Add to Project a Open Exported máme možnost zadat přidání vygenerovaného dokumentu se seznamem součástek do aktuálního projektu a zároveň jeho okamžité otevření, aby bylo možné výstup zkontrolovat.

Obr. 3.10. Dialog Bill of Materials Za zajímavých funkcí stojí ještě za zmínku funkce Force Columns to View pod tlačítkem Menu v dolní části BOM dialogu. Tato funkce zajistí, aby v ukázkovém seznamu byly zobrazeny všechny sloupce bez ohledu na jejich počet pomocí automatické úpravy jejich šířky. Zjednodušený výpis seznamu součástek lze získat pomocí funkce Reports->Simple BOM (R, O), který vygeneruje soubor prostého textu se seznamem s příponou BOM a soubor CSV pro jednoduché použití k dalšímu zpracování v jiných nástrojích. Oba tyto soubory jsou automaticky přidány do aktuálního projektu do složky Generated->Text Documents.

Output Job AD disponuje, mimo popsaného způsobu generování seznamu součástek, velice efektivní nástroj pro generování všech možných typů výstupů projektu. Všechna nastavení generování se sdružují pod jeden soubor označovaný jako Output Job s koncovkou OutJob, který vytvoříme v menu File->New->Output Job File (F, N, U). Kompletní popis možností tohoto nástroje by byl velice rozsáhlý, proto se omezím jen na základní popis kategorií výstupů a filozofii vytvoření výsledného dokumentu. Jedná se v podstatě o vytvoření graficky zadávaného skriptu pro generování dokumentu.

- 37 -


Obr. 3.11. Output Job File editor Vytvoření souboru aktivuje editor, který se skládá ze dvou částí. Větší část vlevo je položka Outputs, která obsahuje následující oddělené sekce: • Assembly Outputs • Documentation Outputs • Fabrication Outputs • Netlist Outputs • Report Outputs Assembly Outputs sdružuje položky nutné pro sestavení plošného spoje. Generují se zde osazovací předpisy, předpisy pro umístění komponent a umístění testovacích bodů. Documentation Outputs obsahují položky pro generování podkladu pro dokumentaci projektu. Nalezneme zde vytváření motivů plošných spojů, výstupy 3D vizualizace navrženého produktu a také další podklady jako jsou schematické dokumenty, výsledky simulací nebo např. podklady organizace adresního prostoru pro embedded aplikace. Fabrication Outputs slouží k vygenerování výrobních podkladů, jako jsou motivy plošného spoje, motivy pro masku spoje, vrtací předpis atd. Netlist Outputs umožňují vytvoření souborů popisujících propojení jednotlivých komponent a to hned v celé řadě formátů pro různé další inženýrské programy. Zajímavá je možnost vytvořit pomocí této položky i výstupy ve formátu VHDL. Poslední položkou jsou Report Outputs, které sdružují generování obou verzí soupisek součástek, kontrol navrženého spoje atd. Kompletní popis je dostupný například zde nebo v nápovědě v dokumentu TR0127. Výběrem požadovaného výstupu se v odpovídající sekci vytvoří nový řádek, u kterého je možné dodatečně nastavit, jakého dokumentu se týká nebo pro jakou variantu návrhu se má generovat. Dvojím kliknutím na tento řádek vyvoláme podrobné nastavení parametrů pro daný výstup (vrstvy, barvy, rozšiřující možnosti). Prostřednictvím kontextového menu Page Setup… lze také nastavit fyzický formát a například barevnou škálu výstupu.

- 38 -

Úvod do Altium Designeru Po vytvoření požadovaných výstupů v pravé části editoru vybereme cílové výstupní „zařízení“ a postupným aktivováním řádků výstupu ve sloupci Enabled sestavíme pořadí dokumentů tak, jak mají být seřazeny ve výstupním dokumentu. Výstupní zařízení lze v kontextovém menu podrobněji nastavit podle požadavků. Dvojklikem na položku Enabled se zpřístupní možnost zadat pořadí generování výstupu přímo číslem, což je užitečné při následné změně pořadí výstupů. Generování výsledného dokumentu pak zahájíme tlačítkem Publish To…. Veškeré nastavení jednotlivých reportů jsou uloženy v souboru OutJob a není je potřeba po změně zdrojových dat jakkoliv opět nastavovat.

- 39 -


4 knihovny Již na začátku našeho seriálu jsem uvedl, že knihovny komponent považuji za jednu z nejdůležitějších součástí návrhového systému. Možnosti knihovních prvků, variabilita knihoven a celkový koncept ovlivňují všechny části návrhu elektronického výrobku. Altium Designer (AD) používá knihovní systém, vycházející z konceptu jednotné knihovny pro všechny interpretace komponenty v různých typech dokumentů v průběhu návrhu elektronického zařízení. To znamená, že schematický symbol, footprint (motiv komponenty na plošném spoji), 3D model, simulační model atd. jsou uloženy společně s přednastavenými vazbami všech těchto forem komponenty v jednotné databázi. Výhodou tohoto systému je především udržení konzistence komponent v knihovně a minimalizace chyb lidským faktorem. S kvalitně připravenými komponentami v knihovně se návrhář může soustředit na návrh zařízení a není nucen neustále provádět kontroly propojení, například schematického symbolu komponenty s jejím footprintem nebo návaznost na simulační model. Komponenty si sebou nesou i velice užitečné přídavné textové parametry. Popsaný knihovní systém AD je realizován pomocí kompaktních integrovaných knihoven nebo pomocí jejich rozšíření v podobě flexibilních databázových knihoven. Rovněž však umožňuje i tradiční správu oddělených knihoven, tedy odděleně knihovny schematických prvků, footprintů, 3D modelů atd. Posledním typem knihoven jsou VHDL knihovny, které se týkají návrhu konfigurace pro obvody FPGA. Z popisu je nyní vynechám a vrátím se k nim později. Tento díl našeho seriálu chci totiž věnovat především tvorbě integrované knihovny a v závěru pouze nastíním možnosti využití databázových knihoven.

Systém dodávaných knihoven V prvním dílu seriálu byly představeny konkrétní typy knihoven AD a byl rovněž zmíněn rozsah předinstalovaných knihoven. Pro připomenutí, tyto knihovny obsahují přes 120.000 komponent různých typů a jsou navrženy podle IPC norem. Ty jsou rozděleny do adresářů podle názvů výrobců a vlastní soubory knihoven jsou pojmenovány podle kategorií komponent, kterou obsahují (např. TI Microcontroller 32-Bit ARM.IntLib). Specialitou jsou knihovny pro obvody FPGA, které se vyskytují ve dvou variantách. Standardní obsahuje FPGA jako komponentu pro umístění na plošném spoji. Knihovna s názvem zakončeným řetězcem „FPGA“ pak obsahuje sadu funkčních komponent pro návrh konfigurace FPGA (grafické programování). Tyto komponenty odpovídají dané rodině obvodů a obsahují pro ni specifické prvky (jednotky Ethernet MAC, řízení hodin atd.). Výjimkou v systému pojmenování adresářů podle výrobců jsou: • BSDL – soubory pro nastavení JTAG řetězce • EDIF – předkompilované komponenty pro FPGA projekty (IP jádra) • OpenBus – definice komponent palety OpenBus • PCB – vzory footprintů podle IPC norem • PCB3D – vyhrazené místo pro 3D modely komponent • PLD – komponenty pro práci s obecnými obvody programovatelné logiky (hradla, registry apod.) • Simulation, Sim – knihovny a modely pro obvodové simulace (převážně modely ideálních prvků) • Software Platform – služby, ovladače a soubory s nápovědou pro Device Stack pro Embedded projekty

- 40 -

Úvod do Altium Designeru • • •

FPGA – komponenty pro práci s obecnými FPGA obvody včetně konfiguračních souborů HDL Simulation – simulační knihovny pro simulaci funkce programovatelných logických obvodů VHDL, vhdl_lib – knihovny jazyka VHDL (například nepostradatelná IEEE knihovna)

Knihovny jsou k projektu přidávány buď přímo, kdy je naleznete ve virtuálním adresáři Libraries ve stromu projektu ( Project Libraries), nebo globálně pomocí nastavení odkazů v Design -> Add/Remove Library... ( Installed Libraries). Odkazy na knihovny přidají knihovnu do panelu Libraries a lze je tak používat stejně jako by knihovna byla fyzicky součástí projektu. Nenalezené knihovny jsou zde zvýrazněny červenou barvou.

Obr. 4.1. Adresář dodávaných knihoven Altium Designer\Library Ač se zdá seznam komponent rozsáhlý, tak neobsahuje všechny běžně dostupné knihovny. Vytváření vlastních komponent se nevyhneme. Požadavky na tvary footprintů nebo typ informací uvedených v komponentě a další vlastnosti se totiž liší vývojář od vývojáře (obvykle stanoveno firemními požadavky vycházejícími z výrobního procesu). Již vytvořené footprinty jsou v souladu s normou IPC-7351 a z hlediska hustoty zástavby jsou děleny do třech kategorií: • M = Most (Low-Density) – největší velikost footprintu, vhodné pro ruční osazování • N = Nominal (Medium-Density) – střední velikost footprintu • L = Least (High-Density) – nejmenší velikost footprintu, strojové osazování Pojmenovávání vývodů součástek se řídí předpisem z dokumentu LS0001 Pin Name Abbreviations a pojmenování footprintů je v souladu s IPC-SM-782A podle dokumentu LS0002 PCB Symbol Naming Convention, viz nápověda AD. Norma IPC celkem překvapivě, ale konečně jednotně, definuje všechna pouzdra v metrickém systému. Údaje jsou proto vždy uváděny, nebo vyžadovány, v milimetrech. To má

- 41 -

Úvod do Altium Designeru neblahý vliv především na pojmenování pouzder diskrétních pasivních komponent pro povrchovou montáž (SMT), jako je například pouzdro 0805. Toto pouzdro označuje norma IPC jako 2012 (2,00 x 1,25 mm). O to víc se situace komplikuje tím, že obě řady (palcová i metrická) obsahují shodně označená pouzdra 0603 a 0402, která však, logicky, mají v obou případech jiné fyzické rozměry. Podrobnosti naleznete v následující tabulce 1 [1]. Tato nejednoznačnost je daní za sjednocení používaných měřících jednotek rozměrů pouzder, na kterou elektrotechnický průmysl čekal již dlouho. Nezbývá než pečlivě kontrolovat skutečnou velikost pouzder nakupovaných komponent a doufat, že celý trh velice rychle přejde na jejich nové metrické značení. Tab. 1. Převodní tabulka palcových a metrických označení pouzder diskrétních pasivních komponent SMT [1] Palcové Metrické označení označení 1005 402 201 603 402 1005 603 1608 805 2012 1206 3216 1210 3225 1806 4516 1812 4532 2010 5025 2512 6332

Rozměry pouzdra v palcích 0.016" × 0.008" 0.024" × 0.012" 0.04" × 0.02" 0.063" × 0.031" 0.08" × 0.05" 0.126" × 0.063" 0.126" × 0.1" 0.177" × 0.063" 0.18" × 0.12" 0.2" × 0.1" 0.25" × 0.12"

Rozměry pouzdra v metrické míře 0.4 mm × 0.2 mm 0.6 mm × 0.3 mm 1.0 mm × 0.5 mm 1.6 mm × 0.8 mm 2.0 mm × 1.25 mm 3.2 mm × 1.6 mm 3.2 mm × 2.5 mm 4.5 mm × 1.6 mm 4.5 mm × 3.2 mm 5.0 mm × 2.5 mm 6.35 mm × 3.0 mm

Typický ztrátový výkon pouzdra 1/32 W 1/20 W 1/16 W 1/16 W 1/10 W 1/4 W 1/2 W 1/2 W 1/2 W 1/2 W 1W

Vyhledávání v knihovnách Dostupnost rozsáhlé knihovny komponent je jistě věc důležitá, ale s takto enormním počtem komponent se stává rovněž stejně důležitým i vyhledání komponenty, kterou potřebujeme použít. Instalace knihoven a vkládání komponent z nich již bylo popsáno v druhém dílu seriálu. Panel Libraries však obsahuje ještě jedno důležité tlačítko a tím je právě vyhledávání Search... V základní podobě ( Simple) nástroj Library Search (obr. 4.2.) obsahuje v horní části políčka pro zadávání filtračního výrazu a v dolní pak nastavení místa vyhledávání a typu objektu. Hledaný objekt specifikujeme definováním jména vyhledávaného parametru a jeho hodnotou. Přitom máme možnost zvolit zda tato hodnota musí nebo nesmí přesně odpovídat hodnotě parametru hledané komponenty, nebo uvedený řetězec musí nebo nesmí být součástí hodnoty parametru. Variabilita vyhledávacího dotazu je díky tomu značná. Obvykle používané parametry k vyhledávání jsou Name, Footprint, Description nebo uživatelsky definované parametry komponent. Komplexnější vyhledávací filtry lze zadávat v režimu Advanced nástroje Library Search (přepnutí kliknutím na text >> Advanced vpravo uprostřed okna). Zadávání dotazu provádíte pomocí tzv. Query Language, stejně jako u nástroje Filter popsaném v předchozím dílu seriálu. Podrobný popis Query Language naleznete v manuálu označeném jako TR0110. Stejně jako u panelu Filter tak i zde lze využít pomocný nástroj Helper, který nabízí veškeré dostupné funkce pro vyhledávání. Díky němu jednoduše vytvoříte vyhledávací dotaz, který například vyhledá komponentu s určitým názvem, která má definovaný počet vývodů apod. Vyhledávání lze omezit i na soubor vybraných knihoven. V základu se vyhledávání provádí v celém adresáři knihoven (nastavení

- 42 -

Úvod do Altium Designeru Libraries on Path), lze vybrat i konkrétního výrobce/adresář pro vyhledávání (políčko Path) s libovolnou souborovou maskou (políčko File Mask) nebo omezit vyhledávání na knihovny nainstalované/použité v aktuálním projektu ( Available Libraries). Vyhledávání je pak ještě také možné zúžit na hledání celých komponent, pouze footprintů, 3D modelů a komponent v databázi. K tomuto zúžení vyhledávání slouží výběrový seznam Search in. Přidání vyhledané komponenty do aktuálního projektu vyvolá dialog pro schválení nainstalování knihovny, ve které se tato komponenta nachází, do tohoto projektu. V souvislosti s vyhledáváním komponent bych rád zmínil možnost nastavení zobrazovaných sloupců v panelu Libraries. Seznam komponent v panelu Libraries lze, podobně jako mnoho dalších seznamů v AD, pomocí příkazu kontextového menu Select Columns nastavit tak, aby zobrazoval údaje, které potřebujeme. Přeskupení sloupců se realizuje přímo v okně se seznamem prostým přetažením myší na požadované místo.

