Профессиональная работа в системе DesignSpark PCB.
Часть 5. Проектирование печатной платы на примере светодиодного модуля: 3D-моделирование и заказ компонентов
Введение. Задача проектирования
Читателям, впервые открывшим этот цикл статей, напомним стоящую перед нами задачу — создать принципиальную схему и развести печатную плату устройства средствами САПР DesignSpark PCB на примере светодиодного модуля [8, 9, 10]. Модуль может использоваться в светильнике декоративного или служебного освещения или интерьерной подсветки. Наш модуль состоит из нескольких светодиодов популярной серии Duris E5 производства компании Osram [11] и самого распространенного в светотехнике коннектора Wago 2060-402 [12]. Обычно платы со светодиодами реализуются на алюминиевом основании, следовательно, они односторонние. Поскольку светодиоды Duris E5 не очень мощные, можно разместить их на стеклотекстолите. В учебных целях печатную плату мы сделали двусторонней. Мы не рассматриваем вопросы проектирования модуля с точки зрения светотехнических параметров, расчета отвода тепла от светодиодов и т. п., эти вопросы остаются за рамками статьи, а мы приводим пример, иллюстрирующий возможности программы DesignSpark PCB. Печатная плата модуля имеет круглую форму диаметром 40 мм с крепежным отверстием диаметром 2,5 мм в центре (рис. 1) [9].
В предыдущих статьях были рассмотрены пользовательская настройка DesignSpark PCB [6], создание библиотек компонентов и принципиальной схемы [8], редактирование технологического файла, трансляция принципиальной схемы в редактор печатной платы, автоматическое и ручное размещение компонентов на плате [9], варианты автоматической и ручной трассировки, проверка проектных правил, подготовка Gerber-файлов, вывод рисунка платы на печать [10]. В настоящей статье рассмотрим следующие вопросы:
- создание и загрузка 3D-моделей компонентов и библиотек 3D-моделей;
- 3D-визуализация печатной платы на экране компьютера и ее печать на 3D-принтере;
- поиск и заказ компонентов на сайте RS Components Russia;
- создание перечня компонентов.
Создание или загрузка 3D-моделей компонентов
САПР DesignSpark PCB позволяет просматривать объемное изображение печатной платы в виде, очень близком к реальному. 3D-модели корпусов компонентов можно скачать с сайта RS Components Russia [1], сайта DesignSpark.com [13] или создать самостоятельно. Для хранения 3D-моделей применяются отдельные библиотеки.
Cамостоятельно создадим 3D-модели используемых компонентов. Сначала запишем новую библиотеку. В верхнем меню Libraries откройте библиотечный менеджер и щелкните табулированную закладку 3D View. Для хранения 3D-моделей оптоэлектронных компонентов создайте новую библиотеку — Opt_3d.pkg. Созданная нами ранее PCB-модель светодиода называется Duris_1. Имя 3D-модели этого же компонента должно иметь ту же основную часть, добавим к нему в конце символ «*». Откройте пустое окно только что созданной 3D-библиотеки, нажмите New Item и в окне New Package в строке PCB Symbol Name введите имя 3D-компонента — Duris_1*.
В окне Edit 3D Package определите параметры 3D-модели светодиода в соответствии с чертежами и таблицами из даташита [11] на прибор: это тип корпуса Box, его размеры, цвет Gold, стиль выводов Gullwing и их цвет Chocolate (рис. 2).
3D-модель можно рассмотреть со всех сторон, вращая ее в любом направлении. Для этого поместите на нее курсор и нажмите левую кнопку мыши. Кнопками Zoom можно приближать и удалять модель, чтобы просмотреть общий вид или мелкие детали компонента. Здесь нужно отметить, что возможности системы не позволяют получить детализированное 3D-изображение компонентов, однако, задавая форму компонента и его размеры, удается получить приближенную 3D-модель компонента и платы в целом с точностью, достаточной для эскизного проектирования и объемного прототипирования.
Для 3D-моделей разъемов создайте отдельную библиотеку Con_3d.pkg. Запишите в нее имя 3D-модели разъема Wago_2*. В окне Edit 3D Package задайте ее параметры в соответствии с чертежами и таблицами из даташита [12].
При создании модели компонента можно выбрать его форму из вариантов Axial, Bead, Box, Can, Chip, DIL, DILSwitch, LED, LEDDisplay, MELF, Quad, Shape, форму выводов — из вариантов Ball, DIL, Gullwing, JLead, Pin, Wire. Для освоения инструмента создания 3D-моделей рекомендуется зайти в библиотеку Default и поэкспериментировать с параметрами записанных в ней готовых моделей компонентов. В ней имеются 3D-модели корпусов типа SOIC, QFN, TSQFP и многих других. Вы можете модифицировать эти модели для своих компонентов в соответствии с их даташитами и применять модифицированные 3D-модели в других проектах.
Компания RS Components располагает обширной библиотекой инженерных моделей компонентов на сайте Designspark.com [13], которую непрерывно дополняет и развивает (рис. 3). В карточке компонента можно рассмотреть 3D-модель со всех сторон. Она также содержит партномер и наименование производителя компонента, RS-номер, краткое описание компонента. Формат модели для разных САПР можно выбрать в выпадающем меню справа.
Кроме того, 3D-модель компонента можно скачать прямо со страницы изделия на сайте RS Components, ее наличие отмечено объемным красным символом «3D». Пример приведен на рис. 4. При поиске компонента по техническим параметрам из предложенного сайтом [1] списка выбирайте компоненты с 3D-моделями для экономии времени на разработку изделия.
3D-просмотр печатной платы
Для установки параметров 3D-изображения печатной платы в основном меню выберите пункт 3D>3D Settings.
В закладке Colors (рис. 5а) установите цвета печатной платы (Board), медных частей (Copper), компонентов (Components), их выводов (Pins) и неэлектрических объектов (Non-electrical). Желательно задавать их в соответствии с реальными цветами материалов, составляющих печатную плату. Не забудьте сформировать и установить такую деталь, как отверстие в центре печатной платы, для ее крепления к арматуре светильника. Для этого можно применить технологию создания вырезов путем установки внутренних границ печатной платы. В основном меню выберите пункт Add>Board>Circle и нарисуйте круг диаметром 2,5 мм. Затем выделите круг, переместите мышью в центр печатной платы и установите.

Рис. 5. Задание параметров 3D-отображения печатной платы:
а) установка цветов;
б) отключение некоторых слоев
Для создания окна 3D-просмотра в основном меню выберите 3D>3D View. Для уточнения деталей просмотра слева выберите инструментальное средство Settings и в окне 3D View Settings отключите некоторые слои печатной платы, как показано на рис. 5б.
Результат 3D-изображения печатной платы с установленными на ней компонентами приведен на рис. 6. Вращать печатную плату в любом направлении и масштабировать ее 3D-изображение можно так же, как 3D-модель компонента.
Полученную объемную модель печатной платы с установленными на ней компонентами можно загрузить в САПР DesignSpark Mechanical и на 3D-принтере напечатать пластиком механический прототип платы. Это очень востребовано на этапе создания прототипа проектируемого изделия. Объемная пластмассовая модель позволяет физически представить плату, поместить ее в корпус и оптимизировать компоновку прибора — таким образом удается значительно сократить время проектирования и ускорить вывод нового изделия на рынок.
Поиск и заказ компонентов на сайте www.rsrussia.ru
Поскольку САПР DesignSpark PCB создана по заказу компании RS Components, в программу встроен поиск компонентов, который позволяет оценить стоимость проектов. Испытаем эту функцию на нашем простом проекте. В верхнем меню выберите Libraries и закладку Components. Откройте библиотеку Opt_dev.cml, укажите компонент DURIS_E5 и нажмите Edit. В окне рабочей области редактирования компонента выберите Properties и Search. Откроется сайт RS Components Russia (рис. 7). Поиск по строке DURIS E5 дает множество вариантов, поскольку мы задали лишь название серии светодиодов.
Выберите тип с длинным названием Osram Opto GW JDSRS1.CC-FQFS‑5R8T-L1N2-120‑R18. Откроется окно с кратким описанием этого светодиода (рис. 8). Описание включает наименование, фото внешнего вида, партномер, наименование и логотип производителя, RS-номер для заказа, а также градацию цен в зависимости от количества. Цены на сайте указаны в рублях без НДС с учетом доставки до России. В этом же окне сайта можно оперативно проверить наличие компонента на складе в Великобритании.
Зададим параметры конкретной модели светодиода в DesignSpark PCB. Откроем окно редактирования компонента и в разделе Properties введем RS-номер, наименование производителя (бренд) и номер производителя в строки RS Part Number, Manufacturer_Name и Manufacturer_Part_Number соответственно. Сохраним сделанные изменения.
Применим в нашем светильнике все светодиоды этого типа, задав его параметры каждому светодиоду проекта. Откроем рабочее окно схемы, выделим любой светодиод, в меню правой кнопки мыши выберем пункт Update Component (рис. 9а), нажмем OK, а затем в окне Update Components Summary (рис. 9б) — кнопку Perform Update. Изменения свойств будут произведены во всех светодиодах на схеме, в чем можно убедиться, выделяя любой светодиод и открывая окно его свойств. Проделайте аналогичную операцию в рабочем окне редактора печатной платы, обновив свойства светодиодов.
К сожалению, на сайте RS Components разъем типа Wago 2060 обнаружить не удалось, зато имеется очень близкий по параметрам и идентичный по размерам разъем типа Lite-Trap от Molex. Найдите его по запросу Molex Lite-Trap и выберите из списка Lite-Trap SMT PCB Connector 2 circuit (рис. 10).
Обновите свойства разъема в проекте аналогично обновлению свойств светодиодов. Рекомендуется заменить прежний разъем Wago на новый Molex и сохранить его в соответствующих библиотеках.
Заказ компонентов
Для заказа компонентов щелкните BOM Quote в в верхнем меню программы DesignSpark PCB. Откроется окно сайта RS Components (рис. 11) со списком компонентов, используемых в проекте, и вы сразу же можете оформить заказ.
Кнопка PCB Quote предназначена для поиска компаний, изготавливающих печатные платы. Поискать их можно и независимо от программы DesignSpark PCB. В России работает много контрактных производителей печатных плат. Для заказа изготовления печатной платы нужно прислать Gerber-файлы [3, 10]. Многие производители отправляют заказчику готовые платы почтой.
Вывод перечня компонентов
Для вывода перечня компонентов Bill Of Materials (BOM) используется пункт основного меню Output>Reports (рис. 12). Нажмите Run, и программа сгенерирует список компонентов проекта в формате Excel (рис. 13). Сохраните его в папке проекта.
Заключение
В результате выполненной работы мы научились настраивать САПР DesignSpark PCB [6] для решения наших задач и спроектировали светодиодный модуль на восьми светодиодах с одним разъемом на круглой двустронней печатной плате [8, 9, 10]. В процессе проектирования модуля мы создали библиотеки компонентов, нарисовали принципиальную схему [8], отредактировали технологический файл, транслировали принципиальную схему в редактор печатной платы, тестировали варианты автоматического и ручного размещения компонентов на плате [9], а также варианты автоматической и ручной трассировки, проверили проектные правила, подготовили Gerber-файлы, вывели рисунок платы на печать [10]. В настоящей статье мы создали 3D-модели светодиода и разъема, записали их в библиотеки 3D-моделей. Важным шагом проектирования является объемная визуализация печатной платы на экране компьютера и в пластике. Мы опробовали эти функции САПР. Кроме того, протестировали процесс поиска и заказа компонентов на сайте RS Components Russia и на основе заказа создали перечень компонентов. Результатами проектирования являются: принципиальная схема, перечень компонентов, чертеж печатной платы, Gerber-файлы.
Этим материалом мы завершаем цикл статей о проектировании светодиодного модуля в САПР DesignSpark PCB. Мы рассмотрели основные этапы проектирования и освоили данную программу, простую в обучении и эффективную в работе. Рассмотрены далеко не все возможности DesignSpark PCB, дальнейшее освоение свойств и возможностей программы интересно проводить самостоятельно.
- rsrussia.ru
- Кривандин C. Что такое DesignSpark? Комплекс бесплатных САПР! // Компоненты и технологии. 2014. № 12.
- Савиль Р. Разработка печатной платы с помощью бесплатной САПР DesignSpark PCB // Электронные компоненты. 2015. № 5.
- Грибовский А. Трехмерное моделирование средствами DesignSpark Mechanical // Компоненты и технологии. 2015. № 3.
- Лысенко А. DesignSpark Mechanical: проектируем свой первый объект // Компоненты и технологии. 2015. № 5.
- Дымов А. Профессиональная работа в САПР DesignSpark PCB. Часть 1. Установка и пользовательская настройка // Компоненты и технологии. 2015. № 7.
- Лысенко А. Второй проект в DesignSpark Me-chanical: тело вращения с внешними ребрами. Что это будет? // Компоненты и технологии. 2015. № 8.
- Дымов А., Кривандин C. Профессиональная работа в системе DesignSpark PCB. Часть 2. Создание принципиальной схемы и собственной библиотеки компонентов на примере светодиодного модуля // Компоненты и технологии. 2015. № 9.
- Дымов А. Профессиональная работа в системе DesignSpark PCB. Часть 3. Проектирование печатной платы на примере светодиодного модуля // Компоненты и технологии. 2015. № 10.
- Дымов А. Профессиональная работа в системе DesignSpark PCB. Часть 4. Проектирование печатной платы на примере светодиодного модуля: трассировка и выходные файлы // Компоненты и технологии. 2015. № 11.
- osram.ru
- wago.ru
- designspark.com