саит)

Вид материала

Подобный материал:

1 2 3 4 5

Недостатки:

Требование больших ресурсов т.к. надо запоминать информацию обо всех проводниках и волнах.
Требует много времени.

Достоинство:

Этот алгоритм находит трассу независимо от ее сложности.

Используются 2 модификации этого алгоритма: канальная и лучевая.

Канальная модификация волнового алгоритма трассировки. Прямоугольник, в который можно заключить точки А и В – это канал, внутри которого и должен проходить проводник. Эта модификация применима для простых плат т.к. на сложных платах оптимальный путь может выходить за пределы прямоугольника.

Лучевая модификация волнового алгоритма трассировки. Проводится луч из А в В и принимается, что волна может проходить на определенном расстоянии по ту или другую стороны от этого луча. Допустимое расстояние определяется конструктором и прямо пропорциональна сложности платы.

Показатели качества на этапе трассировки сигнальных соединений:

Минимальная средняя длина сигнальных соединений
Минимальная суммарная длина сигнальных соединений
Минимальная число межслойных переходов (λ_пп= λ_имсη_имс+ λη+ λ_мпη_мп, где λ - …, η)

Этап технологической подготовки производства

Исходными данными для этого этапа являются:

Принципиальная электрическая схема устройства
ТЗ на разработку платы.
Топология печатной платы
Схема расположения элементов на плате
Внешний вид платы с обеих сторон.

Результатом этапа будет маршрутная карта производственного процесса, которая отражает последовательность использования оборудования, режима использования оборудования и данные, передаваемые с одного производственного этапа на другой. В настоящее время этот этап практически полностью автоматизирован. При этом используют 2 подхода (две разновидности АСТПП).

Разработка АСТПП поискового типа
Разработка АСТПП генерирующего типа

АСТПП поискового типа

Основана на идеологии классификации и кодирования производственных процедур и соответствующих компонентов изделия и изделия в целом. При этом подходе элементы (изделия) группируются в семейства, различающиеся по своим производственным технологическим характеристикам. Для каждого семейства разрабатывается своя маршрутная карта или типовой план производственного процесса, которая заносится в ЭВМ и извлекается оттуда при появлении на входе кода элементов (изделия) этого семейства.

При разработке плана производственного процесса новых элементов (изделий) требуется лишь редактирование уже существующих типовых планов. В отдельных случаях в базу может добавляться новый план. Система классификации и кодирования позволяет вести эффективный поиск необходимых планов в базе производственного процесса. Типовые планы могут совпадать для разных изделий. Но список конкретных процедур, выполняемых на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) может отличаться, поэтому типовой план, как правило содержит описание последовательности оборудования и описания режимов работу оборудования (станков с ЧПУ). Подобные АСТПП еще называют вариантными.

Схема информационных потоков в АСТПП поискового типа

Ввод пользователем кода изготавливаемого изделия на вход разрабатываемой системы.
Поиск системы элементов, соответствующих данному коду.
Извлечение из базы описания типового технологического маршрута для данного семейства.
Выявление и редактирование типовых технологических процедур.
Форматирование полученного плана.
Выдача готового плана производственного процесса.
Настройка системы на обработку соответствующего запроса.

АСТПП генерирующего типа

В генерирующих АСТПП ЭВМ используется для автоматизированного или автоматического синтеза конкретного плана производственного процесса на основе анализа эскиза элемента (изделия), его трехмерного изображения и как правило без участия человека.

В основе систем данного типа находится набор машинных алгоритмов и программ, обеспечивающих постепенное построение окончательного плана производственного процесса на основе структурного анализа изделия методов экспертной оценки и принятия решений. Входная информация должна содержать исчерпывающее описание изготавливаемого элемента (изделия) для этого может потребоваться использование поискового кода как в АСТПП поискового типа (информация о материале изделия). Однако, при этом не предполагается обращение к базе типовых планов, а АСТПП сама генерирует наиболее рациональный план, анализируя взаимное пространственное расположение и вид составных частей изделия и его материалов. АСТПП генерирующего типа нашли свое применение в основном при производстве изделий машиностроения. Однако в нашей области они не нашли широкого применения т.к. все производственные процессы строго регламентированы.