Obr. 4.2. Panel Libraries a jeho dialog Search ve formě Simple (v popředí) a Advanced (na pozadí)

Vrstvy Než se pustíme do vlastního vytváření knihovny, tak zde zmíním jednu podstatnou záležitost týkající se využití vrstev. Altium Designer, stejně jako ostatní návrhové systémy pro plošné spoje, používá rozdělení informací o objektech na vytvářeném plošném spoji na vrstvy. Vlastní vrstvu mají objekty pro vrchní motiv, spodní motiv, pro popisky a pro obrysy - 43 -

Úvod do Altium Designeru komponent atd. Vytváření výstupních podkladů je pak jednodušší, protože si můžeme zvolit kterou vrstvu nebo vrstvy potřebujeme a získáváme tak potřebná data. Všechny vrstvy je možné jednotlivě aktivovat, skrývat, přejmenovávat a měnit jejich barvu (někdy v závislosti na nastaveni Design -> Layer Stack Manager...) v dialogu Design -> Board Layers & Colors... (zkratka L). Vrstvy lze také párovat, čímž určujeme kam se mají která data přenášet při převodu komponenty na opačnou stranu desky plošného spoje. Nastavení párování nalezneme rovněž v dialogu Board Layers & Colors... pod tlačítkem Layer Pairs... Zde pomocí tlačítka Add... vytvoříme potřebné dvojice. Většina vrstev má definovaný účel, který vychází z jejich základního názvu. Vrstvy Top -, Mid - a BottomLayer slouží pro vytváření vlastního vodivého motivu plošného spoje na vrchní straně, ve vnitřních vrstvách (maximálně 30 vnitřních vrstev) a na spodní straně. Vrstvy obsahující označení Overlay, Solder a Paste jsou pak využívány v pořadí k vytváření potisku desky, nepájivé masky a k vyznačení oblastí pro nanášení pájecí pasty (výroba šablony pro sítotisk) na odpovídající straně desky. Dále jsou zde vrstvy DrillGuide a DrillDrawing pro vytváření vrtacích předpisů a výkresů a vrstva MultiLayer obsahující objekty, které se nachází najednou v několika vrstvách (typicky vrtané a prokovené otvory). Zajímavá je vrstva KeepOutLayer, kterou AD využívá k definování zakázaných oblastí na plošném spoji. Uvnitř těchto oblastí se nesmějí nacházet žádné objekty ve všech vodivých vrstvách, vypočítávané polygony tuto oblast nevyplňují. Oblasti lze definovat libovolným objektem v této vrstvě (čára, polygon, region atd.). Pokud je vyžadováno vyhrazení oblasti pouze pro definovanou vodivou vrstvu (typicky pro potlačení polygonu s rozlitou mědí), tak umístíme libovolný objekt do té konkrétní vrstvy a přiřadíme mu v jeho vlastnostech atribut Keepout. V takovýchto případech se tedy nevyužívá vrstva KeepOutLayer. Kromě těchto dedikovaných vrstev existují i volně definované tzv. mechanické vrstvy s názvy začínajícími slovem Mechanical. Od vydání Altium Designer Summer 09 se jejich počet zvýšil na celkem 32. Mechanické vrstvy mají převážně libovolné použití. Nicméně již existující knihovny a příklady projektů (viz adresář Examples ve Vaší instalaci AD) jsou postaveny na následujícím doporučeném systému jejich využití: • Mechanical 1 – obrys desky • Mechanical 2 – výkresové razítko, poznámky • Mechanical 8 – 3D objekty vrstvy Top • Mechanical 9 – 3D objekty vrstvy Bottom • Mechanical 13 – osazovací výkres vrstvy Top • Mechanical 14 – osazovací výkres vrstvy Bottom • Mechanical 15 – osazovací okolí vrstvy Top (okolí, kde se nesmí nacházet jiná komponenta) • Mechanical 16 – osazovací okolí vrstvy Bottom (okolí, kde se nesmí nacházet jiná komponenta) Doporučuji předem pečlivě rozvážit a stanovit vlastní využití mechanických vrstev, které bude pokud možno založeno na této struktuře využití vrstev a bude ji doplňovat o vámi požadované informace v ještě nevyužitých vrstvách. Pevně stanovený systém využití vrstev umožňuje sjednotit předpisy pro vytváření dokumentace a celkově zvyšuje přehlednost knihoven a projektů z nich vycházejících.

- 44 -


Založeni vlastní knihovny Konečně se dostáváme k založení vlastní knihovny. V této kapitole si probereme vytvoření integrované knihovny. Jednotlivé knihovny symbolů nebo footprintů jsou podmnožinou integrované knihovny, budou tedy probrány v rámci tohoto popisu, zatímco knihovny databázové pouze přistupují jiným způsobem k propojení symbolů a modelu, základ zůstává stejný. Integrovaná knihovna se v AD vytváří v podobě specializovaného projektu jehož zdrojové soubory jsou jednotlivé knihovny schematických symbolů a modelů. Projekt integrované knihovny založíme pomocí nabídky menu File -> New -> Project -> Integrated Library. Uložení projektu a další nastavení se provádí stejně jako pro PCB projekty. Výsledné kompaktní soubory integrované knihovny s koncovkou IntLib získáte kompilací tohoto projektu ( Project -> Compile „název_projektu.LibPkg“).

Schematická knihovna SchLib Schematická knihovna je klíčové místo pro definování komponenty. Zde dochází k napojení všech modelů ke schematickému symbolu a přidávání všech parametrů komponenty. Důvod je zřejmý – návrhář, který vytváří schematický výkres, je ten, kdo navrhuje funkci celého zařízení. On proto potřebuje mít všechny informace dostupné na jednom místě, ať už k výkresu jako takovému, ale především ke všem komponentám. Používá simulační model, generuje rozpisku součástek a často vybírá i footprint komponenty. Knihovna SchLib se zakládá jako dokument integrované knihovny nebo jako samostatný dokument pomocí volby menu File -> New -> Library -> Schematic Library.

Vytvoření komponenty Základní vytvoření komponenty se provádí příkazem Add na panelu SCH Library v části Components (nahoře), nebo z menu Tools -> New Component. Menu Tools nabízí i další užitečné funkce pro práci s komponentami, jako je například přejmenování a vymazání, ale také přesun a kopírování komponenty do jiné knihovny (Move Component a Copy Component).

- 45 -


Obr. 4.3. Panel SCH Library Základním nástrojem pro správu knihovny je panel SCH Library. Tento panel zobrazuje seznam komponent v knihovně, jejich pojmenování, včetně alias jmen (ekvivalentní pojmenování pro jednodušší vyhledávání), přiřazené modely a jejich napojení na schematický symbol, a přiřazené odkazy na dodavatele komponenty. Alias jméno se zobrazuje v seznamu komponent knihovny (při vkládání do schematu) jako další nová komponenta. Jedna komponenta je tedy zobrazena jako několik nezávislých komponent. V případě nutnosti vytvoření skutečné oddělené komponenty v knihovně (vlastní nastavení parametrů, modelů atd.) tak nedojde pro uživatele knihoven k viditelnému rozdílu.

- 46 -

Úvod do Altium Designeru Fyzické vytvoření symbolu je velmi jednoduché. Můžeme využívat všechny nástroje menu Place pro ruční rozmisťování objektů. Ruční rozmisťování čar, pinů a dalších objektů se nastavuje, stejně jako v dalších editorech AD, pomocí klávesy Tab ve chvíli, kdy je daný nástroj pro vytváření tohoto objektu aktivní. Zde můžete zadávat rozměry, barvy, popisky a další vlastnosti. Kritické je nastavení objektů Pin, kde dialog obsahuje i nastavení elektrického typu vývodu. Ten je využit při kontrolách správnosti zapojení komponenty do schematu, jako je třeba zapojení dvou výstupů na jeden spoj apod. Výběr elektrického typu vývodu je v některých případech ošemetný. Například vstupní vývody operačních zesilovačů (OZ) je vhodnější nastavovat jako typ Passive než Input, protože na vstupy OZ bývají obvykle zapojeny zpětnovazební rezistory, ne přímo výstupy jiných součástek. Tento stav by při nastavení typu Input způsoboval varování uživatele o vstupu bez budícího signálu v době kompilace PCB projektu. Pro připomenutí – nastavení těchto kontrol naleznete pro PCB projekt v menu Project -> Project Options... na záložce Connection Matrix. Pro rychlejší vytváření symbolů komponent lze využít zadávání prostřednictvím Smart Grid Paste v panelu SCHLIB List, jak bylo popsáno v minulém dílu seriálu. AD zrovna tak umožňuje pro knihovny i hromadné úpravy pomocí nástroje Inspector. Výběr upravovaných objektů se rovněž provádí pomocí dialogu Find Similar Objects nebo panelu Filter, pouze s tím rozdílem, že zde mohou být úpravy prováděny díky nastavení All Components nebo Whole Library pro všechny komponenty v dané knihovně. Jednoduše a rychle tak můžete změnit třeba elektrický typ všech vývodů se stejným pojmenováním.

- 47 -


Obr. 4.4. a) Vlastnosti komponenty (nahoře) a b) dialog pro nastavení vlastností objektu Pin (dole)

- 48 -


Parametry komponent Další důležitou částí návrhu komponenty je přidělení jejích vlastností pomocí menu Tools -> Component Properties... nebo dvojklikem na název komponenty v panelu SCH Library. Tímto příkazem se otevře dialog pro nastavení parametrů, přiřazení modelů a dalších vlastností, jako je Default Designator, Comment, Description atd. Samostatnou kapitolou, nebo pravděpodobně i celým článkem, by mohlo být zadávání parametrů komponent. Ty se přidávají pomocí tlačítka Add... v části dialogu, která je označena jako Parameters for „název_komponenty“, popřípadě je lze hromadně spravovat v rámci celé knihovny pomocí nástroje Parameter Manager v menu Tools. Návrhářova fantazie se zde může plně uplatnit při vymýšlení všech potřebných údajů, které komponenta ponese. Základní by měly být informace o jejím výrobci, případně i dodavateli, detailním označení, skladovém čísle, objednávacím čísle, případně o typické ceně a další informace pro identifikaci a práci s komponentou. Neměli byste zapomínat i na informace jako je datum vytvoření komponenty, datum její poslední úpravy, číslo verze, jméno autora apod. Pomocí specializovaných názvů parametrů lze navíc vytvořit interaktivní odkazy pro podrobnější dokumentaci komponenty. Tyto parametry mají názvy HelpURL, ComponentLinkXURL, ComponentLinkXDescription, kde je X nahrazeno postupně rostoucím číslem od nuly. Hodnota parametru HelpURL obsahuje odkaz na soubor, který je na disku, na serveru nebo na internetu, který se otevře stisknutím klávesy F1 při označené komponentě. Podobně lze zadávat odkaz i do hodnoty parametrů ComponentLinkXURL a jejich textový popis do hodnoty odpovídajících parametrů ComponentLinkXDescription. Tyto odkazy naleznete v kontextovém menu komponenty pod položkou References (pojmenované právě hodnotami parametrů z ComponentLinkXDescription). Položka References je dostupná rovněž v kontextovém menu panelu Libraries v seznamu komponent při vkládání komponenty do schematu. V rámci nastavení vlastností komponent je dále vhodné zadat základní popisek komponenty do Default Designator, který může být libovolný, ale pro správnou funkci anotačního procesu je nutné, aby obsahoval symbol otazníku (např. R? nebo U?). Tento otazník je při anotačním procesu nahrazen pořadovým číslem komponenty se stejným polem Designator na daném dokumentu nebo v celém projektu. Pole komentáře Comment slouží obvykle pro uvedení hodnoty součástky (1k 5% 0603) nebo její typové označení (NE555). Nicméně doporučuji v tomto případě využít možnosti vytvoření specializovaného parametru s tímto obsahem, nejčastěji s názvem Value. Tento způsob umožňuje pohodlné změny hodnot v databázových knihovnách, kde lze komponentám přiřazovat parametry hromadně a zároveň i umožňuje dobrou návaznost na simulační modely komponent. V poli Comment můžete, stejně jako ve schematickém editoru, použít notaci „ =název_parametru “ pro vyplnění hodnoty tohoto pole hodnotou odkazovaného parametru, v tomto případě zadáte „=Value“. Téměř kterékoliv pole vlastností komponenty lze zobrazit v cílovém dokumentu pomocí zaškrtnutí odpovídajícího políčka Visible (zaškrtnout u parametru Value a zrušit zaškrtnutí u Comment), a nebo u některých i zablokovat proti změně pomocí políčka Lock. Pro podrobnější popis komponenty slouží specializované pole Description (NE555, Timer, 8 pin). Posledním, ale velice důležitým polem je nastavení typu komponenty Type. Dovoluje vybrat z následujících možností: • Standard – běžná komponenta s motivem na plošném spoji v podobě součástky, uvedeno v soupisce součástek • Standard (No BOM) – podobně jako předchozí typ, ale komponenta není uvedena v soupisce součástek, slouží například k zadávání záložních footprintů - 49 -

