Инновационные методы проектирования печатных плат на базе САПР P-CAD 200x

Ёлшин Ю.М.

Инновационные методы 
проектирования печатных 
плат на базе САПР P-CAD 200x

СОЛОН-Пресс
Москва
2020

УДК 621.38
ББК 32.844-02
     Е 55

Ёлшин Ю.М.
Инновационные методы проектирования печатных плат на базе САПР 
P-CAD 200x. — М.: СОЛОН-Пресс, 2020. — 464 с.: ил.

ISBN 978-5-91359-196-8

Данная книга представляет собой систематическое описание информационных и программных продуктов и основных приёмов работы при выполнении работ по проектированию электронных узлов на базе печатных плат с использованием систем автоматизированного проектирования P-CAD 20002006. При этом автор представляет инновационные доработки, которые не 
только существенно развивиют функционал этой САПР (с помощью разработанной под его руководством подситемы ГРИФ-4), но являются предпосылкой 
для преобразования P-CAD в импорто замещающую отечественную САПР. 
Книга написана опытным специалистом в области проектирования электронной аппаратуры на базе печатных плат, заслуженным конструктором РФ, 
дважды лауреатом премии имени академика Расплетина, начальником конструкторского отдела ПАО НПО «Алмаз», первым признаным евроинженером 
PФ на конкурсе FEANI в 2010 году.
Книга предназначена для широкого круга инженерно-технических специалистов, студентов и аспирантов технических ВУЗов, занимающихся 
проектированием электронных устройств на базе печатных плат.

Ответственный за выпуск: В. Митин
Верстка и обложка: СОЛОН-Пресс

ISBN 978-5-91359-196-8 
© СОЛОН-Пресс, 2020

 
© Ёлшин Ю. М. , 2020

По вопросам приобретения обращаться:
ООО «СОЛОН-Пресс»
123001, г. Москва, а/я 82
Телефоны:(495) 617-39-64, (495) 617-39-65
E-mail: avtor@solon-press.ru,
www.solon-press.ru

ООО «СОЛОН-Пресс»
115142, г. Москва,  
Кавказский бульвар, д. 50
Формат 60×88/8. Объем 29 п. л.  
Тираж 40 экз.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Благодарность. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Глава 1. Введение в САПР печатных плат. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Машинно-ориентированное проектирование. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Иерархия объектов проектирования в электронной САПР . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Свойства объектов типа 1: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Свойства объектов типа 2: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Свойства объектов типа 3: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Свойства объектов типа 4: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Свойства объектов типа 5: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Изготовление печатной платы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Стеки КП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Графические объекты. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Процесс изготовления ПП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Функция редактора PCB в процессе проектирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Проектные файлы, создаваемые в редакторе РСВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Правильный проект — залог успеха . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Как делают печатные платы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Типовые параметры элементов печатной платы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Особенности и преимущества топологической трассировки any-angle. . . . . . . . . . . . . . 46
Расчёт номинальных монтажных отверстий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Глава 2. Введение в процесс проектирования ячейки на базе печатной 
платы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Интегрированные и неинтегрированные библиотеки компонентов. . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Формирование принципиальной схемы ячейки РЭА и сопутствующих документов . . . .54
Формирование функциональной схемы ячейки РЭА  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Формирование таблицы цепей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Формирование листа расположения элементов на печатной плате . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Формирование перечня элементов к схеме и сопутствующих файлов. . . . . . . . . . . . . . . 61
Формирование Технического задания (ТЗК) на конструирование печатной платы . . .63
Формирование перечня компонентов для печатной платы в специальном  
формате . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

Оглавление
4

Передача/прием задания на конструирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Таблица слоёв и толщины плат . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Формирование «кучи» компонентов и бланка печатной платы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Размещение (расстановка) компонентов на поле платы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
Размещение традиционных ЭРИ и поверхностно-монтируемых  
компонентов (ПМК). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
Особенности размещения поверхностно-монтируемых компонентов (ПМК)  
на ПП.  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100
Шаблон печатной платы и установка конденсаторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115
Авто размещение компонентов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119
INITPLACE (задать начальное размещение компонентам). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120
Примеры команд авто размещения для ячеек:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123
Ручное размещение компонентов на объединительной печатной плате (ОПП). . . . .124
Трассировка платы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .129
Контроль технологических норм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132
Электротестирование печатных плат . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134

