Система интерактивного проектирования печатных плат Программа автоматической трассировки печатной платы Руководство оператора НОВОСИБИРСК 1989 АННОТАЦИЯ Программа автоматической трассировки печатной платы ROUTER (в дальнейшем программа ROUTER) входит в систему интерактивного проектирования печатных плат HELIOS (в дальнейшем - система HELIOS, смотри (1)). Программа ROUTER позволяет полностью автоматизировать процесс прокладки на поверхности печатной платы проводников, реализующих электрические цепи, заданные в описании электрической схемы. Исходные данные для программы ROUTER могут быть подготовлены с помощью программы HELIOS смотри (2). Данные,полученные в результате работы программы, могут быть использованы в дальнейшем постпроцессорами системы HELIOS для изготовления конструкторской и технологической документации, необходимой в процессе производства печатной платы. В данном документе описаны функции программы ROUTER , а также правила обращения с нею. Документ дает полную информацию о возможностях по трассировке печатных плат, которые предоставляются пользователю системы HELIOS . Кроме этого в данном документе приведены необходимые сведения о конфигурации технических средств. СОДЕРЖАНИЕ Аннотация2 1. Назначение программы ROUTER4 2. Условия применения программы ROUTER5 3. Работа с программой ROUTER6 3.1. Общие сведения6 3.2 Запуск программы ROUTER8 3.3 Ключи программы ROUTER9 3.3.1. Ключ I9 3.3.2. Ключ G9 3.3.3. Ключ N 10 3.3.4. Ключ P 10 3.3.5. Ключ T 11 3.3.6. Ключ L 11 3.3.7. Ключ J 12 3.3.8. Ключ Q 12 3.3.9. Особенности многослойной трассировки 13 4. Список литературы 14 Приложение 1. Формат протокола трассировки 15 Приложение 2. Технологические ограничения на прокладываемые программой ROUTER соединения 16 1. Назначение программы ROUTER Программа ROUTER входит в подсистему трассировки системы HELIOS и предназначена для автоматической прокладки на поверхности печатной платы проводников, реализующих электрические связи изделия (смотри 1). В результате работы программы ROUTER на диске создается файл (расширение файла GPH), в котором содержится полное описание схемы печатной платы. После выполнения программы ROUTER пользователь имеет две возможности: -перейти к редактированию полученного описания схемы с помощью программы HELIOS; -приступить к выпуску всей необходимой в процессе производства печатных плат технологической документации с помощью соответствующих постпроцессоров. Поскольку программа ROUTER (как и вся система HELIOS) работает под управлением многопользовательской операционной системы реального времени RTM (в дальнейшем - MOS RTM), то для понимания данного документа следует ознакомиться с руководством оператора по данной системе (смотри 3). Термины, их определение и использование, полностью описаны в (1). Тем не менее мы кратко напомним основные определения, используемые в данном описании. 1. Проводник (TRACK)- печатный проводник, состоит из сегментов. Сегментом (отрезком) называется прямолинейная часть проводника, соединяющая точки поворота, межслойные переходы, выводы. Точки контактов сегментов (их концы) называются точками поворота. 2. Контактная площадка (PAD)- место, куда будет вывод компонента электрической схемы. Как правило, выполняется в виде металлизированного отверстия в печатной плате с проводящим ободком или в виде отрезка проводника. 3. Вывод (PIN)- геометрическое место расположения вывода компонента на плате, в этом месте находится контактная площадка. 4. Межслойный переход (VIA)- металлизированное отверстие для перехода прводника со слоя на слой. К переходу на одном или нескольких слоях может примыкать контактная площадка. Межслойный переход можно рассматривать как сегмент (Z - сегмент), поскольку в системе HELIOS многие программы выполняют с ним практически те же операции, что и с обычными сегментами (X и Y сегментами). 5. Имя компонента - название радиоэлектронного элемента схемы. Например: IC3 или MS6 (микросхема), R3, C4, V5(резистор, емкость, диод). 