Нарастващата сложност на PCB съображения за проектиране, като часовник, кръстосани разговори, импеданс, откриване и производствени процеси, често принуждават дизайнерите да повтарят много работа по оформление, проверка и поддръжка. Редакторът на ограничения на параметрите кодира тези параметри във формули, за да помогне на дизайнерите да се справят по -добре с тези понякога противоречиви параметри по време на проектирането и производството.

През последните години изискванията за оформление и маршрутизиране на печатни платки станаха по -сложни, а броят на транзисторите в интегралните схеми се увеличи, както се предвижда от закона на Мур, което прави устройствата по -бързи и всеки импулс по -къс по време на нарастване, както и увеличаване на броя на пиновете – често 500 до 2,000. Всичко това създава проблеми с плътността, часовника и пресечните точки при проектирането на печатна платка.

Преди няколко години повечето PCBS имаха само няколко „критични“ възли (мрежи), обикновено дефинирани като ограничения върху импеданса, дължината и хлабината. Дизайнерите на печатни платки биха насочили ръчно тези маршрути и след това използваха софтуер за автоматизиране на мащабно маршрутизиране на цялата верига. Днешните PCBS често имат 5,000 или повече възли, повече от 50% от които са критични. Поради времето на пазарния натиск, ръчното окабеляване на този етап не е възможно. Освен това не само броят на критичните възли се е увеличил, но и ограниченията за всеки възел също са се увеличили.

Тези ограничения се дължат главно на корелационните параметри и изискванията за проектиране на все по -сложни, например, двата линейни интервала могат да зависят от напрежението на възела и възела, а материалите на печатната платка са свързани функции, намаляването на времето за нарастване на цифровата IC с висока скорост и ниско тактовата честота може да повлияе на дизайна поради по -бърз импулс и да установи и поддържа по -кратко време, Освен това, като важна част от общото забавяне на високоскоростната схема, забавянето на взаимосвързаността също е много важно за проектирането с ниска скорост.

Някои от тези проблеми биха били по -лесни за решаване, ако дъските бяха по -големи, но тенденцията е в обратна посока. Поради изискванията за забавяне на свързване и пакет с висока плътност, платката става все по -малка и по -малка, така че се появява дизайн на верига с висока плътност и трябва да се спазват правилата за проектиране на миниатюризация. Намаленото време на нарастване, съчетано с тези миниатюрни правила за проектиране, прави шума от кръстосани взаимодействия все по-забележим проблем, а решетките от сферични решетки и други пакети с висока плътност сами засилват напрегнатите взаимодействия, шума при превключване и отскачането на земята.

Фиксирани ограничения, които съществуват

Традиционният подход към тези проблеми е да се преобразуват електрическите и технологичните изисквания във фиксирани параметри на ограничения чрез опит, стойности по подразбиране, таблици с числа или методи за изчисление. Например, инженер, проектиращ верига, може първо да определи номинален импеданс и след това да „оцени“ номинална ширина на линията, за да постигне желания импеданс въз основа на крайните изисквания на процеса, или да използва таблица за изчисление или аритметична програма за тестване за смущения и след това да работи извън ограниченията по дължината.

Този подход обикновено изисква набор от емпирични данни да бъдат проектирани като основно ръководство за дизайнерите на печатни платки, така че те да могат да използват тези данни при проектирането с инструменти за автоматично оформление и маршрутизиране. Проблемът с този подход е, че емпиричните данни са общ принцип и през повечето време са верни, но понякога не работят или водят до грешни резултати.

Нека използваме горния пример за определяне на импеданса, за да видим грешката, която този метод може да причини. Факторите, свързани с импеданса, включват диелектричните свойства на материала на плочата, височината на медното фолио, разстоянието между слоевете и земния/захранващия слой и ширината на линията. Тъй като първите три параметъра обикновено се определят от производствения процес, дизайнерите обикновено използват ширината на линията за контрол на импеданса. Тъй като разстоянието от всеки линеен слой до наземния или енергийния слой е различно, очевидно е грешка да се използват едни и същи емпирични данни за всеки слой. Това се усложнява от факта, че производственият процес или характеристиките на платката, използвани по време на разработката, могат да се променят по всяко време.

