Торрент-формирование посадочных мест и других характеристик многономенклатурных пассивных компонентов для электронных САПР

Библиотеки компонентов являются ключевым элементом любой системы проектирования печатных плат. При ручном вводе параметров элементов велика вероятность возникновения ошибок, которые будет сложно исправить на более поздних этапах разработки. Как и в случае создания символов условного графического обозначения (УГО) компонентов для схем, процесс создания библиотек посадочных мест вручную является довольно трудоёмким. Вероятность возникновения ошибки при таком подходе гораздо выше, поскольку в данном случае необходимо учесть множество технологических ограничений, влияющих на размеры и форму контактных площадок, переходных отверстий, масок и т.д.

Информационно-программный комплекс ГРИФ-4, расширяющий возможности САПР P-CAD 200x, разработан в ПАО НПО «Алмаз» [1]. В статье представлена методика поточного формирования посадочных мест компонентов, реализованная в ГРИФ-4, и описаны особенности формирования имён посадочных мест и других характеристик многономенклатурных электронных компонентов. Методика присвоения имён УГО компонентов достаточно проста. Как правило, имя УГО зависит от специфики компонентов. Для малономенклатурных типов компонентов (обычно это интегральные компоненты, такие как микросхемы, сборки и т.п.) имя УГО полностью соответствует типу компонента, указанного в ТУ на компонент. Если это имя задано в кодировке кириллицы, то его код в главном реестре записывается латиницей, т.е. каждый символ кириллицы перекодируется в символ латинского алфавита в соответствии с ГОСТ 16876-71. Имя записывается при формировании неграфических характеристик компонента в бокс характеристик компонентов (БХК) главного репозитория программного комплекса ГРИФ-4 с помощью программного калькулятора Fcomp.exe. Значительно сложнее присвоить имена посадочных мест многономенклатурным компонентам, таким как конденсаторы и резисторы, некоторые типы переключателей и т.п. Например, в последние 15 лет при проектировании печатных плат достаточно активно использовались почти 30 различных серий конденсаторов с разными вариантами исполнения и 11 серий резисторов также с различными вариантами исполнения (Р1-8, Р1-12, С2-10, С2-29В, С2-33, С5-16, С5-47, СП3-19, СП5-1, СП5-2, СП5-16ВА). Полный перечень технических условий на конденсаторы и резисторы в библиотеке научно-технической документации в ПАО НПО «Алмаз» содержит 293 наименования. Номенклатура некоторых отдельных серий конденсаторов достаточно объёмна. Например, серия керамических конденсаторов К10-84 (ФЦТА.673516.0.16ТУ) содержит более 450 вариантов их исполнения. Стоит заметить, что вся эта номенклатура производится только одним изготовителем – ОАО «ВЗРД «Монолит». В работе [2] отмечено, что наиболее массовыми среди элементов в РЭА, как известно, являются именно конденсаторы различных серий, на чью долю в штучном выражении приходится свыше 90%.

Широко применяемая в последние десятилетия технология поверхностного, в том числе автоматизированного монтажа в производстве РЭА привела к росту доли чип-конденсаторов в общем объёме ёмкостных и резистивных элементов. Помимо этого она определила не только необходимость появления нелинейных резисторов в чип-исполнении, но и повышенные требования к теплостойкости изделий при групповых методах их пайки путём оплавления паяльных паст. В результате проведённых в последние годы ОКР разработаны и освоены в производстве новые многослойные чип-конденсаторы, например в АО «НИИ «Гироконд». По сравнению с ранее разработанными и серийно выпускаемыми отечественными конденсаторами К10-47, К10-67, К10-69 и К10-79 данные изделия имеют существенно улучшенные габаритные характеристики, позволяющие успешно использовать их для импортозамещения в проектируемой и модернизируемой РЭА.

Подавляющее большинство разработчиков создают библиотеки компонентов вручную, т.е. вводят их поштучно, что отнимает массу времени и делает процесс крайне трудоёмким и подверженным ошибкам. Отчасти проблему решает приложение FootprintGen из пакета программ OrCAD [3]. Однако этот вариант не обеспечивает торрент-обработку многономенклатурных топологически подобных компонентов.

