Spotkania z protelem 99se cz.6.pdf

Kurs Protela

Spotkania

z Protelem 99 SE

Spotkanie 6

Do tej pory zajmowaliśmy się schematami ideo−

wymi, bibliotekami „schematowymi” oraz po−

bieżnie kwestią symulacji. Najwyższa pora zająć

się projektowaniem płytek drukowanych. Zanim

jednak przejdziemy do szczegółów technicznych,

muszę Ci dokładnie wytłumaczyć, dlaczego ko−

niecznie trzeba stworzyć nowe biblioteki albo

zmodyfikować oryginalne. Mógłbym „pójść na

skróty” i zaprezentować Ci szybko procedury au−

tomatycznego projektowania z wykorzystaniem

domyślnych ustawień Protela. Uzyskałbyś szybko

eleganckie projekty płytek, ale... wpuściłbym Cię

na potężną minę. Na pewno nie wykonałbyś ta−

kich płytek w warunkach domowych, a montaż

na płytkach wykonanych w zakładzie usługowym

przysporzyłby Ci wiele kłopotów. Dlatego nie

zlekceważ podanego materiału, dokładnie się

z nim zapoznaj i zrealizuj podane zalecenia.

Przy pierwszym kontakcie z narzędziami do

projektowania płytek zawartymi w Protelu,

możesz poczuć się wręcz zagubiony. Jeśli

nigdy nie projektowałeś płytek, mnóstwo

możliwości i niezrozumiałych właściwości

jest w stanie skutecznie Cię przerazić i znie−

chęcić do dalszego zajmowania się tematem.

Także osobom przyzwyczajonym do prost−

szych programów (Autotrax, Trax Maker)

domyślne ustawienia ręcznego trasowania

ścieżek i sygnalizacja błędów Protela wydają

się co najmniej dziwne i zniechęcają. Niejed−

nokrotnie spotkałem się z opinią, że ten cały

Protel jest niby dobry, ale ja wolę po stare−

mu, w Autotraxie .

Wcale się nie dziwię takim reakcjom. Pro−

tel „ustawiony” jest pod skomplikowane pro−

jekty i wielowarstwowe płytki – to bardzo po−

tężne narzędzie, przeznaczone do realizacji

skomplikowanych celów, w którym kolosalną

rolę odgrywa daleko posunięta automatyzacja.

Końcowym efektem pracy projektanta są licz−

ne pliki z danymi. Jedne przeznaczone są dla

wytwórców płytek (do wykonania klisz, do

wiercenia otworów), inne dla działu zaopatrze−

nia (wykazy elementów), jeszcze inne będą

sterować automatami montującymi elementy

oraz testującymi płytki i gotowe moduły.

Tymczasem Autotrax czy Trax Maker czę−

sto wykorzystywane są do projektowania pły−

tek „na piechotę”, bez netlisty, wprost ze

schematu ideowego na kartce. Projektant sam

musi wszystkiego dopilnować, w szczególno−

ści zapewnić zgodność ze schematem ideo−

wym. Efektem pracy jest dokonany na dru−

karce wydruk ścieżek oraz wydruk warstwy

opisu. Płytka wykonywana jest potem w wa−

runkach amatorskich albo prostymi metodami

chemicznymi, albo nawet metodą ręcznego

malowania ścieżek i punktów. Tylko w przy−

padku układów najprostszych taki sposób ma

jako taką rację bytu. Jeśli chcesz projektować

płytki w ten sposób, „na piechotę”, raz na za−

wsze zapomnij o Protelu – skorzystaj z Easy−

traxa, Autotraxa czy Trax Makera. Próba wy−

korzystania Protela do opisanej dłubaniny na−

prawdę nie ma sensu, a właściwości i mnóst−

wo opcji Protela tylko utrudnią taką zabawę.

Jeśli jednak chcesz nauczyć się projektowania

płytek w sposób zgodny z ogólnie przyjętymi

regułami, Protel znakomicie ułatwi Ci zada−

nie. To wszystko, co Cię na początku prze−

straszy, zdziwi i zirytuje, przy bliższym po−

znaniu okaże się znakomitą pomocą w reali−

zacji celu. Kluczem do problemu jest wiedza

– musisz dobrze zrozumieć, dlaczego Protel

reaguje tak, a nie inaczej: dlaczego chce pro−

wadzić ścieżki w dziwny sposób, dlaczego

nie pozwala poprowadzić ich w pewnych

miejscach i dlaczego podświetla niektóre

miejsca jaskrawymi kolorami, sygnalizując

błąd. To nie są zachcianki Protela, tylko jego

troska o poprawność projektu. Protel na pew−

no nie jest złośliwy – reaguje, bo został tak

ustawiony. Cały problem początkujących po−

lega na tym, że nie rozumieją kluczowych za−

sad, możliwości i znaczenia poszczególnych

ustawień. Tymczasem wspominane ustawie−

nia można zmienić, a nawet powyłączać.

