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Tópicos sobre o OrCAD Layout

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Traçado das pistas

Manual- processo semi-automático a partir de indícios

.Automático- processo que exige definições prévias: Regras de Desenho

Regras de desenho: dimensão da grelha, das pistas, distâncias entre pistas,etc. e devem ser verificadas antes, durante e depois por meio do Design Rules Check.

Os programas de PCB além de facilitarem o desenho obtêm um formato informático dos dados da placa o quepermite automatizar o processo de produção. Temos assim os seguintes dados de saída:

ficheiros Gerber

Ficheiros gráficos para fototraçadores permitindo a edição de fotólitos

Ficheiros NCDrill Ficheiros que permitem a furação automática.

Ficheirosde listagem de componentes

Ficheiros empregues nas máquinas de inserção automática

Fases da elaboração dum PCB

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Criação do esquema do circuito

Definição dosparâmetros da

placa a desenhar

Distribuição eposição dos

componentes

Traçado dasligações eléctricas

do circuito

Pós-processamento

Geração deinformações

e documentos

Netlist deve conter: nomes dos footprints; nomenclatura dos componentes emPCB; tipo de encapsulamento comercial; referência enumerada de componentes e

terminais de E/S; informação dos pinos, ligações, propriedades do componente,etc.

Especificações para Orcad Layout: fixação do contorno exterior da placa; medidaexternas da placa; furação de suporte da placa; unidades de medida incluindo agrelha; ordem das camadas; forma e tamanho de nós e vias;

Comprovação prévia da posição dos componentes: placa, posição e linhas de inserção; grelha, lados em espelho e valores das camadas: ligações ,pinos e portas;criação de Keepins e Keepouts de altura; ligações de massa e alimentação.

Definição da área útil para o traçado das pistas de ligação, das camadas para otraçado e das camadas para o plano de alimentação e de massa; definir as alterações de face; comprovar as propriedades das ligações e espaçamento entre pistas; routingmanual ou automático; zonas de enchimento de cobre; nós térmicos.

Renumeração de componentes; Back Annotate; informação das dimensões da placa;revisão da folha de cálculo de pós-processamento; geração de disquete de furação;apresentação uma a uma das camadas usadas, da serigrafia dos componentes; molde da máscaras de soldadura, dos pontos de aplicação de solda, da furação CNC, e damontagem e fabricação

Impressão dos desenhos e fotólitos obtidos; gravação dos ficheiros de fabricação

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Drill

Condutor

Lado dosComponentes

Lado da soldadura

PCB Monocamada

Drill

Condutor

Lado dosComponentes

Lado da soldadura

PCB camada dupla

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• Fase de transicção Capture/Layout

•Fase de preparação da placa

•Fase de configuração da placa

•Colocação de componentes

•Traçado manual de placas

Fases de criação de uma placa de circuito impresso

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A - Criação duma placa de circuito impresso

1) Até agora o desenho do PCB observou os passos seguintes:

Encapsulamento dos componentes

Comprovação das regras de

Desenho

comando Annotate comando Design Rules Check

Geração de lista de componentes

e ligações

comando Create Netlistficheiro *.mnl

Realização doesquemático

Ao abrir-se o Orcad Layout é necessário escolher um template e uma lista de ligações. O conjunto de templates *.TCHdefinem placa(s) sem objectos físicos nem ligações que permitem fixar regras de desenho para os componentes, a complexidade de fabricação da placa bem como o tipo de componentes mais usados. Podem também incluir valores para a grelha, estrutura das camadas, largura das pistas, etc. Os templates *.TPL definem os limites da placa, os furos de fixação, os conectores e outros objectos físicos e as regras de desenho.

Seleccionando File | New, aparece a janela Load Template File na qual seleccionamos o template adequado. Para placas medidas em polegadas o template por defeito é DEFAULT.TCH enquanto que para placas em milímetros deve-se usar o template METRIC.TCH. Seleccionado o template tem que se carregar o netlist, o qual é seleccionado na janela que aparece a seguir - Load Net List . O netlist que havia sido anteriormente criado é como se sabe do tipo *.MNL. Seguidamente atribuimos um nome à nova placa na janela Save File As, por defeito igual à netlist fornecida mas agora com outra extensão: *.MAX.

I-Fase de transição Capture / Layout

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EscolherTemplate

*.TCH

IniciarORCAD

LAYOUT

CarregarNetlist*.MNL

Dar nome àPlaca nova

*.MAX

New | File Default (inch.)Metric (mm)

Janela Load Template File

Janela Load Netlist Source

Janela Save File As

Processo AutoECO

Janela Link Footprint to Component

Escolha ou criaçãode footprintII - Fase de preparação da placa

Após este processo executa-se de forma automática o processo AutoECO o qual combina a informação do templateda placa e do netlist para criar a placa. Nesta fase é frequentemente necessário atribuir um ou mais Footprints aos componentes. Carregando em Link existing footprint to component temos a possibilidade de atribuir um footprint ao componente que a janela apresenta. Surgem ainda outras duas opções: Create or modify footprint library que permite criar um footprint novoou modificar um já existente, e Defer remaining edits until completion que mantém o processo de edição até que se complete o processo AutoECO mostrando ao finalizar os erros encontrados num ficheiro *.ERR.Pode acontecer que os furos de fixação da placa tenham desaparecido ao executar-se o AutoECO devido ao facto de nãofazerem parte do esquemático. Por isso devem ser assinalados como não-eléctricos. Para tal seleccionamos o ícone de folha de cálculo (View SpreadSheet) na barra de ferramentas e escolhemos Components. Ao buscar o componente desejado premimos duas vezes o símbolo o que faz com que se abra a janela de diálogo Edit Component na qual se deve marcar a opção Non_electric finalizando com OK.Outro problema está relacionado com a possibilidade dos nomes dos pinos não coincidirem com os nomes dos nós docomponente no Layout. Tal pode ser corrigido de duas maneiras:

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i) Alterar o nome dos pinos do componente no esquema;ii) Ou alterar o nome dos nós do footprint.