Глава 3. Структура проектов и редактор РСВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136
Общие соображения по трассировке плат. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136
Печатная плата — компонент схемы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .137
Макетирование. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .137
Источники шума и помех . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .137
Категории печатных плат . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .138
Количество слоев печатной платы и другие свойства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .139
Порядок следования слоев . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141
Заземление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .142
Пример хорошего размещения компонентов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .144
Частотные характеристики пассивных компонентов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .146
Печатная плата . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .149
Паразитные эффекты печатной платы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .151
Развязка сигналов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .155
Развязка входных и выходных сигналов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .157
Корпуса операционных усилителей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .158
Объемный и поверхностный монтаж . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .160
Неиспользуемые секции ОУ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .161
Основные моменты при разводке аналоговых схем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .161
Разводка питания и развязка по питанию для печатных плат . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .163
Применение конденсаторов в качестве элементов развязки питания . . . . . . . . . . . . . .164
Применение составных конденсаторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .168
Создание фотошаблона для производства. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .169
25 практических советов разработчику . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .170

Глава 4. Введение в промышленные стандарты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .173
Введение в организацию стандартов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .174
Институт печатных плат IPC  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .175

Институт печатных плат IPC (ассоциация предприятий электронной 
промышленности) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .175
Союз электронной индустрии (EIA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .175
Объединённый промышленный совет по электронным устройствам (JEDEC) . . . . . .175
International Engineering Consortium (IEC) — интернациональный технический 
консорциум. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .176
Military Standards (военные стандарты) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .176
American National Standards Institute (ANSI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .177
Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .177
Классы и типы печатных плат . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .177
Класс исполнения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .178
Уровни технологичности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .178
Типы плат и подклассы сборки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .179
Уровни плотности размещения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .180
Введение в стандарты норм изготовления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .180
Регистрация допусков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .180
Отвод трассы от КП и контроль контактного ободка КП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .181
Размеры ПП и допуски . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .182
Нормы зон обработки и эффективное использование панели. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .183
Стандарты толщин РСВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .183
Толщины препрега. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .184
Толщина меди для металлизированных КП и ПО. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .185
Медное плакирование/толщина фольги. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .186
Медные трассы и допуски на травление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .186
Стандартные размеры отверстий. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .187
Допуски для маски пайки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .189
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .189
Рекомендуемая литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .190
Другие интересные источники. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .190
Стандарты Российской Федерации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .190

Глава 5. Введение в «проектирование для производства» . . . . . . . . . . . . . . . . . .193
Сборка РСВ и процессы пайки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .193
Процессы ручной сборки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .194
Процессы автоматической сборки (Pick and Place). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .194
Процессы пайки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .195
Ручная пайка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .196
Пайка волной. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .196
Пайка в печи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .199
Размещение компонентов и ориентация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .201
Дискретные компоненты SMD (монтаж на поверхность). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .205
Посадочные места и стеки КП  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .207
Посадочные места для SMD. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .207
Посадочные места для компонента со сквозными выводами (THD). . . . . . . . . . . . . . . . .214

Оглавление

Оглавление
6

Символы засветки для термальных рельефов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .219
Механические символы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .221
Глухие, замурованные переходные отверстия и Microvias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .223
Ширины трасс и зазоров. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .224
Размеры маски пайки и пасты для пайки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .229
Гибкие печатные платы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .230
Проблемы изготовления плат. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .230
Ссылки на литературу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .234

Глава 6. Проектирование печатных плат с учетом целостности  
сигналов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .235
Шумы и искажения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .235
Фоновый шум. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .235
Внутренний шум . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .236
Электромагнитная интерференция и взаимное влияние каналов . . . . . . . . . . . . . . . . . .237
Индуктивность контура. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .239
Электрические поля и емкостная связь. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .241
Земляные слои и «дрожь» земли (колебания уровня напряжения GND) . . . . . . . . . . . .242
Земляной (возвратный) слой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .245
«Земляной рикошет и шинная осадка» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .245
Разделение слоев питания и земли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .248
Электрические характеристики печатных плат. Импеданс — Характеристическое 
сопротивление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .249
Электрические характеристики печатных плат . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .249
Электрические характеристики печатных плат . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .251
Отражения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .253
«Звон» или затухающий колебательный процесс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .256
Электрически длинные трассы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .258
Критическая длина . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .262
Нагрузки в линиях передачи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .263
Размещение компонентов и электрические проблемы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .264
Стек слоёв РСВ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .266
Шунтирующие конденсаторы и фанауты  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .271
Ширина трассы для управляемого импеданса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .272
Зазоры между трассами для минимизации перекрёстных помех (правило 3w). . . . .279
Трассы с острыми углами и углами 90 градусов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .281
Pspice для моделирования линий передачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .283
Ссылки на литературу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .287

