Основы конструирования и технологии электронных средств

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное 

учреждение высшего образования 

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерно-технологическая академия

С. П. МАЛЮКОВ 

А. В. ПАЛИЙ
А. В. САЕНКО

ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И 

ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

Учебное пособие

Ср

Ростов-на-Дону – Таганрог

Издательство Южного федерального университета

2017

УДК 621.382 (075.8)
ББК 32.85я73

М218

Печатается по решению кафедры конструирования электронных средств 

Института нанотехнологий, электроники и приборостроения Южного 

федерального университета (протокол №8 от 08.02.2017 г.)

Рецензенты:

кандидат технических наук, доцент кафедры нанотехнологий 

и микросистемной техники Института нанотехнологий, электроники 

и приборостроения ЮФУ С. П. Авдеев

кандидат технических наук, доцент, заместитель главного 

конструктора ТНИИС А. М. Горин 

Малюков, С. П. 

М218
Основы конструирования и технологии электронных средств : 

учебное пособие / С. П. Малюков, А. В. Палий, А. В. Саенко ; Южный федеральный университет.  Ростов-на-Дону ; Таганрог : Издательство Южного федерального университета, 2017. – 105 с.

ISBN 978-5-9275-2725-0
В учебном пособии описана разработка конструкции и технологии изготов
ления печатной платы от схемы электрической принципиальной, проведено моделирование и синтез в САПР OrCAD и P-CAD. Также в пособии описан выбранный наиболее подходящий технологический маршрут изготовления печатной платы (тентинг-метод) и проведен расчет теплового режима устройства в 
программе АСОНИКА-Т.

Пособие может быть рекомендовано студентам, обучающимся по направ
лению 11.04.03, а также специалистам в области конструирования и технологии 
электронных средств. 

УДК 621.382 (075.8)

ББК 32.85я73

ISBN 978-5-9275-2725-0

© Южный федеральный университет, 2017
© Малюков С. П., Палий А. В., Саенко А. В., 2017
© Оформление. Макет. Издательство

Южного федерального университета, 2017

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
……………………………………....................…………...4

1. ОБЩАЯ СТРУКТУРА САПР CADENCE ORCAD
.....................…...5

2. СОЗДАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

В САПР ORCAD CAPTURE CIS
……..…....................................…….7

2.1. Создание электрической схемы в проекте Analog or Mixed A/D …..7
2.2. Создание иерархических блоков электрической схемы ……..…...15
2.3. Сохранение иерархического блока в библиотеку и использование 

блока в схеме
……..…...........................................................……...17

2.4. Создание электрической схемы в проекте PC Board Wizard ….....20
2.5. Создание и моделирование схемы в проекте 

Programmable Logic Wizard …………….......…………..…………..23

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ В МОДУЛЕ 

LAYOUT САПР ORCAD
……...……………...........................……..25

3.1. Создание электрической схемы для проектирования печатной 

платы
…………………..…………..............................……………..25

3.2. Упаковка схемы на печатную плату
…….....................…….……..26

3.3. Задание технологических норм на печатную плату
......................29

3.4. Размещение компонентов на поле печатной платы
......................33

3.5. Автотрассировка проводников
…………...................……………34

3.6. Оформление документации
…………...……….…...................….35

4. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ 

В САПР P-CAD …….…………………….........................…………...38

5. ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ 42
5.1. Виды печатных плат
…...................……………………………….42

5.2. Тентинг-метод изготовления печатной платы
….....................….57

6. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА УСТРОЙСТВА
........................71

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
……………….....................………...75

8. ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ
…………………………....................……89

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
…………….……….…………....................…………103

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
……………….….….......................………104

ВВЕДЕНИЕ

В современных условиях к электронной аппаратуре, помимо соответ
ствия основному набору технических характеристик, предъявляется ряд 
жестких требований, направленных на повышение технологичности, 
надежности, сокращения длительности и стоимости цикла проектирования. 
Все эти задачи невозможно решить без специальных систем автоматизированного проектирования (САПР), позволяющих сократить число дорогостоящих этапов проектирования, связанных с макетированием, испытаниями и последующей доработкой макета по результатам испытаний.

Пособие посвящено описанию разработки конструкции и технологии 

изготовления печатной платы от схемы электрической принципиальной до
ее моделирования и синтеза в САПР OrCAD и P-CAD. Также в пособии 
описан выбранный наиболее подходящий технологический маршрут ее изготовления (тентинг-метод) и проведен расчет теплового режима устройства в программе АСОНИКА-Т.

1. ОБЩАЯ СТРУКТУРА САПР CADENCE ORCAD

САПР Cadence OrCAD сегодня представляет собой по сути практически 

единственное средство сквозного проектирования цифровой, аналоговой и 
цифро-аналоговой аппаратуры на платформе Windows 7/10 [1]. 

Стандартный состав САПР OrCAD показан на рис. 1.1.

Графический редактор
ICA

Capture CIS

Layout Plus

Pspice A/D

База данных

Express Plus

Рис. 1.1. Состав САПР OrCAD

Электрическая схема задается по средствам редактора Capture CIS. 

При помощи служб ICA есть возможность доступа через Интернет к базе 
данных, содержащей сведения о 200 тыс. элементов различных фирм. При
помощи программы Express Plus осуществляется моделирование цифровой
схемы и синтез ПЛИС, элементы которой должны быть описаны на языке 
VHDL. Программа PSpice используется при моделировании цифровых, 
аналоговых и цифро-аналоговых схем, описываемых в формате PSpice. 
Разработка печатной платы осуществляется при помощи встроенной программы Layout. 