Solucionados os problemas existentes aparece a janela de desenho de Layout com a nova placa devendo o desenho ser salvaguardado.

Os próximos passos permitem configurar a placa. Começamos por criar os limites da placa na camada global, Global Layer. A selecção da camada é realizada na área abaixo dos botões da barra de ferramentas. Seguidamente posicionamos a origem das coordenadas de modo que a placa só tenha pontos com coordenadas X,Y positivas. Assimescolhemos Tool | Dimension | Move Datum e o ponteiro que surge é colocado no canto inferior esquerdo. Fazendo Tool | Obstacle | Select Tool ou com o botão Obstacle que se encontra por baixo da barra de ferramentas carregamos no B.D.(botão direito) do rato e seleccionamos New e de novo com o B.D. do rato seleccionamos Properties aparecendo a janela Edit Obstacle. Aqui devemos seleccionar Board Outline em Obstacle Type, Global Layer em Obstacle Layer(escolhendo a camada que se situa a zona limítrofe da placa), e a espessura da mesma que será 50mil (1.27mm) podendo ser mais se se pretende um maior isolamento entre o cobre e o lado superior. Finalizamos com OK. Desenhamos o contorno da placa fazendo um clique com o rato em cada vértice do contorno findo o qual se deve carregar no B.D. do rato e seleccionar Finish.

Para seleccionar as unidades de medidas recorremos a Options | System Settings e na janela entretanto aberta escolhemospolegadas. Na mesma janela podemos estabelecer as grelhas do sistema que determinam as coordenadas de resolução do ponteiro (grelha de apresentação, grelha de desenho, grelha para posicionamento dos componentes, grelha para o traçado, grelha para alteração de face . Podemos optar pelos valores por defeito.Os furos de suporte são criados do modo seguinte: por meio do botão Component na barra de ferramentas e premindo seguidamente o B.D. do rato seleccionamos New surgindo a janela Add Component. Nesta janela seleccionamosFootprint, surgindo outra janela - Select Footprint onde finalmente seleccionamos a biblioteca Layout o footprint MTHOLE1, por exemplo. Efectuando OK regressamos à janela Add Component. Para evitar a eliminação destescomponentes pelo o processo AutoECO é necessário seleccionar em Component flags a opção Non-Electric regressando com OK. Aparece agora o furo de suporte o qual é colocado na placa com o auxílio do B.D. do rato. De seguida e premindo outra vez o B.D. seleccionando Copy colocamos os restantes suportes necessários.

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De seguida definem-se as camadas de desenho da placa que no seu conjunto definem o desenho, comosejam as camadas de traçado, de furação e de documentação. As mais habituais são:

TOP: face superior GND: camada de alimentação INNER1 a 12: camadas internasBOTTOM: face inferior POWER: camada de alimentação

SMTOP: camada de máscara de soldadura superior SPTOP: camada de pasta de soldadura superior SMBOT: camada de máscara de soldadura inferior SPBOT: camada de pasta de soldadura inferior

SSTOP: camada de serigrafia superior ASYTOP: camada de assemblagem superior SSBOT: camada de serigrafia inferior ASYBOT: camada de assemblagem inferior

DRLDWG: camada de desenho de furos DRILL: camada de informação de furos para faixas de furação Excellon.FABDWG: camada de documentaçãoNOTES: camada de documentação

Inicialmente definem-se as camadas de trabalho e seleccionamos o botão de folha de cálculo (View Speadsheet) seguido da opção Layers aparecendo a folha de cálculo Layers. Premindo o B.E. (botão esquerdo) do rato numa determinada camadapossibilita a alteração na janela Edit Layer nas definições do Layer Name, Layer NickName (abreviatura), Layer LibName, Layer Type (de traçamento de pistas, não usada, de documentação,etc.).

O espaçamento global pode ser definido em View Spreadsheet seleccionando Strategy | Route Spacing aparecendo a folha de cálculo na qual se fazem as modificações quanto ao espaçamento entre os diferentes objectos metálicos de acordo com correntes e tensões em jogo. Premindo o rato em Layer Name as alterações afectam todas as camadas; Track to Track Spacing indica o espaçamento entre pistas; Track to Pad Spacing indica o espaçamento entre pistas e pads; Via to Via Spacing indica o espaçamento entre vias ou alterações de face; Via to Pad Spacing indica o espaçamento entre vias e padsda mesma conexão; Pad to Pad Spacing indica o espaçamento entre pads. Pode-se por exemplo defnir todas as distâncias a 10mil.A largura das conexões pode igualmente ser definida em View Spreadsheet seleccionando Nets aparecendo a folha de cálculo na qual se fazem as modificações que necessárias. Premindo o B.E. do rato duas vezes seleccionamos uma ou todas as opções por meio da janela Edit Net. Nesta janela em Min Width especifica-se a largura mínima das pistas a traçar. Em Conn Width pode-se seleccionar a largura mínima de pistas novas.

