10 распространенных ошибок при проектировании в Altium Designer

0
2350
10 распространенных ошибок при проектировании в Altium Designer

Мы собрали 10 ошибок, которые чаще всего встречаются в проектах Altium Designer.

Вступление

Altium Designer является мощной системой автоматизированного проектирования печатных плат. Ключевым здесь является слово “автоматизированного”, что означает, что проектировщик перекладывает часть ресурсоемких задач, таких как проверка различных аспектов проекта, на вычислительные мощности компьютера.

Altium Designer позволяет осуществить тонкую настройку этой самой автоматизации, но зачастую эти возможности недооцениваются или игнорируются. В этой статье собраны и рассмотрены типовые ошибки, допускаемые при проектировании плат в Altium Designer с точки зрения использования инструментов автоматизации, и способы их избежания.

Содержание статьи:

1. Каждый проектировщик создает собственную библиотеку компонентов
2. Не выполняется проверка состава изделия (либо ее нарушения игнорируются)
3. Не выполняется настройка отчетов об ошибках компиляции
4. Не выполняется настройка отчетов об ошибках соединений
5. Не выполняется валидация проекта (либо ее нарушения игнорируются)
6. Не выполняется настройка компаратора
7. Не выполняется настройка правил DRC
8. Не используются 3D-модели компонентов
9. Не выполняется проверка DRC проекта (либо ее нарушения игнорируются)
10. Не выполняется целостное формирование выходных документов

1. Каждый проектировщик создает собственную библиотеку компонентов

Создание и хранение централизованных библиотек компонентов, размещаемых на сервере

Электронные компоненты являются основой любой печатной платы, поэтому крайне важно соблюдать корректность и целостность данных о компонентах в библиотеках. К сожалению, крайне распространена практика, когда каждый проектировщик в организации ведет собственную библиотеку компонентов.

Это приводит к тому, что используемые библиотеки компонентов не стандартизированы, за этими библиотеками нет контроля, и что, в конечном итоге, приводит к дублированию работы, поскольку одни и те же компоненты создаются множеством инженеров.

Файловые библиотеки компонентов Altium Designer (дискретные библиотеки, интегрированные библиотеки, библиотеки на основе баз данных) можно расположить на общедоступном ресурсе, таком как общая сетевая папка, но это тоже не избавляет от ряда проблем, связанных с ограничениями этих библиотек, например:

  • нет управления жизненным циклом компонентов;
  • отсутствует контроль доступа к определенным компонентам или их группам;
  • нет контроля применяемости компонентов в проектах;
  • отсутствует связь с физическими компонентами от производителей.

Для устранения этих и других ограничений, важных с точки зрения совместной работы, Altium предлагает создание и хранение централизованных библиотек компонентов, размещаемых на сервере: облачном Altium 365 Workspace или самоуправляемом (размещаемом в собственной сети предприятия) Altium Concord Pro.

2. Не выполняется проверка состава изделия (либо ее нарушения игнорируются)

проверка состава изделия

Состав изделия (Bill of Materials, BOM) является важным аспектом проекта электронного устройства. Выбранные для проекта компоненты должны быть подобраны не только в соответствии со своими техническими характеристиками – необходимо учитывать такие факторы, как стоимость компонентов (и, соответственно, конечную стоимость изделия), их доступность у поставщиков, стадию жизненного цикла компонента от производителя.

Неправильный подбор компонента может быть дорогостоящим, причем не только с точки зрения стоимости изделия, но и сроков поставки и его успеха на рынке в целом.

Altium Designer поддерживает комплексную проверку состава изделия с помощью средств верификации в документе ActiveBOM. Нарушения, которые доступны для проверки, разделены на две группы: нарушения, связанные с проектными объектами (такие как неактуальность ревизий объектов компонентов, дубликаты позиционных обозначений или номеров строк), и нарушения, связанные с вариантами выбора компонентов (т.е. нарушения, связанные с информацией о цепочке поставок компонентов, такие как отсутствие складских запасов компонента или отсутствие информации о цене).