6. Тип компонента - тип радиоэлектронного компонента. Например: K555LA3 или КД521. 7. Тип корпуса компонента - условное название для расположения контактных площадок компонента на плоскости печатной платы. Например:DIP14, (DIAL IN LINE PACKAGE), SIP10, QIP42, PAIR10. Обычно описание корпуса считывается из библиотеки компонентов.В тех случаях, когда пользователь определяет корпус сам, желательно в качестве названия использовать мнемонические имена (например:LAMELS). 8. Электрическая цепь (связь) - группа выводов, которые должны быть соединены проводниками в одну непрерывную электрическую цепь. Каждая электрическая цепь имеет свое имя, например: BUS1, BUS2, GND, XYZ. Желательно компонентам, электрическим цепям и т. п. присваивать имена, состоящие из больших латинских букв и цифр, чтобы при замене терминала или печатающего устройства не получать русские слова, написанные латинскими буквами. Следует иметь в виду, что наиболее удобным набором знаков терминала будут большие латинские, большие русские буквы и цифры, так как большинство терминалов, которые работают под управлением MOS RTM, рассчитаны именно на такой алфавит. 2. Условия применения программы ROUTER. Для работы программы ROUTER требуется рабочая станция, в состав которой входит следующая аппаратура: 1. ЭВМ с системой команд " ЭЛЕКТРОНИКА - 60 " и ОЗУ емкостью не менее 256 Кбайт ( например - на базе процессоров МС1201.03 или МС1601). 2. Любой алфавитно-цифровой терминал. 3. Диск любого типа с емкостью не менее 5 Мбайт. Наличие памяти ЭВМ в размере 256 Кбайт позволяет трассировать платы следующих размеров (в зависимости от шага сетки): - шаг 1.25 мм - 480 мм * 640 мм ; - шаг 0.625 мм - 240 мм * 320 мм ; - шаг 0. 4167 мм - 160 мм * 210 мм . 3. Работа с программой ROUTER. 3.1. Общие сведения Для понимания того, как работает программа ROUTER , необходимо знать о некоторых особенностях, присущих как системе HELIOS в целом, так и непосредственно программе ROUTER. Опишем эти особенности. Все проводники в системе HELIOS разделяются на фиксированные (смотри (1) и (2)) и нефиксированные. Под фиксированными проводниками понимаются проводники, которые программа ROUTER не имеет права видоизменять, т.е. сдвигать, менять слой, разрывать, преобразовывать один отрезок в несколько и т.д. Необходимо помнить при этом (смотри (2)), что фиксированные проводники в пределах одной электрической сети должны иметь электрический контакт. Это связано с тем , что программа ROUTER (в дальнейшем также - трассировщик) соединяет выводы данной электрической цепи с различными точками фиксированных отрезков, не проверяя - связаны они между собой или нет. В результате после успешного подключения всех выводов к электрической цепи, дерево может состоять из нескольких несвязаных частей. Разводка трасс идет в соответствии с заданным в исходном файле с описанием электрической схемы (тип файла GPH) списком электрических цепей. Один просмотр всех электрических цепей описания называется итерация (проход). Трассировщик будет выполнять итерацию до тех пор, пока не будет достигнута полная (100%) разводка платы. пользователь может также задать количество итераций, после выполнения которых трассировка будет прекращена (в том числе и в случае, если трассировка платы не закончена). Полученное в результате трассировки описание печатной платы необходимо подвергнуть оптимизации с целью устранения множества лишних межслойных переходов, ломаных линий и технологически некорректных подключений. Оптимизация начинается автоматически в случае завершения трассировки (достижение 100% разводки печатной платы) или может быть задана пользователем при запуске программы ROUTER на выполнение. Шаг сетки, в которой выполняется трассировка, устанавливается программой HELIOS (смотри 2). Как правило, шаг сетки равен 1.25 мм, 0.625 мм или 0.4167 мм. Шаг сетки по оси X