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Traçado do contornoexterior

Criação daorigem das coordenadas

Estabeleceras unidadesde medida

Estabelecera grelha

Obstacle Type:Board Outline

Obstacle Layer:Global Layer

Botão Obstacle(B.D.) New (B.D.) Properties

Options || System Settings

Colocar furos de suporte

I

Botão Component(B.D.) NewJanela Add Component

III- Fase de Configuração da placa

Tool|DimensionMove Datum

(B.D.)Finish

mmpolegadas

Options ||System Settings

Visibilidade DetalhePosicionamentoTraçado de pistasVias

Colocar furos de suporte

II

Footprint

Janela SelectFootprint

bibliotecas: LayoutFootprints: MTOLE1

Colocar furosde suporte

III

Janela Add Component

Component flags:Non-electric

Copy

Definiçãodas camadas

da placa

View Spreadsheet ||Layers| PropertiesJanela Edit Layer

Estabelecerespaçamento

global

View Spreadsheet ||Strategy|Route Spacing

Layer: Name,NickName,LibName, Type Layer

Distâncias entre pistas, vias,pads tomadas duas a duas

Estabelecerlargura das

conexões

View Spreadsheet || NetsJanela Edit Net

Min WidthConn With

Comprovação do

posicionamento

Botão DRCAuto| DesignRule Check

Caixa DRC View || Zoom DRC/Route Box

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O botão Online DRC - DRC (Design Rules Check) permite verificar as regras de desenho estando o estado indicado no título da janela de desenho: DRC ON ou DRC OFF. As regras de desenho seleccionam-se por meio de Auto | Design RulesCheck que dá acesso a uma janela que faz referência ao espaçamento entre componentes, entre pistas, regras para as pistas, etc. A caixa DRC que aparece no ecrã na forma de uma linha branca descontínua, fica activa quando o botão DRC está seleccionado. Se se está a colocar componentes, o Orcad Layout não permite situá-los fora da caixa DRC pelo que se tomauma de duas opções: ou não se tem a caixa DRC activa ou então faz-se com que o tamanho da placa e da caixa DRC sejam aproximadamente iguais. Nesta situação utiliza-se o menu View | Zoom DRC/Route Box e com o Z que aparece centra-se a a área em questão.

Algumas regras a observar na colocação de componentes:

A) Identificar as ligações múltiplas (por exemplo linhas de bus) de modo que os componentes intervenientes estejam relativamente próximos e orientados para minimizar o número de ligações necessárias.

B) Identificar os componentes que requerem atenção especial nomeadamente dissipadores, blindagens.C) Sempre que possível colocar as entradas e as saídas em extremidades opostas da placa ajudando a manter um layoutlógico, e como também em circuitos de ganho elevado pode ser benéfico com o objectivo de evitar instabilidade devida a realimentação indesejada.

D) A linha de massa deve em placas simples rodear toda a periferia da placa sendo por isso fácil de aceder a ela.

E) A linha de massa pode ficar ou não ligada ao chassis da caixa envolvente por intermédio de furos de suporte.

F) As pistas traçadas devem ser paralelas às arestas da placa exterior.

G) Identificar as linhas que conduzem tensões elevadas (ou seja aquelas que excedem 150 V d.c. ou 100 V eff a.c. a fim de assegurar que estão espaçadas suficientemente das outras pistas. Veja-se para tal a tabela seguinte:

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Tensão entre condutores adjacentes

Espaçamento mínimoentre pistas

< 150 V 0,6 mm

2,5 mm

1,6 mm

300 - 600 V

150 - 300 V

600 - 900 V 4,0 mm

H) Os pinos de alimentação e de massa devem possuir no seu trajecto e em cada circuito integrado condensadores de desacoplamento tão perto quanto possível dos pinos respectivos.

I) As áreas não usadas de PCB devem ser ligada s a 0 V tal reduz o uso de ’etchant’ (verniz protector) , ajudando a dissipar melhor o calor libertado nos diversos componentes na placa e além disso promove a estabilidade em circuitos de frequência elevada.

J) O comprimento das pistas deve ser minimizado tanto quanto possível devendo o espaçamento entre pistas ser mantido.

L) Devem-se evitar ângulos agudos pronunciados nas pistas traçadas.

A seguir apresentam-se alguns exemplos de layout correcto e incorrecto:

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Layout Correcto Layout Incorrecto

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Em certas ocasiões pode ser necessário criar zonas com restrições quanto à colocação de um ou outro componente. Para talusam-se obstáculos do tipo Comp Height Keepin ou Comp Height Keepout. A diferença reside no facto de Keepinconter todos os componentes de altura igual ou superior à especificada, enquanto que Keepout os exclui.

Para criar uma zona com estas características começa-se por seleccionar o botão Obstacle na barra de ferramentas e no menu que surge com o B.D. do rato seleccionamos New e sem largar o B.E. do rato aparece uma zona rectangular que define a área desejada. Premindo o B.E. do rato duas vezes dentro dessa área, surge uma janela Edit Obstacle onde escolhemos em Obstacle Type a opção Comp Height Keepin ou Comp Height Keepout e na casa Height estabelece-se a altura dos componentes a incluir ou a excluir efectuando por fim OK.

