книги / Основы построения САПР и АСТПП

проектирования,— это образует входной протокол. Результаты проектирования пользователь получает в виде графической и алфавитно-цифровой информации, что образует выходной про­ токол.

§ 3.2. ИНТЕГРИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИЭТ

Интегрированные САПР являются самыми распространен­ ными системами проектирования ИЭТ и процесса их изготов­ ления. Проблемы создания таких систем наиболее проработаны, структура ИНСАПР полностью сложилась.

Рассмотрим общие вопросы построения ИНСАПР. Програм­ мное обеспечение интегрированных САПР содержит проблемноориентированные программные модули, уп­ равляющие программы, банки данных.

Структура проблемно-ориентированного программного модуля (ПРОПМ) представ­ лена на рис. 3.4. Данный модуль позволяет решать отдельные прикладные задачи. Мо­ дуль содержит входную часть, обрабатываю­ щую язык описания задачи; блок решения, обрабатывающий математическую модель; выходную часть, выдающую или передаю­ щую результаты работы блока решения. Проблемно-ориентированные программные модули объединяются (интегрируются) в единую САПР со структурой, представлен­ ной на рис. 3.5.

Разнообразные ПРОПМ могут созда­ вать различные организации, эти модули также интегрируются в систему, сохраняя индивидуальные входные и выходные про­ токолы. В этом случае пользователь через интерактивно-графическую станцию (ИГС)

вызывает из банка данных соответствующий ПРОПМ и решает задачу соответствующего этапа проектирования ИЭТ. Результа­ ты работы модуля могут выдаваться в БД согласно внутреннему унифицированному представлению данных. Последнее подразу­ мевает, что эти данные могут использоваться многократно при работе с другими ПРОПМ.

Отдельные ПРОПМ объединяются в пакеты прикладных программ целевого назначения (пакеты обладают своими вход­ ными языками и совместимостью в пределах данного ППП). Интегрированные САПР необходимы для создания и исследова­ ния новых системно-схемно-технологических решений на пред- приятиях-изготовителях ИЭТ различного назначения. Они же

61

интегрируют опыт специалистов-разработчиков ПРОПМ за многие годы. Такие системы требуют очень развитых вычисли­ тельных средств, примерная структура которых показана на рис. 3.6. Совершенствование ИНСАПР шло по пути улучшения системы управления единой базы данных, объединения языков описания объектов проектирования, упрощения операции добав-

Рис. 3.5. Структура интегрированной САПР

ления нового модуля или новых математических моделей объ­ ектов проектирования.

Детализированная структура ИНСАПР показана на рис. 3.7. Основные требования к ИНСАПР:

1) обеспечение простого доступа к САПР, который реализу­ ется языковыми средствами описания проектируемого объекта, ориентированными на конкретного пользователя, и специаль­ ным транслятором, переводящим описание в соответствующую программную модель;

2)обеспечение прямого доступа пользователя к вычисли­ тельным средствам. Данное требование реализуется с помощью специальных интерактивно-графических средств, связанных ли­ ниями связи с мини- и средними ЭВМ, и специальных опера­ ционных систем, реализующих мультипрограммный режим вы­ числений на ЭВМ. В этом режиме пользователь может ставить задачу, вводить данные, получать результаты проектных и рас­ четных операций;

3)максимальная универсальность, позволяющая решать с помощью одних и тех -же программных модулей широкий круг проектных задач;

4)максимальная приспособленность (адаптация) к усло­

виям проектирования. Это подразумевает создание программно-

62

информационных средств, обеспечивающих выполнение проект­ ных работ по широкому классу изделий при различных усло­ виях проектирования. Под различными условиями проектирова­ ния понимается изменение используемой в проектировании

К внешним сетям ЭВМ

Рис. 3.6. Иерархическая структура технических средств САПР

элементной базы, конструктивов, технологических требований, парка исполнительных автоматов, состава и форм конструк­ торской документации, появление более современных методов проектирования. В основе реализации максимальной приспо­ собленности лежат модульный принцип построения програм­ много обеспечения (ПО) и .отделение данных от программ, т. е. создание БД, связанной программным интерфейсом с ПРОПМ (рис. 3.7);

63

5) обеспечение прямого выхода на технологические автома­ ты, т. е. выходные данные должны непосредственно подаваться на станки с числовым программным управлением или на фото­

наборные установки для изготовления печатных плат или эле­ ментной бйзы ИЭТ.