Úvod do Altium Designeru •

• •

•

Mechanical – komponenta, která může mít, ale nemusí, interpretaci na plošném spoji, slouží například pro umisťování šroubů, chladičů a dalšího pomocného materiálu do soupisky součástek, kde jsou komponenty s tímto typem vždy uvedeny Graphical – jedná se pouze o grafickou komponentu v daném dokumentu (například logo nebo razítko), která se nesynchronizuje s ostatními dokumenty a není uvedena v soupisce součástek Net Tie – komponenta tvořená pouze motivem na plošném spoji, není obsažena v soupisce součástek, jsou to například antény, zkratovací propojky nebo proudové bočníky, jenž propojují dva existující spoje vodivým motivem (bez této komponenty označeno kontrolou jako zkrat) Net Tie (In BOM) – podobně jako předchozí typ, ale komponenta je uvedena do soupisky součástek (například pro účely kalibrace nebo uvedení, že má být propojka přerušena)

Komponenty s více částmi a jejich alternativní zobrazení Některé součástky, typicky logická hradla, bývá zvykem rozdělovat do oddělených funkčních částí. Tyto části jsou v AD označovány jako tzv. Part nebo Subpart a jsou to objekty spadající pod jednu společnou komponentu. Vytvoření nové části komponenty lze docílit pomocí příkazu menu Tools -> New Part. Komponenta pak obsahuje, v přiřazené stromové struktuře v panelu SCH Library, odpovídající počet položek Part s doplněným písmenem pořadí podle abecedy, přičemž položka Part A je základní symbol komponenty a je v komponentě obsažena hned po jejím vytvoření, pouze není zobrazena dokud neexistuje více částí komponenty. Písmeno označující pořadí je automaticky použito jako doplněk popisku Designator dané části při jejím umísťování do cílového dokumentu. V tomto dokumentu, jako i ve vlastní knihovně, můžete procházet jednotlivé Part pomocí dialogu Component Properties, kde pod polem Comment naleznete tlačítka se šipkami pro změnu aktuální části. Ve schematickém výkresu tak můžete rychle nastavit, kterou část komponenty potřebujete v daném místě. S částmi komponenty úzce souvisí i potřeba nastavení zjednodušeného zaměňování vývodů a částí komponent Pin/Part Swapping, které naleznete v menu Tools -> Configure Pin Swapping. Funkce Pin nebo Part Swapping umožňuje návrháři plošného spoje mezi sebou rychle zaměňovat ekvivalentní vývody nebo části komponenty tak, aby se zjednodušil návrh PCB, nejčastěji odstraněním křížení spojů. Ve zmíněném nastavovacím dialogu Configure Pin Swapping je nutné zadat ke každé komponentě knihovny pravidla zaměňování pomocí dvojkliku nebo tlačítka Configure Component... Pravidla v tomto dialogu vytváříte tak, že daný vývod (záložka Pin Swapping), nebo část komponenty (záložka Part Swapping), přiřadíte do swapovací skupiny, která je označena jednoduše svým číslem. Pomocí kontextového menu lze rychleji přiřadit swapovací skupinu většímu počtu vývodů nebo částí (například pro obvody FPGA nebo větší CPU). Vývody (např. jedna IO banka obvodu FPGA) nebo části (např. hradla) komponenty se stejným číslem skupiny pak může návrhář pomocí příslušných nástrojů PCB editoru (menu Tools -> Pin/Part Swapping) vzájemně zaměňovat. Vytvořené schematické komponenty mohou rovněž obsahovat několik grafických interpretací schematického symbolu označovaných jako Mode nebo jako Display Mode v panelu Inspector ve schematickém dokumentu. Základní grafickou podobu Normal obsahují všechny komponenty. Pomocí menu Tools -> Mode a jeho příkazu Add můžeme přidávat alternativní grafické symboly označené jako Alternate doplněné o pořadové číslo. Tyto - 50 -

Úvod do Altium Designeru alternativní symboly umožňují vytvoření naprosto odlišného tvaru popisujícího danou komponentu. Nicméně pro jednoduché použití, přepínání zobrazovacího módu, je vhodné ponechat alespoň umístění a označení všech pinů shodných pro všechny alternativní symboly. Jejich přepínáním pak neztrácíte připojení odpovídajících signálů a ani nedojde k připojení signálů nechtěných. Zajištění shodné pozice je snadné. Pomocí kopírování symbolu normálního zobrazovacího módu přes schránku získáme předlohu pro alternativní symbol, který pak již pouze upravíme podle požadavků.

Obr. 4.5. Ukázka nastavení rozdílných zobrazovacích módů stejné komponenty

Přiřazení modelů komponent V následujících kapitolách je popsáno jakým způsobem můžeme vytvořit různé vlastní modely komponent. Nyní se však podíváme jakým způsobem jsou modely komponent navázány na symbol komponenty. Přidávání modelů lze provádět pomocí tlačítka Add v části Model (dole) editoru knihovny nebo pomocí nástroje Model Manager v menu Tools. Výběr modelu probíhá tak, že se v daném dialogu nastaví cesta ke knihovně nebo modelu, ve které se nachází požadovaný model, a následně se pomocí jména nebo dialogu Browse vybere konkrétní přiřazovaný model. Pro každý typ modelu je dialog odlišný, protože každý typ modelu má svá specifika a nastavení. Vždy tu však naleznete Pin Map nebo Port Map v mírně odlišných formách pro svázání vývodů schematického symbolu s odpovídajícími vývody modelu. Po přidání modelu je automaticky nastaveno svázání vývodů se stejným pořadovým číslem, tedy pin 1 s padem 1, pin 2 s padem 2 atd., pro PCB footprint. V tomto místě bych ještě upozornil na možnost svázání simulačních modelů s parametry komponenty prostřednictvím záložky Parameters a zaškrtnutí volby Component parameter. Takto zvolené parametry se objeví mezi parametry komponenty, kde je lze buď přímo zobrazit ( Visible), nebo pomocí odkazu („ =název_parametru “) navázat na stávající parametry, ať už vlastní nebo databázové. Navázání modelu je tak kompletní.

- 51 -


Obr. 4.6. Nástroj Model Manager pro přiřazování modelů komponentě a editace propojení modelu pomocí Pin Map

Odkazy na dodavatele komponent Popsané interaktivní navázání komponenty na dokumentaci ( HelpURL, ComponentLinkXURL) není jediným možným propojením komponenty na reálný svět. Do této kategorie spadají také tzv. Supplier Links neboli odkazy na dodavatele komponent. Odkazy se zadávají do posledního políčka panelu SCH Library označeného jako Supplier. Pomocí tlačítka Add a vyhledávacího dialogu, kde zadáme označení komponenty, dojde k vyhledání tohoto označení v databázích předních světových dodavatelů součástek, jako jsou Farnell nebo Digi-Key. Tento odkaz je pak přiřazen ke komponentě a umožňuje nám získávat aktuální informace o skladové dostupnosti a ceně dané součástky u jejího dodavatele. Velice užitečné je rovněž načtení základních technických parametrů komponenty a přímé odkazy na podrobnou dokumentaci ze stránek dodavatele. Odkazy jistě doznají v budoucnu širší podpory a dalšího rozšíření, proto nelze než doporučit jejich využívání.

Knihovna pouzder PcbLib V textu již bylo dříve uvedeno, že vytváření footprintů je v AD odvozeno od doporučení norem IPC. Většina připravených footprintů v knihovnách odpovídá těmto normám. Vzory footprintů pak naleznete v podadresáři PCB adresáře všech předpřipravených knihoven Library. Tyto footprinty mohou sloužit jako vzor pro vytváření vlastních footprintů. Knihovna PcbLib se zakládá jako dokument integrované knihovny nebo jako samostatný dokument pomocí volby menu File -> New -> Library -> PCB Library. Vlastní vytváření footprintů je založeno na podobném principu jako vytváření schematických symbolů komponent. Správa footprintů probíhá prostřednictvím panelu PCB Library a menu Tools. Nejprve vytvoříme nový footprint v menu Tools -> New Blank Component, do kterého postupně umisťujeme všechny potřebné objekty. Dostupné objekty nalezneme v menu Place. Objekty je nutné umisťovat do příslušných vrstev, jak bylo popsáno v kapitole Vrstvy, s

- 52 -

Úvod do Altium Designeru výjimkou vrstev mechanických, kde je dodržování uvedeného členění ve většině případů dobrovolné. Mimo standardních čar, vyplněných obdélníků a oblouků (nastavení klávesou Tab po aktivaci umístění objektu) stojí za pozornost objekt typu Pad. V dialogu vlastností tohoto objektu je hlavní nastavení pole Layer. Pokud je vybrána vrstva Multi-layer, tak je pad vytvořen jako standardní vrtaný a prokovený otvor. Pokud vyberete kteroukoliv jinou vrstvu, tak dojde k vytvoření pájecí plošky pro SMT součástky. Pomocí části dialogu označené jako Size and Shape můžete vytvořit veškeré běžně používané tvary plošek. Základní tvar se nastavuje pomocí pole Shape a jeho rozměrů, případně offsetu středu padu od středu geometrického (především pro plošky s vyoseným otvorem). Volba Full Stack dovoluje nastavit libovolné rozměry pro každou vrstvu zvlášť. Top-Midle-Bottom pak velice podobně, pouze se společným nastavením všech vnitřních vrstev. Nastavení předlohy pro pájecí pastu ( Paste Mask Extension) a nepájivé masky ( Solder Mask Extension) je obvykle vhodné ponechat na nastavení, kdy se hodnota přebírá z návrhových pravidel konkrétního plošného spoje. Jelikož jsou pouzdra obvykle pravidelných tvarů, tak se často vyplatí použít kopírování jednotlivých objektů s vícenásobným rozmnožením označovaným jako Array. Tato funkce je dostupná buď v menu Edit -> Paste Special... s dalšími funkcemi pro vkládání pod tlačítkem Paste Array nebo tlačítkem na paletě ikon PCB Lib Placement pod horním menu s označením Paste Array. Zde je k dispozici nastavení počtu a velikosti inkrementu, označení objektu a dále výsledný tvar rozmístění vzniklých objektů (lineární, kruhový) a parametry pro dané rozmístění (úhlová, nebo vertikální a horizontální rozteč), u kterých znaménko specifikuje směr přibývání kopií objektů. Po potvrzení vložení se v případě kruhového rozmístění nejprve myší zvolí střed kruhu a pak první pozice, která definuje počáteční úhel a poloměr kruhu. V případě lineárního rozmnožení objektů se zadává pouze počáteční bod.

- 53 -


Obr. 4.7. Dialog pro nastavení vlastností objektů Pad Stejně jako ve všech ostatních grafických editorech AD můžete pro vytváření footprintů využívat panelů Filter, Inspector a List v modifikaci PCBLIB pro hromadné úpravy vlastností objektů. Rovněž jako v SchLib lze provádět hromadné úpravy i pro celou knihovnu pomocí volby All Components v dialogu Find Similar Objects, nebo Whole Library v panelu Filter pro všechny komponenty v dané knihovně. Jednoduše a rychle tak můžete například nastavit novou velikost otvorů pro THT součástky apod.