Глава 7. Создание посадочных мест, обзор программ-утилит . . . . . . . . . . . . . .289
Характеристики КП, ПО и текстов для печатных плат . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .289
Формовка выводов и создание библиотеки компонентов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .294
Модули (калькуляторы) формирования характеристик компонентов . . . . . . . . . . . . . .299
Формирование неграфической атрибутики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .315
Формирование линий-выносок на сборочном чертеже платы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .317

Генерация 3D моделей компонентов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .322
Примеры создания описаний компонентов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .325
Дополнительные комментарии к работе CompBox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .336
Генерация 3D-модели печатной платы в целом. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .342
Краткое описание программ-утилит различного назначения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .349
Полезная литература по теме. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .380
Список дополнительных литературных источников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .381

Глава 8. Выпуск конструкторской документации на печатную плату. . . . . .382
Состав и содержание комплектов КД на плату и ячейку . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .382
Состав КД Для ячейки на основе ДПП: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .383
Состав КД Для ячейки на базе МПП  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .387
Формирование текстовой конструкторской документации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .388
Перечень элементов ячейки (ПЭ3). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .388
Формирование Спецификации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .390
Формирование смешанной чертёжной и конструкторской документации.. . . . . . . . .397
Формирование листа сверления отверстий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .399
Формирование документа «Печатная плата» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .400
Формирование сборочного чертежа ячейки и стека МПП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .404
Ускоренный выпуск комплекта КД на ячейку . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .410
Состав документов на ДПП с крышками (внешняя экранировка платы): . . . . . . . . . . . .421
Состав документов на МПП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .423
Порядок формирования папки с проектными данными . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .425
Некоторые аспекты организации работы сектора САПР. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .426
Организация сопровождения проекта в производстве. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .427
Организация электронного документооборота на этапах разработки ячеек  
(модулей) РЭА. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .429
Общие технические требования к документообороту . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .435
Размещение данных для работы в САПР ГРИФ-4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .436

Приложение 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .438
Инструкция по формированию alt-формата платы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .438

Приложение 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .441
Инструкция по трассировке печатных плат в системе Pcad200х-Spectra . . . . . . . . . . . .441
Идеология работы и особые свойства системы TopoR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .447

Приложение 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .453
Устранение неисправностей при работе с системой SPECTRA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .453

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .455

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

В течение ряда последних лет в области разработки радиоэлектронных модулей на базе печатных плат (ПП) происходят существенные изменения, как в части 
роста диапазона схемных рабочих частот, так и в части применения сложных, 
многовыводных и программируемых компонентов (микросхем). Эта тенденция 
настоятельно требует создания современных систем автоматизированного проектирования (САПР) радиоэлектронных компонентов и устройств, позволяющих 
реализовать проекты, адекватно отвечающие новым требованиям, с помощью 
специальных процедур размещения компонентов на поле печатных плат, трассировки соединений, формирования экранных слоёв, дифференциальных пар и 
реализации многих других этапов проектирования. Для схем с повышенными 
рабочими частотами возникает необходимость как предтрассировочного компьютерного анализа схемных решений, так и посттрассировочного анализа геометрии сформированных трасс (в смысле анализа целостности сигналов и взаимных помех между проложенными на плате трассами). 
Сегодня возникают новые глобальные оценки конструкции платы, в том числе:
Задержка в трассе важнее и предпочтительнее её длины;
Снижения уровня перекрёстных помех важнее и предпочтительнее расстояния между проводниками;
Применение дифференциальных пар предпочтительнее, чем одиночных линий;
Минимизация индуктивностей цепей питания, возвратных токов и заземления предпочтительней топологических рекомендаций по их проектированию;
Чем на более ранних стадиях будет принято решение по удовлетворению тех 
или иных требований к целостности сигнала и электромагнитной совместимости, тем меньше будут итоговые затраты и сроки создания аппаратуры.
Весьма существенным является также решение вопросов, связанных с выпуском комплектов документации в электронном виде, что требует помимо разработки специального программного обеспечения, выработку унифицированных требований к составу и виду КД на электронные модули, разработку доступных электронных баз данных по электронным компонентам в доступных 

Введение
9

разработчикам унифицированных форматах и т.п. Каковы же основные проблемы сегодняшнего процесса проектирования? Инженер-конструктор должен 
обеспечить:

 y Понимание и точную реализацию схемы и требований её разработчика-схемотехника.
 y Целостность сигналов.
 y Технологичность в производстве.
 y Качество монтажа.
 y Тесто — и ремонтопригодность ПП.