Szczerze mówiąc, można wyłączyć zaawan−

sowane opcje Protela, by zachowywał się nie−

mal jak stary Autotrax. Wierz mi – nie ma to

sensu. Jak najbardziej warto zrozumieć i wy−

korzystać możliwości Protela. Jeśli dobrze

zrozumiesz poszczególne opcje programu,

docenisz je i naprawdę będą one znakomitą

pomocą w pracy. Nastaw się więc pozytywnie

do Protela, nawet jeśli Ty lub ktoś ze znajo−

mych ma negatywne wrażenia z pierwszego

kontaktu z jego narzędziami do projektowa−

nia płytek. Szczegółami zajmiemy się

później, a na razie muszę omówić drugi po−

ważny problem – problem bibliotek.

W przypadku bibliotek „schematowych”

sprawa jest prostsza, a problem sprowadza

się do estetyki oraz możliwości symulacji.

Z „płytkowymi” elementami bibliotecznymi

rzecz jest znacznie poważniejsza. Jak być

może wiesz, standardowe elementy biblio−

teczne przeznaczone są do projektowania

płytek co najmniej dwustronnych.

Może tu zapytasz, jak wygląda płytka wię−

cej niż dwustronna, na przykład czterostron−

na. Masz rację, sformułowanie płytka jedno−

stronna i płytka dwustronna są nieprecyzyjne,

ale za to często używane. Na rysunkach 1 i 2

są pokazane w uproszczeniu płytka jedno−

stronna (tylko Bottom Layer) i dwustronna

(Bottom i Top Layer). Prawdziwie jedno−

stronna jest z definicji np. wstęga Moebiusa.

Tak naprawdę, każda klasyczna płytka jest

dwustronna (strona elementów i strona luto−

wania) – płytki różnią się tylko liczbą warstw

miedzi (copper layers). Zasadniczo powinni−

śmy mówić o płytkach n−warstwowych, a nie

n−stronnych, ale to nieistotny szczegół – ja

nadal będę używał określeń nie do końca pre−

cyzyjnych, za to powszechnie używanych.

Rys. 1

Rys. 2

Czy widziałeś z bliska płytkę wielowar−

stwową? Prawdopodobnie widziałeś, tylko

nie zwróciłeś uwagi – na przykład płytki

wielowarstwowe są powszechnie wykorzy−

stywane w komputerach jako płyty główne

(Motherboard). Rysunek 3 pokazuje przekrój

Elektronika dla Wszystkich

Wrzesień 2002

Kurs Protela

płytki ośmiowarstwowej, w której oprócz stan−

dardowych warstw Top i Bottom, mamy cztery

warstwy wewnętrzne i dwie płaszczyzny zasi−

lania (Power Plane). Protel, niesamowicie po−

tężne narzędzie, pozwala projektować nawet

płytki 48−warstwowe (aż tak rozbudowanych

płytek w praktyce się nie spotyka). W Protelu

masz do dyspozycji 32 warstwy sygnałowe:

Top Layer, Bottom Layer i 30 warstw wewnę−

trznych (Mid Layers), a do tego 16 wewnętrz−

nych płaszczyzn zasilania (tzw. Power Planes).

Sprawa odklejania punktów lutowniczych pod−

czas lutowania to naprawdę poważny problem

w przypadku płytek „jednostronnych”. Pracow−

nicy Działu Serwisowego AVT mogliby Ci dłu−

go opowiadać na temat nieumiejętnego lutowa−

nia i odpalania punktów lutowniczych przez

początkujących, zwłaszcza tych, którzy wyko−

rzystują lutownice transformatorowe. Problem

dotyczy jednak nie tylko początkujących – ma−

łe punkty na płytce jednostronnej naprawdę ła−

two mogą ulec odklejeniu i uszkodzeniu czy to

podczas montażu, czy później przy wstrząsach

urządzenia. Dlatego projektując płytki „jed−

nostronne” , obowiązkowo trzeba stosować

elementy biblioteczne o większych punktach

lutowniczych . Różnicę już na pierwszy rzut

oka widać na rysunku 5 . Standardowe elemen−

ty z bibliotek Protela mają okrągłe punkty o śre−

dnicy 62 milsów (1,575mm) i otwory 35mil

(0,9mm), natomiast te „tłuściejsze” mają punk−

ty o średnicach 80mil (2,03mm) i 85mil

(2,16mm) oraz otwór 32mil (0,8mm). Różnica

w powierzchni miedzi jest ogromna: dla „stan−

dardowego” punktu 62/35mil powierzchnia

punktu po odliczeniu otworu wynosi 1,33mm 2 ,

dla 80/32mil – 3,61mm 2 , dla 85/32 – 4,14mm 2 .

Porównaj te liczby – komentarz jest chyba

zbędny. Znam paru elektroników, którzy „za−

chłysnęli” się możliwościami Protela, ale nie

dopilnowali problemu wielkości punktów i gru−

bości ścieżek na płytkach jednostronnych –

przysporzyli sobie i innym dużo kłopotów.

w przypadku okrągłych punktów o średnicy 80

czy 85 milsów. To jest poważny problem przy

automatycznym projektowaniu druku: stosując

takie „tłuste” punkty, utrudnisz albo nawet

uniemożliwisz automatyczne zaprojektowanie

druku na takich jednostronnych płytkach.

