OrCAD Capture. Методы создания библиотек и символов электронных компонентов

Анатолий Сергеев

Использованию OrCAD Capture посвящено множество учебников, данная тема не раз поднималась в научных статьях и ветках форумов. Однако из опыта проведения учебных семинаров компанией «Оркада» становится ясно, что даже самые искушенные пользователи САПР зачастую не знают всех тех богатых возможностей, которые заключены в одном из самых удобных и мощных схемотехнических инструментов — редакторе OrCAD Capture. В этой статье описаны различные приемы и способы создания компонентов в OrCAD Capture, которые помогут как опытному, так и начинающему пользователю значительно сократить время на разработку библиотек компонентов и повысить их качество.

Создание и использование библиотек компонентов в САПР — очень серьезная и масштабная тема. Для современных конкурентоспособных предприятий по разработке и производству электроники важно, чтобы информация о компонентах и их библиотеках была организована в единую локальную базу данных для всех участников процесса разработки электронных схем и проектирования печатных плат. Данная база компонентов должна быть интегрирована в общую систему документооборота предприятия, чтобы инженеры, экономисты, специалисты закупочных, складских и других подразделений могли в любое время и в полном объеме получать необходимую информацию обо всех радиоэлементах, используемых в новых разработках. Для ведения базы данных, создания новых компонентов, описания их физических и электрических свойств назначается инженер, квалификации которого должно быть достаточно для того, чтобы учесть множество факторов, влияющих на качество библиотек и проектов в целом. Такой специалист должен учитывать и обеспечивать выполнение целого ряда специфических требований, среди которых — производственные ограничения, соблюдение стандартов, обеспечение соответствия продукции техническим условиям и многие другие. Оптимальным программным решением для комплексного подхода является схемотехнический редактор OrCAD Capture CIS, который, помимо стандартных средств по созданию и редактированию библиотек компонентов, позволяет вести полноценную БД в рамках всего предприятия.

Анатолий Сергеев, специалист компании «Оркада» по продукции Cadence Design Systems, Inc., автор многочисленных статей. Окончил Владимирский государственный университет по специальности «Проектирование и технология радиоэлектронных средств»

Графическое представление на схеме — это только небольшая часть описания компонента. Здесь важно, чтобы номера и наименования выводов, их электрический тип в точности совпадали с техническим описанием, так как это критично при проверке правил проектирования на схеме и формировании списка соединений для редактора топологии OrCAD PCB Editor. Посадочное место, производитель, номер модели, номинал, допуски и другая важная информация добавляются к свойствам компонента через базу данных CIS. «Неизвестный» компонент на схеме или группа таких компонентов легко синхронизируются с CIS, после чего схема становится готовой для моделирования, проектирования топологии и создания всей сопутствующей документации — чертежа и перечня элементов.

Далее рассмотрим способы создания компонентов в OrCAD Capture и заметим, что программа полностью поддерживает российские ГОСТы при создании символов и схем.

Базовыми для OrCAD Capture являются три способа создания компонентов: ручной, табличный и схемный. Дополнительным, четвертым способом можно считать создание компонента по его PSpice­модели из PSpice Model Editor с последующей доработкой в OrCAD Capture. Рассмотрим каждый способ более подробно.

Создание компонента вручную

Первое и основное, что необходимо сделать — это создать библиотеку для новых компонентов. Выберем меню File -> New -> Library. При этом на жестком диске появится новый файл с расширением *.olb, а в менеджере проектов OrCAD Capture на вкладке File будет видна структура новой библиотеки. Для удобства при поиске компонентов вновь созданную библиотеку необходимо переименовать таким образом, чтобы был понятен тип устройств, которые в ней содержатся, например transistors.olb или diode.olb. Названия, выполненные кириллицей, не допускаются. Нажмем на библиотеке правой кнопкой мыши (ПКМ) в менеджере проектов и из выпадающего меню выберем Save As. Далее каждый этап в создании символа будет условно пронумерован.

?1 Выбираем библиотеку в менеджере ПКМ и жмем New Part (рис. 1).

Рис. 1. Добавление нового компонента в библиотеку

2? Далее программа предлагает ввести стандартные свойства компонента в появившемся окне New Part Properties (рис. 2):

• Name — наименование;
• Part Reference Prefix — префикс позиционного обозначения;
• PCB Footprint — указание на присоединяемое посадочное место (необязательно);
• Parts per Pkg — количество секций в компоненте;
• Package Type — тип компонента, который может быть гомогенным или гетерогенным. Гомогенными считаются те компоненты, в которых все секции одинаковы по количеству выводов и их наименованию. В гетерогенных число выводов в каждой секции и их имена могут различаться;
• Part Numbering — тип нумерации компонентов (alphabetic — буквенный, numeric — числовой);
• Attach Implementation — опция для добавления к компоненту его представления в виде Spice­, VHDL­ или Verilog­модели, подсхемы и т.д. (необязательно);
• Pin Number Visible — выключатель отображения номеров выводов на схеме.

После нажатия кнопки ОК в окне OrCAD Capture появляется рамка символа. Если что­то необходимо поменять или добавить в перечисленные ранее стандартные свойства, например сделать компонент многосекционным или поменять позиционное обозначение, то это можно осуществить через меню Options -> Package Properties. Все остальные свойства компонента доступны в меню Options -> Part Properties, которое также вызывается двойным щелчком левой кнопки мыши (ЛКМ) в поле чертежа (рис. 3).

Рис. 2. Описание стандартных свойств компонента в окне New Part Properties

Рис. 3 Дополнительные свойства компонента в меню Options → Part Properties

В появившемся окне User Properties находятся свойства компонента по умолчанию, которые будут затем переданы на схему и плату. Выделенное свойство в списке отображается под ним, а справа есть возможность задать ему новое значение или выбрать его из выпадающего списка, как показано на рис. 3. Для отключения или включения отображения имен и номеров выводов на компоненте используются свойства Pin Names Visible и Pin Numbers Visible соответственно. Кнопка New дает возможность присвоить компоненту новое свойство. Полный список всех свойств и синтаксис их значений можно посмотреть в справочной системе Cadence Help в разделе Allegro Design Entry HDL — Allegro Platform Properties Reference. В качестве примера можно привести свойство NC_PINS. Оно применяется, когда компонент на схеме содержит меньше выводов, чем его корпус на плате. Такая ситуация не редкость для цифровых компонентов с большим количеством неиспользуемых выводов, например ПЛИС. Пример синтаксиса для значения свойства NC_PINS представлен на рис. 4.

В скобках через запятую указываются номера выводов, которых нет на схеме, но они присутствуют на плате. Если номера идут последовательно, то указывается первый и последний вывод в группе, а между ними ставятся две точки. Это свойство можно указать и на схеме в Property Editor, но тема работы со схемой выходит за рамки данной статьи. Обратим внимание лишь на то, что для успешной передачи дополнительных свойств на плату необходимо, чтобы данные свойства были указаны в файле allegro.cfg со значением «Yes», который расположен в директории C:\Cadence\SPB_16.5\tools\capture. Перейдем к следующему шагу.

Рис. 4. Описание свойства NC_PINS

3? Внутри рамки рисуется графика символа, снаружи по границе размещаются выводы. Начинать удобнее всего, особенно для микросхем, с выводов. Временно, для рисования графики, сделайте границы рамки больше, чем предполагаемый контур компонента. Рамка с выводами легко подстраивается под размер графики. Единицы измерения в редакторе компонентов Orcad Captu только одни — дюймы. Однако это не означает, что произойдет нестыковка, если схема будет в миллиметрах. Дюймы здесь используются лишь формально. На самом деле узлы сетки в редакторе символов — это дискреты, и если графика и выводы попадают в них, то они совпадут с любой сеткой на схеме, с каким бы шагом и в какой бы системе единиц она ни была. В этом большое удобство OrCAD Capture. Соответственно, если выводы размещаются с шагом 0,2 дюйма, то на схеме с шагом 2,5 мм расстояние между ними будет 5 мм. Начало отсчета берется в правом верхнем углу рамки компонента. Все инструменты для создания символа находятся в меню Place и на панели инструментов справа от чертежа (рис. 5).