Интерактивно -графические станции

Рис. 3.7. Детализированная структура ИНСАПР

Программно-информационное обеспечение ИНСАПР вклю­ чает лингвистическое, системное, программное и прикладное программное обеспечение. Структура лингвистического и про­ граммного обеспечения ИНСАПР представлена на рис. 3.8.

Интегрированная САПР печатных плат. Основные направ­ ления работ по созданию и внедрению ИНСАПР связаны с функциональным и конструкторско-технологическим проектиро­ ванием ИЭТ различного назначения.

Широкая стандартизация и унификация аппаратуры, реали­ зация рассмотренных выше принципов построения ИНСАПР позволили создать ряд типовых САПР, охватывающих доста­ точно широкий спектр задач проектирования изделий электрон­ ной техники (рис. 3.9).

Интегрированные САПР печатных плат имеют необходимую техническую и эксплуатационную документацию, обеспечивающую возможность их про­ мышленного внедрения. К таким системам относятся следующие ИНСАПР: интегральные цифровые и аналоговые схемы, печатные платы, цифроанало­ говые преобразователи (ЦАП) и аналого-цифровые преобразователи (АЦП),

64

сверхвысокочастотные (СВЧ) тракты н схемы в полосковом исполнении, микромодули н микросборкн.

Подробнее в качестве примера рассмотрим ИНСАПР печатных плат н

микросборок, как наиболее развитые и применяемые в радиоэлектронной про­ мышленности.

электронной техники. Возрастание сложности аппаратуры, успехи технологии привели к тому, что резко повысилась трудоемкость конструирования печат­ ных плат из-за увеличения габаритных размеров, числа и разнообразия раз­ мещаемых на плате элементов, плотности монтажа и числа слоев металлиза­ ции. Задача проектирования печатных плат является очень важной, н под­ тверждение тому тот факт, что первые промышленные САПР были ориенти­ рованы на решение этой задачи.

Характерной особенностью ИНСАПР печатных плат является архитек­ тура ТС; в таких системах используется одно- и двухуровневая структура ТС (рис. 3.10).

Маршрут прохождения проекта включает следующие этапы: ввод исход­ ных данных н их корректировку; проектирование топологии печатной платы; доработку проекта в интерактивном режиме; получение конструкторской до­ кументации.

Реализация данного маршрута в различных ИНСАПР печатных плат может отличаться из-за распределения функций и способов взаимодействия между пользователем и ИНСАПР. В первом случае пользователь вводит в

ЭВМ подготовленный эскиз топологии посредством съемщика координат и далее в интерактивном режиме создается топология (рис. 3.11, а). Во втором случае ввод эскиза может осуществляться сразу в интерактивном режиме, но маршрут останется тем же (рис. 3.11, а). В третьем случае могут вводиться

только исходные данные (технические требования на печатную плату). Тогда маршрут проектирования будет иметь вид, представленный на рис. 3.11, б, причем весь процесс создания топологии печатной платы может проходить автоматически без участия проектировщика.