всегда равен шагу сетки по оси Y. В данной версии программы ROUTER возможно применение только вышеуказанных шагов сетки. Хотя программа HELIOS (смотри (2)) позволяет задавать ширину любого проводника индивидуально, тем не менее в процессе трассировки программа ROUTER использует собственные (стандартные) размеры проводников с типами от 1 до 8 для каждого из основных шагов сетки. Перед началом трассировки программа ROUTER проверяет размеры, заданные пользователем . В том случае, если ширина проводника (типа с 1 по 8) больше стандартной, программа ROUTER отказывается разводить плату. В случае, если пользователь задал с помощью программы HELIOS ширину, меньшую установленных программой ROUTER, это никак не влияет на процесс трассировки печатной платы.Однако толщина проводников и расстояние между проводниками в процессе изготовления технической документации будет установлена в соответствии с данными из технологического заголовка. Указанный механизм позволяет, например, вычерчивать утонченные трассыпроводников во избежание взаимных помех и т. д. Схемные элементы, не укладывающиеся в сетку, устанавливаются в ближайшие узлы сетки и там подключаются трассировщиком. При этом проводники в большинстве случаев не симметричны относительно выводов. Для того, чтобы не нарушался электрический контакт проводников с выводами, лежащими не в узлах сетки, размеры этих выводов задаются несколько больше тех, которые используются программой ROUTER в процессе трассировки. При этом при выводе на фотопостроитель будет обеспечен электрический контакт площадки и проводника. В отдельных случаях может потребоваться ручная коррекция платы с помощью программы HELIOS. Использование взаимно не перпендикулярных отрезков проводников (свободных векторов) в отдельных случаях может привести к нарушению технологических норм на изготовление платы. Ввиду этой особенности программы ROUTER следует избегать применения векторов. Места, отведенные под текстовые надписи, трассиовщик проводниками не занимает. Для того, чтобы максимально полно использовать поверхность печатной платы для приладки проводников, программа ROUTER позволяет прокладывать проводники между узлами основной сетки. Для сеток с шагом 0.625 и 0.4167 мм в программе ROUTER предусмотрены сдвиги, позволяющие в большинстве случаев получить высокую плотность трассировки. Пользователю, не имеющему большого опыта работы с программой ROUTER, не рекомендуется изменять значения сдвигов, т.к. это может привести к непредсказуемым ошибкам в работе программы ROUTER. Следует также иметь в виду, что успех трассировки платы для сеток размера 0.625 и 0.4167 в существенной мере зависит от заданной ширины проводников, размеров выводов и межслойных переходов. Наилучшие результаты достигаются при использовании (смещенных) межслойных переходов диаметром 1 мм. Наиболее удобная форма контактной площадки - круглая. Максимальный размер круглого элемента: -сетка 1.25 мм - 1.48 мм ; -сетка 0.625 мм - 1.42 мм ; -сетка 0.4167 мм - 1.0 мм . В случае трассировки платы с шагом сетки 0.625 или 0.4167 мм программа ROUTER выполняет предварительную прокладку шин питания. Перед началом прокладки шин питания программа ROUTER проверяет выполнение ряда дополнительных ограничений, необходимых для правильной работы алгоритма прокладки шин: -выводы компонент имеют только круглую форму; -соседние микросхемы разнесены на расстояние не менее, чем 6 узлов сетки; -диаметры выводов не более, чем 1.42 (1.0) мм. В том случае, если указанные требования не выполнены, предварительная прокладка шин не производится. 