_____________________________________________________________________________

В первую очередь успех проекта зависит от взаимодействия и взаимопонимания между схемотехником и разработчиком. Мнение, что разработчику 
проще самому растрассировать плату, чем писать Техническое Задание на 
Конструирование (ТЗК), неверно. Опыт зарубежных и продвинутых отечественных КБ электронных изделий показывает, что это не так. Грамотное ТЗК, 
на подготовку которого для самых сложных проектов уходит от 1 дня до 1 недели, позволяет на деле сократить сроки проектирования. А главное — освободить разработчика для выполнения его основных обязанностей. 
Хорошо подготовленные, компетентные инженеры-конструкторы, понимая 
особенности скоростных цифровых и аналоговых схем, сумеют реализовать в 
плате все требования к контролю импеданса и целостности сигналов и представить заказчику результаты соответствующих проверок. Здесь под импедансом подразумевается комплексное сопротивление двухполюсника для гармонического сигнала, что позволяет одновременно учитывать и амплитудные и 
фазовые характеристики сигналов и систем.
Что касается факторов технологичности, качества и т.д., для этого необходимо в конструкторском отделе внедрить правила проектирования, основанные 
на рекомендациях ГОСТ и стандартов IPC (международного института печатных плат), конструкторам быть более тесно связанными с производством и 
монтажом ПП, знать технологические особенности плат. Это позволит исключить многочисленные итерации при выходе на серийное производство. Понимая, что схема и компоненты со временем будут меняться, необходимо соответствующим образом выполнять компоновку и трассировку, иметь необходимые вспомогательные программы (утилиты), с тем, чтобы изменения были 
внесены легко и быстро. Представленные результаты и разработанные утилиты различных САПР нацелены именно на это.

_____________________________________________________________________________

Введение
10

Следует также упомянуть проблему лицензионного программного обеспечения в области САПР. Нынешние используемые САПР устарели, а современные 
системы проектирования достаточно дороги. Поэтому существует практика использования нелегального программного обеспечения (ПО) — гораздо более 
дешёвого. Однако не всё так просто. Приобретая лицензионное программное 
обеспечение, покупатель заручается серьёзной поддержкой поставщика легального ПО — возможностью адаптации ПО под конкретную компанию, обучения инженеров, регулярных обновлений и пр. Это, безусловно, важный фактор 
при организации Электронного КБ на предприятии. Однако применительно к 
крупным предприятиям электронного профиля следует рекомендовать ориентироваться на разработку конкурентно-способного автоматического трассировщика (по существу, ядра САПР) отечественной разработки. Конкретным предложениям и разработкам на эту тему и посвящена эта книга.
В настоящее время в РФ отсутствуют отечественные комплексные САПР 
электронных модулей на базе печатных плат, позволяющие успешно решать 
задачи проектирования печатных плат. Приобретение же лицензионных импортных САПР электронных модулей требует весьма значительных затрат. Однако нужно отметить, что значительные объёмы работ в направлении автоматизации важных аспектов проектной деятельности в данном научном направлении, 
были продолжены российскими энтузиастами. В частности, эффективные наработки были достигнуты коллективами, под руководством Лузина С.Ю. (САПР 
TopoR) и Ёлшина Ю.М. (САПР ГРИФ-4). Эти разработки шли несколько последних 
лет по взаимным соглашениям для синхронизации этапов их разработки в рабочем порядке. Поэтому их функциональная ориентация является взаимно дополняющей, а не дублирующей. Технический уровень этих разработок практически 
не уступает известным зарубежным САПР электронной ориентации, а по некоторым аспектам превосходят.
В рамках данной книги рассматриваются основные проблемы и задачи, возникающие при выполнении электронных проектов, при их конструктивной реализации в виде печатной платы. Поскольку различные САПР предлагают (или 
вообще не предлагают) различные способы выполнения отдельных аспектов 
электронных проектов, то в книге рассматриваются наиболее прогрессивные 
способы решения проблем, присущие существующим САПР (по мнению автора, 
так как в последние годы никто не попытался присвоить им рейтинг). При этом 
приоритет отдаётся отечественным разработкам. Однако это не всегда удавалось сделать. 
В рамках данной книги рассматривается, в частности, совместный программный комплекс, содержащий указанные выше средства комплексной отечественной САПР, получивший предварительное (условное) название RUS-eCAD. RUSeCAD является относительно новым инструментом проектирования электронных модулей на базе печатных плат (PCB), который содержит САПР ГРИФ-4 и 

