Elektrotehniki Fakultet Univerzitet u Beogradu Protel 99 SE

Elektrotehnički Fakultet Univerzitet u Beogradu Protel 99 SE Ivan Marjanović biker@verat. net ETF 2005 Prof. Dr Veljko Milutinović vm@etf. bg. ac. yu http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 1

Pregled • Designe Explorer • Šematski simboli • Rad sa Schematic Editor-om • Footprint • PCB Editor • Rutiranje ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 2

Designe Explorer Šta je Designe Explorer ? Designe Explorer je Protelov objedinjeni IDE. On automatski poziva sve ostale alate i služi za njihovu sinhronizaciju. Editovanje šema, rutiranje, simulacija kola, generisanje spiskova sve su to mogucnosti Designe Explorera. Format fajlova Postoje dva formata fajlova • MS Access db • Windows File System ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 3

MS Access db U ovom slučaju svi fajlovi se smeštaju u jednu bazu podataka koja je zajednička za ceo projekat. Windows File System U ovom slučaju svaki fajl ( Šema , PCB , simulacija ) se čuva posebno na disku. Ipak pri otvaranju Protel će generisati bazu podataka da bi mogao da otvori fajl. Preporučljivo je koristiti bazu podataka. Projekat započinjemo otvaranjem nove baze podataka i zadavanjem lokacije na diku. ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 4

ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 5

ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 6

ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 7

Designe Team – Administracija prava pristupa delovima projekta Recycle Bin – Sve što ste pobrisali od početka projekta. Documents – Svi aktivni fajlovi koji pripadaju projektu Kreiramo novi dokument. . . ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 8

ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 9

CAM output configuration se koristi se za generisanje raznih fajlova bitnih za proces fabričke izrade štampane ploče Document folder je novi direktorijum u projektu PCB Document je konkretan (fizički dizajn) štampane ploče PCB Library document se koristi za skladištenje footprintova PCB Printer je folija za izradu pločice spremna za štampu Schematic document je električna šema kola koje želimo da prenesemo na štampanu ploču Schematic Library Document se koristi za skladištenje šematskih simbola. Spread Sheet Doc. se koristi za tabelarno predstavljanje odredjenih vrednosti. Npr. vrednosti otpornika sa neke šeme ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 10

Text Document - neki takstualni fajl Waveform Document - Vremenski dijagrami neke simulacije Napomene – Protel ne proverava ispravnost !! Najčešće može da izrutira sve što nacrtamo na šemi na autoru je da proveri logičke greske. Pored toga sam program zna nekad da unese greške na šemu pa je pri svakom koraku projekta preporučljivo izvršiti provere. Protel na osnovu vrste pina (power, input, output. . . ) i njihovih konekcija generiše upozorenje i greške. Ovo najčešće ne znači mnogo !!!! Ako želimo da vršimo simulaciju u Protelu moramo uzeti elemente iz šematskih biblioteka Sim. lib i Spice. lib Svaki projekat pocinjemo otvaranjem novog šematskog dokumenta ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 11

ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 12

Selekcija Protel razlikuje dve vrste "selekcije" elemenata u helpu one se zovu Fokus i Selekcija. Na desnoj slici vidimo komponentu koja je u fokusu nju možemo pomerati , razvlaciti editovati tekst. . Na element u fokusu ne možemo primeniti Copy/Past ! Na slici levo vidimo selektovan element. Selekciju vršimo prevlačenjem , SHIFT+Click na komponentu. . ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 13

Selektija je KUMULATIVNA Svakim novim prevlačenjem samo dodajemo komponente u selekciju. ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 14

Selekciju poništimo izborom dugmeta De. Select. All. Objects iz Tool-bara ili pojedinačnim klikom na svaki posebno sa pritisnutim shift tasterom. (Mnogo) Lakši način za to je preko shortcut-ova X i S S se koriti za selekticu a X za deselekciju elemenata. ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 15

Elementi šeme Klikom na Tab pre postavljanja elementa dobijamo njegove osobine ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 16

