Сравнительный анализ P-CAD 2006 и ALTIUM DESIGNER 2012

Кузнецова Ольга Валерьевна студент, кафедра проектирования и безопасности компьютерных систем, Санкт-Петербургский государственный университет инормационных технологий, механики и оптики 197101, г. Санкт-Петербург, Кронверкский проспект, д.49 Kuznetsova Olga Valerevna student of the Department of Design and Security of Computer Systems at the St. Petersburg State University of Information Technologies, Mechanics and Optics 197101, Russia, St. Petersburg, Kronverskiy prosp., d. 49, lit. A olunchik_1989@mail.ru Коробейников Анатолий Григорьевич доктор технических наук профессор, кафедра проектирования и безопасности компьютерных систем, Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики 197101, г. Санкт-Петербург, Кронверкский проспект, д.49. Korobeinikov Anatolii Grigorevich Doctor of Technical Science Professor of the Department of Design and Security of Computer Systems at the St. Petersburg State University of Information Technologies, Mechanics and Optics 197101, Russia, St. Petersburg, Kronverskiy prosp., d. 49, lit. A Korobeynikov_A_G@mail.ru

Романова Ева Борисовна кандидат технических наук доцент, кафедра проектирования и безопасности компьютерных систем, Санкт-Петербургский государственный университет инормационных технологий, механики и оптики 197101, г. Санкт-Петербург, Кронверкский проспект, д.49 Romanova Eva Borisovna PhD in Technical Science Associate Professor of the Department of Design and Security of Computer Systems at the St. Petersburg State University of Information Technologies, Mechanics and Optics 197101, Russia, St. Petersburg, Kronverskiy prosp., d. 49, lit. A eva_rom@mail.ru

В настоящее время, в промышленности России наиболее популярной среди САПР печатных плат (ПП) является система P-CAD. В связи с тем, что последняя версия системы вышла в 2006 году, большинство организаций, проектирующие ПП, вынуждены искать ему замену. В большинстве случаев выбор делается в пользу системы Altium Designer, переходить на которую проще, чем на другую САПР ПП, поскольку разработчик у Altium Designer и P-CAD один и тот же. Хотя многие функции P-CAD перенесены в Altium Designer, идеология нового продукта подразумевает совершенно новый, инновационный подход к проектированию электронных устройств (ЭУ).

В данной статье рассмотрены особенности проектирования в системах P-CAD и Altium Designer на основе опыта их эксплуатации.

При конструировании ЭУз в САПР P-CAD 2006 некоторые этапы (авторазмещение, автотрассировку, расчеты, топологический анализ, формирование трехмерной модели) приходится выполнять в сторонних программных модулях, не входящих в пакет программ P-CAD 2006. При проектировании ПП в САПР P-CAD выявляются следующие недостатки, затрудняющие конструкторско-технологическую подготовку производства электронных узлов (ЭУз):

• в двухмерной модели (2D-модели) ЭУз нельзя размещать электронные компоненты (ЭК) на плате с учетом высот ЭК;
• алгоритмическое размещение во внешней программе увеличивает время проектирования ЭУз (за счет: преобразования данных, изучения программы, разнородности интерфейсов);
• алгоритмическая трассировка во внешней программе значительно увеличивает время проектирования ЭУз (за счет: преобразования данных, изучения программы, разнородности интерфейсов), а также при преобразовании данных в сторонние форматы возникает потеря и изменение данных;
• жесткое ограничение числа вершин полигона (не более 1000) затрудняет заливку областей металлизации сложной формы с большим числом переходных отверстий;
• формирование гербер-слоев и файла сверловки во внешней программе увеличивает время технологической подготовки производства ЭУз (за счет: преобразования данных, изучения программы, разнородности интерфейсов); кроме того, при преобразовании данных возникает потеря данных ^[1];
• проверка зазоров между контактными площадками и переходными отверстиями в слое шелкографии осуществляется одновременно, но нанесение шелкографии на переходные отверстия (точнее на металлизацию вокруг отверстия) обычно возможно, для контактных площадок такая возможность отсутствует;
• в редакторе топологии ПП системы P-CAD не реализованы следующие возможности: спрямление и раздвигание проводников, убирание замкнутых петлей, «вспахивание» полигонов – создание промежутка (простора) в полигоне для нового проводника с учетом зазоров;
• отсутствует программы расчетов, из-за чего все расчеты приходится выполнять вручную или во внешних программах.

