Урок 22. Трассировщик P.R.Editor XR. Выполнение проверок и генерация отчетов.
На предыдущем занятии мы научились трассировать плату в автоматическом режиме. Сам принцип многопроходной автотрассировки предполагает наличие ошибок на начальных проходах с последующим их исправлением. В случаях очень сложных плат велика вероятность, что программа не сможет устранить все нарушения, поэтому после завершения процесса автотрассировки рекомендуется выполнять проверку правил проектирования (DRC, Design Rule Check). На данном занятии мы научимся выполнять такую проверку, исправлять найденные ошибки, а также формировать итоговый отчет.
Для работы нам потребуется специальный пример Preditor1.pcb, который входит в комплект стандартной поставки программы CADSTAR.
1. Находясь в редакторе плат системы CADSTAR выполним команду меню File | Open, в появившемся окне выберем папку Self Teach и в ней файл Preditor1.pcb, после чего нажмем кнопку Открыть.
Откроется окно редактора печатных плат с выбранным проектом.
2. Выполним команду меню View | View All или нажмем
кнопку 
на панели инструментов.
3. Выполним команду меню Tools | PREditor XR.
4. В появившемся на экране диалоговом окне RIF Export Option нажмем кнопку OK.
5. В появившемся на экране окне отчета нажмем кнопку Close и закроем его.
На экране откроется окно программы P.R.Editor XR, в котором будет отображаться выбранный нами проект печатной платы.
Проверка ошибок трассировки
Прежде чем приступать к трассировке топологии, изменим ряд настроек программы.
1. Выполним команду меню Configure | Routing | Routing Tool или нажмем комбинацию горячих клавиш CTRL+T.
Рис. 1. Настройки автотрассировщика.
2. В появившемся окне Routing Tool Options сделаем настройки, как показано на рисунке 1, а именно: разрешим добавление переходных отверстий (Vias Allowed) и трассировку с нарушениями (Errors Allowed), и главное, включим проверку DRC «на лету» (On Line DRC). Ширина проводников при трассировке будет установлена согласно значению параметра Necked, стиль трассировки будет ортогональным (Angle 90). Будет выполнено: 1 проход (Passes) и 10 попыток (Effort).
3. Нажмем кнопку OK и закроем окно.
Как мы помним, файлы, загружаемые в программу P.R.Editor XR, помимо проектных данных включают дополнительную информацию о правилах проектирования, которая описана в виде атрибутов. Перед началом работы с топологией рекомендуется сформировать специальный отчет, в котором будет отображена вся информация о заданных в проекте атрибутах.
4. Выполним команду меню Utilities | Reports | Attributes.
Рис. 2. Отчет о настройках атрибутов.
На экране появится окно Attributes Report (рис. 2), в котором приведена следующая информация, упорядоченная в отдельные разделы:
— Basic Spacing Rules — Общие правила, определяющие зазоры между объектами топологии, например, space_trk_pin, space_trk_smd и т.д. Задаются в окне Spacing Rules, вызываемом командой меню Configure | Spacings.
— Optimum Spacing Rules — Правила, определяющие оптимальные зазоры, например, opt_trk_via, opt_trk_pin т.д., которые будут использоваться при оптимальной трассировке, запускаемой с помощью команды меню Routing | Optimal Spacing. Задаются в окне Spacing Rules, вызываемом командой меню Configure | Spacings.
— Width And Layer Rules — Правила, описывающие ширины проводников на слоях (например, net_width), а также ряд других настроек слоев (например, via_layer_pairs, stacked_vias и т.д.
— Bond Wire Rules — Правила ограничивающие максимальную и минимальную длину проволочных перемычек в MCM проектах, например, bond_len_max и bond_len_min.
— Net/Spacing Class Definitions — Правила, определяющие классы цепей (например, net_class) и зазоры между ними (например, spacing_class).