O Orcad Layout permite a colocação total ou parcialmente dos componentes de forma manual. A fim de preparar adequadamente a visualização para que fiquem mais evidenciados os componentes e as ligações que interessam (ou outrasconsideradas irrelevantes para que fiquem invisíveis) o Orcad Layout recomenda o carregamento do ficheiro PLSTD.SF (File | Load). O objectivo final é realizar o traçado de pistas correspondentes ao Rastnet (linhas de ligação do desenho).Inicialmente cada componente pode ser copiado, apagado ou rodado. Em placas mais complexas convém adoptar uma de duas estratégias possíveis de organização dos componentes na placa de circuito impresso:i) Selecção Individual - Com base Edit | Select Any surge a janela Component Select Criteria onde se introduz a referência do componente escolhido a dispor na placa;ii) Selecção por grupo - Premir o B.D. do rato e no menu de pop-up seleccionar Queue For Placement surgindo igualmente a janela Component Select Criteria, na qual o utilizador indica quais os componentes a dispor (p.e., para os circuitos integrados utilizar U*, para díodos D*, resistências R*, condensadores C*, etc.). Seguidamente em Edit | Select Next ou por selecção com o B.D. do rato (no menu de pop-up) da opção Select Any ou tecla N colocam-se os componentes que cumprem o critério de uma forma iterativa até esgotar os componentes dispostos automaticamente na fila de espera.Independentemente do método empregue para a colocação de componentes a utilização do comando Minimize Connections(com o B.D. do rato desde que esteja seleccionado o botão Component na barra de ferramentas) permite encontrar o caminho mais curto para as conexões dos componentes seleccionados ou para toda a placa no caso de não existir selecção.Após a colocação dos componentes passa-se ao traçado das ligações eléctricas o que corresponde à conversão do Rastnetem pistas. No menu Options| Route Settings escolhe-se o ângulo para os cantos

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Carregamentode um ficheirode estratégia

Criação de Keepins e

de Keepouts

Colocação decomponentes

I-A

Colocação decomponentes

II

Obstacle Type:Comp height keepinObstacle Layer:TopHeight: altura pretendida

Botão Obstacle(B.D.) New Desenhar rectânguloJanela Edit Obstacle

Edit | Select AnyJanela ComponentSelection Criteria

Ligaçõesmais curtas

Edit | Select Next

Designador de referência de um componente

File |Load

PLSTD.SF

Save

Queue for PlacementJanela ComponentSelection Criteria

Colocação decomponentes

I-B

Opção

Designador de referência de um grupo de componentes

Colocação ordenada decomponentes

(B.D.) PlaceJanela Select Next

Colocação um a umdos componentes

(B.D.) MinimizeConnections

Botão Component

IV - Colocação de componentes

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das pistas. Seleccionando a opção Snap to Grid Routing o traçado realiza-se somente nos pontos da grelha.

Os modos de traçado podem ser de acordo com o esquema seguinte:

Ferramentas de traçado manualModo Add/Edit, (representado por )

Modo Edit Segment, (representado por )

Ferramentas de traçado semi-automático

Modo Shove Track, (simbolizado por )

Modo Auto Path, (simbolizado por )

Modos de Traçado

O modo Add/Edit utiliza-se para criar pistas novas e/ou para editar as já existentes. Ao seleccionar na barra de ferramentas (o botão activa-se o modo Add/Edit Route Mode. Movimentando-o iniciamos o traçado da pista. Para criar vértices ou esquinas nas pistas premimos o botão esquerdo do rato e ao atingirmos o último segmento duma ligação carregamos no B.D. do rato e no menu de pop-up seleccionamos Finish para terminar a operação. Este processo permite substituir pistas anteriormente desenhadas.

O modo Edit Segment serve para mover pistas existentes, para tal seleccionamos o botão correspondente na barra de ferramentas que se encontra à esquerda do botão Add/ Edit Route Mode ( ) .

O modo Shove Track desloca/move e redesenha pistas que interferem no caminho das que se estão a traçar. Para configurar este modo de traçado seleccionamos Route Settings no menu Options , e na janela Shove Track Mode optamos por uma das três opções: Low Power move e redesenha as pistas ligeiramente;Medium Power: as pistas são arrastadas sobre outros elementos;High Power: as pistas rompem-se, arrastam-se e são traçadas de novo.Para aplicar este modo seleccionamos Shove track na barra de ferramentas e o utilizador está apto a iniciar a fase de desenho de pistas no modo de afastamento/traçado.

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V- Traçado manual da placas -A

Modo de traçadoAdd/Edit

Escolha do ângulo

das esquinasdas pistas

Options | Route Settings Botão Add/Edit Route

Snap to Grid135 Corners

Vértices (B.E.)

Finish (B.D.)

Modo de traçadoEdit Segment

Pistas novas

Pistas já existentes

Botão Edit Segment

Conexões duplas

1ª Ligação (B.D.)LockConection 2ª Ligação (Rat)

(B.D.) End command

Um dos modos de traçado (B.D.) Lock

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Modo de traçadoShove Track

Options | Route SettingsShove Track Mode

São deslocadas as pistas que interferem

Low PowerMedium PowerHigh Power

Layout sugere um caminho para a pista

Apagar pistas

Larguradas pistas

(B.D.) Change WidthJanela Track Width

Options | Route SettingsShove Track Mode

(B.D.) Unroute segment(B.D.) Unroute(B.D.) Unroute Net

Modo de traçadoAuto Path

Allow Off-Grid Routing:Shove Components:Maximize 135 Corners

New Width

V- Traçado manual da placas -B

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No modo Autopath o Orcad Layout sugere um caminho ou pista. Enquanto se traça a pista, o caminho sugerido pode variar. Ao utilizar este método deve estar activado o modo DRC Online ( ). As opções associadas ao Autopath são escolhidas na janela Route Settings e são as seguintes:Allow Off-Grid Routing: permite o traçado sem ter em conta a grelha;Shove Components: permite arrastar componentes do mesmo modo que se arrastam as pistas;Maximize 135 Corners: permite traçar vértices de 90º a 135º.

Em certas ocasiões pode ser útil criar conexões duplas as quais possuindo os mesmos pads nos extremos têm trajectórias diferentes. A primeira das ligações é traçada pelo procedimento habitual e é bloqueada utilizando o comando Lock (do menu de pop-up) no B.D. do rato. Para a segunda ligação seleccionamos o botão Connection Tool na barra de ferramentas que permite criar uma nova linha de ligação ou Rat e, uma vez traçada premimos o B.D. do rato e optamos por End Command. Com um dos modos de traçado podemos então criar a nova pista que se bloqueia com o comando Lock.