При проектировании в P-CAD 2006 модель ЭУз представляет собой двухмерное изображение, что порождает множество неудобств и сильно ограничивает возможности проектирования. В насыщенных платах приходится устанавливать ЭК друг под другом (компонент поверхностного монтажа можно расположить под штыревым компонентом, устанавливаемым на ПП с зазором). При размещении компонентов на 2D-модели ЭУз сложно представить размещение двух ЭК друг под другом. В 2D-модели приходится все время проверять размеры компонентов и возможность такой установки. Невозможна проверка технологических параметров (контроль DRC – Design Rules Check) для ЭК установленных друг под другом. В 2D-измерении неудобно проектировать ЭУз, устанавливаемый в корпус сложной формы (с разными высотами – ступенчатой формы), т.к. необходим постоянный контроль возможности установки перемещаемых ЭК в корпус.

Система Altium Designer представляет собой систему сквозного автоматизированного проектирования ПП, основными отличительными особенностями которой от системы P-CAD является возможность проектировать ПП на интегральных схемах программируемой логики (ПЛИС) и разработка трехмерной модели платы.

Использование в Altium Designer функций 3D-моделирования при проектировании ПП позволяет:

• оценить сопряжение платы с механическими деталями конструкции и тут же внести необходимые изменения;
• вывести на монитор реальный вид ПП с ЭК;
• отключать отображение ЭК или участков металлизации и тем самым наблюдать вид платы на промежуточных этапах изготовления;
• при выключение текстур заливки объектов просматривать многослойную структуру ПП на просвет, как на рентгеновском снимке;
• контролировать на уровне DRC превышения ЭК максимально допустимой для данного участка платы высоты, с наглядным отображением выявленных нарушений.

Унифицированный подход Altium Designer (использование единой оболочки DXP) включает особенности, повышающие производительность, такие как: системная поддержка многоканального проектирования, сложное поперечное исследование, встроенная библиотека элементов и внесение изменений на этапе проектирования. Altium Designer полностью поддерживает иерархическую методологию проектирования, которая распространяется от принципиальной схемы до печатной платы. Унифицированная среда Altium Designer поддерживает управление точными данными и позволяет организациям лучше управлять проектными данными через прямые интерфейсы CVS, Subversion и Microsoft's SCCI - интерфейсы управления версиями.

Altium Designer поддерживает несколько мониторов и позволяет открывать схему в одном окне и ПП в другом и производить поперечное исследование между двумя документами. Также существует возможность работать на одном мониторе и использовать второй для любого количества интеллектуальных и информативных панелей, которые содержат соответствующие проектные данные.

Altium Designer поддерживает последнее графическое ускорение аппаратных средств DirectX и повышает эффективность проектирования ПП более чем в 20 раз, по сравнению со стандартными режимами проектирования, что приводит к невероятно гибкому и быстро реагирующему интерфейсу печатных плат.

В Altium Designer не возникает никаких проблем в одновременном доступе нескольких пользователей к одной библиотеке, что облегчает централизованную структуру библиотеки и гарантирует всем проектировщикам использование одинаково достоверных компонентов библиотеки.

При проектировании ПП в системе Altium Designer также можно выявить следующие достоинства:

• одинаково хорошо работает как с метрической, так и с дюймовой системой мер, причем заложенная точность на два порядка выше, чем в системе P-CAD;
• правила проектирования в Altium Designer не только более обширны, чем в P-CAD, но также могут быть более точными и гибкими;
• возможность создания в Altium Designer сложно-иерархических проектов, где изначально проект строится сверху вниз: ЭУ - блок – субблок - модуль - ячейка – печатная плата – электронный компонент (ПЛИС), в отличие от системы P-CAD, где ввод проекта ограничен лишь вводом схемы (пусть даже многолистовой);
• в программе Altium Designer структура библиотек более проста по сравнению с системой P-CAD. Символ, по сути, является компонентом, к которому могут быть подключены модели разного типа. Процедура добавления модели к символу не требует заполнения таблицы согласования выводов символа и модели, что в разы упрощает процесс формирования библиотек;
• поддержка многоканальных принципиальных схем, т.е. нет необходимости копировать подчиненные листы по числу одинаковых каналов, а достаточно нарисовать схему канала один раз и правильно связать ее с вышестоящим листом;
• возможность преобразования интегрированной библиотеки в базу библиотек компонентов (*.DBLib), где все ссылки на символы, привязанные модели и другая параметрическая информация хранятся в базе данных на основе ODBC, ADO или формате Excel. В этих форматах гораздо проще наполнять базу данных однотипными компонентами, а также группировать их по параметру и редактировать у них другие параметры или ссылки на файлы моделей;
• Altium Designer поддерживает большое количество типов анализа, включающих: частотный анализ в режиме малого сигнала, анализ переходных процессов, расчет спектральной плотности внутреннего шума, анализ передаточных функций по постоянному току и др.;
• средства автоматического и интерактивного размещения компонентов - это две встроенные программы авторазмещения компонентов Cluster Placer и Statistical Placer, что существенным образом отличает ее от P-CAD, в котором таких средств нет вообще;
• современный автотрассировщик, именуемый Situs имеет возможность настройки стратегии трассировки посредством задания последовательности выполнения специальных процедур, например: веерного размещения стрингеров у SMD компонентов, разрыва и раздвигания уже имеющихся проводников, спрямления, чистки и т.д. Не менее важную роль автотрассировщик играет в качестве вспомогательного инструмента при интерактивной разводке проводников;
• модули пред- и посттопологического анализа целостности сигналов (модуль предтопологического анализа дает возможность разработчику выполнить предварительный расчет и провести оценку проекта еще на этапе создания принципиальной схемы; модуль посттопологического анализа интегрирован в редактор плат и позволяет выполнять первичный анализ на уровне DRC);
• существует возможность просмотра внутри системы трехмерного вида проектируемой платы по технологии OpenGL;
• обмен файлами c САПР твердотельного моделирования (AutoCAD, SolidWorks и др.) посредством формата STEP (подключение модели ЭК в интегрированную базу данных, а затем размещение их на плате; возможность импортировать модель корпуса устройства и оценивать размещение в нем разрабатываемой платы и др.) ^[2];
• система моделирования ActiveHDL от компании Aldec, которая позволяет существенно увеличить скорость и возможности моделирования ПЛИС;
• новую технологию Altium Vaults, которая может быть использована как через WEB-интерфейс AltiumLive, так и через программу Altium Designer. Данная технология призвана обеспечить организацию хранилища проектов и библиотек, как для всего сообщества разработчиков, так и в рамках единого предприятия ^[3];
• реализована возможность управления размерами и текстом для портов (размер порта в редакторе схем можно редактировать, а при изменении шрифта для названия вывода надпись не выходит за пределы графики порта);
• Smart PDF мастер, который позволяет создавать портативные и полностью индексированные PDF документы проектных данных. Проверку правила зазора между шелкографией и вырезами в маске – можно выполнять в режиме «to exposed copper» или «to solder mask openings»;
• Altium Designer поддерживает более широкий перечень выходных форматов, таких как IGES, STEP, ODB++, NC Drill, IPC-D-356 и VHDL, может генерировать списки соединений в форматах большинства сторонних систем проектирования;
• наличие модуля CAMtastic позволяющего выполнять мультиплицирование и выпускать управляющие файлы для аппаратуры электроконтроля и монтажа компонентов;
• Altium Designer позволяет крайне просто изменять положение обозначения размеров, что крайне важно для соблюдения требований ГОСТ (помимо указания линейных размеров в редакторе ПП можно проставить размер диаметра, радиуса, линейные размеры от опорной точки, координатные метки, угловые размеры).

В результате анализа были выявлены основные различия САПР P-CAD и Altium Designer, представленные в таблице 1.

Таблица 1.

Различия САПР P-CAD и Altium Designer

Система Altium Designer в сравнении с системой P-CAD является более современной и удобной для проектирования ЭУ. Преимущества унифицированного подхода Altium Designer обеспечивает гораздо более высокий уровень синхронизации проектирования, чем при использовании интегрированных технических средств, таких как P-CAD.