- 54 -


Generátory footprintů Mimo uvedené nástroje je tvorba footprintů ulehčena průvodci, kteří nabízí vytvoření celého footprintu po zadání jeho rozměrů a dalších potřebných údajů. První variantou je Component Wizard v menu Tools. Jedná se o původní nástroj pro jednoduché vytváření pouzder pasivních komponent, konektorů na okraji desky (jako využívají například sběrnice ISA, PCI a další), DIP, SOP, LCC, PGA a BGA pouzder. Tento průvodce však byl doplněn jiným průvodcem s názvem IPC Footprint Wizard, jejž naleznete rovněž v menu Tools. Z jeho názvu vyplývá, že se jedná o vytváření footprintů podle IPC norem. Na obrázku 8 je jeho úvodní obrazovka s nabídkou všech dostupných pouzder. Footprint se popisuje opět číselnými parametry, u kterých jsou definované i jejich písmenné zkratky, jenž využívají i výrobci součástek (např. „e“ označuje rozteč vývodů). Po zadání příslušných parametrů a ukončení průvodce již obsahuje knihovna kompletní footprint včetně základního 3D modelu, který si můžeme libovolně dále upravit, viz kapitola o 3D modelech.

Obr. 4.8. IPC průvodce pro vytváření footprintů se seznamem dostupných pouzder

- 55 -


Obr. 4.9. Výsledek IPC průvodce Pro hromadné vytváření footprintů v knihovně je k dispozici modifikace průvodce s názvem IPC Batch Footprint Generator. Tento nástroj s využitím šablon vytvořených v tabulkovém editoru dokáže jedním spuštěním vytvořit velké množství různých pouzder s různými parametry a s rozdělením do příslušných separátních knihoven, pokud je to vyžadováno. Šablony pro zadávací tabulky jsou součástí adresáře Templates a jejich podrobnější popis se nachází v dokumentu TR0144, viz nápověda AD.

- 56 -


Obr. 4.10. Ukázka popisu parametrů IPC Batch Footprint generátoru z průvodce TR0144

3D modely Do nákresu footprintu se, mimo plošného motivu, umisťuje i 3D reprezentace pouzdra použitá pro 3D vizualizaci komponenty na plošném spoji. 2D a 3D režim se přepíná, stejně jako v PCB editoru, pomocí kláves 2 a 3 v alfanumerické části klávesnice. 3D objekty obecně jsou ve 2D zobrazení interpretovány šrafováním ve tvaru svého půdorysu. Seznam všech 3D objektů daného footprintu a jejich základního nastavení máme k dispozici v menu Tools -> Manage 3D Bodies for Current Component. 3D objekty se vkládají pomocí příkazu Place -> 3D Body. Zde jsou, stejně jako pro PCB editor, čtyři hlavní možnosti – Extruded, Cylinder, Sphere a Generic STEP model. Ty slouží, s výjimkou poslední jmenované, pro vytváření objektů ve tvaru kvádru, válce a koule. Každý obsahuje nastavení názvu, rozměrů, pozice, barvy, průhlednosti a vrstvy, ve které se objekt bude nacházet. Postupným přidáváním 3D objektů lze vytvořit vcelku rychle 3D model dostatečně přesně (z hlediska hlavních rozměrů) reprezentující reálný tvar pouzdra. Poslední možnost vložení 3D objektu nabízí import 3D modelu ze STEP souboru, který může obsahovat 3D model pouzdra v jeho skutečné podobě. Formát STEP podporují pro import i export všechny běžné 3D mechanické CAD programy. Tímto způsobem můžeme do footprintu (a podobně i do vlastního plošného spoje) vložit prakticky libovolný 3D objekt. Při importu STEP souboru máme na výběr ze dvou možností – Embed STEP Model, kdy bude 3D model zkopírován do footprintu (nebo PCB), anebo – Link To STEP Model, kdy dojde k vložení objektu pouze formou odkazu. Druhá možnost dovoluje dynamické změny 3D objektu podle daného STEP souboru. Tato možnost je spíše vhodná pro kabeláž a různé kryty v PCB projektu.

- 57 -

Úvod do Altium Designeru Vkládání STEP modelů je spojeno s nutností jejich přesného umístění na existující motiv. V menu Tools -> 3D Body Placement naleznete sadu nástrojů pro správné umístění 3D modelu, které jsou aktivní v 3D módu zobrazení. Postup se obvykle skládá ze zadání tzv. Snap points neboli uchopovacích bodů, které odpovídají nějakému objektu na jiném, již existujícím, objektu. Například jím může být ploška padu číslo 1, která odpovídá spodní straně nožičky číslo 1 pouzdra. Podrobnější umístění modelu lze provést ručním uchopením objektu a jeho přesunem (rotace pomocí mezerníku) nebo přesným posunem o danou číselnou hodnotu pomocí panelu PCBLIB Inspector. Pokročilejší 3D modely komponent lze vytvářet, jak již bylo zmíněno, v mechanických 3D CAD programech, které však nejsou vždy k dispozici. Naštěstí existuje internetový portál www.3dcontentcentral.com a další jemu podobné (od některých výrobců), kde naleznete značné množství již připravených 3D modelů komponent zdarma ke stažení, a to nejen mechanických, ale přímo pouzder elektronických součástek ve vysoké kvalitě zpracování. Mimo tohoto portálu existuje i několik komerčních portálů, které nabízejí modely za poplatek. Dalším zdrojem 3D modelů mohou být soubory ve formátu VRML a IGES, které však nelze vložit do PCB nebo footprintu přímo. Vložení probíhá prostřednictvím odkazu na PCB3D knihovnu, která dokáže tyto soubory importovat. Použití PCB3D knihoven je však v AD na ústupu, takže hlavním a perspektivním přístupem zůstává import STEP souborů přímo do footprintu.

Obr. 4.11. 3D model pouzdra importovaný ze STEP modelu

- 58 -


Modely pro simulace Komplexní obvodové simulační modely se do knihovního projektu zadávají prostřednictvím souborů vytvořených jako soubory z File -> New -> Mixed-Signal Simulation, běžně se však zadávají pouze odkazy na již existující modely ve standardních formátech. Obvodové simulace jsou prováděny s modely typu Spice3f5 a simulace signálové integrity s modely IBIS 3.2. Oba typy modelů mají otevřenou strukturu, textový charakter a známé postupy jejich vytvoření. Předpřipravené modely, většinou součástek ideálního charakteru, naleznete v adresáři knihoven pojmenovaném Sim. Reálné modely pro simulace, ať už pro simulace obvodové nebo simulace signálové integrity, naleznete především u výrobců daných komponent. Část renomovaných značek tyto modely poskytuje. V případě nedostupnosti těchto modelů nebo nevyhovující přesnosti je možné vytvořit modely vlastní (především pro jednoduché komponenty). Vzhledem k tomu, že se jedná o častý problém, tak AD nabízí generátory simulačních modelů. Obvodové simulační modely lze vytvářet prostřednictvím průvodce v menu Tools -> Xspice Model Wizard. Zde jsou k dispozici některé typy součástek, jako například dioda, tranzistor nebo ztrátové vedení. Stejné a ještě větší možnosti jsou dostupné během přidávání modelu do dolního seznamu modelů komponenty (tlačítko Add nastavené do polohy Simulation). V seznamu Model Kind jsou uvedeny všechny hlavní kategorie druhů modelů z nichž základní je kategorie General. Zde se nacházejí pasivní prvky, které v základním nastavení dovolují přímé zadání velikosti fyzikální veličiny ideálního prvku (například kapacity) bez nutnosti existence podrobného modelu. Tyto simulační modely jsou pro součástky ideálního charakteru a hodí se především pro nízkofrekvenční orientační simulace. Do položky Generic Editor se zadávají obecné modely, které nelze zařadit do žádné z existujících kategorií. Pomocí Browse nastavíme cestu na daný soubor s modelem (koncovky mdl, ckt) a vybereme konkrétní model. V záložce Port Map je pak nutné zkontrolovat napojení modelu na komponentu. Simulační modely signálové integrity se zadávají podobně, do dolního seznamu modelů komponenty (tlačítko Add nastavené do polohy Signal Integrity). Zde pouze nastavíme daný typ komponenty, případně jeho technologii výroby pro integrované obvody, a dále pak buď přímo zadáme hodnotu hlavní fyzikální veličiny součástky (rezistivita, kapacita, indukčnost), nebo importujeme odpovídající soubor s IBIS modelem ( Import IBIS Model). Pokud model dané komponenty není dostupný, tak jej lze pro některé typy komponent ručně zadat nebo pro existující model všech typů upravit jeho parametry tlačítkem Add/Edit Model. Jak již bylo zmíněno v kapitole o vytváření symbolu komponenty, nezapomeňte využít možnosti svázání hodnot simulačních modelů s parametry komponent. Není pak nutné opakovaně kontrolovat nastavení modelu vůči hodnotě uvedené v soupisce součástek a podobně. Závěrem snad již jen poznámka, že kvalita simulačních modelů přímo určuje důvěryhodnost výsledků simulací. Nepodceňujte proto vyhledávání kvalitních simulačních modelů, pokud chcete získávat kvalitní výsledky ze svých simulací.

- 59 -


Obr. 4.12. Nastavení obvodového simulačního modelu

Dokončení knihovny Dokončení knihovny je velice prosté. Jak již bylo popsáno, vlastní soubor integrované knihovny je vytvořen ve chvíli kompilace příkazem Project -> Compile „název_projektu.LibPkg“. Soubor ve tvaru „název_projektu.IntLib“ [2] je automaticky uložen do podadresáře projektu Project Outputs for „název_projektu“ a knihovna je také automaticky nainstalována pro přímé použití. Toto lze změnit v nastavení projektu knihovny Project -> Project Options... na záložce Options. Před kompilací můžete využít také funkce Component Rule Check v menu Report, která vyhledá a označí chybně vytvořené části komponent. Následné úpravy knihovny lze provádět v původním projektu knihovny (koncovka LibPkg) nebo otevřením souboru knihovny s koncovkou IntLib, kdy se AD dotazuje, zda si přejete knihovnu rozbalit pro editaci ( Extract Sources), nebo nainstalovat pro obecné použití ( Install Library). Při zadání rozbalení je založen nový knihovní projekt se zdrojovými soubory této integrované knihovny, který po kompilaci vytvoří identickou integrovanou knihovnu. Ta je ukládána opět do výstupního adresáře, knihovního projektu. Původní knihovna tedy zůstane kompilací nedotčena a je ji potřeba nahradit na původním místě po příslušných kontrolách ručně nebo změnit cestu pro výstupní soubory kompilace (ne příliš bezpečné). Pokud se provádí úprava knihovny, tak tato změna není reflektována okamžitě do dokumentů, které tuto knihovnu používají (vložení komponenty z knihovny provede vytvoření nezávislé kopie komponenty v projektu). Toto chování by nebylo ani žádoucí, - 60 -

Úvod do Altium Designeru mohlo by totiž generovat neočekávané změny projektu. Aktualizaci komponent v potřebných dokumentech musí uživatel cíleně spustit příkazem Tools -> Update From Libraries... ve schematickém editoru a Update From PCB Libraries... v PCB editoru (aktualizace footprintů). Vyvolaný dialog v každém případě nabízí nastavení toho, co vše má být kontrolováno a aktualizováno z knihovny. Například u footprintu obvykle nechceme měnit pečlivě rozmístěné popisky. Po schválení aktualizace je vyvolán odpovídající formulář ECO pro přehled a schválení jednotlivých změn. Pro komponenty z databázových knihoven je zde ještě speciální funkce pouze pro aktualizaci parametru Update Parameters From Database..., která podstatně zjednodušuje aktualizaci dodatečných textových parametrů, jenž představují hlavní výhodu při používání databázových knihoven.

Databázová knihovna DbLib Databázové knihovny slouží především pro jednodušší správu sdílených knihoven pro jedno návrhové oddělení nebo celou firmu. Databázová knihovna se skládá ze stejných prvků jako knihovna integrovaná. Používá jako svoje součásti všechny typy modelů, schematické značky ve schematických knihovnách atd. Změna nastává v propojení těchto jednotlivých částí do jednoho celku. Toto propojení je realizováno databázovou tabulkou v podobě jednoho záznamu (řádku) na jednu komponentu. Typ databáze může být různý. Od standardních databází typu SQL, Oracle (rozhraní ODBC, Data Link) až po jednoduché databázové tabulky z běžných kancelářských programů, jako je Microsoft Access nebo Excel, které lze pomocí těchto programů jednoduše spravovat. Soubor databázové knihovny s koncovkou DbLib pouze sdružuje informace o napojení na databázi a přiřazení významu jednotlivým záznamům/sloupcům databázové tabulky. Odkazy do knihoven se provádí pomocí parametrů Library Ref (schematický symbol), Footprint Ref (footprint) a podobně pro další modely. Pokud je knihovna uložena mimo nainstalované knihovny, můžete pro každou tuto položku nadefinovat oddělený parametr končící slovem Path. V případě, že se jedná o společnou cestu, tak ji můžeme zadat globálně pro celou databázovou knihovnu pomocí menu Tools -> Options... a záložky Symbol & Model Search Path. Záznamy bez přiřazení speciálního významu jsou přidávány ke komponentě jako její parametry, což podstatně zlepšuje možnosti aktualizace, např. podle aktuálního stavu firemní skladové databáze, což je hlavní výhoda databázové knihovny. Kteroukoliv knihovnu lze pomocí vestavěných nástrojů konvertovat na databázovou knihovnu, kde pak můžeme nahlédnout do struktury tohoto typu knihovny s dobře známými daty (po vytvoření nové databázové knihovny použijte průvodce Tools -> Import From Integrated Libraries...), viz manuál na wikipedii Altium. Speciálním typem databázové knihovny je SVN database library, která navíc od původní databázové knihovny podporuje SVN verzovací systém a knihovnu tak rozšiřuje o možnosti kooperované správy a ukládání historie změn. Toto verzování se netýká vlastní databáze, ale souboru knihovny s údaji o napojení na databázi, který však sám o sobě může být rozsáhlý. Podrobnější popis databázových knihoven a práci s nimi si probereme v jednom z následujících dílů seriálu.