Введение
11

САПР «TOPOR». Целью этой книги является ознакомление пользователей этой 
системы с основными её свойствами при проектировании ПП. Вместе с тем, ряд 
материалов, представляющий несомненный интерес для читателей, заимствован из работы «Kraig Mitzner. CompletePCb Design Using OrCAD Capture and PCB 
Editor». Основными требованиями, предъявляемыми к отечественным современным САПР ПП, являются:

1. Полная русификация системы;
2. Поддержка системы сквозного проектирования в реальном времени;
3. Возможность адаптации к технологии проектирования и производства ПП 
на конкретном предприятии;

4. Наличие отечественных и импортных баз данных электрорадиоизделий 
(ЭРИ) и поверхностно монтируемых компонентов (ПМК), а также эффективных средств формирования библиотечных компонентов;

5. Наличие автоматического размещения ЭРИ, ПМК и трассировки ПП;
6. Автоматизированный выпуск эксплуатационной и конструкторской документации в соответствии с ГОСТ 1.123-93;

7. Возможность выполнения операций обмена (экспорта-импорта) с другими 
САПР через список цепей и перечень элементов;

8. Расширение функциональности (наличие инструментов для моделирования схемы, контроля целостности сигналов на плате, проверка электромагнитной совместимости и т.д.);

9. Невысокая стоимость.
САПР RUS-eCAD представляется комплексной системой проектирования ячеек радиоэлектронной аппаратуры на основе печатных плат. Система использует 
программные средства САПР PCAD 2000-2006, SPECCTRA, САПР TopoR, собственную базу данных проектирования и дополнительные программные средства, 
разработанные в рамках комплекса программ ГРИФ-4, с целью оптимизации и 
модернизации технологических процессов проектирования печатных плат. 
ГРИФ-4 имеет специальные уникальные средства формирования и хранения базы данных компонентов печатных плат (комплекс CompBox), средства Контроля 
проектов, средства Ускоренного формирования и Выпуска электронных комплектов Документации (комплекс УВД) на спроектированные ячейки и печатные 
платы. Перечисленные средства не имеют аналогов в САПР P-CAD 200х. САПР 
TopoR в свою очередь содержит уникальные средства для интерактивного и автоматического выполнения процедур размещения и трассировки печатных плат. 
Вместе с тем, внедрение САПР RUS-eCAD предполагает наличие у пользователя 
САПР P-CAD 200x. При наличии у пользователя системы SPECCTRA, она может 
успешно применяться, совместно с ГРИФ-4. Таким образом, ГРИФ-4 является 
консервативной оболочкой, а в качестве ядра может быть использована та САПР, 
которая имеет экспортно-импортные процедуры взаимодействия. Здесь можно 
отметить, появление таких процедур c начала 2014 года в системах OrCAD и 

Введение
12

Allegro фирмы Cadance. Это взаимодействие согласовано с характеристиками 
печатных плат в формате ГРИФ-4.
САПР RUS-eCAD предназначена как для использования в крупных, корпоративных предприятиях со значительным объёмом разработок и производства 
радиоэлектронных изделий (ячеек, модулей) на базе печатных плат (при объёме 
до 100 вновь проектируемых плат в год), так и для использования в условиях 
работы малых предприятий и отдельных индивидуальных пользователей.
Успех при выполнении таких разработок базируется на отработанных базах 
данных, библиотеках радиоэлектронных компонентов, платах стандартных и 
уникальных типоразмеров, а также на единых технологических процессах проектирования, которые установлены в ранге стандартов предприятия. Состав и 
содержание конструкторских документов, формируемых средствами ГРИФ, полностью соответствует требованиям отечественных ГОСТ, в том числе ЕСКД, а также требованиям к КД на оборонных предприятиях.
В настоящее время RUS-eCAD обеспечивает функционирование следующих 
технологических процессов проектирования:

 y Техпроцесс автоматизированного проектирования цифро-аналоговых ячеек РЭА на базе двух и многослойных печатных плат различных стандартных 
и нестандартных типоразмеров;
 y Технологический процесс конструкторского проектирования микрополосковых СВЧ и гибридных (смешанных) ячеек на базе двухслойных печатных плат;
 y Техпроцесс автоматизированного проектирования объединительных двух 
и многослойных печатных плат (ОПП);
При этом рекомендуется унификация ячеек в части конструкции планок (передних панелей ячеек) с элементами индикации, контроля и средств извлечения 
ячеек из блока, составляющими фронтальную часть таких ячеек. 
RUS-eCAD базируется на основных свойствах САПР P-CAD, ГРИФ-4 и ТOPOR, 
поэтому эта книга будет полезна не только новым, но и также опытным пользователям системы САПР P-CAD 200х. RUS-eCAD является мощным, полновесным 
инструментом разработчика-схемотехника и конструктора печатных плат. 
Структура комплекса ГРИФ предполагает наличие двух составляющих логических уровней, обеспечивающих адаптивность САПР к различным типам САПР 
печатных плат и электронных модулей. При этом уровни Баз Данных и Оболочки 
САПР ГРИФ являются независимыми от сменяемого ядра. Состав этих внешних 
логических уровней базируется на средствах САПР P-CAD 2000 (2006), дополненных собственными программными средствами ГРИФ, а в составе ядра может 
быть использована практически любая САПР печатных плат, имеющая в своём 
составе программные средства для выполнения экспортно-импортных операций обмена данными с САПР P-CAD. В данной книге в качестве сменяемого ядра 
по умолчанию рассматривается САПР в версии TOPOR-6-1. На рисунке 1.1 приведена структура объединённой САПР.

Введение
13

Рис. 1.1 Структура САПР RUS-CAD

Главной особенностью процедур оболочки является обеспечение инвариантности относительно ядра САПР и форматов его данных. Такой подход позволяет, приняв однажды формат описания данных наиболее освоенной на предприятиях РФ САПР P-CAD 200х в качестве основного формата, в дальнейшем успешно 
адаптировать процедуры оболочки при переходе к САПР с другими ядрами.
В качестве унифицированной оболочки САПР в данной работе рассматривается комплекс ГРИФ, разработка и совершенствование которой производилось 
(и сейчас производится) в процессе её плановой эксплуатации. Представленный далее материал, при необходимости, ссылается на описания состава 
средств и организации работы этой системы совместно с системами из упомянутого выше ряда САПР P-CAD. Попутно следует отметить, что на сегодняшний 
день, этот формат (в кодировке ASCII) позволяет использовать в качестве ядра 
такие системы как Spectra Expert System, Allegro и OrCAD фирмы Cadence Design 
System (США), САПР TopoR фирмы ООО Эремекс (Россия), а также САПР Altium 
Designer (Австралия). 
Опыт работы с ранее разработанными отечественными САПР, такими как 
ГРИФ-3 и РАПИРА (реализованной на ЕС ЭВМ), а также с системами P-CAD показывает, что они не могли в полной мере удовлетворить новым проектным требованиям к электронным проектам. Более того, фирма Altium официально сообщила 
о прекращении дальнейшего развития, поддержки и продажи последних версий системы P-CAD (по информации Российского дистрибьютера этих систем — 
фирмы РОДНИК СОФТ), а именно P-CAD 2004-2006, одновременно сообщив о вы