Рис. 5. Инструменты создания графики символа

Состав меню Place и этой панели интуитивно понятен и не требует пояснений. Отмечу лишь особенности создания графики. Толщина и стиль линий могут быть по умолчанию заданы через меню Options -> Preferences, на вкладке Miscellaneous, в секции Part and Symbol Editor либо на чертеже двойным нажатием ЛКМ на линии. Стрелки лучше всего рисовать полилинией, а для изменения ортогонального режима рисования на диагональный необходимо удерживать нажатой клавишу Shift. Двойное нажатие ЛКМ по стрелке, созданной полилинией, откроет меню для выбора способа заливки (рис. 6).

Рис. 6. Редактирование свойств графических объектов

Часто бывают случаи, когда необходимо отредактировать графические объекты, которые расположены рядом друг с другом или вблизи рамки. При этом выбрать ЛКМ какой­либо объект довольно сложно. Для переключения между объектами необходимо удерживать клавишу Tab, нажимая при этом ЛКМ. Сочетание клавиш Ctrl+E позволяет перейти в меню редактирования свойств выделенной линии, окружности, вывода и т.д.

Выводы размещаются с внешней стороны основной рамки символа. При размещении вывода будет запрошено его наименование, номер, электрический тип и графика (рис. 7).

Рис. 7. Свойства вывода

Всё это необходимо указать в соответствии с описанием на компонент. Выводы типа Power (питание и заземление) могут быть скрыты на схеме, что допускается отечественными стандартами. По умолчанию все выводы имеют пассивный тип и форму типа «Line», что соответствует длине в три дискреты. Укороченные выводы (тип Short) имеют длину в одну дискрету.

Рис. 8. Окно инструмента по созданию матрицы выводов Place — Pin Array

Группу из нескольких выводов можно разместить с помощью меню Place -> Pin Array (кнопка ) — рис. 8.

Здесь доступны следующие опции:

• имя первого вывода группы (starting name);
• начальный номер (starting number);
• количество выводов (number of pins);
• шаг нумерации (increment);
• pin spacing (расстояние между выводами в группе).

Выводы легко передвигаются вдоль рамки по одному или массивом. Выделить массив можно стандартным способом через ЛКМ. Иногда это удобно делать без привязки к основной сетке. Привязка отключается с помощью кнопки  на панели инструментов. Доступны два режима выделения, когда объект полностью находится в пределах зоны охвата ЛКМ или когда объект лишь касается этой зоны. Переключение между этими режимами возможно с помощью кнопки , расположенной рядом с выключателем привязки. Эти два инструмента также не стоит забывать и следует активно использовать.

Рис. 9. Просмотр компонента в режиме Package

При редактировании компонентов в OrCAD Capture возможны два режима просмотра: Part и Package. Выбрать любой из них можно в меню View. Режим Package удобен при работе с многосекционным компонентом — есть возможность быстро просмотреть каждую секцию и перейти к ее редактированию (рис. 9).

У этого режима есть еще одна особенность. Находясь в нем, нажмите Ctrl+E, и вы окажетесь в таблице со свойствами выводов компонента (рис. 10).

Рис. 10. Таблица для группового редактирования свойств выводов

Здесь все свойства редактируются вручную. Значения ячеек можно копировать только по одному. Для того чтобы копировать группу значений, в том числе из внешних редакторов, например MS Excel, есть другой инструмент, о котором будет сказано чуть ниже. Помимо стандартных свойств, таких как номер и наименование выводов, здесь также можно задать эквивалентность выводам внутри секций или между секциями в столбце PinGroup. Одинаковые номера для выводов в этом столбце означают их эквивалентность (свапируемость) на плате.

В режиме Part быстро выделить все выводы и отредактировать их свойства можно с помощью панели поиска. Нажмите Ctrl+F, далее установите режим поиска по выводам, а в строке запроса укажите символ «*», нажмите ОК. После того как все выводы будут выделены, нажмите Ctrl+E — откроется уже знакомая вам таблица свойств, но без возможности задать им эквивалентность.

Для просмотра 3D­модели необходимо выбрать меню View -> Show Footprint. В этом случае на экране появится Footprint Viewer. На основании и выводах 3D­модели можно щелкнуть ПКМ, и на экране появится список их свойств. Выделенный вывод на символе будет автоматически выделен на 3D­модели (рис. 11).