В САПР OrCAD может быть создано четыре вида исходных представ
лений проектов:

- Analog or Mixed A/D – моделирование аналоговых, цифровых и циф
ро-аналоговых схем;

- PC Board Wizard – печатные платы с возможностью моделирования 

схем в PSpice и цифровых схем в Express Plus;

1. Общая структура САПР Cadence OrCAD

6

- Programmable Logic Wizard – моделирование цифровых схем и синтез 

программируемой логики;

- Schematic – создание и документирование принципиальных схем.
Далее рассмотрим методику моделирования цифровой и аналого
цифровой схемы в проектах Analog or Mixed A/D, PC Board Wizard и Programmable Logic Wizard, а также проектирование печатной платы, содержащей аналоговые и цифровые элементы, в модуле Layout.

2. СОЗДАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

СХЕМЫ В САПР ORCAD CAPTURE CIS

2.1. Создание электрической схемы в проекте Analog or Mixed A/D

2.1.1. Создание проекта схемы

При запуске программы OrCAD Capture CIS открывается окно, пока
занное на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Стартовый экран программы OrCAD Capture CIS

При 
создании 
нового
проекта 
должна 
выполняться
команда 

File/New/Project. В открывшемся диалоговом окне, показанном на рис. 2.2,
указывается тип проекта: Analog or Mixed A/D (моделирование цифровых, 
аналоговых и цифро-аналоговых схем программой PSpice), в строке Name –
имя проекта. Далее при нажатии кнопки Browse создается каталог для размещения файлов проекта и нажимается ОК.

Далее следует выбрать используемые библиотеки символов для созда
ния электрической схемы. В библиотеке расположены символы элементов:

- analog.olb – резисторы, конденсаторы и др. пассивные элементы;
- 7400.olb, 74act.olb,… , 74s.olb – цифровые устройства;
- bipolar.olb – биполярные транзисторы;
- source.olb – источники питания и входных сигналов;
- break.olb – заготовки символов, параметры которых задаются в биб
лиотеке breakout.lib, и другие.

Выбранным изображениям элементов электрической схемы (резисто
рам, конденсаторам, транзисторам, источникам питания и др.) ставятся 

2. Создание и моделирование электрической схемы в САПР OrCAD Capture CIS

8

в соответствие их математические модели, которые должны быть описаны 
в формате PSpice [2].

Рис. 2.2. Диалоговое окно создания нового проекта

На рис. 2.3 представлено окно редактора схем OrCAD Capture CIS. Сле
ва располагается менеджер проекта, в центре – рабочая зона, в которой создается схема, и справа – панель инструментов для проектирования электрических схем.

Рис. 2.3. Окно редактора схем OrCAD Capture CIS

2.1. Создание электрической схемы в проекте Analog or Mixed A/D

9

2.1.2. Размещение компонентов схемы

Компоненты электрической схемы размещаются по команде Place/Part. 

В диалоговом окне, приведенном на рис. 2.4, в поле Libraries выбирается 
имя библиотеки, содержание которой отображается на панели Part List.

Рис. 2.4. Диалоговое окно выбора компонентов схемы

Для добавления библиотеки нажимается кнопка Add Library и добавля
ются необходимые библиотеки. Затем выбирается имя нужного элемента, 
изображение которого отображается в окне. Нажимается OK и символ элемента переносится на схему. Место установки элемента фиксируется нажатием левой кнопки мышки.

Окончание процесса размещения элемента производится в контекстном 

меню, вызываемом нажатием правой кнопкой мыши и активацией команды 
End Mode. В контекстном меню элемент поворачивается командой Rotate, 
зеркально отображается командой Mirror, можно также редактировать
свойства командой Edit Properties и другие.  Номинал пассивного элемента 

2. Создание и моделирование электрической схемы в САПР OrCAD Capture CIS

10

редактируется в окне, появляющемся после двойного нажатия левой кнопки мыши на номинале элемента.

Выводы размещаемых элементов не должны касаться друг друга, а 

должны соединяться проводниками.

2.1.3. Размещение земли

При активации команды Place/Ground открывается диалоговое окно с 

набором разных видов земли (общий вывод). При моделировании в PSpice
следует выбрать землю типа 0/Source.

2.1.4. Подключение источников питания и входных сигналов

Источники входных сигналов и питания содержатся в библиотеке 

source.оlb. В качестве источника питания и входных сигналов используется 
источник VDC. Для цифровой микросхемы источник питания не устанавливается. Входной сигнал задается при помощи источника VPULSE – источника прямоугольных импульсов, VAC – источник для анализа амплитудно-частотных характеристик, VSIN – источник сигнала синусоидальной 
формы, VPWL – источник произвольного кусочно-линейного сигнала и 
другие.

Задание параметров источника сигналов приводится в [3]. Многие ис
точники сигналов и питания приведены на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Источники сигналов и питания САПР OrCAD Capture CIS

Значения параметров источников сигнала задаются в диалоговом окне, 

активизирующемся после двойного нажатия левой кнопки мыши на выделенном параметре.

VPULSE

V2

0Vdc

VPWL

V1

1Vac
0Vdc

V3

TD = 

TF = 
PW = 
PER = 

V1 = 

TR = 

V2 = 

V5

FREQ = 
VAMPL = 
VOFF = 

VSIN

V4

VAC
VDC