Радиоэлектронные системы большой сложности (системы управления, слежения, передачи данных)

Радиоэлектронные системы средней сложности

(ЭВМ, приемопередатчик радиосигналов НЧ, СЧ, ВЧ, СВЧ диапазонов)

Радиоэлектронные системы малой сложности (телевизоры, радиоприемники)

Элементы

ГИС, сие, ВИС, СБИС, ЦАП, АЦП,

микромодули, микросборки)

Компоненты (транзисторы, лампы, резисторы,

катушки индуктивности, конден­ саторы)

Печатные платы

Рис. 3.9. Спектр изделий электронной техники

Отметим, что в ИНСАПР автоматический режим полностью никогда не реализуется. Чаще всего проектирование печатных плат происходит в интер­ активном режиме (рис. 3.11, б, основные этапы обведены пунктиром). Поэто­ му ИНСАПР печатных плат, обеспечивающие интерактивный режим, нашли

Рис. 3.10. Типовая структура технических средств ИНСАПР печатных плат

на современном этапе развития САПР наиболее широкое применение. В та­ кой системе интеллектуальные способности человека и способность ЭВМ за короткий отрезок времени выполнять большой объем рутинной работы объ­ единены так, что проектирование ведется при тесном взаимодействии пользо­ вателя н ЭВМ под контролем человека. Например, пользователь может после

66

проведения заданного числа соединений в автоматическом режиме оценить и подправить результат, может изменить размещение и повторить трассировку.

Основное требование, предъявляемое к интерактивным системам, — обес­ печение возможности вмешательства пользователя на любом этапе проекти­ рования для внесения изменений в размещение элементов или трассировку.

Цех

Рис. 3.11. Маршруты проектирования печатных плат на уровне под­ готовленного эскиза (а), на уровне требований к печатным пла­ там {б)

В целом ИНСАПР печатных плат должна реализовывать следующие функции:

—система проектирования должна выдавать все сообщения об ошибках;

—пользователю все сообщения об ошибках должны быть понятны без ознакомления с алгоритмами или программами;

—предлагать по возможности информацию по исправлению

тех или иных ошибок;

—позволять пользователю размещать некоторые или все элементы вручную;

—изображать сигнальные цепи, связанные с некоторыми или всеми размещенными элементами;

—назначать автоматически логические элементы в корпусе микросхем и переставлять эти элементы или внутри корпусов, или среди корпусов микросхем;

—размещать автоматически и переставлять группы корпу­ сов микросхем и дискретных элементов или компонентов;

— гарантировать допустимые расстояния между корпусами

итрассами;

—обеспечивать контроль и корректировку процедур прове­ дения трасс по отдельным выводам элементов;

—обеспечивать введение по желанию пользователя коэффи­ циентов для параметров процедур с целью минимизации длины

отдельных соединений, выделения горизонтальных или верти­ кальных направлений для соединений или размещаемых эле­ ментов;

—учитывать в алгоритмах трассировки правила конструи­ рования, чтобы полученный результат не нуждался в коррек­ тировке;

—обеспечивать по возможности переход от одного алгорит­ ма трассировки к другому автоматически согласно техническим требованиям на печатную плату.

Перечисленные функции ИНСАПР в максимальной степени реализуются с помощью ИГС. Интерактивно-графическая стан­ ция определяется как комплекс аппаратурно-программных средств, обеспечивающих гибкое и удобное для пользователей взаимодействие с ЭВМ при решении инженерных задач. ИГС являются терминальным пунктом любых САПР с любой архи­ тектурой ТС (см. рис. 3.5, 3.6, 3.10). Характерная особенность

преобразования объектов в символьной и графической форме, передачи массивов данных). Важный параметр ИГС — эффек­ тивность языка графического взаимодействия, которую можно соотнести с уровнем квалификации пользователей.

Интегрированные САПР микросборок и электронных моду­ лей. Интегрированная САПР микросборок и электронных моду­ лей является продолжением ИНСАПР печатных плат и обеспе­ чивает автоматизированный выбор элементной базы устройства, выбор конструктивной базы и подробное решение следующих задач: компоновки, размещения конструкций, трассировки электрических соединений этих элементов на объединительных платах устройств; анализа функционирования конструкций в условиях воздействия дестабилизирующих факторов различной физической природы (см. гл. 5); подготовки документации для организации технологической подготовки производства’и конт­ роля ИЭТ. Общая структура данной ИНСАПР показана на рис. 3.12.