Pre nego što počnemo da redjamo elemente na šemu moramo da otvorimo neku biblioteku ( Schematic library ) sa šem. simbolima. Po default-u otvorena je Miscellaneous Devices. ddb biblioteka koja sadrzi najosnovnije elemente šema. Nove biblioteke dodajemo izborom Add-Remove. . . iz Browsa-a Kada postavimo element na šemu duplim klikom na njega dobijamo prozor sa njegovim osobinama ( Properties ). ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 17

ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 18

Lib Ref Ime simbola unutar šematske biblioteke Footprint footprint elementa Designator Ovo je obeležije , ime , datog elementa i mora biti jedinstveno u celom projektu. U Protelu designatori koji se završavaju znakom pitanja su podrazumevani i nisu validni pa moraju biti promenjeni pre nego sto se predje na proveru šeme Part Type Ovo je komentar koji piše inženjer, ovde možemo upisati vrednost otpornika ili kapacitet kondenzatora npr. Sheet Path Koristi se kod projekata koji imaju šema na većem broju listova ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 19

Part Ovo označava broj elementa šeme u pakovanje. Naprimer kada se u jednom čipu nalaze 6 invertora oni će svi imati isti designator pošto su u jednom čipu pomoću ovog polja protel razlikuje o kom se invertoru radi pa mu dodeljuje odredjene pinove čipa. Selection Ovo polje je čekirano ako je element selektovan ( žuti okvir ) Hidden Pins Neki elementi imaju sakrivene pinove najčešće to su VCC i GND pinovi. Protel ih sam vezuje na Net-ove sa istim imenom. Čekiranjem ovog polja oni postaju vidljivi. Važno ova opcija nam omogućava da vidimo numeraciju pinova koja je važna za povezivanje sa footprintom. ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 20

ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 21

Junction Označava konekciju izmedju dve žice koje se susreću. Ako ga nema žice nisu fizički spojene Na sledećem slajdu zelenom su označene ispravne a crvenom neispravne konekcije. ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 22

ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 23

Port Ovo je vrsta implicitne konekcije i način povezivanja šema koje idu na vise listova "Multiple Sheets " Svi portovi sa istim imenom su fizički povezani. Port možemo oznaciti kao input , output ili bidirekcioni radi provere u ERC-u ( electrical rules check ) Ovo su Power Portovi i za njih važi slično pravilo osim što su oni vezani za Net dok se kod običnih portova posmatra Ime. ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 24

ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 25

Net ( Čvor ) U bukvalnom prevodu mreža definiše sve elemente koji pripadaju nekom čvoru na električnoj šemi. Na lici crvenom linijom je obeležen jedan Net. U taj net spadaju: Pin 1 kola U 1 Pin 1 otpornika R 1 Pin 3 potenciometra RP 1 Skupina svih Net-ova jedne šeme zove se Net lista i predstavlja način za jasno opisivanje topologije veza izmedju elemenata. ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 26

Najčešće nije potrebno eksplicitno kreirati Net listu Protel to radi automatski pri Update-tovanju PCB iz Schematic editora. Na sledećem slajdu vidimo izgled jedne Net liste. Protel snima net listu u fajlove tipa IME. NET ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 27

ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 28

ERC - electrical rules check Služi za generisanje izveštaja o šemi. Nalazi se u meniju Tools i pokrecemo kad zavrsimo sa izradim kompletne šeme da bi proverili da li smo nešto zaboravili da povežemo ili da li neke komponente imaju iste designatore itd. . . Annotate Koristi se za automatsko generisanje designator-a za sve elemente na šemi. ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 29

Footprint Šta je footprint? Footprint - otisak stopala, je predstava kako električni element fizički izgleda na štampanoj ploči. Koliko mesta zauzima, koliko ima pinova, koji je razmak izmedju njih i koliko su debeli ti pinovi itd. Sve je to opisano ovim modelom. Footprintovi se nalaze u PCB library Document-ima. Kada otvorimo PCB dokument na njega možemo staviti samo footprintove iz otvorenih PCB biblioteka. U novom PCB dokumentu uvek je otvorena Miscellaneous. ddb biblioteka. Nekoliko primera footprintova. . . ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 30

ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 31

ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 32

Povezivanje Schematic Doc. i PCB Doc. Pre nego sto prenesemo šemu koju smo uradili u Schematic editor-u u PCB dokument potrebno je da svim elementima upišemo footprintove. Problem je što nam Schematic editor ne daje opciju da ih izaberemo već moramo napamet odkucati imena footprintova za sve elemente. Onda kreiramo PCB dokument. U njemu otvorimo PCB biblioteke sa svim footprintovima koji nam trebaju , najčešće nam treba samo Miscellaneous. lib pa nema potrebe za dodavanjem i tek onda izvrsimo sinhronizaciju. Izgled prozora PCB editora sa nekoliko footprintova. . . ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 33

ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 34

Layer-i Pod Layer-om se obično podrazumeva sloj štampe na ploči ali u Protelu se pod tim imenom podrazumeva zeleni dielektrik preko štampe , bela štampa na ploči bilo koje mehaničke stvari koje imaju kontakta sa štampom itd. Poseban layer je Keep. Out. Layer koji predstavlja fizičke dimenzije štampane ploče. Crtanje po Top ili Down layer-u mi vršimo fizičko povezivanje elemenata na ploči bakrom. ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 35

Pad-ovi i Via-e Pad - desno Via - levo Pad predstavlja ostrvce bakra kojim se zavrsava neka traka na štampi. Osnovna razlika izmedju ostatka trake i njega je to što on neće biti pokrivek dielektrikom. Padovi mogu imati rupu ali su uvek vezani za neki Layer ( Top ili Down ) Via je konekcija izmedju dva Layera recimo gornjeg i dodnjeg kod dvoslojnih ploča. Ona uvek sadrzi rupu koja je metalizirana i ostrvca bakra sa obe strane rupe. Pomoću Via-e treke menjeju layere. ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 36

1. 2. 3. 4. Pad na gornjem Layer-u Pad sa rupom na gornjem Layer-u Traka ( vod ) na gornjem Layer-u Via izmedju gornjeg i donjeg Layer-a ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 37

Design Rules Designe Rules je skup pravila koja se definišu pre nego sto se počne rutiranje , povezivanje elemenata bakarnim vodovima. Ova pravila su veoma važna pri automatskom rutiranju i odredjuju izgled šeme koju generiše autoruter. U njima definisemo debljine vodova, min rastojanje izmedju komponenata i vodova, Layer-e koji su dozvoljeni za rutiranje itd ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 38

Merne jedinice U Protel merna jedinica je inch (imperijalni sistem) Iz praktičnih razloga koristi se hiljaditi deo inča koji se označava kao mil = 1/1000 inch 100 mil = 2. 54 mm Aproksimacija 1 mm ~ 40 mil Dimenzije footprintova su uvek vezane za imperijalni sistem !! Na slici DIP 16 i SOIC 16 pakovanja a = 100 mil b = 50 mil ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 39

Primer Kolo se sastoji od promenljivog regulatora napona LM 317 tri Zener diode , tri LED diode i pasivnih elemenata. Potenciometrom RP 1 kontrolišemo izlazni napon regulatora. Zavisno od vrednosti napona regulatora i probojnih napona Zener dioda svetleće odredjene LED diode. ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 40

ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 41

ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 42

ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 43

ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 44

Update Designe Connectivity sekcija se odnosi na povezivanje projekta koji se sastoji od više šematkih listova u jedan. Ovo je važno ako su šeme strašno velike ili se dešava da se neki deo šeme više puta ponavlja u kompletnoj šemi. Append sheet numbers to local nets – samo u Multi-Sheet projektima (Isključena) Assigne Net to Connected Copper – Ona ažurira Net vrednosti bakra na ploci koji je u kontaktu sa nekim elementima Net-a tako što ih pridruzuje tom Net-u. (Uključena) Descend into Sheet Parts – samo u Multi-Sheet projektima (Isključena) ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 45