Se se pretender apagar pistas estão disponíveis três opções activas com o B. D. do rato:Unroute segment: apaga segmento atrás de segmento a partir do último desenhado;Unroute: apaga a pista entre dois pads;Unroute Net: apaga as pistas de toda a Net (rede).

Se durante o traçado se pretender modificar a largura de uma pista utilizamos o comando Change Width com o B.D. do rato que nos oferece uma janela Track Width onde colocamos a largura pretendida.

No final do traçamento das pistas o utilizador deve verificar se todas as regras pré-estabelecidas estão em conformidade utilizando a opção Auto | Design Rules Check. No caso de serem encontrados erros estes podem ser eliminados recorrendoao comando Auto | Remove Violations podendo aplicar-se a toda a placa ou à caixa DRC. Com o comando Auto | Cleanup Design eliminam-se problemas de estética e de fabricação.

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Posicionamento automático

O Orcad Layout oferece várias técnicas de posicionamento automático de componentes (auto-placement) que o fazem de forma inteligente, óptima e de acordo com as regras de desenho de PCBs. Os componentes poderão ser colocados individualmente ou por grupos (clusters).Antes de colocar automaticamente os componentes há que estabelecer uma estratégia de posicionamento. Para tal tomam-se as opções seguintes:Posicionamento Shove Component: quando se usa o comando Shove à medida que se vai colocando componentes de forma individual o Orcad Layout move o resto dos componentes abrindo espaço livre ao componente em questão.

Posionamento de Clusters: O Orcad Layout possibilita o agrupamento de componentes basedo na sua funcionalidade ou conectividade no desenho do esquemático (Capture). O objectivo é conseguir simplificar o traçado obtendo-se um conjunto elevado de pistas curtas. Para criar um grupo de componentes seleccionamos na folha de cálculo View Spreadsheet a opçãoComponents escolhendo sucessivamente aqueles componentes que se pretende agrupar premindo de cada vez o B.D. do rato e seleccionando Properties. Alternativamente é possível criar clusters na janela já conhecida Component Selection Criteria por meio de Edit | Select Any.

Posicionamento por meio de algoritmos: O Orcad Layout emprega de forma automática algoritmos para procurar a distribuição e posicionamento ideal dos componentes na placa, a sua densidade em cada zona da placa e as regras de desenho aplicadas.

Colocação de componentes por meio de posicionamento automático

Antes do posicionamento automático há que preparar a placa para fazer uma revisão geral, verificar a grelha de posicionamento, verificar a informação dos pinos e componentes pré-posicionados e rever a altura dos componentes e a largura das pistas. Seguidamente, na barra de ferramentas seleccionamos o botão de folha de cálculo e prime-se Srategy | Place Pass para observar os diferentes parâmetros que controlam o ficheiro de estratégia; alterando os valores dos parâmetros podemos criar novos ficheiros de estratégia de posicionamento.

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Plfast.Sf: executa o posicionamento em placas simples, determinando em que lado ou face da placa são colocados oscomponentes SMD.Plfinish. Sf: termina o trabalho do ficheiro Plclust.Sf e realiza a parte final do posicionamento.Plstd.Sf: representa o posicionamento standard de componentes de qualquer placa.

Após se ter carregado um ficheiro de estratégia seleccionamos o menu Auto | Place | Board para colocar os componentes automaticamente. O Orcad Layout começa então a realizar várias passagens de posicionamento: Pass0, Pass1, Pass2, Pass3, Pass4,etc.

Edição da passagem de posicionamento

O Orcad Layout oferece um máximo de doze passagens adicionais visualizadas na folha de cálculo Place Pass. Para editar a informação da passagem utilizamos o botão da folha de cálculo Strategy | Place Pass e selecciona-se a célula Pass correspondente à passagem que se quer modificar, surgindo a caixa de diálogo Edit Place Pass, onde se alteraram os valores. Nesta caixa têm-se os seguintes valores a editar :

Enabled: selecciona-se a passagem em causa.Done: uma passagem ao terminar é automaticamente colocada em Done. Deste modo indicam-se quais as passagens que foram completadas se se produzir uma interrupção na rotina de posicionamento. Podemos usar Done para desactivar temporáriamente uma determinada passagem.Assign Clusters: agrupa componentes em função da sua conectividade antes de serem colocados na placa. O clustermaximiza a quantidade de ligações entre componentes dentro do mesmo cluster e minimiza o número de ligações entre clusters diferentes.Proximity Place: usa a posição dos clusters como ponto de partida para o posicionamento automático da placa.

No menu File | Load escolhemos um ficheiro de estratégia. Os principais são:

Plbest.Sf : melhora a qualidade da placaPlclust.Sf: cria e posiciona componentes agrupados

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Swap Gates: troca portas lógicas com vista a reduzir o comprimento das pistas de ligação da placa.

Iterations: controla o número de algoritmos que o Orcad Layout utiliza durante o posicionamento de componentes.

Attempts: determina o número de posicionamentos que serão realizados em cada iteração sempre com objectivo de optimizara placa .

Max Clusters: especifica o número máximo de clusters que o Orcad Layout vai empregar no posicionamento automático.