68

Такая ИНСАПР органически объединила три стадии проек­ тирования ИЭТ: схемотехническую, конструкторскую и техноло­ гическую. На каждой стадии используются САПР, включающие четыре подсистемы общего характера: 1) информационного обеспечения; 2) интерактивного взаимодействия; 3) подготовки технической документации; 4) управления процессом проекти­ рования. В систему входят также шесть подсистем проблемно-

Техническое задание

Рис. 3.12. Структура ИНСАПР микросборок и электронных мо­ дулей

прикладного характера: 1) анализа принципиальных схем ИЭТ; 2) синтеза принципиальных схем ИЭТ; 3) анализа конструк­ ций ИЭТ; 4) синтеза конструкций ИЭТ; 5) анализа технологи­ ческих процессов изготовления ИЭТ; 6) синтеза технологиче­ ских процессов изготовления ИЭТ.

Управление процессами проектирования в каждой подсистеме происходит на основе управления программами соответствующих пакетов прикладных программ с помощью подсистемы интерактивного взаимодействия.

Название ППП совпадает с характером перечисленных задач, решаемых подсистемами ИНСАПР. Структурная схема взаимодействия составляющих частей САПР при проектировании ИЭТ (микросборок и электронных моду­ лей) показана на рис. 3.13. Согласно структурной схеме, пользователь через «модуль связи с пользователем» производит настройку ППП на режим проек­ тирования под управлением ОС. Далее формирует задание и производит ре­ шение конкретной задачи с помощью «транслятора», «загрузчика» и «плани­ ровщика процесса», который берет исходные данные из банка данных н пере­ дает в «прикладной программный модуль».

В подсистемах синтеза принципиальных схем, конструкций и технологи­ ческих процессов изготовления ИЭТ осуществляется поэтапный синтез реше­ ний по формированию конструкций и технологической подготовке их произ­ водства.

69

подсистем -передаются в подсистемы анализа схем, конструкций и технологи­ ческих процессов, где анализируются принятые решения и оценивается их оптимальность. Типовые решения и другие необходимые данные могут запра­ шиваться в подсистеме информационного обеспечения. Принятые решения передаются в подсистему подготовки технической документации. Работой подсистем руководит программа, которая автоматизирует выполнение потоков заданий, осуществляет непосредственное взаимодействие с техническими средствами вычислительной системы путем обработки прерываний всех видов,

обеспечивает централизо­ ванное выполнение опера­ ций обмена с внешними уст­ ройствами, организацию мультипрограммной работы обслуживания запросов об­ рабатывающих программ.

Подсистема подготовки

технической документации осуществляет составление технической документации на проектируемую ИЭТ на основании принятых типоповых решений, типовых до­ кументов, получаемых из подсистемы информационно­ го обеспечения.

В подсистеме синтеза конструкций ИЭТ происхо­ дит формализация описания элементной базы н формиро­

на подложке, трассировка соединений на подложке.

В подсистеме синтеза технологических процессов изготовления ИЭТ про­ изводятся оптимизация параметров моделей технологических операций, по­ строение обобщенной модели технологического процесса.

Нормативно-справочная информация, обеспечивающая синтез конструкций или технологических процессов, поступает из подсистемы информационного обеспечения.

Подсистема анализа принципиальных схем обеспечивает анализ схем в частотной и временной областях (получение амплитудно-частотных и фазо­ частотных характеристик, параметров переходных процессов), оценку устой­ чивости при воздействии дестабилизирующих факторов.

Подсистема анализа конструкций дает информацию о правильности раз­ водки проводников при трассировке коммутационных плат микросборок, о распределении температурного поля, о величинах паразитных связей между основными электронными трактами.

Подсистема анализа технологических процессов изготовления ИЭТ осу­ ществляет анализ стабильности технологических параметров во времени, ана­ лиз и распознавание дефектов технологического процесса.

70