Моделирование печатных плат

Появление современных программ AltiumDesigner, MultiSIMNI, CadenceAllegro, SignalIntegrity расширило возможности моделирования печатных плат, от схемотехнических решений до высокоскоростных линий передачи.

Но даже самая умная программа нуждается в грамотном управлении. Проектирование печатных плат требует большой ответственности, поскольку от этого этапа зависят следующие свойства изделия:

• работоспособность печатной платы;
• срок проектирования и изготовления;
• себестоимость печатной платы.

Один из важнейших элементов платы, как и любого электронного изделия, – схема. Для односторонних, двусторонних, многослойных печатных плат применяются разные варианты схемы.

При проектировании платы печатного монтажа очень важно разработать эффективную и надежную электрическую схему. Именно работа со схемой определяет основные качества изделия.

В зависимости от сложности и назначения, электрическая схема может выполнять разные функции. Схемы делятся на следующие виды:

• Структурная: простейшая схема, отражающая составные элементы электроприбора и принцип его работы. Применяется на начальных этапах разработки продукта.
• Функциональная: схожа со структурной общим описанием, однако более подробным.
• Принципиальная: самый сложный тип схемы, элементный или развернутый – именно ее используют при изготовлении печатных плат для подробного описания устройства.

Стоит отметить, что 3D-модель схемы/платы – это логичное завершение проекта перед его прототипированием и отправкой в производство. Именно при моделировании отсеиваются ошибки и недочеты, не замеченные при проектировании.

Грамотное моделирование помогает оценить проект до реализации и вовремя устранить допущенные ошибки. Все процессы моделирования плат можно совершить в Altium Designer. Но чаще всего в дополнение применяются другие программы – например, упомянутые выше Cadence Allegro и MultiSIM NI.

3D-моделирование схемы

Основная цель, которую преследует трехмерное моделирование электронных схем, – оценить свойства изделия, вовремя заметить недочеты и исправить ошибки. Трехмерная модель сопровождается конструкторской документацией, что позволяет сравнить заявленные и действительные ее параметры.

В некоторых программах предусмотрена работа на два монитора, позволяющая наиболее полноценно исследовать полученную модель.

Современное проектирование печатных плат завершается не просто созданием 3D-модели, а симуляцией. Это важнейший этап проектирования изделия, демонстрирующий его свойства в действии.

Симуляция

3D-моделирование электрических схем проводится в различных форматах. Какой лучше использовать для конкретной схемы, определяет индивидуально специалист. Проверить схему в действии можно следующими способами.

Цифровое моделирование схем

Цифровое моделирование электронных схем – один из самых распространенных способов тестирования оборудования. Он обладает рядом преимуществ перед другими технологиями:

• Гибкость моделирования благодаря возможности учитывать начальные условия.
• Поддерживает 5 логических уровней с 64 уровнями нагрузочной способности.
• Большой диапазон предоставляемых величин и удобство представления векторных величин.
• Большой объем памяти и длительный срок хранения информации.
• Высокая точность расчетов – одно из главных преимуществ.

При цифровом моделировании в работе электрических схем точно считываются недочеты и ошибки.

Аналоговое моделирование схем

Этот метод претерпел значительное развитие в последние годы и сейчас имеет два важных преимущества:

• простая генерация электрических сигналов;
• фильтрация сигналов и помех в динамических системах.

Моделирование основано на экспериментальном воздействии неблагоприятных факторов на схему:

• постоянный/переменный ток;
• шумы и переходные процессы;
• изменение значений параметров.

Кроме того, в этом варианте 3Д-моделирования работы электронных схем проводится анализ чувствительности к постоянному току и метод Монте-Карло.

Цифроаналоговое моделирование

Методы цифрового и аналогового моделирования одинаково востребованы при создании электрических схем и узлов для печатных плат. Поэтому появился комбинированный метод.

Цифроаналоговое моделирование сочетает в себе преимущества обоих методов. Смешанное моделирование дает следующие возможности разработчику:

• подробный анализ схемы;
• смена настроек;
• подсчет статистики.

Смешанное моделирование электрических схем позволяет получить быстрый и точный результат. Цифровые и аналоговые сигналы отслеживаются на специальном мониторе в один промежуток времени.

Анализ целостности сигналов

Функция, предлагаемая в программе Signal Integrity, задает критерии оценки качества сигналов согласно правилам проектирования. Этот параметр определяется индивидуально для каждого изделия, в зависимости от его технических особенностей и назначения.

Еще до конструирования печатной платы с ее окончательной трассировкой этот способ помогает избежать ошибок и сократить время разработки. Расчет импеданса и отражений осуществляется как в конце разработки платы, так и при контроле топологии.

Если было зафиксировано нарушение, оно заносится в соответствующий отчет. В последующем эта информация используется при исследовании электромагнитной совместимости. Это один из способов автоматического исправления ошибок.

О среде проектирования

На протяжении длительного времени перенос проекта из одной среды проектирования в другую для разработчиков был в числе самых острых проблем. В современных системах для проектирования имеются встроенные программы импорта.

Большинство программ твердотельного моделирования могут создавать элементы, которые успешно используются в новой среде проектирования. Это особенно удобно при одновременной работе с разными САПР и получении проектов от сторонних заказчиков.

Функционал современных программ для моделирования доступен опытному специалисту. Только со специальными навыками и опытом возможно быстро оперировать инструментами ПО для проектирования радиоэлектронных компонентов.

Выходная документация

Этим заканчивается не только разработка трехмерной модели, но и конструирование печатных плат. В выходной документации присутствует вся необходимая информация для производства изделия.

Проектирование плат с любой схемой – однолинейной или более сложной – требует точности на каждом этапе. И моделирование позволяет повысить ее. Результаты моделирования, как правило, совпадают с техническими характеристиками прототипа. Они отражены в конструкторской документации.

Современное моделирование печатных плат проводится в компьютерных программах в автоматическом режиме. Однако специалист должен четко понимать принцип работы изделия и особенности его производства, чтобы правильно настроить программу.

Мы занимаемся проектированием и производством печатных плат, используя накопленный опыт и современные технологические преимущества. Мы способны предоставить вам услугу в любом формате, в том числе проделать все работы под ключ – от идеи до производства платы.