Comandos de posicionamento interactivos

Com a ajuda dos comandos seguintes podemos optimizar o posicionamento:

Ocultar de pistas e ligações: No modo Reconnect evita-se que as pistas e conexões fiquem visíveis à excepto daquelas quecorrespondem ao componente seleccionado. Sequência a usar: seleccionando o modo Reconnect no botão Reconnection Mode (ou por Options | User Preferences e selecção da opção Instantaneous Reconnection Mode) podemos visualizar melhor os componentes incluindo o uso da opção Auto-Minimize Connections que mostra o caminho mais curto das ligações associadas a um componente enquanto este se move. Para voltar a ver as pistas e conexões entretanto ocultas carregar novamente no botão Reconnect.

Place Clusters: situa os clusters na melhor posição da placa relativamente a outros clusters e componentes já colocados.

Swap Comps: troca componentes contíguos para melhorar a eficácia do posicionamento e o desenho da placa.

Swap Pins: troca pinos utilizando a informação disponível do encapsulamento desde o esquemático.

Fast Reconnect: opção que utiliza as passagens Proximity Place e Swap Comps.

Adjust Comps: uma vez desfeitos os clusters o Orcad Layout ajusta os componentes individualmente num modelo de grelhaobtendo-se um posicionamento preciso.

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selecção do componente a posicionar (após o que este fica unido ao ponteiro do rato) e com o B.D. do rato fazer Shove.

Ajuste de componentes: O comando Adjust alinha componentes com base na sua conectividade. Sequência para ajustar os componentes: botão Component, premir a tecla CTRL e seleccionamos os componentes que se pretende alinhar. Seguidamente com o B.D. do rato e carregamos em Adjust .

Posicionamento mediante agrupamentos (clusters): Permite movimentar vários componentes para agrupá-los: Sequência a usar: botão de folha de cálculo (View Spreadsheet) | Components tecla CTRL e em simultâneo premir o B.E. do rato para selecção dos componentes, B.D. do rato Properties, caixa de diálogo Edit Component e introduzir um número na caixa de texto Group Number e carregamos em OK. Seguidamente selecciona-se o botão Component e com o B.D. do rato optamos por Select Any e na janela Component Selection Criteria introduzir o número assinalado anteriormente na caixa de texto Group Number fazendo OK, após o que com o B.D. do rato se faz Make. O grupo é então colocado na placa e premindo o B.E. do rato fixamos a posição desse grupo.

Quebra dos agrupamentos: Com o comando Break é possível separar um agrupamento nos componentes individuais que o constituem. Sequência para desagrupar os componentes: botão Component, carregar na tecla CTRL e simultaneamente carregar no B.E. do rato para seleccionar o grupo que pretende desfazer, e posteriormente carregar no B.D. para escolher Break .

Quick Place: Depois de ter colocado os agrupamentos numa placa o comando Quick Place permite separar e ordenar os seus componentes em função das linhas exteriores de cada componente. A sequência a usar é a seguinte: botão Component,de seguida premir CTRL e simultaneamente com o B.E. do rato selecciona-se o grupo após o que se com o B. D. do rato se faz Quick Place.

Deslocação de componentes: usando o comando Shove ((B.D.) estando Component seleccionado) podemos mover automaticamente componentes posicionados anteriormente. O Orcad Layout desloca outros componentes da sua posição abrindo espaço, empregando linhas exteriores de inserção que podem sobrepor-se uma sobre outra e linhas exteriores de posicionamento que não podem sobrepor-se. A sequência para deslocar os componentes é a seguinte: botão Component,

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Routing Automático

Os passos a seguir no processo automático são os seguintes: ( * atenção: não é necessário passar sempre por todos eles)

I)Ficheiro de estratégia de traçado:

Este ficheiro vai determinar entre outras coisas as faces a utilizar para o traçado, a utilização de vias, e a direcção de traçado das pistas. Para placas de 2 faces cujos componentes exigam furação (comunicação entre as duas faces) recomenda-se o uso do ficheiro de estratégia 2_THR_H.SF. Em Load | File e na janela de diálogo Load File escolhemos o ficheiro mencionado.

II) Traçado da alimentação

Em placas que dispõem de camadas para os planos de alimentação, devem-se distinguir as placas de componentes convencionais das placas de montagem superficial (SMD).

A) Placas com componentes convencionais

É necessário garantir que todas as ligações de alimentação chegam aos planos respectivos (massa e tensão). A ligação automática realiza-se mediante nós térmicos.Começamos por seleccionar o botão de folha de cálculo View Spreadsheet e escolhemos Statistics surgindo uma folha de cálculo. Nesta consultamos a célula %Routed correspondente à coluna Enabled, que deve indicar 100%. Se tal não acontecer premir o botão Refresh All ( ). Se ainda persistir um valor inferior a 100% minimiza-se a janela e utilizamos as ferramentas focadas no processo manual para realizar as ligações. Após estes procedimentos testamos novamente o parâmetro referido.

B) Placas com componentes de montagem superficialNeste caso para poder trocar de camada é necessário realizar um fanout. Um fanout é o processo que possibilita trocas de face entre nós de um componente SMD. A via é constituída por um troço de pista.

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O fanout é necessário para placas multicamada com camadas de alimentação e também para placas com densidade de pistas elevada. O fanout pode abranger toda a placa, os componentes dentro da caixa DRC ou apenas um componente. O processo inicia-se com Options | Fanout Settings . Nesta janela seleccionamos Fanout power /gnd as opções Lock after fanout e Disable after fanout que bloqueia as pistas e trocas de face e impedem no traçado automático o aprecimento de novasconexões de alimentação. Em Signals seleccionamos Fanout signals e podemos escolher se se pretende trocas de face debaixo e/ou fora dos componentes e qual a distância máxima entre o pad e a via. No final desenhamos a placa em Auto| Board.

As conexões críticas devem bloquear-se durante o processo de traçado automático em View Spreadsheet | Nets e seleccionar o net apropriado e com o B.D. do rato fazer Lock.