Рис. 11. Просмотр 3D-модели посадочного места компонента в окне OrCAD Capture

Для того чтобы модель отобразилась на экране OrCAD Capture, необходимо указать путь к библиотекам посадочных мест через файл Capture.INI. По умолчанию он находится в директории C:\Cadence\SPB_16.5\tools\capture. Тип вьюера и путь к библиотекам должны быть включены в этот файл по следующему образцу:

[Part Management]

Configuration File=C:\CADENCE\DB\MY_DATABASE.DBC

[Footprint Viewer Type]

Type=Allegro

[Allegro Footprints]

Dir0=C:\EMA\CISQuickStart\Allegro_Library\symbols

Dir1=C:\Cadence\SPB_16.5\share\pcb\pcb_lib\symbols

Может быть указано любое количество директорий (Dir0, Dir1, Dir2, Dir3 и т.д.), но важно, чтобы в них была необходимая библиотека посадочного места с расширением PSM.

Создание компонента по таблице

Этот способ очень удобен, при необходимости создания многовыводного и многосекционного компонента. Его преимущество перед ручным способом состоит в том, что вся информация о выводах может быть скопирована в таблицу OrCAD Capture непосредственно из технического описания (Datasheet) компонента через буфер обмена Windows. Для сортировки данных на промежуточном этапе можно воспользоваться табличным редактором MS Excel. После внесения всей информации о выводах в таблицу компонент будет автоматически создан в существующей библиотеке. Его свойства и графику затем можно отредактировать вручную, как это описано ранее.

? В менеджере проектов OrCAD Capture выберем ПКМ библиотеку OLB и команду New Part From Spreadsheet. На экране появится таблица компонента (рис. 12).

Рис. 12. Таблица свойств нового компонента

? Теперь, как и в первом способе, необходимо указать наименование компонента, количество секций, префикс позиционного обозначения, тип нумерации. По названию столбцов вполне понятно, какие данные необходимо заносить в ячейки. В столбце Position указывается сторона компонента, по которой будут размещаться выводы. Ячейки Section содержат выпадающий список с номерами секций. Если необходимо выбрать, например, только одну секцию для первых 20 выводов, то последовательность действий должна быть такой:

выделяем первую ячейку;

нажимаем Shift и напротив строки с 20­м выводом выбираем из выпадающего списка цифру 1.

После того как все данные были введены, сохраним символ в текущей библиотеке с помощью кнопки Save. При этом программа проверит данные на наличие ошибок и выдаст предупреждение в случае их обнаружения.

Рассмотрим пример создания символа для микросхемы цифрового декодера TVP5147M1 компании Texas Instruments. Эта микросхема имеет 80 выводов. В Datasheet на компонент на страницах 13­15 размещена диаграмма корпуса и таблица с описанием выводов. Для сортировки данных воспользуемся MS Excel 2010.

? Datasheet традиционно имеет формат PDF и открывается программой Acrobat Reader. Скопируем данные из таблицы на страницах 14 и 15 в буфер обмена, а затем в MS Excel (см. рис. 12).

Рис. 13. Сортировка данных в MS Excel, полученных из Datasheet

Выделяем необходимый диапазон данных в таблице с помощью клавиши Alt и ЛКМ. Копируем в буфер обмена — Ctrl+C и вставляем в Excel — Ctrl+V. В разделе Digital Video и некоторых других разделах таблицы Datasheet номера и наименования выводов представлены в неудобном для нас виде. Возможности Excel позволяют отсортировать данные таким образом, чтобы они подходили по формату для таблицы OrCAD Capture. Здесь укажем лишь те инструменты Excel, которые очень пригодятся в работе (рис. 13):

• Главная -> Вставить -> Использовать мастер импорта текста;
• Главная -> Найти и Выделить -> Заменить — очень удобная функция для быстрой замены одного слова на другое во всех выделенных ячейках, например направления выводов I, I/O, O на Input, Bidirectional и Output соответственно.
• Главная -> Сортировка и Фильтр.

4? Скопируем данные о выводах в таблицу OrCAD Capture через буфер обмена (рис. 14).

5? Заполним оставшиеся столбцы с помощью ЛКМ и Shift, как об этом говорилось ранее. Нажмем ОК. На экране появится ошибка, и программа предложит просмотреть ее или продолжить сохранение без изменений. В результате в менеджере OrCAD Capture появится новый компонент, который можно отредактировать уже описанными стандартными способами (рис. 15).

