CC BY
310
Обзор современных сред топологического моделирования
Калоев М.А., Титова А.А., Латаева А.В., Гуров О.А. НИУ ВШЭ, МИЭМ, marat0022@gmail.com, aa.titova1011@gmail.com, lataeva_av@mail.ru, oagurov@edu.hse.ru
Аннотация
В работе проводится обзор и анализ современных сред топологического моделирования. Исследуется вариант интеграции программы компании Altium Limited в учебный процесс.
1 Введение
В настоящее время современная электроника играет огромную роль в жизни современного человека. Кроме того, с каждым днем появляются десятки инновационных решений в этой сфере, и этот процесс невозможно остановить.
Особенно сейчас процесс разработки электроники предъявляет высокие требования к производительности и ресурсозатратно-сти, в том числе к широкому спектру возможностей проектирования. Altium Limited -является одной из ведущих международных компаний мировых разработчиков программного обеспечения для проектирования электроники. Корпорация была основана в 1985 году. C тех пор, продукты компании завоевали широкую популярность, обусловленную надежностью и удобством использования.
Трудно недооценить обширность применения технологий Altium, так как в настоящее время они охватывают такие сферы промышленности, как: машиностроение, космос, авиастроение, наземная техника, судостроение, электроника, радиоэлектроника, промышленные системы, электронные компоненты, медицинские системы, средства связи, наука и образование. В добавок к этому, приоритетными направлениями для Altium являются совершенствование систем разработки электронных схем, проектирования печатных плат, управления данными об изделии, а также интеграции с передовыми MCAD/ECAD-решениями.
2 Обзор аналогов
Помимо Altium Designer, на рынке разработок печатных плат, существуют множество других программ. В данном разделе представлен краткий обзор самых широко используемых средств проектирования.
Sprint-Layout - программный пакет с интуитивно понятным интерфейсом, и популярный у российских пользователей. Часто применяется для изготовления плат ЛУТ способом. Имеет ограничения по размеру печатной платы и плотности элементов, что не позволяет использоваться профессионала-ми[1].
Программа Eagle предоставлена пользователям в виде 3-х англоязычных версий: Professional, Standart и Free. Возможность отката событий на любое количество шагов назад, мощный скриптовый язык и наличие драйверов для вывода на принтер или плоттер - это является отличительными особенностями продукта компании Eagle[2].
Российская компания Eremex также вышла на рынок со своей системой автоматизированного управления - TopoR. Стоимость профессиональной версии программного продукта значительно ниже относительно аналогов. Но TopoR не является сквозным САПР и имеет существенные недостатки[3].
Простота использования позволяет приступить к работе с Mentor Graphics после минимального обучения. Эффективность в разработке сложных плат комбинируется с маленькими временными и трудовыми затратами. Устанавливается на операционную систему Windows. Имеется Trial-версия, ограниченная 30-ю днями[4].
DipTrace благодаря трехмерному набору моделей позволяет увидеть 3D модель платы со всеми компонентами на любом этапе разработки. Также на всех этапах разработки сканирует плату, что позволяет разработчику быстро реагировать на нарушения и предотвращать ошибки[5]. В таблице 1 представлено сравнение программных продуктов
Таб. 1. Сравнительный анализ программных продуктов
№ п/п Название Назначение Недостатки Конвертация данных в другие САПР Графический режим
1. Mentor Graphics Схемотехническое моделирование, топологическое проектирование Учет в параметрах электрических моделей, компонентов температуры окружающей среды, а также паразитных параметров печатного монтажа Импорт/Экспорт в Spice; экспорт в обменный формат EDIF 200: TDL, NDL, ADL, GLDII, CIF и др. 2D, 3D
2 Altium Designer 16 Схемотехническое моделирование, топологическое проектирование Довольно высокая цена для частного и любительского использования. Меню редакторов AD перегружено функционалом. AD требователен к ресурсам: нужен современный компьютер, на котором установлено не менее 2 гигабайта ОЗУ. Импорт из систем: PCAD, OrCAD, PADs, DxDesigner, Allegro PCB, Expedition. Экспорт в форматы ODB++, Gerber, NC Drill, IPC-D-356, VHDL и генерирует разнообразные отчеты 2D, 3D
3 TopoR Трассировка печатных плат, предварительно подготовленных в других системах в форматах PCAD ASCII PCB, PADS ASCII PCB или DSN Нет своего редактора схем и редактора библиотек. Также используется сторонние программы для анализа перекрестных помех. Не реализованы: Gate Swap, Part Swap, автоматическая трассировка дифференциальных пар Импорт и экспорт PCAD ASCII PCB, DSN(.ses ->Specctra и Electra) и PADS ASCII PCB файлов, а также экспорт DXF, GERBER и DRILL файлов 2D, 3D
4 SprintLayout Трассировка односторонних и двухсторонних печатных плат Ограничение в размерах проектируемых плат. Экспорт в GERBER и Excellon 2D, 3D