3.2. Запуск программы ROUTER. Для того, чтобы вызвать программу ROUTER на выполнение, необходимо ввести с терминала рабочей станции директиву MOS RTM ROUTER . После чего трассировщик печатает на терминал символ *. В ответ на это пользователь должен ввести имя и тип исходного файла, а также ключи, управляющие работой программы. Программа ROUTER может работать только с файлами типа GPH. Указание файла с другим типом может привести к непредсказуемым ошибкам. Приведем пример вызова программы ROUTER *RLATA/1:3 Список ключей, которые могут быть заданы после имени файла, а также их назначение приведено ниже. В случае необходимости пользователь может прервать выполнение программы ROUTER , нажав клавишу " CNTRL C " ( "СУ С" ) терминала. При этом сохраняются результаты предыдущей итерации трассировки ( оптимизации ). Аналогично в случае сбоя ЭВМ сохраняются результаты предыдущей итерации. Из этого правила есть только одно исключение. Перед тем, как приступить к трассировке платы , пограмма ROUTER выполняет сортировку исходного файла . Если работа программы будет прервана в момент сортировки, возможна полная потеря исходных данных. Хотя вероятность этого события крайне мала, т.к. время сортировки несравнимо меньше времени трассировки и оптимизации платы. Тем не менее следует предпринять некоторые меры предосторожности. Например: - перед запуском программы ROUTER создать копию исходного файла (GPH) с данными ; - перед завершением программы HELIOS сохранить сеанс (в файле с расширением GPS, см.(2)). 3.3. Ключи программы ROUTER. Выполнение программы ROUTER состоит из двух этапов: трассировки и оптимизации. Ключи, которые пользователь может указать вместе с именем файла при запуске программы, позволяют гибко управлять работой программы. Пользователь может воспользоваться восемью ключами : 3.3.1. Ключ I. Трассировка печатной платы выполняется последовательно, путем последовательного выбора и трассировки очередной электрической цепи. По завершении последовательного просмотра списка электрических цепей часть из них остается неразведенной. В этом случае программа приступает к следующей попытке ( итерации ) развести неразведенные связи. Итерации переразводки будут повторяться до тех пор, пока все связи не будут разведены. Ключ I позволяет пользователю прервать трассировку после определенного числа итераций, в случае если плата не будет полностью разведена ранее. Формат ключа : /I:N где N - разрешенное число итераций трассировки. Если N опущено, то трассировка продолжается до тех пор , пока не будут разведены все связи. 3.3.2. Ключ G. После того, как завершены все указанные итерации трассировки, программа ROUTER переходит к выполнению оптимизации соединений с целью убрать все лишние переходы, изгибы проводников и т.д.. Процесс оптимизации, также как и трассировки, носит итеративный характер. Ключ G позволяет задать количество итераций. Формат ключа : /G:N где N - число итераций оптимизации. В случае отсутствия ключа G выполняется 6 итераций оптимизации. Использование ключа G без параметра : /G позволяет начать оптимизацию сразу же, не дожидаясь окончания (100%) разводки. Возможна следующая комбинация ключей: /G/G:N начать итерацию немедленно и провести N итераций оптимизации. 3.3.3. Ключ N. Ключ N указывает , что трассировку платы необходимо выполнить заново. Результаты предыдущей трассировки в этом случае теряются. Формат ключа : /N 3.3.4. Ключ Р. Ключ Р позволяет получить протокол трассировки. Протокол трассировки включает в себя список выводов, не связанный в этот момент проводниками. Формат ключа : /P:N где N - условный номер устройства, на которое выводится протокол трассировки. Протокол трассировки выводится на терминал (N =1 или опущено) или на устройство DV0: (N=2 или 3), где DV0: - логическое имя, которое должно быть связано с конкретным устройством до того, как будет вызвана на выполнение связь логического устройства DV0: с конкретным (физическим) устройством производится директивой MOS HELIOS ASSIGN (см.