Для каждого нарушения можно задать один из четырех уровней отчета: No Report (Нет отчета), Warning (Предупреждение), Error (Ошибка), Fatal Error (Критическая ошибка). Все найденные нарушения отображаются в основной таблице документа ActiveBOM, а также в панели Properties.

Информация в документе ActiveBOM добавляется автоматически по мере размещения компонентов на схеме, что делает его, фактически, одним из исходных документов проекта, а просто не выходным отчетом. Это позволяет проработать состав изделия на ранней стадии проектирования, подобрав компоненты, корректные с точки зрения управления данными и цепочки поставок.

3. Не выполняется настройка отчетов об ошибках компиляции

настройка отчетов об ошибках компиляции

Как правило, проектирование печатной платы начинается с создания электрической схемы. Altium Designer предлагает достаточно обширный перечень проверок, которые можно выполнить для выявления различных логических и графических нарушений схемы, список которых доступен на вкладке Error Reporting диалогового окна Project Options (команда Project » Project Options главного меню). Все нарушения, доступные для проверки, сгруппированы по нескольким категориям, в зависимости от того, с чем эти нарушения связаны: с компонентами, цепями, документами и т.д., и каждому нарушению можно задать подходящий уровень отчета.

Предлагаемые системой настройки по умолчанию могут не соответствовать вашим требованиям к проекту, поэтому этот список нарушений следует изучить и настроить. Например, нарушение Floating net labels отвечает за поиск меток цепей, не присоединенных к какой-либо линии связи (“подвешенных в воздухе” на схеме).

По умолчанию, этому нарушению задан уровень отчета Warning, но поскольку подобные нарушения могут привести к некорректному именованию цепей или, что еще хуже, созданию некорректной модели связности проекта, может быть целесообразным задать этому нарушению уровень Error или Fatal Error. Настройки ваших типовых проектов можно сохранить в шаблоне проекта, внося лишь изменения в соответствии с какими-либо специфическими требованиями.

4. Не выполняется настройка отчетов об ошибках соединений

настройка отчетов об ошибках соединений

По аналогии с предыдущим пунктом, есть возможность настройки допустимых соединений различных объектов цепей (выводов, портов, входов в лист) в зависимости от их типа. Например, если соединение входного вывода с выходным считается допустимым, то соединение двух выходных выводов или двух входных портов может быть ошибкой.

Для каждой пары объектов может быть настроен уровень отчета на вкладке Connection Matrix диалогового окна Project Options. На ней представлена матрица соединений, по строкам и столбцам которых приведены объекты различных типов, а уровень отчета задается ячейкой на их пересечении. Аналогичным образом, в этой же матрице можно настроить уровень отчета для неподключенных объектов (столбец Unconnected).

5. Не выполняется валидация проекта (либо ее нарушения игнорируются)

Валидация проекта в Altium Designer

После настройки отчетов о нарушениях нужным образом, для проверки проекта в соответствии с этими настройками необходимо провести валидацию проекта. Запуск валидации осуществляется с помощью команды Project » Validate PCB Project. Все найденные нарушения будут отображены в панели Messages. Панель открывается автоматически, если найдена хотя бы одна ошибка или критическая ошибка (т.е. нарушение уровня Error или Fatal Error).

Но в проекте также могут быть предупреждения (нарушения уровня Warning), которые тоже не следует оставлять без внимания, поэтому если панель не открылась автоматически, откройте ее вручную (View » Panels » Messages). Из сообщения в панели можно быстро перейти к соответствующему нарушению, просто дважды щелкнув по сообщению.

Если определенное нарушение не является проблемой в определенном месте схемы, но вы не хотите отключать полностью соответствующую проверку, вы можете поставить в этом месте схемы специальную метку – директиву No ERC, с помощью которой средство валидации будет игнорировать нарушения определенных типов (или все нарушения) в этом месте.

Важно избавляться от найденных нарушений, в частности перед передачей данных из схемы в плату.