Многономенклатурность таких компонентов, как конденсаторы и постоянные резисторы очевидна без пояснений, а топологическая идентичность – это существенная общность конструкций, которая понятна из рассмотрения рисунка 1. Все компоненты имеют 2 вывода и несколько простых типов корпусов, как показано на рисунке 2, а варианты SMD-компонентов вообще обходятся без выводов (см. рис. 3), при этом на рисунке 2 присутствует класс конденсаторов с выводами типа DIP. Описание конструкции каждой серии конденсаторов (резисторов и т.п.) и вариантов их исполнения обычно приводится в ТУ в виде довольно больших таблиц с громоздкими и сложными «шапками».

Описание вариантов посадочных мест таких компонентов приводится в ТУ в формате .pdf, не в текстовом, а в растровом представлении, т.е. в виде изображений. Извлечение требуемых характеристик посадочных мест в таком случае является крайне неудобным и, как показывает практика, чревато ошибками, что совершенно недопустимо.

С точки зрения семиотики, т.е. науки о знаках, которая разделяется на синтаксис, семантику и прагматику языка в различных электронных САПР, авторы многих публикаций рекомендуют пользователям САПР не самые удобные способы присвоения имён посадочным местам (футпринтам) компонентов. Например, в работе [4] автор рассматривает следующие способы определения имени посадочного места:

Далее автор отмечает: «Желательно, чтобы название футпринта было бы «понятным» для конструктора печатных плат». Затем приводится несколько примеров и рекомендаций по формированию имени посадочного места в библиотеке – для BGA-компонентов, для разъёмов, для микросхем, диодов, конденсаторов, резисторов и т.п. Суть этих рекомендаций состоит в том, чтобы указывать как можно более подробные данные о конструкции компонента в коде посадочного места, однако в этом случае код футпринта оказывается существенно перегружен текстом и при этом имеет различный синтаксис в зависимости от типа компонента. Следует также помнить о том, что некоторые САПР имеют ограничение на длину имени посадочного места компонента. Подобные рекомендации требуют запоминания синтаксиса, но при этом не содержат полной информации о данном компоненте. И самое главное: эти данные преследуют одну задачу – быть понятными для конструктора, однако «понятность» необходима и для компьютера, особенно для торрент-формирования посадочных мест конденсаторов и резисторов, т.е. многономенклатурных компонентов.

В ГРИФ-4 для формирования базы данных многономенклатурных компонентов используется методика, в основе которой лежат основные языковые понятия:          

• синтаксис – отдел грамматики, изучающий предложения и способы сочетания слов внутри предложения;
• семантика – звуковая и смысловая сторона языка – слова и морфемы;
• прагматика – это семантика языка в действии, или, другими словами, раздел, изучающий отношения между знаками и их пользователями.

Для примера рассмотрим способы представления данных о посадочных местах для многономенклатурных компонентов, представленных в документе «Конденсаторы керамические К10-17, ОЖ0.460.107 ТУ». На рисунке 4 приведён фрагмент таблицы описания конденсаторов серии К10-17 варианта «a».

Для вариантов «б» и «в» этой серии существуют аналогичные таблицы. Для некоторых серий компонентов используются более компактные способы представления данных о размерах корпусов, например, для оксидно-полупроводниковых танталовых конденсаторов серии К53-68 (АЖЯР.673546.007ТУ). Вид таблицы этого типа представлен на рисунке 5.

Программное извлечение данных из таблиц формата .pdf требует предварительного преобразования растровых изображений данных в текстовый формат, например в формат .docx. Для выполнения данной задачи в ГРИФ-4 используется программный комплекс ABBYY FineReader Professional. После запуска программы необходимо выбрать пункт «Сканировать в Microsoft Word». В качестве исходного файла для преобразования следует указать файл ТУ на конденсаторы необходимой серии в формате .pdf. Например, файл TAB_K10-17ТУ.pdf, который фактически является учтённым экземпляром документа «Конденсаторы керамические К10-17, ОЖ0.460.107 ТУ».

По окончании работы программы распознавания будет сформирован файл в формате .docx. Обычно он имеет имя TAB1_хххххх.docx. Здесь хххххх – это название серии компонентов, например К10-17. Этот файл следует поместить в нужную директорию с помощью команды «Сохранить» на панели инструментов (например, как TAB1_К10-17.docx). На рисунке 6 показан фрагмент ТУ в формате .docx для конденсаторов серии К10-17 в варианте «а».