Závěr

- 61 -

Úvod do Altium Designeru Jak vidíte z uvedeného popisu, vytváření knihoven není obtížné a vynaložené úsilí při vytváření kvalitních knihoven podle Vašich požadavků, dostupných technologií a hlavně firemních zvyklostí se velice rychle vrátí v podobě rychlejšího a bezchybného návrhu vlastních projektů. Informace, které lze doplnit jako atributy jednotlivých komponent, mohou podstatně zjednodušit logistiku procesu objednávání komponent u dodavatele a zjednoduší i práci návrháře, protože návrhář má rychle a jednoduše dostupné podrobné informace o dané komponentě. Inspirací pro vytváření knihoven může být rozsáhlý soubor dodávaných knihoven Altium Designeru, kde si můžete na četných příkladech prostudovat, jakým způsobem jsou komponenty a jejich modely vytvořeny. Nelze jinak než doporučit se těchto příkladů držet, stejně jako respektovat IPC normy pro vytváření motivu pouzder na plošném spoji.

- 62 -


5 Hierarchický návrh Moderní systémy pro návrh elektroniky již delší dobu využívají některé osvědčené koncepty z oblasti programování software. Mezi jeden z nich patří vytváření hierarchického návrhu pro elektronické schematické výkresy, který je především zpřehledňuje a také dovoluje efektivně použít opakující se části schématu bez jejich překreslování. Altium Designer doplňuje již klasický hierarchický návrh schématu o několik zajímavých funkcí jako jsou objekty Harness, Device Sheets a jednoduchá implementace multikanálového návrhu. Všechny jmenované pomůcky jsou hlavní náplní tohoto dílu našeho seriálu. Hierarchické členění schématu přináší v první řadě přehlednost. Na nejvyšší úrovni (Toplevel) je vytvořeno blokové zapojení hlavních částí návrhu jako je například zdroj, řídící část, uživatelské rozhraní apod. v podobě blíže nespecifikovaných bloků (Sheet Symbols). Každá tato část je pak tvořena příslušným schematickým listem obsahujícím definované vstupní a výstupní uzly označované jako porty, které jej propojují s ostatními částmi návrhu jak je to naznačeno na obr. 5.1. Schematické dokumenty tak získají strukturu podřazených a nadřazených listů (Sheets). Tento postup vede k rozčlenění návrhu na několik menších nezávislých obvodů, které mají jasně definované vstupy a výstupy. V důsledku tak může být návrh zařízení rozdělen mezi několik návrhářů, kteří řeší jednotlivé „moduly“ zařízení. Pokud je zařízení od počátku vhodně rozděleno, případné budoucí úpravy projektu se týkají pouze přepracování jednotlivých modulů ne celého projektu. Hierarchický návrh přitom není omezen pouze na dva stupně (hlavní a podřazený dokument), ale může obsahovat prakticky libovolné množství vnořených dokumentů, které se také mohou ve struktuře projektu v případě potřeby i opakovat, což vede k jednodušší správě shodných částí návrhu. Zmíněný postup je pak využit hlavně k tzv. multikanálovému návrhu zařízení (zařízení obsahuje několik shodných částí, např. pravý a levý kanál u stereo zesilovače, jednotlivé výstupy třífázového výkonového měniče atd.) nebo k vytvoření souboru ověřených částí návrhu označovaných v Altium Designeru (AD) jako Device Sheets.

- 63 -


Obr. 5.1. Naznačení propojení hierarchického návrhu schématu prostřednictvím společného pojmenování portů a bran Sheet Entry

Nastavení projektu Projekty plošných spojů (PCB), ale i další typy projektů v AD, jsou již při jejich založení nastaveny tak, aby automaticky došlo k rozpoznání hierarchické struktury a návrhář tak mohl okamžitě využívat výhod tohoto přístupu. Toto nastavení naleznete v menu Project->Project Options... na záložce Options pojmenované jako Net Identifier Scope (obr. 5.2). Základní nastavení automatického rozpoznání struktury projektu je obvykle vyhovující. Můžeme ale přímo použít nastavení Hierarchical, které znamená, že názvy jednotlivých spojů na schematickém výkresu jsou platné pouze na konkrétním listu kde jsou použity s výjimkou napájecích signálů tvořených značkami Power Port, které jsou platné (signály se vzájemně propojí) pro celý projekt. Toto nastavení vám zaručí bezstarostné používání obecných jmen signálů jako je Input, Gate nebo například Enable bez rizika jejich nechtěného propojení mezi několika listy schématu. Cíleného propojení signálů mezi schematickými výkresy dosáhnete umístěním objektu Port, kterému odpovídá ve vyšší hierarchické vrstvě objekt typu Sheet Entry se stejným pojmenováním (obr. 5.1), jak uvidíte dále. Nastavení projektu umožňuje také využít typ projektu Flat a Global, kde v prvním případě mají globální platnost pouze signály připojené na objekt Port (všechny schémata propojena porty bez hierarchického členění) a ve druhém případě mají globální platnost všechny signály (typické pro jednodušší CAD systémy, komplikovaná správa rozsáhlejších schémat). Tyto typy projektů se používají spíše ojediněle.

- 64 -

Úvod do Altium Designeru Nová verze Altium Designer 10 navíc přináší ještě další nastavení Strict Hierarchical, které vytvoří i z napájecích signálů signály lokální. Toto nastavení je vhodné například pro vícekanálové návrhy s galvanickým oddělením napájení. Mimo zmíněná nastavení je na záložce Options ještě nastavení Netlist Options (obr. 5.2 vlevo), které úzce souvisí s hierarchickými schématy a to především pro jejich převod do plošného spoje v podobě netlistu. V PCB již spoje nemohou mít vícenásobné pojmenování jako ve schématu (běžně pro různé vrstvy hierarchie), tudíž systém pomocí těchto nastavení rozhoduje jaké pojmenování použije.

Obr. 5.2. Nastavení projektu pro využívání hierarchického návrhu Vlastní vytvoření hierarchie schématu vznikne vytvořením Sheet symbolu. Postupů k vytvoření je několik. Pokud existuje podřazené schéma, tak v hlavním schématu použijeme například funkci Design->Create Sheet Symbol from Sheet or VHDL. Po výběru odpovídajícího schématu vznikne jeho automaticky symbol, který už jen upravíme. Pokud podřazené schéma ještě neexistuje, tak pomocí Place->Scheet Symbol a Place->Add Sheet Entry vytvoříme potřebný symbol s jeho přípojnými bránami v hlavním schématu a následně pomocí kontextového menu a funkce Sheet Symbol Actions->Create Sheet from Sheet Symbol vznikne odpovídající soubor schématu s již připravenými porty napojenými na původní Sheet Symbol. Zde již stačí jen dokreslit vlastní elektrický obvod. Takto vzniklý soubor schématu má název podle uvedeného názvu souboru v Sheet Symbolu (druhý řádek pod popiskem Name). Kontrola a případné opravy propojení Scheet symbolu a jeho schematického listu se pohodlně provádějí prostřednictvím Design->Synchronize Sheet Entries and Ports nebo pomocí podobné funkce v kontextovém menu konkrétního Sheet symbolu (Sheet Symbol Actions). Hierarchicky vytvořená schémata se zpravidla používají pro složitější projekty. Mimo jejich vytvoření zde vyvstává otázka jak efektivně kontrolovat propojení všech spojů v rámci celé hierarchie schématu. V tomto případě je dobrou pomocí panel Navigator a především pak jeho nastavení v kontextovém menu Show Graph (obr. 5.3). Vybraný signál se při použití - 65 -

Úvod do Altium Designeru tohoto nastavení zvýrazní ve schématu a jednotlivé části signálu jsou propojeny červenými spoji. Podobného efektu lze docílit i pomoci nástroje Underline v pravé dolní části editoru (změna barvy mezerníkem). Držením klávesy a klikáním na značky portů nebo Sheet Entry můžeme rychle přecházet na další listy schématu. Rychle a efektivně tak zkontrolujeme všechna propojení a ujistíme se, zda jsou spoje funkční a kompletní.

Obr. 5.3. Kontrola propojení signálů s aktivovaným zobrazením Show Graph

Porty Mimo Sheet symbolů a jejich připojovacích bran Sheet Entry jsou součástí hierarchie schémat porty Place->Port (obr. 5.4), které jsou přímo napojené právě na Sheet Entry. Základní porty asi není nutné představovat. Doporučuji pouze u portů pečlivě nastavit směr signálu, tzn. zda jsou vstupní, výstupní nebo obousměrné. Toto určení směru dovoluje provádět některé z kontrol při kompilaci projektu a opět snižuje možnost chyby. K portům lze připojovat jak signály, tak i sběrnice. Přitom vždy musí odpovídat šířka připojené sběrnice a nastavení šířky portu (uvedeno v hranatých závorkách např. [1..8]). Stejně jako u signálů a sběrnic lze u portů nastavit barvu a zvýraznit tak kritické funkce. Porty se však vyskytují i v jiné podobě a tou jsou Power porty, Place->Power Port. Tyto symboly představují, jak již bylo zmíněno pro nastavení projektu Hierarchical, globální signály, které nemusejí mít odpovídající Sheet Entry. Vlastní grafická značka Power portu není rozhodující, propojení v rámci všech schémat je zajištěno pouze stejným pojmenováním portů a tím i signálů k nim připojených (červené zvýraznění na obr. 5.4).

- 66 -


Obr. 5.4. Základní typy portů včetně napájecích portů s připojenou sběrnicí a signály (elektrické propojení napájecích signálů je zvýrazněno červeně)

Objekty Harness K propojení jednotlivých schémat máme mimo signálů a sběrnic (sběrnice v AD je skupina stejně pojmenovaných signálů s různými číselnými indexy, např. A0, A1, A2...) k dispozici ještě objekty typu Harness (angl. spoutat), viz [2]. Harness umožňuje sloučit do jedné „sběrnice“ různě pojmenované signály a sběrnice, nebo dokonce i další Harness spoje. Takto sloučené signály pak lze jednoduše propojovat mezi různými částmi hierarchie s tím, že původní jednotlivé signály jsou dostupné na koncích Harness spoje (lze vytvořit i propojení s více konci větvením Harnessu). Harness propojení se vytváří nástroji z menu Place->Harness. Nejprve položíme Signal Harness spoj na požadované místo a k němu vytvoříme Harness Connector (objekt ve tvaru složené závorky). Na otevřenou stranu Harness konektoru pak postupně přidáváme Harness Entry pro jednotlivé signály. Pojmenování těchto Entry nemusí korespondovat s názvy připojených signálů. Definice vytvořeného Harnessu se automaticky přidává do projektu jako textový soubor s názvem schématu kde je použit a koncovkou Harness. V tomto definičním souboru můžeme Harnessy jednoduše editovat nebo vytvářet jejich další definice. Všechny vytvořené Harness konektory můžeme zpětně vyvolat v menu Harness položkou Place Predefined Harness Connector. Jednou nakreslený Harness konektor tak již tímto způsobem kopírujeme a nemusíme vytvářet konektor opět ručně. Další pomůckou je i Edit->Smart Paste, kde pomocí transformačních funkcí v prostřední části vytvoříme Harness konektor z názvů signálů ve schránce (pocházejících např. z dokumentace nebo pinů komponenty).

- 67 -


K signálům (např. RD) uvnitř Harnessu (např. RAM) se lze přistupovat i bez Harness konektoru a to pomocí tečkové notace ve tvaru „název_Harnessu“.“název_Harness_Entry“ (RAM.RD), analogicky na obr. 5.5. Celý Harness spoj lze připojit běžným způsobem k portu. Port pak přebírá v základním nastavení barvu Harnessu pro lepší orientaci. Ke kontrolám propojení a aktualizacím Harness spojů slouží nástroj Tools->Harness Definition Problem Finder.

- 68 -

Úvod do Altium Designeru Obr. 5.5. Harness konektor a nástroj Harness Definition Problem Finder (elektrické propojení signálů tečkovou notací je zvýrazněno žlutě, dialog upozorňuje na nesourodou definici sběrnice A v jiné části schématu)

Parametry Altium Designer je, jak jste pravděpodobně již zaznamenali, protkaný možnostmi používání uživatelských parametrů/atributů. Tato vlastnost se přirozeně ukazuje i v hierarchické struktuře návrhu, kde jednotlivé dokumenty získávají (dědí) parametry svých nadřazených dokumentů a to nejen přímo, ale i přes několik stupňů hierarchických úrovní. Parametry do této struktury můžeme pohodlně zadávat i prostřednictvím Sheet symbolů (obr. 5.6). V libovolné části podřazeného schematického dokumentu pak parametr voláme pomocí zápisu „=název_parametru“. Při několikanásobném použití stejné části schématu (např. zesilovač) lze v hierarchickém schématu docílit různého nastavení obvodu (např. nastavení zesílení).