(3)). Например: ASS LP: DV0: (выдача на печатающее устройство) ASS DV1: DV0: (выдача в файл PRO.LST на DV1:) Случай N=3 аналогичен N=2, однако выдача выводов, входящих в одну электрическую цепь и которые должны быть соединены другим способом (например, посредством проволочных перемычек), происходит попарно независимо от выдачи протокола работы на экран терминала выводится текущее состояние процесса трассировки. Каждой итерации трассировки или оптимизации соответствует одна строка, совпадающая по форме и содержанию со строкой протокола. Однако строка с текущим состоянием на экране дисплея обновляется по мере того, как в данной итерации успешно или безуспешно обработан очередной вывод из числа еще не подключенных, в то время как в протокол просто выводится очередная строка после разводки или оптимизации очередной связи. Формат протокола трассировки описан в приложении 1. В том случае, если вы отредактировали плату после трассировки программой HELIOS и хотите перетрассировать ее вновь, вы столкнетесь со следующим: программа ROUTER теряет информацию о предыдущей трассировке и начинает работу заново. Поэтому число неразведенных связей в первой итерации может показаться вам слишком большим. 3.3.5. Ключ Т. Ключ Т позволяет вывести на терминал таблицу фактической ширины проводников и размеров контактных площадок, используемых трассировщиком в процессе разводки печатной платы. Данная таблица позволяет пользователю проконтролировать свои данные. Например , пользователь может проверить выполнение условия : фактическая ширина >= заданная ширина. Формат ключа : /Т По данному ключу трассировщик сообщает : -ширина(или диаметр), указанная в технологическом заголовке, в мм; -фактическая ширина (или диаметр), используемая программой ROUTER, в мм. Фактическая ширина всегда больше или равна заданной. Кроме этого выводится диаметр в виде целого числа, которое равно числу занятых узлов сетки : - 1 - круглый элемент ; - 3 и более - элемент с закругленными углами. 3.3.6.Ключ L. Как уже упоминалось выше, программа ROUTER позволяет трассировать платы с числом слоев до 8. Трассировка слоев ведется парами: 0,1 или 2,3 или 4,5 или 6,7. Причем слои 0,1 считаюися внешними (0 - сторона пайки, 1 - сторона установки компонентов). Переход от одной пары к другой осуществляется трассировщиком автоматически (см. ключ J). Ключ L позволяет увеличить количество слоев для трассировки без редактирования исходного файла. Формат ключа : /L:N где N может принимать значения : - 2 - трассировать в 4-х слоях ; - 4 - трассировать в 6-ти слоях ; - 6 - трассировать в 8-ми слоях . В случае, если ключ L опущен, выполняется трассировка в соответствии с описанием платы, которое хранится в исходном файле. 3.3.7. Ключ J. Ключ J позволяет задать количество итераций трассировки, котрые программа ROUTER выполняет перед тем, как перейти к следующей паре слоев. Формат ключа: /J:N где N - количество итераций на каждую пару слоев. После трассировки последней пары слоев снова обрабатывается пара 0-1. По умолчанию смена слоев происходит через каждые две итерации. 3.3.8. Ключ Q. Наплатх с большой плотностью монтажа часто возникает ситуация блокировки одних проводников неудачно проложенными другими. Частичному предотвращению этого эффекта способствует предразводка - трассировка специальным алгоритмом без реальной прокладки проводников. Ключ Q указывает на необходимость выполнения предразводки. Формат ключа : /Q:N где N- количество итераций предразводки. Наилучшие результаты обычно достигаются при N=3. 3.3.9. Осбенности многослойной трассировки. При выполнении трассировки многослойной платы необходимо иметь в виду следующее : - выводы могут подключаться только в тех слоях, которые вы задали в программе HELIOS ; - межслойные переходы проходят через все слои ; - при разводке внешних слоев внутренние слои не принимаются во внимание. Особенность, указанная последней, приводит к следующим последствиям: - внутренние слои не должны иметь фиксированных проводников и надписей ; - разводка должна заканчиваться в паре слоев с наибольшим номером ( значение суммы ключей I и Q должно быть кратным произведению значения ключа J на количество пар слоев). Если ключ I не указан, трассировщик обеспечит выполнение этого требования автоматически. Иногда по технологическим соображениям бывает целесообразно выполнить большую часть соединений во внутренних слоях. Этого можно добиться с помощью предразводки, задав для нее такое количество итераций, чтобы первая итерация реальной трассировки выполнялась в нужных слоях. Это возможно, т.