Администратор базы данных (АБД) должен просмотреть этот файл и сравнить его с исходным. Следует отметить, что если в исходный файл были внесены изменения от руки, то такие рукописные символы с указанием номера изменения и новым значением изменённого параметра программой не распознаются, но помечаются цветовой маркировкой. Данные параметры следует вручную заменить правильными значениями. Для удобного выполнения просмотра и корректировки распознанных файлов программа ABBYY FineReader Professional сохраняет исходный и сформированный файл в одном окне (слева – файл в формате .pdf, справа – файл в формате .docx). Обычно таких изменений немного, и поэтому трансляция файла и его корректировка занимает не более одного-двух часов. После сравнения исходного и полученного файлов и исправления ошибок распознавания таблица сохраняется оператором в формате .docx, например, TAB1_K10-17.docx.

Отредактированный файл TAB1_К10-17.docx служит исходным файлом для работы программы TAB1toTAB2.exe, которая входит в состав прикладных программных средств ГРИФ-4. Эта программа формирует файл TAB2_К10-17.docx, который, в отличие от TAB1_К10-17.docx, содержит информацию в виде простых по структуре таблиц, включающих полный список всех возможных компонентов данной серии, подготовленный для последующего формирования набора файлов в директории CompBox, т.е. главного репозитория ГРИФ-4. Сформированная торрент-таблица состоит из заголовка и тела. Заголовок содержит информацию для оператора, необходимую при выполнении ручного формировании БХК и/или для настройки программного модуля TAB2toBXK.exe для работы в торрент-режиме. Описание типа и кода корпуса компонента достаточно компактно и полностью отвечает требованиям синтаксиса, семантики и прагматики именования футпринтов (см. рис. 7).

Из представленных торрент-таблиц видно, что программа TAB1toTAB2.exe сформировала типы конденсаторов в первой колонке и соответствующие посадочные места для конденсаторов – во второй колонке. Следует отметить, что такой способ торрент-формирования данных для многономенклатурных компонентов и последующего торрент-формирования главного репозитория является новым и не имеет аналогов в известных автору САПР. Методика торрент-создания базы данных для многономенклатурных компонентов, которыми являются конденсаторы, полностью применима и к резисторам, сдвиговым переключателям и т.п. Находящиеся во второй колонке данные позволяют автоматически формировать посадочные места подобных компонентов, т.е. компонентов, которые имеют различные размеры, но топологически идентичные корпуса.

К сожалению, изготовители радио-электронных компонентов по не совсем понятным соображениям формируют и тиражируют ТУ на компоненты в виде таблиц с достаточно сложными «шапками». Все изменения, вносимые в документ на протяжении многих лет, выполняются довольно небрежно, в рукописном виде, что требует их контроля и распознавания человеком. Типичный пример внесения одного из таких изменений приведён на рисунке 8а. Здесь в кружочке вписан номер изменения, а число 1,4 зачёркнуто и заменено на 1,6. Разумеется, содержимое такого элемента таблицы не распознаётся и требует дополнительного редактирования (см. рис. 8б). С такими «электронными» исходными данными перейти к «цифровой экономике» будет весьма затруднительно!

Однако на этом работа по созданию боксов для репозитория не заканчивается. Формирование БД многономенклатурных компонентов заключается в наполнении новыми компонентами главного репозитория компонентов. Этот шаг выполняется с помощью программы TAB2toBXK.exe. Данная программа использует каждую строку в TAB2_xxx.docx для создания бокса хранения компонента (БХК) в директории CompBox. По окончании обработки всех строк в торрент-таблице программа запрашивает разрешение на копирование сформованных БХК в библиотеки компонентов, которое выполняется с помощью модуля CompToBD.exe. При отсутствии необходимости формирования репозитория наличие простых таблиц для ручного ввода компонента в БД значительно упрощает работу АБД при создании файлов посадочных мест.

На рисунке 9 приведена блок-схема организации работ по автоматическому формированию бокса хранения компонента и записи его в репозиторий ГРИФ-4. На рисунке 10 представлено содержимое директории БХК компонента Comp_k10-17-4 В 0,01 мкФ.

Рассмотрим содержимое и назначение отдельных папок и файлов в составе БХК.

Папка 3dm содержит 2 файла с трёхмерным изображением конденсатора в форматах SolidWorks и JPG (см. рис. 11).

Папка AddPart пуста, так как конструкция этого компонента не требует дополнительных элементов крепления или охлаждения.

Папка DataSheets содержит ссылку на учтённый файл ТУ на конденсаторы этого типа в формате .pdf.