— Mitering and Fattening Rules — Правила, описывающие на уровне платы параметры сужения или расширения проводников (например, min_len_thin, min_len_fat), а также их скосов или скруглений (например, miter_min, miter_max).
— Pin Routing Attributes — Правила трассировки выводов компонентов, например, suppress_pin, pin_routing.
— Differential Pair Definitions — Описания дифференциальных пар цепей, например, pin_diff_pair.
— Network Topology Rules — Правила, определяющие порядок соединения выводов в цепи, например, pin_order, src_pin_order.
— Length/Delay Controls — Правила, задающие ограничения на минимальную или максимальную задержку сигнала в цепи, например, pin_max_length, pin_min_delay, pin_length_group.
— Crosstalk Attributes — Параметры необходимые вычислителю Field Solver для оценки перекрестных искажений, например, volt_amplitude, rise_time т.д.
Приведенные в отчете данные могут помочь нам выявить наиболее критические элементы и правильно определить стратегию трассировки.
5. Сейчас от нас не требуется детального анализа настроек проекта, поэтому просто закроем окно отчета.
Для изучения того, как работает механизм проверки ошибок DRC, принудительно введем в проект несколько ошибок. Чтобы ошибки были хорошо заметны на экране, настроим для них специальный цвет.
6. Выполним команду меню View | Appearance, нажмем
кнопку 
на панели инструментов или нажмем комбинацию горячих клавиш CTRL+H.
7. В появившемся диалоговом окне Appearance выполним щелчок левой кнопкой мыши на значке +, расположенном слева от категории Errors Items на закладке Electrical.
Категория раскроется и в списке появятся две строки, одна из которых (Error) задает цвет подсветки учавствующих в нарушении объектов, а вторая (Error Letter) задает цвет текстовых маркеров ошибок (рис. 3).
Рис. 3. Диалоговое окно настройки цвета объектов.
8. Выполним щелчок левой кнопкой мыши на названии подкатегории Error. Вся строка окажется выделенной, а изменение цвета затронет все слои.
9. Нажмем кнопку Change Color Of Selection и в появившемся окне Choose Color с помощью мыши выберем малиновый цвет.
Новая настройка цвета тут же отобразится в выделенной строке в окне Appearance.
10. Выполним щелчок левой кнопкой мыши на названии подкатегории Error Letter.
11. В появившемся окне Choose Color с помощью мыши выберем желтый цвет.
Новая настройка цвета тут же отобразится в выделенной строке в окне Appearance.
12. Нажмем кнопку Close и закроем окно Choose Color.
13. В диалоговом окне Appearance нажмем кнопку Apply, чтобы передать сделанные изменения в проект, и нажатием кнопки OK закроем окно.
Приступим к прокладке проводников.
14. Выполним команду меню View | Frame или нажмем
кнопку 
на панели инструментов.
15. С помощью мыши зададим окно охвата таким образом, чтобы на экране оптимально отображалась область платы с микросхемой U19.
16. Выполним команду меню Routing | Manual Route или нажмем
кнопку 
на панели инструментов.
17. Наведем указатель мыши на вывод 6 микросхемы U19, выполним щелчок левой кнопкой мыши и сдвинем курсор немного вверх.
Так как ранее мы разрешили ошибки трассировки, то программа спокойно проложит проводник на верхнем слое платы поверх расположенных на этом слое контактных площадок той же микросхемы и подсветит объекты, участвующие в нарушении, малиновым цветом.
18. Выполним щелчок левой кнопкой мыши и зафиксируем вертикальный сегмент проводника (рис. 4).
Рис. 4. Подсветка ошибок трассировки «на лету».
19. Сдвинем указатель мыши вправо и проложим второй сегмент проводника горизонтально, чтобы он пересекался с уже имеющимся на слое Top проводником.
20. Щелчком левой кнопки мыши зафиксируем его.
21. Нажмем клавишу ESC и прервем трассировку.
Итак, в результате проделанных нами манипуляций мы получили проводник, нарушающий несколько правил проектирования, определяющих минимально допустимые зазоры. Отметим, что трассировщик P.R.Editor XR выполняет проверку только для активных слоев и видимых объектов.
Режим проверки правил DRC «на лету» удобен тем, что очень наглядно показывает ошибки во время ручной трассировки платы. При этом предполагается, что пользователь сам опознает эти ошибки по мере их появления. В случае автоматической трассировки, ошибок может быть много, и однозначная их идентификация будет затруднена. В этом случае используется пакетная проверка DRC с добавлением маркеров ошибок. Рассмотрим, как работает эта функция, но прежде сбросим полученную ранее подсветку ошибок.
22. Выполним команду меню Utilities | Checks | Clear errors.
Проводники и контактные площадки примут свой обычный вид. Теперь предположим, что мы ничего не знаем об этих ошибках, например, они сделаны программой в автоматическом режиме, и нам необходимо их найти и исправить. Настроим и выполним пакетную проверку DRC.
23. Выполним команду меню Configure | Utilities | Check.
Рис. 5. Диалоговое окно настройки пакетной проверки DRC.
На экране появится диалоговое окно Check Options (рис. 5), в котором имеются
четыре закладки, на которых выбираются правила, применяемые к объектам: разных
цепей
Кнопки On и Off позволяют одновременно включить или выключить все правила на выбранной закладке, а «галочка» Check в верхней части каждой закладки позволяет исключить из проверки всю соответствующую группу правил.
24. Убедимся, что все настройки на закладке
25. Перейдем на закладку Same Net и выключим «галочку» Check Same Net Items.
26. Перейдем на закладку Trunking и выключим «галочку» Check Trunking Items.
27. Перейдем на закладку Miscellaneous и выключим «галочку» Check Miscellaneous Items.
28. Нажмем кнопку OK и закроем окно Check Options.
29. Выполним команду меню Utilities | Checks | Routing Check и с помощью мыши укажем область платы, где должна быть выполнена проверка.
На экране появится отчет о найденных ошибках. Объекты, участвующие в нарушении будут подсвечены, а непосредственно в местах нарушений появятся текстовые маркеры ошибок (рис. 6).
Рис. 6. Маркеры ошибок, добавленные в ходе пакетной проверки DRC.
Легко видеть, что система найдет две ошибки: одна из них будет помечена маркером TT (Track to Track) — нарушение зазора между проводниками разных цепей, вторая маркером TP (Track to Pin) — нарушение зазора между проводником и контактной площадкой разных цепей. Полный перечень возможных меток ошибок приведен ниже. Обратите внимание, что метки ошибок обозначаются строчными буквами, если нарушение замечено между объектами одной цепи, и большими, если в нарушении используются объекты разных цепей.
CC cc copper-to-copper, нарушен зазор «область металлизации — область металлизации»
AB - placement-to-profile, нарушен зазор «контур компонента — граница платы»
at - угол между проводником и краем контактной площадки менее 90 градусов
В общем случае, когда ошибок много, они могут находиться в разных частях платы. Для просмотра ошибок используется инструмент навигации Locate.
30. Выполним команду меню Edit | Locate | Errors или нажмем
кнопку 
на панели инструментов.
Система изменит масштаб таким образом, чтобы на экране оптимально отображалась первая из найденных ошибок. В строке состояния в нижней части экрана появится сообщение «<1 of 2> : Error Letter TP», которое означает, что показана первая из двух найденных ошибок и ее метка TP. Переход между найденными ошибками осуществляется щелчком левой кнопкой мыши или нажатие клавиши TAB.
31. Выполним щелчок левой кнопкой мыши.
Система покажет вторую найденную ошибку с меткой TT.
32. Нажмем клавишу ESC и выйдем из режима просмотра ошибок.
Нам остается лишь очистить топологию от маркеров ошибок.