Введение
14

ходе на рынок с другой САПР аналогичного профиля, а именно Altium Designer 6, 
программные возможности которой частично соответствуют современным требованиям, предъявляемым к САПР этого класса, но которые не обеспечивают 
полной преемственности по отношению к САПР P-CAD, как в части идеологии 
построения, так и в части наработанных баз данных, библиотек, проектных процедур и опыта эксплуатации. 
Таким образом, дальнейшее развитие работ по проектированию печатных 
плат на многих предприятиях, с активным подключением к проектным работам 
схемотехников и конструкторов, представляется проблематичным по изложенным выше причинам, не говоря о недопустимо высоких финансовых затратах на 
приобретение лицензионных версий новых, зарубежных САПР данного класса и 
их практического внедрения. 
Отметим также, что число рабочих мест на базе персональных компьютеров, 
которые предназначены для разработки электронных модулей на базе печатных 
плат, составляет на крупном предприятии (по оценкам работы за последнее десятилетие) как минимум 100 -150 экземпляров, каждый из которых, в принципе, 
должен иметь на своём компьютере установленную лицензионную САПР, а цена 
самой дешевой из имеющихся на рынке экземпляров САПР, а именно P-CAD 
2006, составляла €13.500, цена экземпляра системы Specctra составляет более 
$40.000, а цена наиболее популярной на Западе экземпляра системы Mentor 
Graphics находится на уровне $100.000. 
К большому сожалению, масштабная разработка САПР печатных плат, которая 
проводилась на ряде предприятий СССР, практически была прекращена с началом перестройки. Отметим, что проведённый анализ рынка подобных отечественных САПР, показал отсутствие в РФ систем такого класса, которые обеспечивают сквозной (интегрированный) процесс проектирования, от интерактивного ввода принципиальной схемы и её моделирования, до пострассировочного 
анализа и выпуска комплектов файлов для изготовления плат (САМ) и формирования полного комплекта КД в электронном виде. Также отметим, что разработка полной и самостоятельной отечественной САПР печатных плат силами сотрудников даже крупного государственного или коммерческого предприятия в 
разумные сроки нереальна. 
Таким образом, создание современной отечественной САПР, удовлетворяющей потребностям предприятия, сегодня возможно только посредством разумной кооперации, использования в разработке принципов интероперабельности, при максимальном использовании имеющихся отечественных программных наработок.
Такая САПР должна содержать интерактивное ядро (в составе подсистем интерактивного размещения компонентов схемы на коммутационном поле печатной 
платы и модулей ручной и автоматической трассировки платы), а также программные модули оболочки для организации подготовки различных представле

Введение
15

ний компонентов для формирования библиотеки компонентов (условных графических обозначений компонентов на принципиальной схеме, посадочных мест и 
условных представлений корпусов компонентов), неграфических атрибутов для 
корпусов, трёхмерных изображений корпусов, чертежей установки компонента 
на плате, симуляционных моделей компонентов для различных видов моделирования, программных модулей контроля выполненных проектов и т.п., т.е. некоторую информационно-программную среду проектирования (оболочку).
В составе оболочки должны быть также программные модули подготовки технического задания для организации сквозного процесса проектирования, а также набор программных модулей (утилит) для контроля проекта на соответствие 
Техническому Заданию на проектирование изделия, формирования и выпуска 
графической и текстовой документации, в том числе на бумаге и в электронном 
виде, организовывать электронный документооборот, обеспечивать наполнение, ведение и модернизацию Базы Данных, а также интерфейсные модули для 
организации обмена данными с производством (САМ) и ядрами других САПР. 
Проведённый автором анализ имеющихся в этой области отечественных наработок позволил рассматривать в качестве ядра, при возможном варианте разработки отечественной САПР, систему TopoR (Topological Router), разработанную 
в филиале ООО Прософт Технолоджи (Санкт-Петербург) под руководством д.т.н. 
Лузина С.Ю. Автором книги выполнен тщательный анализ этой системы после 
закупки двух её лицензионных версий в 2007 года и проведены консультации с 
Лузиным С.Ю., на предмет участия подразделения разработки САПР в совместной разработке законченной сквозной САПР печатных плат (предварительное 
название RUS-eCAD). Признано целесообразным, при разработке системы, необходимость использования программных наработок, проведённых автором (в 
рамках разработанного и эксплуатируемого комплекса Гриф-4) для формирования проектной оболочки (в части организации логической структуры САПР, использования наработанных баз данных и специальных проектных процедур, в 
том числе для ведения библиотек) и организации подключения к ядру элементов оболочки, успешно используемых при работе с системой P-CAD 2000 и 
Specctra. 
Технические характеристики системы TopoR не имеют зарубежных аналогов и, 
в некотором смысле, превосходит свойства такой системы, как Specctra, которая 
считается лидером на мировом рынке автоматических систем размещения и 
трассировки. Система САПР, построенная с таким ядром и оболочкой на базе 
процедур Гриф-4, представляется конкурентоспособной на отечественном рынке программных продуктов этого класса. 
Основные характеристики системы TopoR приведены ниже:

 y Гибкая автоматическая топологическая трассировка соединений в произвольных направлениях (не только 90 и 45 градусов).