к. переключение слоев производится в соответствии с ключем J независимо от того, что выполняет программа : разводку или предразводку платы. В заключение укажем следующее. Процесс трассировки и оптимизации сложной платы может занять несколько часов, поэтому в случае необходимости трассировку можно запустить под управленим командных файлов операционной системы MOS HELIOS. Это позволяет трассировать несколько плат в пакетном режиме (например - ночью). 4. Список литературы. 1. Система интерактивного проектирования печатных плат HELIOS. Описание применения. 2. Система интерактивного проектирования печатных плат. Программа интеракивного ввода и редактирования описания схемы платы HELIOS . Руководство оператора . 3. Многопользовательская операционная система реального времени RTM. Руководство оператора. Приложение 1. Формат протокола трассировки. Строка пртокола трассировки имеет следующий формат : *NNN/V NNN/FNNN/ список не подключенных ! !! ! выводовР ! !! !-число неразведенных соед-й ! !!-число обработанных соединений ! !-порядковый номер итерации !-выполняемая функция : I - трассировка, G - оптимизация,??Р Q - предразводка. Например : I1/V38/F2/-IC4/2-IC3/1/ I2/V38/F1/-IC03/1/ I3/V38/F1/-IC3/1/ I4/V38/F0/ G5/V38/F0/ G6/V38/F0/ G7/V38/F0/ Число неразведенных соединений ( по предыдущей итерации) индицируется до тех пор, пока не будет установлено одно из соединеений. Лишь тогда F уменьшится на единицу. Пока какая-либо итерация не завершена, на диске сохраняется рехультат предыдущей итерации. Приложение 2. Технологические ограничения Стандартная ширина прокладываемых трассировщиком соединений указана в табл. 1. Таблица прокладываемых трассировщиком соединений ---------------------------------------------------------------: :: сетка 1.25мм : сетка 0.625мм: : сетка 0.4167 : :тип-------------------------------------------------------: ::пров. :перех. : пров. : перех. : пров. : перех. : ---------------------------------------------------------------: : 1 : 0.30 : 1.48 : 0.30 : 1.0 * : 0.2 * : 1.0 * : : 2 : 0.42 : 1.48 : 0.42 : 1.42 : 0.56 : 1.0 * : : 3 : 0.9 : 1.48 : 1.0 * : 1.0 * : 0.8 : 1.0 * : : 4 : 1.48 : 1.48 : 1.42 : 1.42 : 1.0 * : 1.0 * : : 5 : 0.30 : 1.48 : 0.30 : 1.42 : 0.2 * : 1.0 * : : 6 : 0.42 : 1.48 : 0.42 : 1.42 : 0.56 : 1.0 * : : 7 : 0.9 : 1.48 : 1.0 * : 1.0 * : 0.8 : 1.0 * : : 8 : 1.48 : 1.48 : 1.42 : 1.42 : 1.0 * : 1.0 * : ---------------------------------------------------------------- Примечание. * - помеченный элемент сдвинут на половину шага -X - Y. В таблице 2 указаны максимально допустимая ширина линии для типов 9-15 в зависимости от шага сетки. Данные проводники может прокладывать пользователь с помощью программы HELIOS , т.к. трассировщик эти проводники не использует. Таблица 2. Допустимая ширина проводника. -------------------------------------------------------------- !! шаг сетки 1.25 ! шаг сетки 0.625 ! шаг сетки 0.4167 ! ! тип!------------------------------------------------------ !! пров. ! перех. ! пров. ! перех. ! пров. ! перех. ! !-------------------------------------------------------------- ! 9 !<11.64 !<11.64 !<6.46 ! <6.46 ! <4.16 ! <4.16 ! ! 15 !<11.64 !<11.64 ! <6.46 ! <6.46 ! <4.16 ! <4.16 ! !-------------------------------------------------------------- Проводник с типом 0 всегда имеет ширину, равную нулю, и может использоваться для задания областей, не доступных трассировщику. В процессе трассировки используется следующий минимум в зависимости от шага сетки : 1.25 мм - 0.3 мм ; 0.625 мм - 0.3 мм ; 0.4167 мм - 0.2 мм .