33. Выполним команду меню Utilities | Checks | Clear errors.
Следует помнить, что удаление маркеров ошибок и соответствующей подсветки не исправляет самих ошибок.
Формирование отчетов
Программа P.R.Editor XR позволяет формировать различные отчеты, включающие информацию о проекте и степени его завершенности. Одним из наиболее важных является общий отчет о топологии проекта.
1. Выполним команду меню Utilities | Reports | Board Properties.
Рис. 7. Общий отчет о топологии проекта.
На экране появится окно отчета Board Properties Report (рис. 7), в котором будет находиться общая информация о проекте: количество компонентов, цепей, переходных отверстий, сегментов проводников, их суммарная длина, длина проводников на каждом слое и т.д. Обратите внимание, что в самом конце отчета будет приведена информация о сделанных нами ошибках трассировки.
2. Закроем окно отчета.
Не менее интересным является отчет со статистической информацией цепей.
3. Выполним команду меню Utilities | Reports | Net Statistics.
Рис. 8. Статистическая информация цепей.
В появившемся на экране окне Net Statistics (рис. 8) в первом столбце приведен полный список цепей проекта, а в остальных пяти столбцах отображается следующая информация:
— Total_Conns — общее число связей цепи;
— Unrtd_Conns — число неразведенных связей;
— Unrtd_Length — суммарная длина неразведенных связей;
— Route_Length — суммарная длина разведенных сегментов;
— Angle_Length — суммарная длина разведенных неортогональных сегментов;
— Wrong_Length — суммарная длина сегментов, проложенных с нарушением приоритетного направления на слое;
— Length_Ratio — отношение суммарной длины цепи к ее манхеттеновской длине;
— Total_Vias — суммарное число переходных отверстий цепи;
— Blind_Vias — суммарное число глухих переходных отверстий цепи;
— Buried_Vias — суммарное число скрытых переходных отверстий цепи;
— Modified — признак того, что цепь модифицировалась с момента последнего сохранения проекта.
4. С помощью мыши выберем одну из цепей из списка в первом столбце.
Система изменит вид таким образом, чтобы оптимальным образом отображать выбранную цепь. Так как окно Net Statistics является немодальным, на практике бывает полезно использовать для отображения информации не обо всех, а лишь о некоторых цепях.
5. Не закрывая окно Net Statistics выполним команду меню Select | Named Signal.
6. В появившемся окне Select Named Signal (рис. 9) в списке Net Attributes выберем класс цепей bus.
Рис. 9. Выбор цепей определенного класса.
Все цепи, принадлежащие классу цепей bus, окажутся выделенными и попадут в список Selected.
7. Нажмем кнопку OK и закроем окно Select Named Signal.
Выбранные цепи будут показаны в окне Net Statistics, и для них будет выведена вся статистическая информация. Таким образом, описанный метод позволяет выбирать цепи не только по имени, а по любому признаку (атрибуту) и оперативно получать информацию о ней. Разумеется, выбрать цепь можно и непосредственно на топологии платы щелчком левой кнопки мыши. Отметим, что наиболее интересным параметром в данном отчете является Length_Ratio, который показывает, насколько эффективно оттрассирована цепь.
8. Нажмем кнопку Close и закроем окно Net Statistics.
Информацию об объектах на плате можно получать с помощью обычной команды Query.
9. Выполним команду меню Utilities | Query.
10. Выполним щелчок левой кнопкой мыши на любом из объектов топологии.
Рис. 10. Отчет Query для сегмента цепи.
На экране появится окно отчета, в котором будет представлена основная
информация об указанном объекте. Пример отчета для сегмента цепи показан на
рисунке 10. Здесь приведены: тип объекта (type), слой (layer), имя цепи (net),
статус блокировки (status), координаты концов (start, end), длина (length),
длина цепи от узла до узла
11. С помощью мыши выберем еще несколько объектов и посмотрим, как меняется содержимое окна отчета.