6. Не выполняется настройка компаратора

Настройка компаратора Altium Designer

После того, как схема проекта создана и проверена, необходимо передать данные проекта из схемы в плату. Большим преимуществом Altium Designer здесь является то, что нет необходимости передавать какие-либо файлы из одного редактора в другой – за это отвечает компаратор, т.е. модуль сравнения данных на схеме с данными на плате. Но то, какие именно данные будут сравниваться и передаваться между редакторами, доступно для настройки пользователем.

Настройка передачи данных из схемы в плату осуществляются в диалоговом окне Project Options, на следующих вкладках:

  • Class Generation (Формирование классов) – определяет, какие классы объектов (цепей, компонентов, структурные классы) будут созданы в документе платы;
  • Comparator (Компаратор) – определяет, какие различия между схемой и платой будут определяться, т.е. что именно будет сравниваться;
  • ECO Generation (Формирование запросов на инженерные изменения) – определяет, какие изменения будут предлагаться для внесения, если были найдены различия.

На вкладках Comparator и ECO Generation все настройки включены по умолчанию, т.е. при обновлении документа платы будет проводиться поиск всех возможных различий, и для их устранения будет предлагаться внесение всех соответствующих изменений.

Иногда в этом может не быть необходимости. Например, по умолчанию для каждого класса компонентов в документе платы формируется комната (объект Room), которая задает ограничение на размещение этих компонентов в определенной области. Если проект достаточно простой, то создание комнат может быть избыточным. В этом случае, достаточно отключить тип различий Extra Room Definitions на вкладке Comparator – тогда добавление комнат не будет предлагаться при каждом обновлении платы.

Другой пример – проектировщик может создать в плате класс цепей, которого изначально нет на схеме. С настройками по умолчанию, это различие будет определяться компаратором, и для его устранения будет предлагаться удаление этих классов цепей из платы. В этом случае, можно отключить формирование запросов на эти изменения, настроив тип изменений Remove Net Classes на вкладке ECO Generation.

Как и прочие настройки этого диалогового окна, настройки компаратора можно сохранить в шаблоне проекта для быстрого использования тех настроек, которые вы чаще всего используете.

7. Не выполняется настройка правил DRC

Настройка правил DRC

Правила проектирования DRC (Design Rule Check) играют крайне важную роль при конструировании платы, поскольку они определяют ограничения, которым должен следовать редактор плат, чтобы получить проект, который может быть успешно изготовлен.

К этим ограничениям относятся правила для ширины трасс цепей, переходных отверстий, расстоянию между компонентами и т.д.

Накладываемые ограничения зависят от требований к конструкции и технологических возможностей производства. В связи с этим, важно не оставлять настройки правил по умолчанию, а задавать их в зависимости от этих факторов. В частности, компания Резонит предлагает собственный набор правил, который можно загрузить и применить к документу платы (перейти).

Настройки правил DRC хранятся в самом документе платы, поэтому вы можете задать в документе настройки, типовые для ваших проектов, и затем использовать этот файл платы в качестве шаблона для будущих проектов. Кроме того, вы можете экспортировать и импортировать настройки правил проектирования через диалоговое окно PCB Rules and Constraints Editor (Design » Rules).

8. Не используются 3D-модели компонентов

3D-модели компонентов в Altium Designer

Среди прочих проверок правил проектирования, следует особо выделить проверку на пересечения компонентов и корпусных деталей. Редактор плат Altium Designer обладает мощным 3D-ядром, который позволяет не только получать реалистичное представление конструкции в 3D, но и проводить проверку на минимальное расстояние между 3D-моделями. За эту проверку отвечает правило проектирования Component Clearance.

В отсутствие 3D-моделей компонентов, эта проверка осуществляется на основе объектов на слое Courtyard или шелкографии компонента. Конечно, использование 3D-моделей обеспечивает большую точность, что особенно важно для проверки на пересечения компонентов сложной формы или для проверки в вертикальном направлении (например, если один компонент размещается под другим, как показано на изображении ниже).

Также использование 3D-моделей необходимо для проверки на пересечения компонентов гибко-жесткой платы в ее различных состояниях (плоском, сложенном или каком-либо промежуточном состоянии).