Obr. 5.6. Multikanálový Sheet Symbol včetně nastavení jeho parametrů

Vícekanálový návrh Hierarchické návrhy schématu v Altium Designeru nabízejí, mimo ručního vícenásobného použití stejné části schématu, i tzv. vícekanálový návrh, který zajistí opakování automaticky, což je vhodné například pro měřící systémy s více senzory, stereo obvody apod. Tento vícekanálový návrh spočívá pouze v zadání klíčového slova Repeat v názvu Sheet symbolu ve formátu Repeat(název_symbolu, index_prvního_bloku, index_posledního_bloku), viz obr. 5.6. Tento příkaz zajistí opakování daného bloku, které si můžete ověřit po kompilaci přepínáním dolních záložek schématu (fyzické zobrazení) opakovaného bloku, kde se mění indexy součástek, nebo pomocí Project->View Channels...

- 69 -

Úvod do Altium Designeru Nastavení vícekanálového indexování popisků komponent se provádí v Project->Project Options... na záložce Multi-channel v políčku Designator Format. U vícekanálových návrhů je však nutné ještě řešit napojení signálů. Bez úpravy se připojený signál k Sheet Entry vícekanálového Sheet symbolu připojí shodně do všech těchto kanálů (vhodné například pro signály jako Reset, Enable apod.). Pokud však chceme do každého bloku připojit jiný signál, tak název Sheet Entry (např. Col) také doplníme klíčovým slovem Repeat, tentokrát již bez uvedení počtu opakování – Repeat(Col). Signál připojený k tomuto Sheet Entry bude doplněn odpovídajícími indexy daného kanálu, čímž vznikne sběrnice (ze signálu Col tak vznikne sběrnice Col). Ve zbytku schématu tedy pracujeme se signálem jako se sběrnicí, viz obr. 5.7. Tyto manipulace s názvy signálů vedou v základním nastavení ke vzniku varování o mnohonásobném pojmenování signálů (Multiple Net Names) během kompilace schématu. Toto hlášení odstraníme buď přidáním značky No ERC (klávesová zkratka,,) nebo méně korektně přenastavením Project Options... na záložce Error Reporting na řádku Net with multiple names na No Report. Dokončené vícekanálové schéma se do plošného spoje přenese již bez dalších úprav tak, že odpovídající komponenty jsou zde rozkopírovány v požadovaném počtu.

Obr. 5.7. Propojení vícekanálového Sheet symbolu Vícekanálové návrhy jsou spojeny s využíváním regionů Rooms (červené ohraničení na obr. 5.8.) na plošném spoji. Tyto regiony umožňují v PCB udržet fyzicky na jednom místě komponenty, které spolu úzce souvisí (v základním nastavení komponenty, které jsou ve schématu na jednom listu) jako například integrované obvody s jejich podpůrnými pasivními součástkami, celé bloky stabilizátorů apod. Pomocí konverze Component Class lze dodatečně vytvořit i několik Rooms pro jeden schematický list nebo je návrhář PCB definuje ručně. Při vícekanálových návrzích se však díky nim naplno využívá možnosti kopírování rozmístění komponent a jejich routování mezi jednotlivými kanály, což ve výsledku umožňuje provést rozmístění a naroutování pouze jednou. K tomuto účelu slouží v PCB dokumentu především funkce z menu Design->Rooms, především pak Arrange Rooms a Copy Room Formats. Nastavení je při troše experimentování intuitivní. Využití Rooms pro vícekanálové návrhy podstatným způsobem zrychluje práci.

- 70 -


Obr. 5.8. Zobrazení regionů Rooms v 3D PCB dokumentu (červené ohraničení)

Device Sheets Speciální formou Sheet symbolů jsou Device Sheets. Pomocí Place->Device Sheet Symbol se dostaneme do výběrového dialogu (obr. 5.9) dostupných schémat v přednastaveném adresáři. Tato schémata nám mají sloužit jako jistá forma knihovny, do které si můžeme ukládat již ověřené části schémat jako například stabilizátory napětí, komunikační rozhraní apod. Ověřená a funkční schémata jednoduše nakopírujete do zmíněného adresáře. Vložením vybraného Device Sheet symbolu do schématu dojde při kompilaci k připojení odpovídajícího schématu ze zmíněného adresáře do aktuálního projektu. Schéma je pak z projektu dostupné jako každé jiné schéma, pouze označené symbolem recyklace a dostupné pouze pro čtení (lze přenastavit v DXP->Preferences). Svoje ověřené obvody tak již nemusíte hledat po starších projektech a ručně kopírovat, případně se obávat co bylo při kopírování z obvodu vypuštěno.

- 71 -


Obr. 5.9. Ukázka dostupných Device Sheets

Anotace v hierarchickém návrhu Hierarchické návrhy jsou mírně komplikovanější kvůli číslování komponent. Snadno se stane, že například R1 bude v celém schématu použito mnohokrát. Tento stav nám pomáhá řešit nástroj Annotate Schematics... z menu Tools, viz [4]. Zde nastavíme jakým způsobem se mají komponenty v celém schématu přečíslovat. Pro zvolené nastavení stačí kliknout na Update Changes List a na Accept Changes. Anotaci lze provádět i pro vybrané schematické listy nebo vybrané komponenty pomocí Annotation Scope každého listu v tomto dialogu. Především pro použití vícekanálových schémat je pak žádoucí provést číslování i pro vícenásobně použité schematické listy. Za tímto účelem je vhodné použít nástroj Board Level Annotate (obr. 5.10) z menu Tools a v něm tlačítko Annotate a opět Accept Changes. Zde již dostane každá komponenta, která je fyzicky umístěná na plošný spoj, svoje unikátní fyzické označení tak jak jsme zvyklí jej používat. PCB dokument přitom musí být v Board Options... nastaven na zobrazování fyzických popisků. Mimo komponent se provádí anotace i pro vlastní schematické listy. Stručně řečeno jde o jejich očíslování tak, aby byla dokumentace projektu srozumitelná po jejím exportu do PDF nebo vytištění. K číslování listů se používají v šablonách schémat parametry SheetNumber (číslo aktuálního fyzického schematického listu po kompilaci), DocumentNumber (číslo původního logického schematického listu) a SheetTotal (celkový počet fyzických schematických listův projektu). Tyto jsou při exportu nahrazeny příslušnými hodnotami. Díky nástroji Number Schematic Sheets... v menu Tools můžeme vytvořit automatické očíslování listů pomocí tlačítek Auto Sheet Number, Auto Document Number a Update Sheet Count. Nástroj Number Schematic Sheets... je analogií anotace komponent. Stejně jako pro jednotlivé komponenty vícekanálového návrhu je vhodné ještě použít přečíslování jejich fyzické interpretace na plošném spoji, stejným způsobem je u vícenásobně použitých listů schématu vhodné provést jejich očíslování pomocí Annotate Compiled Sheets z menu Tools. Opět lze využít automatické číslování Annotate Sheet. Každý vícenásobně použitý list tak dostane vlastní číslo, které se objevuje na fyzických výstupních dokumentech.

- 72 -


Obr. 5.10. Nastavení Board Level anotace komponent

Závěr Závěrem je vhodné poznamenat, že využívání hierarchického návrhu je v AD volitelný postup. Pokud jej nehodláte jako návrháři používat, tak lze využít zmíněný Flat režim, tedy vytvoření projektu bez přímé hierarchické struktury. Vzhledem ke složitosti dnešních elektronických zařízení a komplexnosti používaných komponent je však hierarchický návrh dobrou pomůckou ke zvládnutí návrhu méně komplikovanou a bezpečnější cestou. O to více, když Altium Designer návrhářům nabízí celou řadu nástrojů pro rozšířené využití hierarchického návrhu a šetří tak váš čas. V dnešním dílu seriálu jsme se prostřednictvím regionů Rooms u multikanálového návrhu dostali okrajově k vlastnímu pokládání spojů (routování) na desce plošného spoje. V následujícím dílu si podrobněji probereme možnosti AD v této oblasti a to jak pro základní tak i pro některé pokročilé funkce.

- 73 -


6 Úvod do Altium Designeru VI. - návrhová pravidla a DRC Pokud řešíte návrh složitější desky plošných spojů, tak je dobré znát všechny nástroje, které Altium Designer nabízí, aby „routování“ (kreslení spojů na desce) šlo snadněji a především v něm nebyly chyby. To hlavní co je potřeba důkladně nastudovat a nastavit jsou návrhová pravidla, která jsou základním stavebním blokem systému DRC (Design Rules Check, konrola návrhových pravidel). Návrhový systém Altium Designer (AD) se při vytváření plošného spoje řídí návrhovými pravidly a umožňuje nám tak kreslit plošný spoj, který je z větší části kontrolován v průběhu jeho vytváření, respektive systém nedovolí pokládat spoje v menší než v minimální dovolené vzdálenosti, používat příliš malé prokovené otvory apod. Pravidla jsou z hlediska AD soubor parametrů, které je nutné dodržet. Jedná se o základní DFM (Design for Manufacturability, navrhování pro jednoduchou vyrobitelnost) limity i když AD nemá ambice plně nahradit k tomu určené DFM nástroje. Z hlediska návrháře se obvykle pravidla pomyslně dělí na dvě skupiny a to obecná technologická pravidla a pak konkrétní elektrická nebo mechanická omezení - výjimky - dané potřebou konkrétního elektrického zapojení a jeho součástí. Návrhová pravidla jsou kontrolována a jejich porušení je zobrazováno ve 2D i ve 3D interpretaci plošného spoje (obr. 1.). Vždy tedy vidíte maximum dostupných informací. Pokud chybně umístíte (příliš blízko k nějaké fixní součástce; konektor definovaný normou) například integrovaný obvod v BGA pouzdru se 676 kuličkami, tak jste o tomto informování vybarvením součástky barvou DRC chyby. Pokud by se návrhář o tomto dozvěděl až na konci návrhu, tak jej čeká odstranění několika set spojů tohoto BGA pouzdra, jeho přemístění a nové natažení spojů. Informace o chybném umístění získaná hned ve chvíli umísťování BGA pouzdra tedy ušetří velké množství času.

- 74 -


Obr. 1. Kolize BGA pouzdra a pevně umístěného konektoru

Návrhová pravidla Návrhová pravidla (menu Design » Rules [D,R]), neboli soubor požadovaných vlastností u objektů na desce, se v Altium Designeru nezadávají pomocí matice, jak je to u návrhových systémů pro plošné spoje zvykem, ale prostřednictvím vícenásobných pravidel (obr. 2.), která mají omezenou platnost, pomocí filtračního výrazu. Filtračním řetězcem vybereme, pro které objekty na plošném spoji konkrétní pravidlo platí a nastavíme požadovanou hodnotu mechanických nebo elektrických parametrů objektu. Nejsme přitom omezeni pouze typem objektu nebo příslušností k nějakému signálu, ale můžeme využít i mnoha dalších vlastností. Pravidlo tak může platit například pro pouzdra začínající ve svém názvu na DIP jejichž výška je menší než 5mm a zároveň jsou v části desky nazvané CPUspace – (ObjectKind = 'Component') And (Height < AsMM(5)) And (Footprint Like 'DIP*') And TouchesRoom('CPUspace').

- 75 -


Obr. 2. Návrhová pravidla v Altium Designeru se dělí na kategorie. Definice filtračních výrazů není tak jednoduchá jako zadávání pravidel maticí, ale podle výrazu uvedeného výše je patrné jak velkou flexibilitu výrazy přinášejí. Díky širokým možnostem nastavení filtrace objektů je možné vztáhnout pravidla téměř na jakoukoliv situaci na navrhované desce. Pro začínající uživatele je k dispozici Rule Wizard (menu Design » Rule Wizard [D,W]), který vám potřebné pravidlo vytvoří na základě zodpovězení několika dotazů. Poměrně často je potřebné vytvořit i specializovaná pravidla například pro polygony (vylití mědí) nebo diferenciální páry. Pro práci s polygony je určen oddělený nástroj Polygon Manager, který je v menu Tools » Polygon Pours [T,G,M]. Ten v sobě integruje také průvodce pro vytváření specializovaných pravidel pro polygony. Pro diferenciální páry je specializovaný průvodce Rule Wizard dostupný na panelu PCB (View » Workspace Panels » PCB » PCB) nastaveném na Differential Pairs Editor. Všechny tyto pomocné nástroje vytváří standardní pravidla s filtračními výrazy podle zadání a nastaví požadované hodnoty mechanických vlastností. Po dokončení průvodce jsou tedy pravidla uvedena přímo v Design » Rules, kde je můžete dále editovat. Pravidla se však většinou vytvářejí bez průvodců přímo ve správci pravidel Design » Rules v kontextovém menu (kliknout pravým tlačítkem) vybrané kategorie pravidel položkou New Rule. Pravidlo je vhodné smysluplně pojmenovat. Pravidla se z hlediska filtračních výrazů dělí na unární a binární typy. Unární typy mají pouze jedno pole s filtračním (Query) řetězcem, zatímco binární pravidla mají filtrační řetězce dva. Jednoduše řečeno u prvního typu určujeme pouze to, pro které objekty je pravidlo platné

- 76 -

Úvod do Altium Designeru (např. zadaná šířka spoje platí pro spoj s konkrétním jménem), zatímco u druhého typu můžeme zadat platnost pravidla ve vztahu dvou objektů mezi sebou (např. izolační mezera dané velikosti musí být dodržena mezi dvěma spoji s definovaným jménem).