III- Traçado automático

Numa placa com planos de alimentação é necessário desactivar o traçado as conexões aos planos referidos. Faz-se então View Spreadsheet | Nets e seleccionamos as linhas correspondentes à alimentação. No menu automático Enable <-> Disable faz com que as células da coluna Routing Enabled passem de Yes a No e vice-versa. De seguida podemos começar o traçado automático que segue o modelo do ficheiro de estratégia carregado. O traçado começa na caixa DRC pelo que convém situá-la na zona mais densa da placa. Para executar o traçado vai-se a Auto | Autoroute | Board. No fim podemos executar passagens adicionais e optimizar utilizando as ferramentas do traçado interactivo.

Uso de nós térmicos e de zonas de preenchimento de cobre

Os Thermal Relief (nós térmicos) são usados como contactos nas conexões aos planos de alimentação em placas multicamada e também para zonas de preenchimento de cobre, ligando um pad (não SMD) a uma área de cobre facilitando a condução de calor durante o processo de soldadura.É necessário designar a camada de destino do Thermal Relief na forma de um plano na folha de cálculo em Layers e uma malha de conexão à camada. As vias empregam geralmente nós térmicos.

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Spoke WidthAnnular Over Drill

Isolation Width

Partes que fazem parte dum Thermal Relief:

A especificação dos diferentes parâmetros dos nós térmicos é realizda em: Options | Thermal Relief Settings. Na janela que surge editam-se os valores pedidos.As zonas de preenchimento de cobre empregam-se para posicionar ou depositar cobre naquelas áreas e bordos que estão associados a um obstáculo. Podem ser zonas totalmente cobertas por cobre ou padrões de pequenos quadrados uns a seguir aos outros. Na caixa Edit Obstacle (já visitada anteriormente) seleccionamos Hatch Pattern.Para criar uma zona Copper Pour é preciso definir um ponto de partida da distribuição do cobre. No botão Pin ou a Tool | Pin, seleccionamos um pino de um componente que está unido à malha da ligação à qual pretendemos preencher com cobre. Com o B. D. do rato seleccionamos Toggle Pour Seed e a partir daqui o pino do componente fica marcado com um X. Os obstáculos são de diversos tipos e figuram na janela Edit Obstacle:

Copper Area: criação de pads personalizados ou para criar outras zonas de cobre;Anti-Copper: criação de zonas sem cobre dentro de uma zona de preenchimento de cobreCopper Pour: o preenchimento de cobre cumpre as regras de isolamento atribuídas às pistas com conexão às zonas de preenchimento.

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Podemos criar três tipos diferentes de zonas de preenchimento com cobre:

A) Zona de preenchimento típica

O processo é iniciado em Obstacle | New. De seguida com o botão esquerdo do rato craimosa zona de preenchimento de cobre até se traçar por completo a área desejada. Premindonovamente o B.E. do rato conjuntamente com a tecla CTRL seleccionamos com o B. D. do rato Properties e na caixa Obstacle Type da janela Edit Obstacle selecciona-se Copper Pour indicando também a camada em causa em Obstacle Layer. Em Copper Pour Rulesexistem várias opções:

Clearence: define o espaço entre a zona de cobre e os restantes objectos.

Zorder: especifica a ordem de prioridade do preenchimento

Isolate all tracks: todas as alterações de face que passam através da zona de preenchimento de cobre ficam isoladas dessa zona de preenchimento.

Seed only from designated object: com esta opção somente os nós marcados como pontos de início serão os que ficarão com preenchimento de cobre.

B) Zona de preenchimento circular

Após a selecção da caixa de Edit Obstacle. Com o B.E. do rato fixamos o centro da zona circular e com o B.D. seleccionamos Arc desenhando a zona pretendida.

C) Zona de preenchimento de cobre tipo grelha

Premir duas vezes o B.E. do rato sobre um obstáculo para ter presente a caixa Edit Obstacle seleccionamos Hatch Pattern. Na caixa de diálogo Hatch Pattern é necessário indicar os valores do padrão da trama:

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Line: especifica um padrão de linhas rectas

Cross Hatching: especifica um padrão de linhas cruzadas

Solid: especifica um padrão de preenchimento sólido anulando qualquer valor de Hatch Grid

Hatch Grid: especifica o espaçamento entre linhas para formar a grelha da trama.

Hatch Rotation: especifica o ângulo entre as duas séries de linhas que se cruzam. Os ângulos são múltiplos de 45º

Bibliotecas e footprints

Uma biblioteca é um conjunto de ficheiros que possuem dados de cada componente que são necessários para o desenho da placa. Os componentes da biblioteca contêm a sua descrição física e constam de:

Obstáculos - representam o contorno físico do componente e as linhas exteriores de serigrafia Padstacks - são as formas e tamanhos dos nós ou padsTex - texto, nome e valor do componente.Gestor de bibliotecas

O gestor de bibliotecas contêm todas as bibliotecas disponíveis e dentro de cada uma os componentes respectivos. Para iniciar o gestor de bibliotecas carregamos no botão Library Manager por baixo da barra de ferramentas (ou em File | Library Manager). Algumas bibliotecas poderão não estar na caixa Libraries tendo então que ser adicionadas a partir de Add Library. Nesta última situação surgem vários ficheiros de arquivo com extensão *.Llb (e não *.Lib como no OrcadCapture). Em cada biblioteca surgem vários footprints aparecendo ao lado o seu desenho. O footprint pode ser editado bastando fazer View Spreadsheet | Footprint.