През повечето време тези проблеми ще бъдат изложени на етапа на производство на прототип, общото е да се установи проблемът чрез ремонт или препроектиране на печатната платка, за да се реши дизайна на платката. Цената за това е висока и корекциите често създават допълнителни проблеми, които изискват допълнително отстраняване на грешки, а загубата на приходи поради забавено време за пускане на пазара далеч надхвърля разходите за отстраняване на грешки.Почти всеки производител на електроника се сблъсква с този проблем, който в крайна сметка се свежда до неспособността на традиционния софтуер за проектиране на печатни платки да е в крак с реалностите на настоящите изисквания за електрически характеристики. Това не е толкова просто, колкото емпиричните данни за механичния дизайн.

Какво може да се използва за ограничаване на дизайна на печатни платки?

Решение: Параметризирайте ограниченията

В момента доставчиците на софтуер за проектиране се опитват да разрешат този проблем, като добавят параметри към ограниченията. Най -напредналият аспект на този подход е възможността да се определят механични спецификации, които отразяват напълно различните вътрешни електрически характеристики. След като те бъдат включени в дизайна на печатни платки, софтуерът за проектиране може да използва тази информация за управление на инструмента за автоматично оформление и маршрутизиране.

Когато последващият производствен процес се промени, няма нужда от препроектиране. Проектантите просто актуализират параметрите на процеса и съответните ограничения могат да се променят автоматично. След това дизайнерът може да изпълни DRC (Design Rule Check), за да определи дали новият процес нарушава други правила за проектиране и да разбере кои аспекти на дизайна трябва да бъдат променени, за да се коригират всички грешки.

Ограниченията могат да бъдат въведени под формата на математически изрази, включително константи, различни оператори, вектори и други дизайнерски ограничения, предоставящи на дизайнерите параметризирана система, управлявана от правила. Ограниченията могат дори да бъдат въведени като таблици за търсене, съхранявани във файл за проектиране на печатна платка или схематично. Окабеляването на печатни платки, местоположението на зоната от медно фолио и инструментите за оформление следват ограниченията, породени от тези условия, и DRC проверява дали целият дизайн отговаря на тези ограничения, включително ширината на линията, разстоянието и пространствените изисквания, като ограничения за площ и височина.

Йерархично управление

Едно от основните предимства на параметризираните ограничения е, че те могат да бъдат класифицирани. Например правилото за глобална ширина на линията може да се използва като ограничение на дизайна в целия дизайн. Разбира се, някои региони или възли не могат да копират този принцип, така че ограничението от по-високо ниво може да бъде заобиколено и ограничението от по-ниско ниво в йерархичния дизайн може да бъде прието. Parameter Constraint Solver, редактор на ограничения от ACCEL Technologies, получава общо 7 нива:

1. Проектирайте ограничения за всички обекти, които нямат други ограничения.

2. Ограничения на йерархията, приложени към обекти на определено ниво.

3. Ограничение за тип възел се прилага за всички възли от определен тип.

4. Ограничение на възел: прилага се за възел.

5. Междукласово ограничение: показва ограничението между възли от два класа.

6. Пространствено ограничение, приложено към всички устройства в пространството.

7. Ограничения за устройства, приложени към едно устройство.

Софтуерът следва различни дизайнерски ограничения от отделни устройства до цялостните правила за проектиране и показва реда на прилагане на тези правила в дизайна чрез графики.

Пример 1: Ширина на линията = F (импеданс, разстояние между слоевете, диелектрична константа, височина на медно фолио). Ето пример за това как параметризираните ограничения могат да се използват като правила за проектиране за контрол на импеданса. Както бе споменато по -горе, импедансът е функция на диелектричната константа, разстоянието до най -близкия линеен слой, ширината и височината на медната жица. Тъй като импедансът, изискван от проекта, е определен, тези четири параметъра могат да бъдат произволно взети като съответни променливи за пренаписване на формулата на импеданса. В повечето случаи дизайнерите могат да контролират само ширината на линията.

Поради това ограниченията по ширината на линията са функции на импеданс, диелектрична константа, разстояние до най -близкия линеен слой и височина на медното фолио. Ако формулата е дефинирана като йерархично ограничение, а параметрите на производствения процес като ограничение на ниво проектиране, софтуерът автоматично ще регулира ширината на линията, за да компенсира, когато проектираният линеен слой се промени. По същия начин, ако проектираната платка е произведена в различен процес и височината на медното фолио се промени, съответните правила в проектното ниво могат да бъдат преизчислени автоматично чрез промяна на параметрите на височината на медното фолио.