Filtrační výrazy pravidel

Filtrační výrazy pravidel se zadávají výběrem jedné z přednastavených možností v každém návrhovém pravidle: • • • • • •

All – pravidlo platí pro všechny objekty Net – omezení na konkrétní spoj Net Class – omezení na třídu spojů Layer – omezení na vrstvu plošného spoje Net and Layer – omezení na část spoje na určité vrstvě Advanced (Query) – zadání složitějšího výrazu ručně pomocí Query Builderu (sestavením anglické věty popisující zamýšlený objekt se vytvoří řetězec v požadované syntaxi) nebo Query Helperu (ruční zápis výrazu s automatickým dokončováním klíčových slov). Pro definici filtračních řetězců se používá jazyk Query Language definovaný manuálem TR0110 [6], podrobnosti jsou k nalezení i ve wikipedii Altia [7]. Query jazyk používá standardní logické operátory jako AND, OR a NOT a také pomocné testovací funkce uvozené klíčovým slovem Is nebo In. Is se používá k ověření typu daného objektu (IsPad, IsComponent) zatímco In je použito pro ověření příslušnosti daného objektu k třídě nebo ke spoji z netlistu apod. (InComponentClass, InNamedPolygon). Velmi důležitý je operátor NOT, který dovoluje postavit filtrační řetězec opačnou logikou, tedy popisovat kterých objektů se pravidlo netýká. To bývá často jednodušší. Důležité je mít na paměti, že v Query jazyce se nelze odkazovat, tudíž nelze vytvořit výraz typu „najdi vývod součástky s určitými vlastnostmi a pravidlo aplikuj na celou součástku, ke které vývod patří“. Stejně tak nelze filtračním výrazem vyfiltrovat pouze určitou část spoje, část spoje lze popsat pouze pokud se nalézá v Room oblasti. Nelze tedy definovat pravidla pro spoj např. 10mm od některého vývodu apod. Snad na každé omezení ale existuje způsob jak je obejít.

Třídy Obvyklá je také potřeba vztáhnout určité pravidlo k nějaké specifické skupině spojů, například vysokonapětové signály. To se provádí pomocí tříd (Classes). Třídy existují nejen pro signály, ale i pro součástky (Component Class), diferenciální páry (Differential Pair Class) nebo polygony (Polygon Classes). Některé z těchto tříd lze definovat již ve schématu, čímž je pro návrháře proces jednodušší. Ve schématu definované sběrnice (Bus) jsou například automaticky zahrnuty do tříd pojmenovaných názvem sběrnice. Pravidlo tak lze navázat přímo na danou třídu filtračním výrazemInNetClass('BUS_A[24..1]'). Správu tříd ze strany editoru plošného spoje provádíme prostřednictvím nástroje Tools » Classes. Zde se třídy vytváří a pomocí formuláře se do tříd přidávají jednotlivé elementy (Members). Několik pravidel v jedné kategorii - priority

- 77 -

Úvod do Altium Designeru Občas se setkávám s názorem, že v kategorii pravidla může být pouze jedno pravidlo. Není tomu tak. Kategorie pravidla (např. Electrical » Clearance) může obsahovat velké množství pravidel. Každé má přitom definovanou hodnotu priority od 1 do 9999. Altium Designer postupuje pravidly od nejnižší hodnoty priorit po nejvyšší a použije pro testovaný objekt první pravidlo, které svým filtračním řetězcem odpovídá testovanému objektu. Priority se nastavují v editoru pravidel tlačítkem Priorities. Pro zjednodušení nastavení je dobré zavést si v prioritách systém. Osvědčené řešení je na první místa uvádět ty nejdetailnější výjimky z pravidel (např. jiná hodnota Clearance pro vývody TQFP pouzdra) následované pravidly definovanými pro jednotlivé třídy (např. zvětšená Clearance pro signály citlivé na rušení zahrnuté do třídy s názvem Sensitive) a uzavřené na závěr nejobecnějším pravidlem s filtračním řetězcem All nebo All-All, které obsahuje technologický limit výroby. V kontextu významu priorit tak poslední pravidlo má definovanou platnost pro všechny zbývající objekty, pro které nebylo vytvořené oddělené pravidlo. Díky této sestavě je alespoň jedním pravidlem z kategorie postižen nutně každý objekt na plošném spoji a je tak kontrolován DRC systémem.

Několik pravidel v jedné kategorii – priority

Občas se setkávám s názorem, že v kategorii pravidla může být pouze jedno pravidlo. Není tomu tak. Kategorie pravidla (např. Electrical » Clearance) může obsahovat velké množství pravidel. Každé má přitom definovanou hodnotu priority od 1 do 9999. Altium Designer postupuje pravidly od nejnižší hodnoty priorit po nejvyšší a použije pro testovaný objekt první pravidlo, které svým filtračním řetězcem odpovídá testovanému objektu. Priority se nastavují v editoru pravidel tlačítkem Priorities. Pro zjednodušení nastavení je dobré zavést si v prioritách systém. Osvědčené řešení je na první místa uvádět ty nejdetailnější výjimky z pravidel (např. jiná hodnota Clearance pro vývody TQFP pouzdra) následované pravidly definovanými pro jednotlivé třídy (např. zvětšená Clearance pro signály citlivé na rušení zahrnuté do třídy s názvem Sensitive) a uzavřené na závěr nejobecnějším pravidlem s filtračním řetězcem All nebo All-All, které obsahuje technologický limit výroby. V kontextu významu priorit tak poslední pravidlo má definovanou platnost pro všechny zbývající objekty, pro které nebylo vytvořené oddělené pravidlo. Díky této sestavě je alespoň jedním pravidlem z kategorie postižen nutně každý objekt na plošném spoji a je tak kontrolován DRC systémem.

Pravidla podle určení

Význam jednotlivých pravidel je možné jednoduše dohledat, ve většině případů jsou však pravidla pochopitelná z jejich názvu a ilustrace u nich uvedené. Výčet funkcí tedy nepovažuji za nutný. Místo toho si pravidla rozdělíme z dalšího hlediska, kterým je jejich určení a to na pravidla platná pro: • interaktivní editaci – převážná část pravidel, která se používají při interaktivní editaci plošného spoje uživatelem. Patří mezi ně pravidla šířky spoje, elektrické izolační vzdálenosti, topologie vedení spojů (kam má vést signál nejdříve a kam pokračovat), povolení zkratů, definice minimální vzdálenosti komponent, jejich výšky atd. • nastavování parametrů objektů – pravidla pro definování vylívání polygonů a motivu připojení plošek k polygonům nebo parametrů napájecích vrstev (celá kategorie Plane), tvorbu nepájivé masky a šablony pájecí pasty, parametrů SMD plošek, definování délek spojů, případně pravidla pro generování testpointů a některá pravidla pro kontrolu vyrobitelnosti.

- 78 -

Úvod do Altium Designeru • kontrolní pravidla – jsou určená pouze pro batch režim DRC kontroly = pravidla pro signálovou integritu apod. • autorouter – pravidla určená pouze pro automatické pokládání spojů nástrojem autorouter. Jedná se o pravidlo pořadí routování (Routing Priority) a tvar záhybů spojů (Routing Corners) Za pozornost stojí zcela jistě i vlastní parametry pravidel. Nejtypičtějšími zástupci jsou pravidla Width a Clearance. Width je unární pravidlo (bez závislosti na objektech v okolí) definující šířku spoje. Je zde definován rozsah možných hodnot šířky hodnotami Min a Max a preferovaná hodnota Preffered, která musí být mezi těmito hranicemi (to platí analogicky i pro pravidlo Routing Via Style definující prokovené otvory). Pravidlo dovoluje návrháři použít libovolnou šířku spoje v povolených hranicích, v základním nastavení však nabízí preferovanou hodnotu jako první. Šířku je přitom možné nastavit jinou pro každou vrstvu spoje (obvykle podle tloušťky nakovení vrstvy a mechanických požadavků). Pravidlo lze přepnout do režimu Characteristic Impedance Driven Width, kde se místo šířky zadává požadovaná impedance vedení. Ta se automaticky vypočítává ze složení plošného spoje, především ze vzdálenosti spoje od napájecí vrstvy (Plane). Napájecí vrstva je pro tento výpočet nutná. Za pozornost stojí přepínač pravidla Check Track/Arcs Min/Max Width Individually a Check Min/Max Width for Physically Connected Cooper. Tento přepínač rozhoduje o tom, zda DRC systém kontroluje pouze to, zda segment spoje má ve svých vlastnostech uvedenou správnou šířku a zda je elektricky propojený na další segment. Nekontroluje se však šířka tohoto propojení. Tu kontroluje až druhé jmenované nastavení, které je pochopitelně výpočetně náročnější a projeví se na celkové době trvání DRC kontroly. V každém případě by alespoň před finální kontrolou navržené desky měly být všechny tyto přepínače pravidel Width nastaveny na kontrolu Physically Connected Cooper. Clearance je typickým zástupcem binárních pravidel (dva filtrační výrazy, pravidlo je platné pro vzájemný vztah dvou různých objektů) a stará se o dodržení izolační vzdálenosti mezi dvěma objekty. Typicky se jeden filtrační výraz nastavuje například na třídu vysokonapěťových signálů a do druhého se uvádí výraz All, což znamená, že AD bude mezi všemi signály z vysokonapěťové třídy a všemi ostatními signály udržovat patřičnou izolační vzdálenost. Parametrem pravidla Clearance je nastavení na: • • •

Different Nets Only – pravidlo se vztahuje pouze na signály různé od signálu, ke kterému je přiřazen aktuálně kontrolovaný objekt Same Net Only – platí pouze pro objekty v rámci stejného spoje Any Net – pravidlo platí vůči jakémukoliv objektu bez ohledu na jeho příslušnost ke spoji

Pravidlo Clearance patří do skupiny Electrical, nefunguje tudíž pro objekty definované mimo elektrické zapojení – mimo netlist. V AD jsou tyto neelektrické objekty označeny jako No Net. Nelze jej tedy využít ke kontrole vzdálenosti objektů například od hrany desky (neelektrický objekt). Tento úkol se zajišťuje pomocí keepout objektů. Díky možnosti definice objektů filtračním výrazem se však nemusíme omezovat pouze na spoje, ale lze filtrovat třeba typy objektů. Zápisem filtračních řetězců IsVia – IsPad a nastavením parametru Clearance na Any Net nám pravidlo Clearance zajistí automatické udržování prokovených otvorů v definované minimální vzdálenosti od pájecích plošek (omezení odsávají pájky z pájecí plošky) a to přímo v interaktivním režimu. Prokovený otvor tedy již nepůjde do blízkosti plošky vůbec umístit.

- 79 -

Úvod do Altium Designeru Podrobný popis dalších pravidel naleznete na wikipedii Altia pod heslem Design Rules [8].

DRC kontrola Co je vlastně primárním účelem návrhových pravidel? Především DRC proces, což je automatický proces, při kterém Altium Designer zkontroluje všechny objekty na plošném spoji, zda jsou v souladu s aktuálními pravidly. DRC se provádí ve dvou režimech – online a batch. Online DRC hledá chyby okamžitě při pokládání nových spojů nebo při posouvání součástek na plošném spoji, jednoduše při každé změně. Batch DRC je spouštěno ručně návrhářem a to prostřednictvím menu Tools » Design Rule Check [T,D] tlačítkem Run Design Rule Check (obr. 3.). Rozhodnutí o tom, zda se konkrétní pravidlo kontroluje v online nebo batch procesu se rovněž nastavuje v menu Tools » Design Rule Check [T,D]. Zde máte možnost pro jednotlivé kategorie zvolit jejich platnost pro online a batch režim, přitom se však předpokládá, že v batch režimu jsou provedeny vždy všechny kontroly a v online pouze ty nejnutnější jako izolační vzdálenosti (Clearance, Short Circuit), šířky spojů (Width), umístění komponent (Component Clearance, Room Definition) a některé z pravidel pro výrobu (Hole Size, Silk to Silk Clearance apod.).