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Criação depinos

Criação deobstáculos

Criação deTexto

Criação dum footprint

Em certas ocasiões pode ser necessário utilizar um componente novo que não se encontra em nenhuma biblioteca. Os passos a tomar nesta situação são:

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Exemplo de criação de um footprint

Exemplo:

Pretende-se criar um footprint para um transistor com encapsulamento TO-18. Para criar um componente novo no gestor de bibliotecass utilizamos o botão Create New Footprint aparecendo a respectiva janela de diálogo. Nesta colocamos o nome do footprint TO-18 e seleccionamos por exemplo unidades métricas. Ao fazer OK surge a janela Library | Pin Tool doeditor de componente. Os pinos podem ser numéricos ou alfanuméricos ainda que por defeito o Orcad Layout os numere com formato numérico começando em 1. Porém há que ter em conta que os nomes dos pinos do footprint devem coincidir com os nomes dos pinos do componente no esquema, pelo que um díodo que tenha pinos A e C para o ânodo e o cátodo respectivamente devem ser preservadas estas designações.Para adicionar um pino carregamos no botão Pin Tool da barra de ferramentas ,e de seguida fazemos New com o B.D. do rato, aparecendo um pino associado. Carregando na tecla Insert colocamos os pinos restantes respeitando a sua disposição. De seguida carregamos no botão da folha de cálculo View Spreadsheet | Footprints surgindo a janela Footprints. Premindo o botão esquerdo do rato sobre o footprint que se pretende alterar abre-se a janela Edit Footprint na qual se coloca na caixa Padstack Name a forma do nó. Vejam-se alguns dessas formas de padstack:

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Pads redondos para integrados

T2 Pads quadrados para integrados

T1

T3 Pads redondos para componentes discretos

T4 Pads quadrangulares para componentes discretos

T5 Pads redondos para conectores

T6 Pads quadrangulares para conectores

T7 Pads para SMD

Optou-se por T3 {Local} . Uma vez tratada a forma definimos de seguida o tamanho. Em cada um dos pinos na janela Footprint e com o B.D. do rato seleccionamos Properties tendo sido escolhido para o pino 1 o Padstack Name 40S20 e para os pinos 2 e 3 40R20.

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De seguida criam-se os obstáculos. Os mais vulgarmente usados são:

Place outline - linhas exteriores de posicionamento ou bordo do componenteDetail - utiliza-se para se criar serigrafias e planos de montagem para os componentes.Insertion Outlines - representam o tamanho da cabeça do dispositivo de inserção automática na fabricação.

Com o botão obstáculo ( )seleccionado, colocamos o ponteiro do rato sob a linha que une os pontos 1 e 3 e prime-se duas vezes o B.E. do rato. Aparece uma janela Edit Obstacle na qual se introduz um nome opcional em Obstacle Name, Detail em Obstacle Type, 0.254 em Width e SSTOP em Obstacle Layer. Ao fazer-se OK aparece o cursor no ponto escolhido anteriormente e unido a um segmento. Para se traçar a circunferência carregar no B.D. do rato e seleccionar Arc e começa-se a desenhar o círculo à medida que se movimenta o cursor; termina-se o desenho premindo o botão esquerdo do rato. Para desenhar a lingueta que a caixa apresenta faz-se com o B.D. do rato New e fazendo um clique em cada vértice traçamo-la. Por fim terminamos com o B.D. do rato em End Command.O texto que acompanha o desenho pode ser deslocado. Para isso seleccionamos o botão de texto ( ), e arrasta-se o nome da referência ou o do encapsulamento, etc para onde se deseja. As referências precedidas de & serão automaticamente substituídas pelas propriedades dos componentes do esquema.O componente entretanto criado pode ser localizado. Em Tool | Move Datum definimos a origem de inserção e recorrendo ao menu do B. D. do rato escolhe-se Move Insertion Origin.; premindo o B.D. do rato fica essa origem definida. Se se pretende como origem o centro do componente seleccionamos com o B.D do rato Center Insertion Origin. Por fim guardamos o componente com Save As com o Library Manager activo aparecendo a janela Save Footprint As naqual podemos dar um nome novo ao footprint ou não alterar o nome escolhendo a biblioteca onde o componente fica armazenado ou ainda escolher uma biblioteca nova em Create New Library e na janela respectiva colocamos o nome da biblioteca. Podemos inclusivamente criar uma biblioteca com todos os componentes usados na placa bastando copiar todos os footprints espalhados por diversas bibliotecas.

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Termos utilizados em PCB

Drill - furo que liga as faces da placa e pelo qual se introduz a pata de um componente. Pode ser ou não metalizado.

Pad - área metálica em forma de coroa arredondada, quadrada, rectangular ou oval que permite a soldadura do terminal do componente. O seu tamanho depende da utilização de camadas internas ou externas.

Land - pad de cobre necessário para cada pino de componentes SMD.

Tracks - pistas que interligam os diversos componentes.

Via - furo metálico que permite a união entre camadas não servindo para a inserção de componentes.

Footprint - conjunto de pads característico de cada componente que possibilita a ligação deste à placa.

Routing - traçado das pistas

Net - conjunto de ligações entre uma ou mais patas com o mesmo potencial eléctrico.

Netlist -Conjunto de ligações que descreve as interligações entre componentes do esquema e que contém informação sobre onúmero de componentes, encapsulamentos, nome das ligações, o pino do componente para cada ligação e propriedades dos componentes, pinos e ligações.

Soldermask - molde que contorna os pads e que permite serigrafar nas faces do PCB uma camada de verniz protector do cobredas pistas.

Solderpaste - molde para aplicação de solda.

Padstack - listagem que descreve as características principais de pads e vias.

Silkscreen - Camada usada para identificar componentes e suas disposições na PCI.