Пример 2: Интервал на устройството = Макс (интервал по подразбиране, F (височина на устройството, ъгъл на откриване).Очевидното предимство от използването както на ограниченията на параметрите, така и на проверката на правилата за проектиране е, че параметризираният подход е преносим и се следи, когато настъпят промени в дизайна. Този пример показва как разстоянието между устройствата може да бъде определено според характеристиките на процеса и изискванията за изпитване. Формулата по -горе показва, че разстоянието между устройствата е функция от височината на устройството и ъгъла на откриване.

Ъгълът на откриване обикновено е константа за цялата платка, така че може да бъде дефиниран на ниво проектиране. Когато проверявате на различна машина, целият дизайн може да бъде актуализиран просто чрез въвеждане на нови стойности на ниво проектиране. След като бъдат въведени параметрите на новата производителност на машината, дизайнерът може да разбере дали проектирането е осъществимо, като просто стартира DRC, за да провери дали разстоянието между устройствата противоречи на новата стойност на разстоянието, което е много по -лесно от анализирането, коригирането и след това извършване на тежки изчисления според към новите изисквания за разстояние.

Какво може да се използва за ограничаване на дизайна на печатни платки?

Пример 3: Разположение на компонентите,В допълнение към организирането на дизайнерски обекти и ограничения, правилата за проектиране могат да се използват и за компонентно оформление, тоест те могат да откриват къде да поставят устройства, без да причиняват грешки въз основа на ограничения. Откроеното на фигура 1 е за спазване на физическите ограничения (като интервал и ръб на разстоянието между плочите и устройството), зоната за разполагане на устройствата, фигура 2 подчертава, за да отговори на зоните за поставяне на ограничени електрически устройства, като максималната дължина на линията, фигура 3 показва само зоната на ограничение на пространството, накрая, фигура 4 е пресечната точка на първите три части на картината, това е ефективното оформление на областта, Устройствата, поставени в този регион, могат да задоволят всички ограничения.

Какво може да се използва за ограничаване на дизайна на печатни платки?

Всъщност генерирането на ограничения по модулен начин може значително да подобри тяхната поддръжка и повторна употреба. Нови изрази могат да бъдат генерирани чрез препращане към параметрите на ограничения на различни слоеве в предишния етап, например ширината на линията на горния слой зависи от разстоянието на горния слой и височината на медната жица и променливите Temp и Diel_Const на ниво дизайн. Имайте предвид, че правилата за проектиране се показват в низходящ ред и промяната на ограничение от по-високо ниво незабавно засяга всички изрази, които се отнасят до това ограничение.

Какво може да се използва за ограничаване на дизайна на печатни платки?

Повторно използване на проекта и документация

Параметричните ограничения не само могат значително да подобрят първоначалния процес на проектиране, но и повторното използване на инженерните промени и дизайна да са по -полезни, ограничението може да се използва като част от дизайна, системата и документите, ако не само в съзнанието на инженера или дизайнера, така че когато те обръщане към други проекти може бавно да се забрави. Ограничителните документи документират правилата за електрически характеристики, които трябва да се спазват по време на процеса на проектиране, и предоставят възможност на другите да разберат намеренията на дизайнера, така че тези правила да могат лесно да се прилагат към нови производствени процеси или да се променят в съответствие с изискванията за електрически характеристики. Бъдещите мултиплексори също могат да знаят точните правила за проектиране и да правят промени, като въвеждат нови изисквания на процеса, без да се налага да отгатват как са получени ширините на линиите.

Заключение на тази статия

Редакторът на ограничения на параметрите улеснява оформлението и маршрутизирането на печатни платки при многоизмерни ограничения и за първи път позволява софтуерът за автоматично маршрутизиране и правилата за проектиране да бъдат напълно проверени спрямо сложни електрически и технологични изисквания, вместо просто да разчитат на опит или прости правила за проектиране, които са от малка полза. Резултатът е дизайн, който може да постигне еднократен успех, като намали или дори премахне отстраняването на грешки в прототипа.