Zwiększenie średnicy pól lutowniczych

typowych elementów dyskretnych (rezysto−

rów, kondensatorów, diod i tranzystorów) nie

sprawi kłopotów. W przypadku układów sca−

lonych trzeba wziąć pod uwagę dodatkowe

ograniczenia. W typowych przypadkach za−

lecam, żebyś stosował punkty typu zaokrą−

glony prostokąt – Rounded Rectangle o sze−

rokości 80mil i długości 100mil. Ich po−

wierzchnia jest duża i wierz mi, z takimi du−

żymi punktami nie ma kłopotów podczas lu−

towania, nie odklejają się. Gorzej jest pod−

czas automatycznego projektowania: jeśli

wykorzystasz biblioteki z układami scalony−

mi punktami rounded rectangle 80x100mil,

automat nie poprowadzi żadnej ścieżki mię−

dzy ich nóżkami. A taki zabieg w przypadku

płytek jednostronnych często jest wręcz ko−

nieczny. Przy ręcznym trasowaniu ścieżek

można ręcznie zmienić dwa sąsiednie punkty

z 80x100 na 63x125 i poprowadzić między

nimi ścieżkę 12 lub 13mil, jak pokazuje ry−

sunek 6 . W przypadku projektowania auto−

matycznego wypadałoby zastosować układy

scalone ze wszystkimi punktami 63x125.

Rys. 3

W elementach ze standardowych bibliotek

Protela typowy okrągły punkt lutowniczy ma

średnicę 62 milsów, czyli mniej niż 1,6mm.

Tak małe punkty lutownicze umożliwiają

przeprowadzenie ścieżki o szerokości 12...13

milsów między nóżkami układu scalonego,

gwarantując odstępy izolacyjne o szerokości

co najmniej 12 milsów. Wygląda to bardzo

zachęcająco, jak pokazuje rysunek 4 .

Rys. 4

Rys. 6

Rys. 5

Zasygnalizowałem Ci poważny problem

związany z płytkami jednostronnymi. Jeśli pla−

nujesz takowe projektować, koniecznie musisz

stworzyć oddzielną bibliotekę. I to jest zadanie

na najbliższy miesiąc. Przejrzyj najpierw

wszystkie oryginalne biblioteki Protela (... \De−

signExplorer99SE\Library\PCB ...). Stwórz

oddzielną bibliotekę najczęściej używanych

elementów z „tłustymi” punktami lutowniczy−

mi. Zasady są tu analogiczne, jak w przypadku

bibliotek „schematowych”: możesz kopiować

biblioteki, elementy między bibliotekami i do−

wolnie je modyfikować. Wbrew pozorom,

tych najpopularniejszych elementów wcale nie

jest dużo. Na naszej stronie internetowej znaj−

dziesz przykład takiej biblioteki, przekon−

wertowanej z Autotraxa. W swojej możesz

śmiało zastosować jeszcze większe punkty.

Mam nadzieję, że już widzisz problem.

Bubloteki?

Jeśli mamy płytkę co najmniej dwuwarstwo−

wą z metalizowanymi otworami (według ry−

sunku 2), możemy pozwolić sobie na niewiel−

kie punkty lutownicze. Taki „dwustronny”

punkt lutowniczy z metalizowanym otworem

zachowuje się jak nit i jest doskonale związany

z płytką. W przypadku płytki najprostszej,

z jedną warstwą miedzi (rysunek 1), mały

punkt lutowniczy nie trzyma się dobrze i może

zostać łatwo uszkodzony (odklejony, odpalony)

podczas lutowania. Być może już miałeś do

czynienia z odklejającymi się punktami lutow−

niczymi. Oprócz powierzchni punktu, duże

znaczenie mają tu: rodzaj podłoża (epoksyd,

papier) i siła adhezji miedzi i podłoża, która jest

różna dla płytek poszczególnych producentów.

Jeśli zamierzasz projektować płytki jedno−

stronne, musisz postarać się o elementy bi−

blioteczne z odpowiednio „tłustymi” punkta−

mi . Albo przerobisz oryginalne biblioteki, albo

stworzysz nowe od podstaw, albo wreszcie

ktoś Ci takowe udostępni. I tu masz pierwsze

bardzo ważne zadanie: stworzenie albo dosto−

sowanie bibliotek do potrzeb druku jedno−

stronnego. Nie jest to zbyt dobra wiadomość

z kilku względów. Nie chodzi tylko o przerób−

kę – można jednorazowo przerobić biblioteki

albo lepiej stworzyć jedną, nową, przeznaczo−

ną dla płytek jednostronnych. Ale jest tu je−

szcze jeden problem, którego nie możemy po−

minąć. Jak pokazują poprzednie rysunki, po−

między sąsiednimi wyprowadzeniami „stan−

dardowego” układu scalonego można śmiało

poprowadzić ścieżkę. Nie da się tego zrobić

Piotr Górecki

Wrzesień 2002

Elektronika dla Wszystkich

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: