Программный комплекс формирования БД-компонентов и обмена данными между участниками проектных работ в САПР.
Комплекс Compbox

Комплекс ГРИФ‑4 представляет собой надстройку над системой проектирования печатных плат. Он основан на базе форматов и процедур САПР P‑CAD 200x и содержит значительное число дополнительных программных и информационных наработок, позволяющих эффективно проектировать печатные платы с учетом адаптации САПР P‑CAD к условиям оформления проектов и конструкторской документации в соответствии с требованиями стандартов Российской Федерации.

Как справедливо отмечается в технической литературе, создание библиотек компонентов является важнейшим этапом, определяющим успех всего проекта. Напомним также, что не менее важно и оформление проектной документации — процедура весьма трудоемкая и ответственная, и ее успешное выполнение зависит от тщательной подготовки всех исходных данных, необходимых для оформления проекта. В рамках данной статьи эта проблема не затронута, она скорее заслуживает отдельного обсуждения и обмена опытом. В комплексе ГРИФ‑4 для автоматизированного выпуска комплекта конструкторской документации на печатную плату создан специальный программный комплекс УВД (ускоренный выпуск документации), способствующий эффективному формированию КД в соответствии с требованиями ЕСКД.

Анализ вводимых в базу данных САПР корпусов компонентов, проведенный для определения набора топологических типов и разработки программ-калькуляторов, наиболее часто встречающихся в практике конструкторов печатных плат, позволил выделить 12 таких типов, охватывающих около 95% корпусов. В таблице приведен перечень данных типов и указаны соответствующие аббревиатуры, рекомендованные в стандарте IPC‑7351A.

Перечисленные в таблице и указанные ниже модули-калькуляторы предназначены для быстрого, безошибочного формирования библиотечных компонентов и организации эффективного обмена данными о свойствах новых компонентов между взаимодействующими организациями, которые выполняют проекты печатных плат с помощью САПР P‑CAD 200x, комплекса ГРИФ‑4 либо других САПР, в которых предусмотрены импортно-экспортные операции по обмену проектными файлами. В качестве таких САПР могут быть использованы Altium Designer, ORCAD, Allegro, Topor.

Следует отметить, что в составе програм-много обеспечения ГРИФ‑4 предусмотрен программный модуль ExtEl.exe. Эта программа выбирает описание библиотечных компонентов (посадочных мест) из указанного фирменного библиотечного РСВ‑файла (поставляемого фирмой — изготовителем компонентов) и создает библиотеку нужных компонентов в формате РСВ в папке PCB_new. Эту папку программа создает в директории, в которой находится входной файл. Также из входного файла программа выбирает атрибуты библиотечных элементов (наименование, тип УГО, фирму-изготовителя, посадочное место — Pattern) и создает XLS-файл с этими данными, записывая их в соответствующую колонку. Элементы во входном файле могут быть расставлены в произвольном порядке. В файлах создаваемых компонентов происходит:

1. Переименование контактных площадок (Pad) — например, “P:EX60Y60D38A” на “R1.5H1.0” в соответствии с таблицей условных наименований КП в САПР ГРИФ‑4. Эти условные обозначения разработаны по рекомендациям стандарта ODB++.
2. Замена шрифтов всех текстов на “A2.5” в соответствии с таблицей шрифтов и их размеров для формирования конструкторской документации в системе ГРИФ‑4.

Кроме перечисленных программ-калькуляторов, разработано три неспециализированных программных модуля общего назначения:

Модуль FCOMP.exe — корневой модуль, он запрашивает и формирует текстовую информацию о компоненте в директории C:\Comp_xxxxxx, которая является, по сути, боксом хранения данных создаваемого компонента (БХК), после чего заканчивает работу либо передает управление графическим калькуляторам, перечисленным выше. Запущенный далее выбранный из таблицы специализированный калькулятор формирует графические файлы с чертежами установки компонента на плате (Mounting) и его посадочное место (pattern или footprint). Эти файлы имеют формат P‑CAD PCB и читаются системами P‑CAD 2000…P‑CAD 2006.

После заполнения БХК, контроля и возможной коррекции находящихся в нем данных (средствами систем P‑CAD) бокс готов для долговременного хранения в БД системы проектирования, а при необходимости и для передачи в другое конструкторское подразделение или на другое предприятие, которое использует САПР P‑CAD. Каждый БХК содержит информацию только об одном компоненте любого из указанных выше типов. Для занесения (передачи) информации о компоненте в разделы БД комплекса ГРИФ‑4 необходимо воспользоваться специальным модулем CompToBD.exe, который автоматически передает (разносит) данные из БХК в соответствующие разделы БД комплекса ГРИФ‑4. Только после такого пополнения БД ГРИФ‑4 появляется возможность формирования набора (от англ. heap — «куча») компонентов на основе:

• файла технического задания конструктору на проектирование электронного модуля в формате IPX, то есть простого текстового формата ASCII 1251;
• файла перечня компонентов электронного модуля в специальном формате PSF (перечень в специальном формате);
• файла списка связей между компонентами электронного модуля в формате Tango, автоматически формируемого из файла принципиальной схемы средствами P‑CAD SCH.

Модуль SRCompBD.exe — программа анализа полноты БХК и соответствия данных в БД комплекса ГРИФ‑4 и данных в описании хранимых компонентов. Эта программа позволяет производить синхронизацию хранимых данных, которую выполняет администратор БД, вручную обрабатывая БД компонентов и содержимое боксов хранения (БХК) данных. Это особенно важно при децентрализованном пополнении баз данных различными участниками ассоциации пользователей САПР P‑CAD 200x в корпорации (и в других объединениях пользователей этой САПР).

По мнению разработчиков, БХК является эффективным средством обмена библиотечными данными между проектировщиками печатных плат, так как каждый бокс имеет синтаксически стандартизованное имя папки на диске C: в виде Comp_xxxxxx, где хххххх является наименованием компонента и содержит девять поддиректорий, в том числе:

1. 3DM — трехмерный образ корпуса компонента в формате Solid Works и (возможно) рисунки видов корпуса компонента в пиксельном .JPG- или другом формате.
2. DataSheets — информация о функциональном и графическом описании компонента, в формате .PDF или в любом другом.
3. Mounting — чертеж формовки выводов компонента и его установки как приложение к сборочному чертежу проектируемого электронного модуля. Формат этих данных желательно иметь в .PCB- или любом другом доступном формате. При отсутствии графического файла возможен вариант ссылки на какой-либо широко распространенный формат. Здесь же может находиться и рисунок корпуса компонента в пиксельном формате .JPG или другом.
4. NGA — набор неграфических атрибутов, необходимых для формирования и выпуска спецификации на печатную плату. Запись этих данных имеет простой текстовый формат. У каждой записи есть стандартные метки атрибутов и конкретное значение атрибута.
5. PCB — посадочное место и упрощенное изображение корпуса компонента в формате P‑CAD 200x, а также рисунок посадочного места компонента в пиксельном формате .JPG или другом. В этом же каталоге содержится автоматически сформованное посадочное место с фанаутами (для некоторых типов компонентов с планарными выводами).
6. SCH — описание схемы принципиальной компонента в формате .SCH и рисунок условного графического отображения компонента на принципиальной схеме, в пиксельном формате .JPG. В некоторых вариантах имеет смысл записывать библиотечный файл УГО компонента (в формате ххх.lib).
7. S‑P — сформированная строка (Symbol-Pattern) для занесения в главный реестр компонентов C:\Grif\Tab\S‑P.txt, содержащая полную информацию о компоненте в простом текстовом формате или в формате Excel.
8. AddPart — чертежи дополнительных деталей, необходимых для крепления компонента или для его охлаждения (радиаторы и т. п.). Формат этих чертежей может быть любым, но желательно РСB. Для перевода чертежа, выполненного в форматах AUTO CAD, в формат РСВ используется новый, корректно работающий программный конвертер DXFPCB.exe, входящий в состав прикладных программ ГРИФ‑4. Здесь же находится рисунок условного графического отображения деталей в пиксельном формате .JPG— как вариант исходного чертежа, но в пиксельном формате для его быстрого просмотра, независимо от формата исходного чертежа.
9. Служебная записка от разработчика электронной ячейки (или объединительной платы), с перечнем новых используемых в проекте печатной платы компонентов и их краткого описания для ввода нового компонента в БД. Как правило, такая служебная записка должна составляться для каждого вновь вводимого компонента в БД.

Представленное программное обеспечение (Compbox) позволяет в режиме диалога задавать минимально необходимые данные, характеризующие вновь вводимый в БД компонент. Эти данные обычно принимаются из чертежа компонента в ТУ на него или в DataSheet. Введенные данные позволяют автоматически формировать бокс как директорию с назначенными поддиректориями, которые содержат готовую неграфическую (текстовую) информацию (в поддиректориях DataSheet, NGA и S‑P) и готовую графическую информацию (в поддиректориях 3DM, Mounting, PCB, SCH, AddPart).

Ниже приведен пример формирования посадочного места микросхемы средствами комплекса Compbox и сделаны необходимые пояснения.

Исходные данные для формирования нового компонента задаются разработчиком электронного модуля в виде стандартизованной служебной записки в конструкторский отдел. Пример записки приведен на рис. 1.

Рис. 1. Служебная записка на ввод нового компонента в БД

На основе этой записки конструктор формирует бокс хранения данных о компоненте. Заготовка пустого БКХ (файл Comp_xxxxxxx) имеет вид (рис. 2).

Рис. 2. Вид заготовки директории для формирования компонента «Микросхема 5576ХС4Т»

Как правило, в этот момент все папки-поддиректории пусты, поскольку пуста заготовка — папка Comp_xxxxxxx. Конструктор переписывает файл описания микросхемы, подготовленный инженером-схемотехником (обычно это файл в формате PDF), в папку DataSheets. Схемотехник также должен передать конструктору файлы УГО вводимого компонента, которые конструктор записывает в папку SCH (обычно это файлы хххх.sch и хххх.jpg). При наличии у конструктора данных для поддиректории 3DM (то есть файла описания компонента в формате SolidWorks) их следует туда внести.

Далее конструктор формирует данные для неграфических атрибутов с помощью программного модуля Fcomp.exe, уже занесенного в БКХ. После щелчка на имени этого модуля открывается диалоговое окно, которое заполняется на основе данных, имеющихся в служебной записке.

Пример диалогового окна для формирования неграфических атрибутов приведен на рис. 3.

Рис. 3. Пример заполнения текстовых данных (неграфических атрибутов) для формируемого компонента

По окончании ответов на все запросы программы необходимо щелкнуть клавишу «Создать NGA». Программа заполнит данными две папки — Nga и S‑P. Вид данных в первой папке приведен на рис. 4.

Рис. 4. Содержимое папки с неграфическими атрибутами вводимой микросхемы

Формат этой записи является стандартным видом записи в СУБД реляционного типа. Каждая строка состоит из метки и значения атрибута. В данном примере метка НР — наименование раздела в спецификации на электронный модуль (ячейку), а далее указан этот раздел — «Прочие изделия». Ниже следуют метки: НЭ (наименование элемента), ПН (полный номинал), ТУ (технические условия), КЛ (количество), ПР (примечание), ТТ (технические требования), ПЧ (положение на чертеже), Выс. (высота компонента после установки на плате) и АБД (администратор БД).

В папку S‑P (Symbol-Pattern) программа записывает подготовленную строку в Главный реестр компонентов в ГРИФ‑4. Вид этой строки приведен ниже:

!Микросхема !Integrated Circuit !5576ХС4Т !АЕЯР.431260.734ТУ ! ! !M4224.256-3!5576XC4T-003 !С формованными выводами!LCC pin=256.

Столбцы строки данных имеют разделители в виде символа «!». Они содержат последовательно данные:

1. Наименование компонента на русском языке.
2. Наименование компонента на латинице (используется при выполнении внешних заказов).
3. Полное наименование компонента (условное обозначение изделия).
4. Децимальный номер ТУ или наименование фирмы — изготовителя компонента.
5. Единицы измерения номинала.
6. Значение номинала.
7. Имя посадочного места (Pattern) или код корпуса.
8. Код УГО.
9. Вариант установки (по ОСТ, по рисунку, по файлу).
10. Комментарий, обычно топологический код корпуса и количество выводов. Для некоторых компонентов — специальные метки (температурная стабильность, имя группы, дата формирования строки, фамилия автора и т. п.).

Ввод графической части описания компонента осуществляется после выбора из таблицы соответствующего программного модуля (калькулятора). В нашем примере нужен модуль Fcsog.exe, который записывается в бокс из директории загрузочных программных модулей ГРИФ‑4. Для реализации диалога с этим модулем следует использовать габаритный чертеж микросхемы (DataSheets), в данном случае имеющей код корпуса M4224.256-3 (рис. 5).

Рис. 5. Габаритный чертеж корпуса микросхемы 5576ХС4Т

После запуска модуля Fcsog.exe необходимо заполнить требуемые поля. Пример диалогового окна калькулятора для формирования графических данных компонента приведен на рис. 6. Перед заполнением диалоговой таблицы следует так сориентировать габаритный чертеж компонента, чтобы первая ножка (pin) находилась с левой стороны компонента. Таким образом задается нулевая ориентация компонента (Zero Rotation), что настойчиво рекомендует стандарт IPC‑7351, поскольку это важно при работе автоматов раскладки и распайки компонента.

Рис. 6. Заполненная диалоговая таблица модуля Fcsog.exe

По заполнении нужных граф программа выведет вторую диалоговую таблицу, показанную на рис. 7.

Рис. 7. Второй запрос калькулятора Fcsog (клавишу «Выход» следует использовать для продолжения диалога)

Программа сформирует данные для папки PCB и папки Mounting. В первой помещены два файла — посадочное место для этой микросхемы в формате PCB и посадочное место для этой микросхемы в том же формате, но с фанаутами. Оба варианта приведены на рис. 8 и 9.

Рис. 8. Посадочное место микросхемы 5576С4Т без фанаутов

Рис. 9. Посадочное место микросхемы 5576С4Т с фанаутами

В папке Mounting программа автоматически формирует чертеж установки микросхемы, полностью оформленный в соответствии с ЕСКД и созданный в необходимом формате PCB. Вид этого чертежа приведен на рис. 10.

Рис. 10. Чертеж установки микросхемы 5576ХС4Т в корпусе М4224.256-3

Отметим, что в строгом смысле слова этот файл является не чертежом установки компонента, а рисунком для монтажника, выполняющего ручную расстановку и пайку компонентов, поэтому масштаб здесь может отличаться от требований ЕСКД. При просмотре данного файла (формат его — РСВ) нетрудно увеличить размер рисунка и проверить совмещение выводов микросхемы и контактных площадок посадочного места (PAD). При обнаружении каких-либо проблем предусмотрен повторный запуск графического модуля, который сохраняет весь предыдущий диалог (в формируемом файле хххх.INI), и модифицирование любых ранее введенных параметров. К тому же это прекрасная возможность создавать различные модификации посадочных мест и вариантов установки компонентов, затрачивая на всю операцию не более минуты!

По завершении данного этапа конструктор может создать 3D-модель компонента (одного из 12 топологических типов) в формате SolidWorks с помощью специальных программных процедур.

Программы генерации 3D-модели корпусов ЭРИ в формате SolidWorks‑12 предназначены для автоматического построения 3D-модели корпуса вводимого компонента по размерным параметрам, полученным на предыдущих этапах создания описания библиотечного элемента (заданного топологического типа).

Программа считывает необходимые параметры из соответствующего INI-файла (полученного с помощью калькулятора), содержащего описание параметров для компонента, после чего считывает координаты базовой точки (RefPoint) из файла описания посадочного места компонента в формате ASCII PCB (из поддиректории РСВ данного БХК). Затем происходит передача полученных параметров посредством COM-технологии в SolidWorks c открытым файлом 3D-модели компонента. Данный файл 3D-модели является копией файла заранее созданной параметрической 3D-модели корпуса для компонента одного из топологических типов (таблица).

Такой подход позволяет:

• создавать новые 3D-модели на основе шаблона для данного вида корпуса компонента;
• при необходимости изменять параметры уже сформированных ранее 3D-моделей;
• вручную дорабатывать полученные модели (менять цвет, добавлять скругление корпуса и т. д.), не теряя возможности последующего перестроения модели.

Трехмерная модель компонента в формате SolidWorks (рис. 11) помещается в поддиректорию 3DM БКХ формируемого компонента совместно с одним из нескольких видов (ориентации) этого компонента в формате JPG (которую создает тот же программный модуль). Эти модули имеют имена FCSOG‑3D, FCSOJ‑3D, FCSMD‑3D, FCTCAP‑3D, FCLCC‑3D и так далее, в соответствии с наименованием топологических типов компонентов.

Рис. 11. Примеры полученных 3D-моделей для многовыводных компонентов с выводами типа SOG

Наличие в БД ГРИФ‑4 3D-моделей компонентов позволяет автоматически формировать такую модель электронного модуля на базе печатной платы. Для этого используется транслятор PCAD_SolidWorks.

Транслятор PCAD_SolidWorks предназначен для передачи 2D-информации о печатной плате (в формате P‑CAD) в 3D-модель платы в формате SolidWorks. В процессе трансляции выполняются следующие действия:

• чтение обменного файла PCAD (*.pcb);
• автоматическое формирование 3D-модели печатной платы в SolidWorks (*.SLDPRT): трассировка, построение контактных площадок и т. д.;
• автоматическое формирование сборочной 3D-модели печатной платы (*.SLDASM) с использованием библиотек стандартных элементов.

Основная область применения транслятора PCAD_SolidWorks — использование сформированной транслятором сборочной 3D-модели печатной платы (*.SLDASM) при трехмерной компоновке отсеков оборудования.

На рис. 12 показана плата, созданная с помощью этого транслятора.

Рис. 12. 3D-модель печатной платы, полученная с помощью транслятора PCAD_SolidWorks

В заключение отметим, что данная программная и организационная разработка является новым инструментом для создания библиотек компонентов. Комплекс находится в плановой эксплуатации в ОАО «ГСКБ Алмаз-Антей» с середины 2013 года и показал отличные характеристики. Похожая разработка — OrCAD Library Builder — анонсирована компанией Cadence Design Systems Inc. только в августе 2014 года. Как отмечено в статье «OrCAD Library Builder: новая программа для создания библиотек компонентов», «это абсолютно новый инструмент, позволяющий в считанные минуты создавать сложные символы, на формирование которых традиционными средствами САПР уходит от нескольких часов до нескольких дней». Эти строки полностью отражают и свойства отечественного, представленного в статье, эксплуатируемого комплекса. Лучше не скажешь!

При этом следует отметить, что, помимо футпринтов, средства Compbox формируют перечисленные выше файлы, такие как файл атрибутов, для автоматического создания файла спецификации в формате Word, который полностью соответствует требо-ваниям ГОСТ 2.108-98 и ОСТ 4.000.30-85. Одновременно комплекс автоматически формирует не только чертеж установки компонента на печатной плате (необходимых для полного оформления сборочного чертежа печатной платы), но и обычное посадочное место компонента и его вариант с фан-аутами. Кроме того, программы формируют и строку с полным описанием свойств вводимого в БД компонента, которая автоматически заносится в главный реестр компонентов ГРИФ‑4. Отметим, что ядром ГРИФ‑4 является САПР P‑CAD2000-2006. Такие описания компонентов можно включать в интегрированные и не интегрированные библиотеки. В ГРИФ‑4 предусмотрены оба варианта библиотек. Однако это несколько другой аспект САПР ГРИФ‑4, который имеет смысл рассмотреть в следующей публикации, если настоящая статья заинтересует специалистов, работающих в системе P‑CAD.