Преимущества внедрения АСТПП:

Повышение рациональности принимаемых решений по организации производственного процесса, т.е. технологические маршруты сложных технологических изделий становятся более согласованными.
Увеличение производительности планирующих подразделений.
Сокращение затрат времени на подготовку производства.
Повышение качества выходных документов.
Возможность дополнительного включения целого спектра прикладных программ, расширяющих функциональные возможности АСТПП.

Опыт модернизации предприятия по разработке модуля ЭВТ на примере государственного приборостроительного рязанского завода, специализирующего на выпуске сложных радиоэлектронных систем и бортовой техники.

Модернизация производства многослойных печатных плат (МПП).

Цикл изготовления МПП составляет около трех недель.

При выборе базовой САПР производился анализ следующих САПР:

P-CAD 4.5 (стандарт для России).
P-CAD 7.0, 8.0, 8.5.
Accel EDA
Caddy (Ziegler)
Mentor Graphics и Cadence.

Проблемы заводов:

Скудный бюджет на закупку САПР.
Отсутствие подготовленных кадров для работы с современными САПР.
Общее отставание в области компьютерных технологий.
Невысокая зарплата сотрудников.

В результате анализа предпочтение было отдано системе Caddy (разработка Ziegler) по следующим причинам:

Удобство эксплуатации (система русифицирована, начиная с экранных масок, меню, подсказок и системных сообщений и заканчивая руководством пользователя). Cadence не русифицирована, в Европе имеется лишь один учебный центр и не имеет русского сайта.

Caddy обеспечивает возможность быстрого обучения персонала благодаря дружественному интерфейсу и хорошо продуманным функциональным возможностям. Cadence такой возможности не дает.

Caddy обеспечивает возможность работы с разными единицами измерения. Cadence ориентирована на дюймы.

Caddy содержит БД как отечественных, так и зарубежных компонентов. В Cadence отечественных компонентов в базе нет.

Caddy поддерживает технологию сквозного проектирования от создания принципиальной электрической схемы и трассировки платы до технологической подготовки производства в реальном времени и в масштабе одного проекта. Cadence обеспечивает технологию параллельного проектирования.

Caddy позволяет автоматизировать выпуск комплекта конструкторской документации в полном соответствии с ЕСКД (единый стандарт конструкторской документации). Cadence поддерживает только американский и европейский стандарты.
В Caddy применяется модульный принцип построения системы, который позволяет расширять функциональные возможности системных и прикладных модулей. Cadence предполагает закупку пакета модулей, которые могли бы совместно работать.

Кроме этого, есть и другие причины выбора:

Торговая марка Caddy пользуется большой известностью во всем мире (как и Cadence).
Генеральный дистрибьютор Caddy в России – компания Point, которая осуществляет адаптацию и настройку всех параметров системы, известна большим опытом по распространению САПР различных производителей в России.
Для Caddy проводится широкая сервисная поддержка клиентов, включая обучение пользователей, режим «горячей линии» и различной форма консультационной и информационной поддержки.
Caddy предлагает ежегодное обновление версии системы при сохранении общей преемственности.
У Caddy доступная цена системы.
Caddy ориентирована на использование персональных компьютеров, Cadence – на использование локальных рабочих станций.
Формат данных, который выдает Caddy – это формат Post Script. Этот формат соответствует формату данных, в котором работает фотонаборное печатное оборудование.

Технолгия призводства печатных плат

Технология производства печатных плат базируется на взаимодействии двух подразделений предприятий:

научно-технический центр – там ведется проектирование печатных плат на основе локально-вычислительной сети компьютеров для передачи информации между различными этапами производства. В частности, предусмотрен оперативный контроль фотошаблонов. Это достигается путем вывода его на лазерный принтер (итоговый фотошаблон выводится на фотоплоттер). В ЛВС входят рабочие места конструкторов и технологов (верификация узких мест проектов с точки зрения производства, подготовка программ прозвонки и сверление для станков с ЧПУ). Все проектные документы архивируются на CD-ROM и магнитных лентах. Далее данные поступают в цех производства печатных плат.

цех производства печатных плат.

Основные определения

Основой печатной платы является подложка из стеклотекстолита. На поверхности стеклотекстолита находится токопроводящий слой медной фольги. Тепловая толщина проводника 0,035 и 0,018 мм.

Стеклотекстолит – диэлектрик, представляющий собой спрессованные листы стеклоткани, пропитанные эпоксидной смолой. Сегодня платы бывают односторонние (однослойные), двухслойные и многослойные. Типовая толщина платы – 1,6 мм (может быть 0,8 мм, 1,2 мм и 2 мм).

Защитная паяльная паста/маска. Как правило, на печатную плату наносится паяльная паста (зеленка). Это слой прочного материала, предназначенного для защиты проводников от попадания припоя и флюса при пайке, а также от перегрева. Защитная маска закрывает основную часть поверхности платы и оставляет отрытыми только контактные площадки, которые будут использоваться при пайке компонентов на плату.

Маркировка/сеткография наносится краской на поверхность платы специализированным методом, называемым сеткография (фотопроявление). Применяется для удобства монтажа (пайки) компонентов на плату. Маркировка несет следующую информацию: контур компонента, его сокращенное название и позиционное расположение на плате.

Классы точности. Все изготовляемые платы должны соответствовать определенному классу точности, который определяется комплексом технологических средств или оборудованием.

Сейчас применяют платы 3-5-го класса точности.

3-й класс точности – ширина токопроводящей дорожки должна быть минимум 0,25 мм. Расстояние между соседними дорожками (элементами печатного монтажа) – 0,25 мм.

4-й класс точности – 0,2 мм и 0,2 мм.

5-й класс точности – 0,15 мм и 0,15 мм.

При производстве учитываются следующие параметры:

цена,

качество,
срок изготовления.

В стоимость изготовления платы обычно включают: стоимость подготовки и самого производства.

Стоимость зависит от:

класса точности,
объема заказа,
срока изготовления.

Если речь идет о серийном производстве, то стоимость определяется объемом заказа. Если речь идет о многослойном производстве, то стоимость определяется подготовкой к производственному процессу. Может быть изготовление опытных образцов (прототипов). В этом случае стоимость определяется длительностью изготовления заказа.

Технологический цикл производства печатных плат

Входной контроль материалов. Осуществляется контроль всех входящих материалов, выборочный лабораторный контроль или полный контроль всей партии материалов.
Резка на заготовки по заданному маршруту. Стандартный размер заготовки 500х550 мм. Если партия мелкая, то заготовка может быть меньше по размеру. Резка производится алмазным диском.
Сверление. На платах сложного рисунка сверло диаметром менее 0,6 мм. Для повышения качества сверленая между заготовками прокладывается алюминиевая фольга и для выхода сверла используется текстолит толщиной 2-3 мм. Как правило, станок является программно управляемым, но есть возможность корректировки с пульта управления.
Первая металлизация отверстия. Это гальванический процесс (процесс Шипле). Производится наращивание метала толщиной 4 мкм. Обеспечивает начальную металлизацию во всех отверстиях.
Подготовка поверхности перед нанесением фоторезиста. Для стеклотекстолита с толщиной медной фольги более 18 мкм используется механическая или гидроабразивная (пескоструйная) зачистка поверхности. Если менее 18 мкм, то толщина дорожек менее 15 мкм, при этом используется микроподтравливание.
Ламинирование – процесс нанесения на печатную плату пленочного фоторезиста.
Фотоэкспонирование – заготовка с нанесенным защитным фоторезистом, засвечивается через фотошаблон с переносом рисунка на фоторезист.
Проявление – этапы заканчиваются визуальным контролем рисунка и ретушью по фоторезисту.
Вторая металлизация – гальваническое наращивание пластинчатой меди в переходные отверстия и на проводники до 25-30 мкм.
Снятие фоторезиста – процесс в щелочной среде, по окончании которого происходит визуальный контроль.
Покрытие защитным резистом.
Травление медной поверхности, не покрытой защитным слоем гальванической меди.
Снятие технологического слоя защитного фоторезиста.
Зачистка поверхности перед нанесением маски.
Нанесение жидкой маски (как фоточувствительной, так и двухкомпонентной (метод трафаретной печати)).
Сушка маски – инфрокрасная сушка с активной вентиляцией для обеспечения равномерного покрытия.
Экспонирование.
Проявка.
Отверждение (ультрафиолетовое или термоотверждение).
Подготовка поверхности для нанесения припоя. Защита планарных выводов, ламели для покрытия никелем, палладием, серебром или золотом.
Оплавление покрытия (олово, свинец). Оплавление происходит как металлизированных поверхностей, как и по плоскости. Выравнивание припоя осуществляется горячим воздухом. Толщина припоя – 8-18 мкм.
Нанесение маркировки.
Покрытие ламелей и планарных площадок.
Резка на единичные печатные платы.
Выходной контроль. В зависимости от типа платы и ТЗ контроль может быть визуальным и электрическим. Электрический контроль платы подразумевает контроль на обрыв или замыкание.
Распечатка технологической документации и доработка

Все эти этапы делаются на автоматическом оборудовании (станках).

Обзор современных САПР модулей электронно-вычислительной техники

№№	Задачи	Программа на ПК	Фирма-разработчик	Фирма-дистрибьютор
	Проектирование аналоговых и аналогово-цифровых устройств	Design Lab	Micro Sim	Родник-софт
	Разработка печатных плат	Accel Eda	Accel Technologies	Родник-софт
		P-CAD	Accel Technologies, ProTel	Скан
		Or-CAD	Or-CAD	Скан
		Personal Architect	Mentor Graphics	Поинт
		Caddy Electronics	Ziegler	Поинт
	Трассировка печатных плат	Spectra	CCT	Родник-софт
		Max Route	Or-CAD	Скан
		Neiro Route	ProTel Technologies	Родник-софт
		FR Route	Д.Феофанов	Точка опоры
	Моделирование цифровых устройств	Active-CAD	Aldec	Родник-софт
		Work View	VLS	Родник-софт
		Or-CAD Simulate	Or-CAD	Скан
	Синтез цифровых микросхем с программируемой логикой	Act Step 6	Xilinx	Родник-софт Скан
		Max 4	Altera	Родник-софт Скан
		Design Service	Accel Technologies	Гамма
	Анализ тепловых режимов, надежности и прогностическая оценка	BetaSoft	Dynamic Soft	Родник-софт
		Prec	International Analitic	Родник-софт
	Моделирование печатных плат с учетом паразитных помех (эффектов)	Polaris	Micro Sim	Родник-софт
		Board Sim	Hypper LYAX	Родник-софт
	Синтез и моделирование устройств СВЧ	Micro Wave Success	Compact Software	Скан
	Синтез и моделирование устройств СВЧ	HP Soft	HP	Скан, Радис
	Подготовка печатных плат к производству	CAM 350	Advance Technologies	Родник-софт
		PC-Gerber	Router Solution	Родник-софт
		CAM-CAD	–	Родник-софт

Система Caddance решает все перечисленные задачи. Так же она конкурирует с Mentor Graphics.

Современные тенденции развития САПР электронных систем
(на примере системы фирмы Mentor Graphics)

В настоящее время развитие САПР электронных устройств определяется следующими основными факторами:

Быстрый рост емкости кристаллов и функциональных возможностей кристаллов. Считается, что этот рост подчиняется закону Мура, т.е. приблизительное удвоение числа элементов на кристалле каждые два года.

Увеличение доли потребительского сектора в общем объеме выпускаемых электронных изделий.

До последнего времени главной целью было получение требуемых характеристик устройства, реализуемого на кристалле. Главной характеристикой являлась производительность, в то время как длительность разработки и выпуска изделий на рынок не имели решающего значения.

Большинство современных систем ЭВТ с функциональной точки зрения представляют собой баланс между программной и аппаратной частями.

Обычно эти части разрабатываются отдельно друг от друга. В настоящее время, когда на весь цикл разработки устройства выделяется не более полугода (до запуска в производства) разработка программной и аппаратной частей производится параллельно (на основе технологии сквозного нисходящего параллельного проектирования).

Верхний уровень проектирования включает функционально-логическое проектирование и верификацию полученных схем. Для цифровых и цифро-аналоговых систем особенностью является то, что с увеличением емкости кристалла до нескольких десятков тысяч вентилей и более перестает работать обычный подход проектирования на вентильном уровне. моделирование на вентильном уровне становится неприемлемым как с точки зрения затрат инженерного труда, так с точки зрения требований к ресурсам ЭВМ. Поэтому в настоящее время основной технологией моделирования является моделирование с помощью языков высокого уровня VHDL и VeriLog.

Типовой маршрут проектирования

В программном пакете Renoir осуществляется графический ввод и генерация описания проекта на языках VHDL и VeriLog.
В пакете Model Sim, предназначенном для моделирования VHDL, VeriLog и смешанных описаний проекта производится моделирование работы реального устройства.
С помощью пакета Leonardo Spectrum выполняется синтез логических схем на базе библиотек всех современных изготовителей ПЛИС и аналоговых схем.

Перечисленные пакеты стали сегодня стандартом. В настоящее время резко возросла доля аналогово-цифровых проектов. Если в 1999 году доля была 22%, то сейчас – 67%. В области проектирования подобных систем одной из популярных является система Advance. В нее входят:

Пакет аналогового моделирования Advance ELDO.
Пакет программ смешанного моделирования Advance NS.
Пакет программ моделирования в высокочастотном диапазоне Advance RFIC
Библиотека моделей для телекоммуникационных приложений Advance COM Lib.

В качестве входных языков системы Advance используют VHDL, VeriLog и C++. Библиотеки системы включают модели аналогово-цифровых фильтров, фазоинверторов, конверторов данных, модуляторов, демодуляторов и цифровых блоков различного функционального назначения.

При параллельном проектировании программных и аппаратных частей необходима разработка виртуального прототипа, который на сегодняшний день создается с помощью пакета Simless CBE. Данный пакет позволяет отладить систему на различных этапах проектирования, оптимизировать проект и вносить изменения в проект на самых ранних этапах проектирования.

Среда пакета Simless CBE обеспечивает все функции программной и аппаратной отладка, включая отладчик исходного кода, просмотр содержимого регистров и памяти, окно просмотра принципиальных схем и логический анализатор. В этой среде возможно выполнение программ на языках С, С++ и Assembler. В настоящее время этот пакет поддерживает 60 микропроцессорных моделей и более 10 моделирующих программ.

На сегодня новые тенденцией является использование технологии повторного проектирования, т.е. используют проработанные проектные решения в виде поставки средств интеллектуальной собственности. В системе Mentor Graphics в библиотеке макросов системы содержится более 30 компонентов, реализующих процессоры, контроллеры периферии, различных устройств цифровой обработки сигналов, кодеры и декодеры, шинные интерфейсы и мультимедийные сетевые схемы.

Новые тенденции в проектировании печатных плат

Система Mentor Graphics содержит полный набор средств проектирования печатных плат:

Средства размещения элементов, компонентов.
Топологический редактор.
Средства трассировки и выдачи данных и плат.
Пакет Inter Connectics для проектирования сверхбыстрых печатных плат

Все программы объединены в пакет Board Station. Этот пакет позволяет производить размещение компонентов на плате, анализ электрических характеристик, включая анализ целостности формы сигналов, реальных задержек и помех, и может производиться трассировка соединений с учетом межплатных соединений.

Основным достоинством пакета является совмещение процедуры размещения и трассировки соединений с одновременным анализом параметров результирующих соединений, что позволяет избежать повторных циклов при проектировании.

Главной целью проектирование является выделение узловых, наиболее трудоемких точек проектирования и направление всех интеллектуальных средств на решение задач в этих точках с интеграцией всего маршрута проектирования в целом.

Методы обеспечения надежности электронных систем

Blog

Обеспечение производства ЭВМ базовые понятия (сапр/астпп/саит)