Obr. 3. Aktivace kategorií pravidel pro online a batch DRC - 80 -

Úvod do Altium Designeru Čím větší je množství pravidel v online režimu, tím déle trvají jednotlivé úkony při pokládání spojů. To samozřejmě závisí i na výpočetním výkonu návrhářova PC. Pravidla pro kontroly délek spojů (Net Match Lengths), vedení paralelních segmentů (Parallel Segments) nebo celá kategorie Signal Integrity tak pro svoji náročnost zůstávají obvykle aktivovaná pouze pro batch režim. Vypnutí online režimu se využívá v počátcích návrhu také pro některá pravidla z kategorie Manufacturing, nejčastěji pravidla minimální šířky masky (Minimum Solder Mask Sliver), kontroly umístění potisku mimo pájecí plošky součástek (Silkscreen Over Component Pads) a vzájemné vzdálenosti částí potisku (Silk To Silk Clearance), nebo se tato pravidla přechodně úplně vypínají. V nastavení kategorie pravidla v Design » Rules jsou zaškrtávací pole Enable, která pravidlo vypnou. Během rozmísťování součástek na plošném spoji a prvním náčrtu spojů totiž obvykle neřešíme potisk a parametry masky, tyto kroky přicházejí na řadu až později. Měli bychom tak zbytečně v DRC hlášena běžně až tisíce porušení pravidel, které nežádoucím způsobem znepřehlední situaci. Velmi důležité je však při takovém postupu zmíněná pravidla opět aktivovat když jsou potřeba. Výsledkem batch DRC kontroly je seznam porušení pravidel (Violations). V základním nastavení se tento seznam generuje v HTML podobě, která však je spíše informativní (celkové počty chyb v kategoriích a na celé desce). Chyby na plošném spoji ale potřebujeme postupně procházet a opravovat. K tomuto účelu slouží panel PCB Rules and Violations (obr. 4.) z menu View » Workspace panels » PCB. V panelu jsou uvedeny všechny skupiny pravidel. Vybráním jedné nebo několika skupin se nám zobrazí jednotlivá pravidla z těchto skupin a dále vybráním jednoho pravidla se zobrazí v dolní části panelu konkrétní místo s chybou. Kliknutím na tento záznam pak Altium Designer detail místa zobrazí na plošném spoji tak, aby návrhář mohl okamžitě chybu napravit. Chyby se obvykle procházejí postupně podle jejich příslušnosti do dané kategorie, čímž se odstraňování chyb zjednoduší. Panel PCB Rules and Violations je aktualizován i online DRC systémem, takže vybraná pravidla a jejich porušení se zde objevují okamžitě.

- 81 -


DRC symboly

Obr. 4. Panel PCB Rules and Violations

Pro zvýraznění míst, ve kterých dochází k porušení návrhových pravidel Altium Designer používá chybové značky. Jejich detailní popis naleznete opět na wikipedii Altia pod heslem DRC Violations [9]. Jednoduše řečeno, porušení pravidel je zvýrazněno překrytím daného objektu (v základním nastavení) světle zelenou barvou se symbolem X, viz obr. 5. Pokud je například celá součástka takto označena zeleně, tak je pravděpodobně moc blízko sousedním součástkám, případně je umístěna mimo svůj vyhrazený prostor (Room). Objekty na plošném spoji mohou však být poměrně rozsáhlé, místo kde přesně dochází k porušení pravidel tak je ještě doplněno tzv. Detail Markerem, který určuje místo i typ chyby. Marker je nejčastěji v podobě kroužku, který svým středem označuje problematické místo a udává, jaký rozměr by měl být dodržen. Dále jsou použity pro některé chyby upřesňující symboly jako zkřížené vodiče pro zkrat (Short Circuit) nebo kruhová „vysílající“ anténka pro nedotažený spoj (Net Antenae). Ještě podrobnější informace o chybě můžete získat kliknutím na objekt v chybovém

- 82 -

Úvod do Altium Designeru stavu výběrem položky Violations v jeho kontextovém menu. Zde je uvedeno, jaká pravidla jsou porušena a i vůči jakému objektu.

Obr. 5. Online DRC chyby zobrazené přímo na plošném spoji během editace

Zobrazení chybového stavu má také svá nastavení. Co se týká barev DRC zvýraznění, tak pro ty je nastavení dostupné v menu Design » Board Layers & Colors [L] na záložce Layers jako položky DRC Error Markers a DRC Detail Markers. Další nastavení naleznete v menu DXP » Preferences v kategorii PCB Editor » DRC Violations Display (obr. 6). Klíčový je zde především seznam v dolní části, kterým můžete ovlivnit to, zda se při porušení pravidla daný objekt překryje zvýrazňující barvou (Violation Overlay) a zda bude porušení pravidla doplněno Detail Markerem (Violation Details). Zde také zjistíte, že v základním nastavení není překrývání zvýrazňující barvou nastaveno zdaleka u všech skupin pravidel a to především kvůli zachování přehlednosti. Online DRC kontrola tedy v takovém případě informuje o chybách Detail Markerem a především uvedením chyby v panelu PCB Rules and Violations.

- 83 -


Obr. 6. Nastavení indikace porušení pravidel

I přes tuto snahu o minimalizaci přímého zobrazení chyb se stává, že je zobrazení plošného spoje nepřehledné. Abychom se mohli v návrhu lépe orientovat, tak je možné chybová hlášení skrýt pomocí funkce Tools » Reset Error Markers [T,M]. Tento reset je platný pouze do dalšího provedení DRC kontroly, která opět zobrazí všechna porušení návrhových pravidel jako dříve. Nejde tedy o permanentní změnu.

Export a import návrhových pravidel Návrhová pravidla, pokud máme na mysli kompletní sadu se všemi výjimkami a technologickými omezeními, je časově náročné vytvořit. Je tedy přirozené, že sady pravidel se stávají poměrně důležitou proprietou každého návrháře. Altium Designer je umožňuje exportovat z existujícího souboru PcbDoc a importovat je zpět do jiného souboru. Tyto funkce jsou dostupné v menu Design » Rules v kontextovém menu stromu kategorií pravidel (kliknout pravým tlačítkem například na kořen stromu nazvaný Design Rules, viz obr. 7.). Pravidla jsou exportována do textového souboru s koncovkou RUL. Obvykle si návrhář vytváří základní technologické sady pravidel, které v počátečním stavu hned po otevření nového prázdného PcbDoc souboru do něj nahrává. Tyto sady pravidel pak například mohou obsahovat pravidla typu: - 84 -

Úvod do Altium Designeru • •

1. varianta – šířka spoje a izolační vzdálenost minimálně 0,2mm, vrtání minimálně 0,8mm 2. varianta – spoj/mezera 3mil, vrtání 0,3mm

Obr. 7. Export nebo import návrhových pravidel

Efektivnější je však mít připravené celé šablony prázdných PcbDoc souborů, kde jsou již nastavena jak všechna návrhová pravidla, tak je nastavené složení plošného spoje, barvy vrstev, názvy mechanických vrstev, nastavení DRC systému atd. PcbDoc soubor tak může být nastaven v analogii s předchozím příkladem na: • •

1. varianta – 2 vrstvý plošný spoj s parametry spoj a mezera min. 0,2mm, vrtání min. 0,8mm, 4 dokumentační mechanické vrstvy a základní DRC 2. varianta – 12 vrstvý (s patřičným složením vrstev) plošný spoj s možností slepých děr, spoj a mezera min. 3mil, vrtání min. 0,3mm, 10 dokumentačních vrstev a DRC s kontrolou impedance spojů a vyrovnávání jejich vzájemné délky

Při zahájení projektu (respektive po dokreslení schématu) si do projektového adresáře návrhář nakopíruje připravený PcbDoc s potřebnou technologií a již pouze definuje velikost plošného spoje a nahrává ze schématu součástky. V případě prostého nahrání samotných návrhových pravidel by bylo potřebné provést daleko více nastavení ručně. Podobně se řeší i vytváření dokumentačních a výrobních podkladů, kdy se do cílového projektu kopírují OuputJob skripty s potřebným nastavením všech výstupů. Ty jsou pak ve všech projektech generované jednotně a návrhář šetří i svůj čas. Téměř vždy jsou potřebné nějaké lokální změny a úpravy, ale ty zaberou nepoměrně méně času než kompletní nastavení.

Závěr

DRC systém Altium Designeru je poměrně mocný nástroj, který pomáhá předejít chybám způsobeným převážně lidským faktorem. Hlavní motivací je to, že správně vytvořený systém pravidel umožní automatizovaně zkontrolovat plošný spoj v době jeho prvotního vývoje, ale i při změnách, které nastávají při postupných modifikacích a aktualizacích výrobku podle současných požadavků v průběhu celé jeho existence. Kvalitní nastavení pravidel je tedy i investicí do budoucna, které vám pomůže další úpravy provést jednodušeji bez intenzivního studování několik let starého návrhu a jeho technologie výroby, nebo tento krok alespoň výrazně zjednodušit. Obvykle si ani neuvědomujeme, kolik různých kritérií do návrhu

- 85 -

Úvod do Altium Designeru zapracujeme a přitom nejsou nikde explicitně uvedeny. Ty se však z naší paměti bohužel obvykle vytrácí jako první. Ač je DRC systém velmi flexibilní, tak není schopen postihnout všechny případy, které reálně nastávají. DRC pak alespoň pomůže odbourat běžnou rutinu kontrol, kterou má návrhář na svých bedrech a ten se pak může více soustředit na komplexnější záležitosti. Předvýrobní kontrola v DFM nástrojích je především u složitějších plošných spojů velmi prospěšná i po důkladné DRC kontrole, jelikož tyto nástroje jsou zaměřeny více na výrobní technologii a mohou tak do kontrol zahrnout i jiné parametry. Od verze Altium Designeru 10 se DRC systém používá i ve chvíli, kdy je generována výstupní dokumentace a výrobní podklady pro serverový archiv Vault a díky tomu může systém odhalit stav, kdy návrhář omylem vygeneruje tyto podklady bez toho, aby spustil kompletní DRC kontrolu. DRC reporty mohou být navíc i přímou součástí dokumentace.

- 86 -


7 Jak pohodlně rozmísťovat komponenty v Altium Designeru? Altium Designer je prostředí pro návrh plošných spojů s podporou pro kooperovaný návrh s obvody FPGA včetně jejich programové konfigurace. Návrh probíhá za pomoci hierarchických schémat a pravidly řízeného editoru plošných spojů. Altium Designer se vyznačuje především sjednoceným návrhovým prostředím, komplexní podporou 3D vizualizace a propracovaným systémem vytváření výrobních podkladů a dokumentace.

Rozmístění komponent na plošném spoji je klíčový úkol pro dokončení každého projektu. Altium Designer (AD) nabízí pro tento úkol několik nástrojů. Jedním z nich je interaktivní propojení schématu a plošného spoje, které se aktivuje v menuTools » Cross Select Mode. Díky němu můžete označením komponent ve schématu dosáhnout současně jejich označení i na plošném spoji a opačně. Altium Designer si navíc zapamatuje i to v jakém pořadí jste komponenty označovali (klikáním myši za současného držení klávesy Shift), čehož je možné využít ve funkci Tools » Component Placement » Reposition Selected Components - klávesová zkratka [I, U]. Po její aktivaci vám AD na kurzor postupně přivolává vybrané součástky v daném pořadí a očekává jejich umístění.

- 87 -


Obr. 6.2: Postupné označování komponent ve schématu (klikání na komponenty při stisknuté klávese Shift)

Obr. 6.3: 3D zobrazení označených komponent (šedivé ohraničení) pomocí Cross Select Mode V případě, že máte pro práci v AD k dispozici dva monitory, tak je umístění komponent ještě o něco příjemnější úkol. Na prvním si otevřete schéma a na druhém návrh plošného spoje. Okamžitě tak vidíte, jak se jednotlivé komponenty označují v obou výkresech.

- 88 -

Úvod do Altium Designeru Pokud potřebujete pouze identifikovat přesné umístění jedné součástky, jednoho spoje nebo konkrétního pinu na plošném spoji, tak je k dispozici funkce Tools » Cross Probe [T, C]. Tato vám ve schématu vybraný objekt na plošném spoji navíc i zvýrazní a přiblíží. Nemusíte tak nic dlouze hledat v obvyklém zmatku komponent.

- 89 -


Zdroje dat [1] http://hw.cz/teorieapraxe/software/art3413-uvod-do-altium-designeru-i.html [2] http://hw.cz/teorieapraxe/software/art3490-uvod-do-altium-designeru-ii-tvorba-pcb.html [3] http://hw.cz/teorieapraxe/software/art3596-uvod-do-altium-designeru-iii-nastroje.html [4] http://hw.cz/teorieapraxe/software/art3837-uvod-do-altium-designeru-iv-knihovny.html [5] http://hw.cz/teorieapraxe/software/art4069-uvod-do-altium-designeru-v-hierarchickynavrh.html [6] http://www.altium.com/files/Altiumdesigner6/LearningGuides/TR0110%20Query%20Language%20 Reference.PDF [7] http://wiki.altium.com/display/ADOH/Query+Language+Reference [8] http://wiki.altium.com/display/ADOH/Design+Rules [9] http://wiki.altium.com/display/ADOH/Enhanced+Display+of+DRC+Violations

- 90 -

Úvod do Altium Designeru

Recommend Documents