Рис. 14. Вставка данных в таблицу OrCAD Capture

Рис. 15. Вид готового символа, полученного методом New Part From Spreadsheet

Для того чтобы вернуться к таблице с данными о выводах, необходимо нажать ПКМ на компоненте в менеджере и выбрать Split Part... Инструмент Split Part… можно применить к любому компоненту, если он не является многосекционным.

Создание компонента по схеме или PSpice­модели

Этот метод предполагает наличие схемы или PSpice­модели.

?1 Находясь в менеджере библиотеки или проекта, выберите команду Tools -> Generate Part. Появится окно как на рис. 16.

2? В секции Netlist/Source file type предлагается указать формат файла с описанием выводов компонента. Доступно всего 16 видов различных форматов, среди которых PSpice библиотеки (LIB), схемы OrCAD Capture (DSN). В строке Netlist/sourse file type указывается путь к файлу­источнику для создания нового компонента. Секция Primitive необходима для задания типа самого компонента. Если он создается на основе подсхемы, то не является примитивом, поэтому здесь должна стоять метка NO. Библиотека, в которую будет помещен новый компонент, указывается в строке Destination part library. При установке опции Copy schematic to library в текущую структуру библиотеки будет добавлена копия схемы Source Shematic name.

3? После настройки всех опций нажимаем ОК и в указанной библиотеке появится новый компонент, который можно отредактировать стандартными способами, как описано ранее.

Рис. 16. Инструмент Tools → Generate Part

Рис. 17. Создание библиотеки компонентов с помощью PSpice Model Editor

Создание компонента с помощью PSpice Model Editor

Разница между предыдущим методом и рассматриваемым заключается в том, что через PSpice Model Editor есть возможность просматривать и редактировать параметры PSpice­моделей компонентов.

1? Откройте PSpice Model Editor через меню Пуск -> Все программы -> Cadence -> Release 16.5 -> PSpice Accessories -> .

2? Выберите меню File -> Export to Capture Part Library. В появившемся окне необходимо указать PSpice­библиотеку компонентов, для которой программа автоматически сгенерирует библиотеку в формате OLB (рис. 17), где:

• Enter Input Model Library — входящая PSpice­библиотека в формате LIB;
• Enter Input Model Library — директория для записи библиотеки OLB для OrCAD Capture.

Нельзя не упомянуть еще об одном способе создания библиотек компонентов в OrCAD Capture. Компания Cadence в мае 2012 года запустила новый интернет­портал www.orcadcapturemarketplace.com, который содержит массу полезной информации об OrCAD и Allegro. На портале в разделе Online Store можно ознакомиться с перечнем дополнительных приложений, которые расширяют стандартные возможности OrCAD. Для платных приложений предусмотрен испытательный период. Особое место здесь занимает SymbolGen. Данное приложение позволяет автоматически извлекать информацию о компонентах из технических описаний (Datasheet) в формате PDF и создавать библиотеки символов УГО в формате OrCAD Capture. С помощью SymbolGen время на создание любого символа сокращается в несколько раз за счет автоматического считывания данных из таблиц с описанием выводов компонента и диаграмм. Скачать SymbolGen можно после предварительной регистрации и использовать в течение семи дней абсолютно бесплатно. Сама программа при этом будет доступна в OrCAD Capture в меню Accessories — EMA Apps.

В заключение можно отметить, что инженер, работающий в OrCAD Capture, имеет в своем распоряжении богатый инструментарий для создания символов электронных компонентов, который дает возможность автоматизировать работу и не ограничиваться лишь ручным методом. Благодаря этому инструментарию многовыводные компоненты любой сложности могут быть оформлены в OrCAD за считаные минуты. 

Литература

1. Mitzner Kraig. Complete PCB design using OrCAD Capture and PCB editor. Elsevier Inc, 2010.
2. OrCAD Capture User Guide. Product Version 16.5. May 16, 2012.
3. Афанасьев А.О., Кузнецова С.А., Нестеренко А.В. OrCad 10. Проектирование печатных плат. М.: Горячая линия С. Телеком, 2005. С. 454.

САПР и графика 6`2013