Внедрение в инженерную практику методов автоматизации проектирования позволяет перейти от традиционного макетирования разрабатываемой аппаратуры к ее моделированию с помощью персональных компьютеров (ПК). Более того, с помощью ПК возможно осуществить цикл сквозного проектирования, включающий в себя:
а) синтез структуры и принципиальной схемы устройства;
б) анализ его характеристик в различных режимах с учетом разброса параметров компонентов и наличия дестабилизирующих факторов и параметрическую оптимизацию;
в) синтез топологии, включая размещение элементов на плате или кристалле и разводку между элементами соединений:
г) верификацию топологии;
д) проектирование конструкции изделия;
е) выпуск конструкторской документации.
Структура и принципиальная схема большинства устройств в существенной степени зависят от области применения и задания на проектирование, что создает большие трудности при синтезе принципиальной схемы с помощью ЭВМ. Поэтому обычно первоначальный вариант схемы составляется инженером «вручную» с последующим моделированием и оптимизацией на ЭВМ.
Топология печатной платы (ПП) разрабатывается после завершения схемотехнического моделирования. На этом этапе осуществляется размещение элементов на ПП и трассировка соединений. Наиболее успешно разрабатываются ПП цифровых устройств, где вмешательство человека в процесс синтеза топологии сравнительно невелико. Разработка аналоговых устройств требует гораздо большего участия человека в процессе проектирования, коррекции и при необходимости в частичной переделке результатов автоматизированного проектирования.
Заключительным этапом разработки является верификация топологии. На нем проверяются соблюдение технологических норм, соответствие топологии исходной принципиальной схеме, а также рассчитываются электрические характеристики схемы с учетом паразитных параметров, присущих конкретной конструкции.
Приведем краткий анализ наиболее известных комплексов программ автоматизированного проектирования ПП на ПК типа IBM PC/AT. Один из самых простых пакетов программ конструкторского проектирования — пакет ARTWORK фирмы «Wintek Corp.», который включает в себя графический редактор двусторонней ПП, программу ручной и автоматической трассировки соединений и программу выдачи чертежей на плоттер. Большими функциональными возможностями обладает пакет OrCAD, в котором имеется графический редактор принципиальных схем и ПП, а также программы моделирования цифровых устройств и трассировки соединений (однако программа автоматического размещения компонентов отсутствует). Привлекательность этому пакету придают удобный графический редактор и возможность перекодирования списка соединений схемы в форматы таких программ, как P-CAD, PSpice и др.
Одна из самых мощных систем автоматизированного проектирования на ПК — система P-CAD. В нее входят редакторы принципиальных схем и многослойных ПП, программы моделирования цифровых устройств, автоматического размещения компонентов на ПП и трассировки соединений, выдачи чертежей на принтер, плоттер, выдачи данных на сверлильные станки с ЧПУ, а также вспомогательные сервисные программы.
Система Personal Logican позволяет проектировать цифровые устройства, включая микропроцессоры, контроллеры и устройства памяти. Большие успехи достигнуты в создании САПР цифровых устройств на базе программируемых логических матриц (ПЛМ). Разработка ПЛМ возможна с помощью системы P-CAD и последних разработок. Начаты работы по автоматизации проектирования на ПК аналоговых и цифровых схем на базовых матричных кристаллах (БМК). Известны также комплексы программ CADdy, Micrograph, отечественные разработки «МАГИСТР-П», «Минск ПК», «ГРИФ», «ГРОТЕСК», «Сталкер/ПС» и ряд других. Особо следует выделить пакет машинной графики AutoCAD, с помощью которого можно доработать чертежи, создаваемые системой P-CAD, в соответствии с требованиями ЕСКД.
Система P-CAD за счет перехода к арифметике с плавающей запятой имеет на два порядка выше разрешающую способность графических редакторов, и практически сняты ограничения на размер и сложность печатной платы. Основное достоинство — повышение качества трассировки печатных плат за счет исправления ошибок в алгоритме оптимизации. Кроме того, введен ряд дополнений:
а) в графический редактор печатных плат РСВ Editor включены команды размещения компонентов;
б) обеспечена возможность просмотра любого фрагмента платы в процессе автоматической трассировки:
в) предусмотрена возможность автоматического нанесения размеров на чертежи.
Первое, что оценивает пользователь, касается графических редакторов:
· меню не исчезает после отпускания кнопки «мыши»;
· введены «горячие» клавиши, позволяющие одновременно работать на клавиатуре и с «мышью» двумя руками;
· выход в DOS возможен из всех приложений;
· введены шаблоны баз данных, загружающие в новую базу данных типичные параметры по умолчанию (шаг сетки и т. п.);
· разрешено редактировать ключевые слова атрибутов без изменения их содержания;
· повышена скорость вычерчивания экрана.
Система предусматривает установку P-CAD под управлением Windows (сам пакет P-CAD по-прежнему работает под управлением MS DOS) и имеет следующие существенные возможности:
а) утилита PC-WinPlot позволяет просматривать плот-файлы, выводить их на периферийные устройств средствами Windows и устанавливать физическую ширину линий, введенных в P-CAD линиями нулевой ширины;
б) программа автоматически создает файлы корпусов компонентов PC-PARTS на основе прототипов. Для этого символам компонентов с помощью атрибута GFP (Generic Footprint) присваивается имя корпуса-прототипа.
Программа pcparts.exe на основании информации, содержащейся в файлах списков связей (расширения.nit и.xnl), символов или схемы, составляет файлы конструктивов;
в) имеется эффективная автоматическая трассировка проводников;
г) команды изменяют ширину проводников Edit/Trace Width и типы компонентов Edit/Pin Type;
д) в редакторе таблиц апертур Aperture Table Editor допускается редактировать реперные знаки.
Пакет P-CAD поставляется на дискетах и на CD-ROM. На CD-ROM перенесена полная документация на P-CAD, просматриваемая в среде Acrobat Reader 2.0 (имеются версии для DOS, Windows и UNIX). Пакет P-CAD можно запускать непосредственно с CD-ROM.