5 Eagle Трассировка печатных плат, черчение электрических приборов Отсутствие Copy/Paste для копирования графики, библиотек и др. Не фиксируются положения проводников. Нет удобного механизма для управления слоев. Экспорт в POV-Ray, GERBER и др. 2D, 3D
6 DipTrac e Схемотехническое моделирование Отсутствие компонентов соответствующих требования ГОСТа. Нет возможности произвольно выбирать наименования списка компонентов, отсутствие печати в редакторах корпусов и компонентов. Импорт и экспорт DXF, STEPS, IGES, VRML, 3DS PCAD, OrCAD, Eagle, PADS и др. 2D, 3D
3 Новые возможности в Altium Designer 16
• Новая интерактивная функция визуализации границ трассировки между объектами топологии с учетом установленных электрических зазоров
• Новая интерактивная система размещения компонентов на печатной плате, с возможностью расталкивания, огибания и выравнивания относительно других объектов компоновки
• Обновлены инструменты создания классов и работы правил проектирования. Обновлен алгоритм трассировки дифференциальных пар
• Расширено распознавание и создание многочисленного количества сложных цепей XSignal как стандартных интерфейсов DDR3/DDR4
• Оптимизирован выбор приоритетов правил выравнивания цепей
• Расчет длины маршрута высокоскоростного сигнала теперь с учетом физической длины вывода в корпусе компонента
• Обновлен и оптимизирован интерфейс редактора правил и ограничений проектирования печатной платы с учетом классификации программных запросов
• Улучшен алгоритм обработки результатов проверки
• Интерактивное формирование полноценных и самодостаточных 3D-моделей корпусов компонентов
• Расширены возможности экспорта трехмерной модели печатной платы в формате PDF 3D
• Выделение цветом цепей различных интерфейсов действует теперь не только на все листы электрической схемы, а так же синхронизированно с цепями топологического редактора
• В инструменты моделирования схемотехнического решения добавлены статические зонды измерения электрических величин
• Введены атрибуты технологических допусков монтажных и переходных отверстий с возможностью вывода в таблицу сверления и группировки данных
• Расширены настройки массива печатных плат при проектировании производственной панели
• При активной связи с базой данных поставщиков компонентов или склада введена возможность формирования альтернативных вариантов спецификации изделия
4 Интеграция в учебный процесс.
Altium Designer предоставляет бесплатные версии своего программного продукта студентам. Топологическое моделирование, 3D-моделирование с импортом и экспортом, принципиальная схема его среда разработки позволяет студентам создавать и моделировать платы. По сравнению с конкурентами Altium Designer позволяет тестировать схему во многих видах. Это помогает получать студентам навыки, которые могут быть полезны в инженерной профессии. В качестве примера разрабатывается плата энергосберегающей лампы для учебного курса «Автоматизация проектных работ» с использованием новых возможностей Altium Designer 16. Была создана топология платы, благодаря более удобной системе обозначения толщины дорожек платы, удалось наиболее оптимально скомпоновать компоненты на плате. Результат трассировки транзисторов платы на рисунке 1.
Настольные энергосберегающие лампы должны иметь размер как можно меньше. И новые возможности позволили более плотно разместить компоненты на плате. Возможность создать 3D модель платы была полезна для нашего проекта. Визуализация результата позволяет более наглядно увидеть недостатки компоновки платы, для устранения ошибок. Перечисленные возможности были очень полезны в создании платы для учебного курса "Автоматизация проектных работ в САПР".
Рис. 1. Пример трассировки печатной платы транзисторов
Заключение
В работе был проведен обзор аналогов и изменений в Altium Designer 16. Также представлен пример использования программного продукта в учебном процессе. Касательно Altium Designer, можно сказать, что основная часть обновления направлена на увеличение удобства работы с программой, теперь программа более наглядно показывает детали схемы и их размещения. Двенадцать ключевых изменений выло представлено в новой версии Altium Designer. Это важный шаг в развитии системы, который облегчит разработку схем в среде Altium Designer, а также укрепит позицию Altium на рынке.
Список литературы
Sprint-Layout: Sprint-Layout 6.0 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.abacom-online.de/uk/html/sprint-layout.html (Дата обращения: 14.03.2016 )
Eagle: What is Eagle? [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://www.cadsoftusa.com/ (Дата обращения: 14.03.2016 )
Ermex: TopoR. Топологический трассировщик печатных плат. [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
http://eda.eremex.ru/products/topor/ (Дата обращения: 19.03.2016 )
Mentor Graphics: Company [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.mentor.com/ (Дата обращения: 19.03.2016 )
DipTrace: Редактор плат [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
http://diptrace.com/rus/diptrace-software/pcb-layout/ (Дата обращения: 14.03.2016 )