Commponent sekcija se odnosi na footprintove komponenata. Update Commponent footprints – Ako na PCB ima već komponentu sa istim Designatorom ali se razlikuju u footprintu ova opcija omogućava da se footprint PCB komponente automatski zameni onim koji je naveden na električnoj šemi. (Uključena) Delete Commponents – Sve komponente koje se nalaze na PCB a nema ih na električnoj šemi biće uklonjene. (Uključena) Generate PCB rules according to schematic layout directives U principu ovo nikada ne daje željene rezultate preporučljivo je da sami pre početka rutiranja proverite i definišete designe rules. Classes – Samo za Multi Sheet projekte ili stvarno velike projekte Deli komponente na klase (poželjno je isključiti) ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 46

ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 47

Warnings Tab Ako nema ovog tab-a NE ZNAČI da ste sve uradili kako treba. On sadrži poruke o greškama ili upozorenja o nedostacima. Potrebno je kliknuti i na Preview Changes i pogledati da li ima grešaka sa opcijom Only show errors. Tek onda možemo biti sigurni da je sve uredu. Retko kada se dešava da je moguće ignorisati greške i izgenerisati adekvatan PCB. Protel nudi tu mogućnost ali nije preporučljiva. Naprimer : Ako neka komponenta nema definisan footprint i mi zanemarimo upozorenje o tome, Protel generiše sve komponente osim te i net liste takve da ne sadrže ni jednu vezu ka toj komponenti. U našem slučaju prijavljeno je da tri komp. nemaju footprint i da jedna ima nedozvoljen designator. ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 48

U ovom slučaju nedozvoljen designator je U? (regulatora LM 317) Njega prepravimo na U 1 koji do tada još nije korišćen. Footprint-ovi nedostaju potenciometru RP 1, konektoru J 1 i regulatoru Definišemo im footprintove na sledeći način LM 317 —> TO-220 ( ovo je zvanično kućište za LM 317) J 1 —> SIP 2 ( obo je klasican 2 -pinski konektor ) RP 1 —> SPOWER 3 ( footprint za naponski konektor ) SPOWER 3 se koristi za naponsku 3 -polnu klemu ali pošto je razmek izmedju rupa identičan kao kod potenciometra ( 200 mil ) i širine rupa odgovaraju pinovima potenciometra mozemo ga upotrebiti u ovu svrhu. Izaberemo ponovo Update Designe i kliknemo na Execute ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 49

ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 50

Keep. Out Layer Sada oko elemenata nacrtamo pravougaonuk u keetout layer-u koji predstavlja dimenzije ploče. Sve što postavljamo na štampu i rutiramo mora se nalaziti unutar tog pravougaonika. From-To-s Pošto smo update-ovali dizajn, izmedju povezanih komponenata na električnoj šemi, u PCB editoru vidimo tanke linije koje povezuju pinove na istom Net-u ( pinove koji treba da budu fizički spojeni ). U Protelu takve linije zovemo From-To one nam pomaže kod manuelnog rutiranja , i postoji samo za Net-ove koji još nisu formirani. From-To topologija je vezana za net listu šeme i Routing Topologiju koju smo izabrali u sekciji Design Rules ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 51

ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 52

ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 53

Placement je raspored komponenata na štampanoj ploči. Protel ima auto placer ali je njegova primena ograničena. Kada se dodje do idealnog rasporeda na štampanoj ploči čovek je nezamenljiv. Dobar raspored podrazumeva što manji broj ukrštanja From-To linija. Takva konfiguracija je po pravilu lakša za rutiranje pa samim tim i za izradu. Na sledećem slajdu vidimo jedan takav raspored. Zbog malog broja elemenata u ovom primeru to je lako izvesti. ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 54

ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 55

Rutiranje Postoje dve vrste rutiranja: 1. Automatska (auto route) Ovaj pristup brzo daje rešenje ali je često izvodljiv samo za ploče sa dva i više layer-a. Kod single layer ploča daje rešenje samo ako se kolo moze svesti na planaran graf !!! 2. Ručna ( interactively route connections ) Preporučljiva je za single layer ploče ili kada rutiramo na malom prostoru. ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 56

ddd ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 57

Pre nego sto započnemo auto rutiranje potrebno je da podesimo "pravila dizajna" (Designe Rules). ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 58

Najvaznija pravila su: Clearance Constraint - minimalna razdaljina izmedju dva provodnika. Routing Layers - Izbor Layer-a na kojima vršimo rutiranje. Po default-u Protel radi sa najmanje dva layer-a, ako radimo na jednom layer-u (single layer board) moramo reći Protelu da ne koristi drugi (Not used) pri autorutiranju. Ovo nas ne sprečava da koristimo taj Layer u ručnom rutiranju. Width Constraint - Zadajemo minimalnu, maksimalni i preferiranu debljinu vodova na štampli. Component Clearance Constraint - minimalni razmak izmedju dve komponente. Nastavljamo sa Autorutiranjem. ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 59

ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 60

Ovo je prost slučaj pa je autorouter uradio svoj posao i ako se radi o jednom layer-u. Situacija je često mnogo komplikovanija. U donjem primeru elekticne šeme imamo dva konektora sa ukrštenih 5 konekcija ako probamo da to izrutiramo dobićemo manje elegantno rešenje. . . ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 61

Na levoj slici možemo videti da su sve Form-To linije ukrštene. Rešenje koje daje autoruter možemo videti na slici desno. Ako smanjimo prostor za rutiranje autoruter će se "zbuniti" ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 62

Slika levo, autoruter nije mogao da izvede rutiranje u zadatom prostoru pa je kratko spojio sve linije. Ovo je odstupanje od Clearance Constraint i Protel to prijavljuje jarko zelenom bojom. Ako mu dopustimo rad u dva layera gotovo uvek moze da izrutira štampu. Rešenje primenom dva layer-a vidimo na slici desno. ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 63

Trikovi za lakse ručno rutiranje Promena debljine voda - zapocnimo crtanje voda u nekom od layer-a i pritiskom na TAB dobijamo ekran u kome mozemo promeniti dabljinu linije Promena Layer-a - Ako želimo da konekcija promeni Layer najlakše to radimo tako sto započnemo rutiranje u željenom layer-u onda sa + ili - promenimo layer, će automatski generisati prelaz (Via) izmedju Layera. Identifikacija Net-a - Ako kliknemo na neki vod koji smo već izrutirali Protel će obeleziti belom bojom sve ostale vodove koji pritadaju istom Net-u. ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 64

Designe Rules Check - DRC Koristimo ga da proverimo da li se sadrzaj pločice slaže sa zadatim ograničenjima , designe rules. Rezultati provere se izdaju u vidu izveštaja koji nas može upozoriti da smo zaboravili da povežemo neke Net-ove ili da smo nešto kratko spojili itd. Kada izaberemo opcije Designe rules check-a potrebno je kliknuti na Run DRC za pokretanje provere, klikom na OK samo zatvaramo prozor : ) ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 65

ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 66

Izgled DRC izveštaja ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 67

3 D izgled štampane ploče ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 68

Čemu sve ovo ? Na kraju najčešće bazu projekta dostavljamo proizvodjaču da bi nam on na osnovu nje uradio štampanu ploču. Protel ima u sebi ugradjem menadžer za generisanje fajlova za fabričku proizvodnju CAM Manager. Najvažniji fajlovi su: Gerber files - Korisi ih fotoploter da napravi pozitive Layer-a NC Drill files - Koristi ih NC busilica da bi izbusila rupe Pick and Place files - Ako ploca sadrzi SMD elemente ovi fajlovi se koriste da omuguće fabričko montiranje i lemljenje SMD elemenata. Ovo su samo najvažniji fajlovi koje generiše CAM Manager. ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 69

HVALA NA PAŽNJI ETF 2005 http: //galeb. etf. bg. ac. yu/vm/os/mips/ 70