9. Не выполняется проверка DRC проекта (либо ее нарушения игнорируются)

Проверка DRC проекта

Когда все правила DRC настроены нужным образом, необходимо контролировать, что конструкция платы соответствует этим настройкам. Проверка многих правил по умолчанию работает в режиме онлайн, т.е. при появлении нарушения в конструкции оно сразу будет подсвечено в рабочей области. Но следует иметь в виду, что такая динамическая проверка доступна не для всех правил.

Например, такое важное правило, как Un-Routed Net, отвечающее за выявление не растрассированных цепей, доступно для проверки только в пакетном режиме. Увидеть, какие режимы для каких правил доступны, можно в диалоговом окне Design Rule Checker (Tools » Design Rule Check), когда в нем выбран раздел Rules To Check или один из его подразделов.

Для выполнения проверки правил в процессе конструирования рекомендуется использовать панель PCB Rules And Violations. С ее помощью можно провести проверку любого отдельного правила, класса правил или всех правил. В этой же панели приводится список всех найденных нарушений, к которым можно осуществить переход в рабочей области.

Важно, чтобы все нарушения правил проектирования были устранены перед отправкой данных в производство, иначе можно получить конструкцию, которая не соответствует заданным требованиям или которую невозможно изготовить.

10. Не выполняется целостное формирование выходных документов

Целостное формирование выходных документов

После того, как плата разработана и сконструирована в соответствии со всеми требованиями и ограничениями, необходимо получить комплект выходных документов для изготовления печатной платы и печатного узла: распечатки схем, файлы Gerber, файлы Pick & Place и т.д.

Altium Designer позволяет формировать такие файлы по отдельности из соответствующих редакторов, но подобный подход сопряжен с проблемами целостности формируемых данных – после получения выходного документа возможно внесение изменений в исходный проект, и если не сформировать этот выходной документ заново, исходные и выходные данные больше не будут соответствовать друг другу.

Кроме того, такой подход является достаточно трудоемким, поскольку для каждого проекта требуется достаточно обширный комплект документов, и их формирование по одному займет много времени.

Эта проблема отчасти решается файлами Output Job, где можно заранее задать настройки всех требуемых выходных документов. Далее эти файлы добавляются в проект, и комплект всех выходных документов можно получить в несколько кликов.

Но наиболее целостный и комплексный подход к формированию выходных данных обеспечивает процесс выпуска проектов с помощью средства Project Releaser. Преимущества этого процесса заключаются в следующем:

  • Процесс выпуска осуществляется только для самых новых данных проекта, которые должны быть сохранены. После запуска процесса и подготовки к выпуску данных проекта, внесение изменений в проект недопустимо. При внесении изменений в проект, выпуск проекта не будет осуществлен, и его нужно будет запустить заново, для новых данных.
  • Выпуск проекта основан на файлах Output Job, присутствующих в проекте. Если в эти файлы добавлено формирование отчетов о проверке (таких как проверки ERC, DRC, проверка соответствия посадочных мест на плате компонентам в библиотеке и т.д.). Эти проверки будут выполнены в рамках подготовки данных проекта к выпуску. Если какая-либо из этих проверок не будет выполнена (например, будет найдено нарушение DRC в плате, как показано на изображении ниже), выпуск будет прерван. Будет необходимо исправить соответствующие нарушения в проекте и начать процесс выпуска заново.
  • Процесс выпуска тесно интегрирован с контролем версий. Если выпуск осуществляется на сервер управляемых данных, проект должен быть зафиксирован на сервере перед подготовкой данных. Таким образом, на компьютере проектировщика не останется каких-либо данных проекта, доступных только ему, поскольку они будут доступны в централизованном хранилище.

Заключение

Таким образом, Altium Designer обладает мощными средствами, позволяющими автоматизировать процесс проектирования и проверки проекта. При должном внимании к настройке этих средств, вы сможете сэкономить время на поиск и исправление ошибок на всех стадиях разработки проекта и спроектировать устройство, соответствующее всем техническим требованиям.