Рис. 11. Отчет Query для контактной площадки компонента.
Например, при щелчке на одной из контактных площадок компонента отчет примет вид, показанный на рисунке 11. Здесь приведены: тип объекта (type), слой (layer), имя цепи (net), координаты (position), стиль (pad type), направление трассировки (exit), статус сваппинга (svapable), класс выводов (pin_class), размеры (size/shape). Далее в отчете будет содержаться информация о компоненте, которому принадлежит данная контактная площадка.
Описанные выше отчеты является не редактируемыми. В то же время не следует забывать о команде Item Properties, которая по сути является еще одной разновидностью отчета, но предоставляет возможность редактирования свойств объекта.
12. Выполним команду меню Utilities | Item Properties или нажмем
кнопку 
на панели инструментов.
13. Выполним щелчок левой кнопкой мыши на контуре компонента U42.
На экране появится диалоговое окно Component (рис. 12), в котором будут приведены основные параметры компонента. Имеющиеся здесь текстовые поля и выпадающие списки дают возможность редактировать данные.
Рис. 12. Редактируемый отчет Item Properties для компонента.
14. Не будем здесь ничего менять и просто закроем окно, нажав кнопку Cancel.
Обратите внимание, что в случае использования команды Item Properties, пользователь, прежде чем выбрать другой объект, должен закрыть диалоговое окно. На практике полезно пользоваться следующим правилом: если необходимо просто посмотреть информацию об одном или нескольких объектах топологии, то лучше использовать команду Query, а если предполагается редактирование параметров, то лучше использовать команду Item Properties. Также не следует забывать, что все параметры должны меняться в допустимых пределах, например, система не позволит сделать проводник более широким, чем разрешено для данной цепи, или применить стиль переходного отверстия, который связывает слои, отличные от исходных.
Следует упомянуть еще об одном виде отчета, которым на практике пользуются очень часто — это инструмент измерения расстояния между объектами.
15. Выполним команду меню Utilities | Separation или нажмем
кнопку 
на панели инструментов.
16. С помощью мыши укажем две произвольные точки на плате.
На экране появится окно Separation Report с простым отчетом, в котором будет
отображено только расстояние между указанными точками. В случае, когда в момент
задания точек под указателем мыши находится
Рис. 13. Измерение расстояния между двумя объектами топологии.
Например, можно изменить текущие единицы измерения.
17. Не закрывая окно Separation Report, выполним команду меню Configure | Units.
18. В появившемся на экране окне Length Units в выпадающем списке Length Units выберем строку millimeters (mm), а в поле Number of Decimal Places зададим число отображаемых цифр после запятой — 3 (рис. 14).
Рис. 14. Изменение единиц измерения.
19. Нажмем кнопки Apply и OK.
Пока содержимое окна Separation Report не изменилось.
20. С помощью мыши снова укажем две произвольные точки на плате.
Теперь информация в окне Separation Report обновится, а все данные будут представлены в миллиметрах.
Отметим, что внутренняя база данных программы P.R.Editor XR использует метрическую систему и единицы измерения DSU (Data Structure Unit), равными 0.01 мкм (10E−8 м). Преобразование между различными системами измерения выполняются с помощью этих единиц и используют их целочисленные значения, поэтому никаких ошибок округления или приближения не возникает.
21. Закроем окно Separation Report.
Оценка трассируемости проекта
Программа P.R.Editor XR имеет специальный инструмент, позволяющий в любой момент работы над проектом оценить его трассируемость — некий набор параметров, позволяющий сделать вывод о возможности 100% разводки платы.
1. Выполним команду меню Utilities | Reports | Routability.
Рис. 15. Отчет о трассируемости платы.