Папка Mounting пуста, так как на сборочном чертеже печатной платы чертёж установки SMD-компонентов не требуется.

Папка NGA содержит список неграфических атрибутов (НГА) этого компонента, которые необходимы для автоматического формирования специ-
фикации на электронный узел. Содержимое файла К10-17-4В-2.nga представлено в листинге 1.

Папка PCB содержит 2 файла: K10-17-4B-2.jpg и K10-17-4B-2.pcb.

Вообще, файлы с расширением JPG представляются в репозитории компонентов ГРИФ-4 как дубликаты файлов других форматов для удобства их просмотра, без привлечения таких САПР, как P-CAD, SolidWorks и др. Файл в формате PCB является описанием посадочного места компонента (см. рис. 12).

В папке S-P хранится файл со специальной строкой для главного реестра компонентов в ГРИФ-4. Строка содержит описание основных характеристик компонента и представлена в виде текста, разделённого на 10 полей символами «!». Пример текста представлен ниже:

!Конденсатор !Capacitor ! К10-17в-Н20! ОЖ0.460.107ТУ! мкФ! 0.068-0.12! K1017V40-32-20-5! C1! K1017V40-32-20-5! xxx-SMD pin=2 26.05.2017

Назначение полей в строке:

Папка SCH содержит УГО компонента в формате JPG и ссылку на библиотеку УГО данного типа в БД САПР.

Файл «Служебная записка в службу АБД на ввод нового компонента в репозиторий» в формате .docx (см. рис. 13).

Отметим одну из особенностей бокса хранения компонента, которая состоит в том, что, помимо хранения конструктивных данных компонента, в директориях бокса хранятся исполняемые и служебные файлы программ, с помощью которых можно оперативно произвести необходимые доработки компонента, введённые в ТУ изготовителем компонента. К ним относятся:

В составе программных средств БХК часто имеет смысл сохранять модуль CompToBD.exe, который выполняет автоматическое копирование данных разделов БХК в соответствующие библиотеки компонентов. Это разумно, так как репозиторий служит в первую очередь для хранения данных, а работа многих САПР базируется на библиотеках проблемно-ориентированных характеристик компонентов.

Файл CompToBD.ms содержит протокол копирования файлов из репозитория в БД ГРИФ-4. Пример такого протокола представлен в листинге 6.

Заключение

Разработанный программный комплекс (торрент-система) является дальнейшим развитием программного комплекса ГРИФ-4. Несмотря на то что система «ТОРРЕНТ» базируется на средствах P-CAD 200х, результаты её работы можно легко использовать в других САПР, которые имеют в своём составе соответствующие конверторы для экспорта и импорта посадочных мест компонентов. К таким САПР сегодня можно отнести Altium Designer, OrCAD (Allegro), Delta Design.

Опытная эксплуатация комплекса показала высокую эффективность его использования. Например, ввод в репозиторий ГРИФ-4 полной номенклатуры конденсаторов серии К10-84 с тремя вариантами исполнения при общем количестве сформированных боксов хранения 450 был выполнен конструктором за 3 часа. Если за эти же 3 часа конструктор обычно вручную вводит в БД не более двух компонентов типа «конденсатор» одного варианта исполнения, то использование приложения «ТОРРЕНТ» позволяет повысить производительность труда этого конструктора в 225 раз. При этом весьма маловероятно возникновение ошибок.

Как отмечено в работе [2], «миниатюризация РЭА, снижение массы и уменьшение габаритов её блоков являются постоянно действующей и доминирующей тенденцией, предусматривающей улучшение массогабаритных характеристик компонентов и увеличение их номенклатуры». Именно по этой причине предложенный потоковый метод оперативного и безошибочного пополнения баз данных САПР является сегодня востребованным и актуальным.

Литература

1. Ёлшин Ю. Библиотека инженера. Инновационные методы проектирования печатных плат на базе САПР P-CAD 200x. – М.: СОЛОН-Пресс, 2016.
2. Беленький Б. Перспективные разработки АО «НИИ «Гириконд» в области пассивных электронных компонентов // Компоненты и технологии. 2017. № 6.
3. Сергеев А. Дополнительные приложения для OrCAD // Современная электроника. 2013. № 7.
4. Махлин Е. Взаимодействие инженера-схемотехника и инженера-конструктора // Технологии в электронной промышленности. 2009. № 3.

Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!