На экране появится диалоговое окно Routability (рис. 15). Главным параметром здесь является параметр Routability Index (коэффициент трассируемости), который рассчитывается как соотношение всей доступной для трассировки площади сигнальных слоев к площади, необходимой для прокладки всех проводников с учетом. При расчете коэффициента трассируемости используются заданные ширины проводников, зазоры между цепями, размеры контактных площадок и переходных отверстий, запрещенные зоны и другие параметры. Более подробное пояснение о методике расчета этого коэффициента можно получить, нажав кнопку Routability Index.
В общем случае, если коэффициент трассируемости составляет 2−2.5, то с большой степенью вероятности можно сказать, что плата может быть разведена на 100%. В случае, если плате присутствует большое количество SMD компонентов, сильно загружающих наружные слои платы, то коэффициент трассируемости должен быть не ниже 3−3.5.
2. Нажмем кнопку Unroutable Pads.
В поле справа от кнопки система отобразит число контактных площадок, трассировка которых невозможна. Причины данного вывода могут быть разными: незаданные направления трассировки; неправильно описанная форма; ширина стрингера (Necked) может быть задана слишком большой, и трассировка будет нарушать требования по зазорам до соседних площадок или других объектов. Найти проблемные контактные площадки можно с помощью функции Locate.
3. Нажмем кнопку Cancel и закроем окно Routability.
4. Выполним команду меню Edit | Locate | Unroutable Pins или нажмем
кнопку 
на панели инструментов.
Система изменит вид таким образом, чтобы оптимально отображать первую проблемную контактную площадку и выведет сообщение «Pad does not check legally» (контактная площадка размещена с нарушениями).
5. Нажмем кнопку OK и закроем окно сообщения.
6. Выполним щелчок левой кнопкой мыши или нажмем клавишу Tab.
Система покажет следующую проблемную контактную площадку и выведет знакомое нам сообщение.
Попробуем разобраться в причине ошибки.
7. Нажмем кнопку OK и закроем окно сообщения.
8. Выполним команду меню Utilities | Checks | Legality Checks.
На экране появится окно отчета Legality Checking, содержащее отчет об ошибках размещения компонентов. Из этого отчета следует, что ряд компонентов на плате установлены вне сетки размещения, и это есть причина, по которой система воспринимает их контактные площадки не трассируемыми.
9. Закроем окно отчета Legality Checking.
10. Снова выполним команду меню Utilities | Reports | Routability.
В окне Routability имеются еще несколько кнопок. Кнопка Grid Loss позволяет оценить эффективность соотношений шага рабочей сетки и ширин/зазоров проводников. Кнопка Odd Biased Layers выводит информацию слоях с заданным приоритетным направлением трассировки, а также сколько проложенных проводников на слое соответствует этому направлению, и сколько контактных площадок имеет правильное направление трассировки стрингеров. Кнопка Pad Separation позволяет оценить, какое максимальное количество проводников может быть проложено между наиболее близко расположенными контактными площадками для настроек по умолчанию.
Также здесь расположен инструмент, позволяющий построить карту вероятной плотности трассировки. Предполагаемая плотность проводников отображается цветом, палитра соответствия приведена в нижней части окна.
11. Нажмем кнопку Density map.
Система рассчитает карту плотности трассировки и отобразит ее на топологии платы (рис. 16).
Рис. 16. Карта вероятной плотности трассировки топологии.
12. Чтобы увидеть всю плату целиком, выполним команду меню View | View All
или нажмем
кнопку
на панели инструментов.
Легко видеть, что на плате имеется большое число областей подсвеченных синим и зеленым цветом, что означает, что оценочная плотность трассировки на плате не превышает 50%.
13. Нажмем кнопку OK и закроем окно Routability.
В завершение данного занятия нам остается только выйти из трассировщика P.R.Editor XR без сохранения текущих результатов.
14. Выполним команду меню File | Exit.
15. В появившемся окне Save нажмем кнопку Discard.
На следующем занятии мы подробно рассмотрим приемы интерактивной трассировки.