Sve veća složenost PCB design considerations, such as clock, cross talk, impedance, detection, and manufacturing processes, often forces designers to repeat a lot of layout, verification, and maintenance work. Uređivač ograničenja parametara kodificira ove parametre u formule kako bi pomogao dizajnerima da se bolje nose s tim ponekad kontradiktornim parametrima tijekom projektiranja i proizvodnje.

Posljednjih godina zahtjevi za raspored i usmjeravanje PCB -a postali su složeniji, a broj tranzistora u integriranim krugovima se povećao kako je predviđeno Mooreovim zakonom, čineći uređaje bržim i svaki impuls kraćim uz vrijeme porasta, kao i povećavajući broj pinova – često 500 do 2,000. Sve to stvara probleme s gustoćom, satom i preslušavanjem pri projektiranju PCB -a.

Prije nekoliko godina većina PCBS -a imala je samo nekoliko “kritičnih” čvorova (mreža), obično definiranih kao ograničenja impedanse, dužine i zazora. Dizajneri PCB-a ručno će usmjeriti ove rute, a zatim koristiti softver za automatizaciju opsežnog usmjeravanja cijelog kola. Današnji PCBS često ima 5,000 ili više čvorova, od kojih je više od 50% kritično. Zbog vremena na tržištu, ručno ožičenje u ovom trenutku nije moguće. Moreover, not only has the number of critical nodes increased, but the constraints on each node have also increased.

Ova ograničenja uglavnom su posljedica sve većih i složenijih parametara korelacije i dizajnerskih zahtjeva, na primjer, dva linearna intervala mogu ovisiti o naponu i čvoru, a materijali na ploči su povezane funkcije, vrijeme porasta digitalnog IC -a smanjuje se velikom brzinom i niskim brzina takta može utjecati na dizajn zbog bržeg pulsa te uspostavljanja i održavanja kraćeg vremena, Osim toga, kao važan dio ukupnog kašnjenja projektiranja kruga velikih brzina, kašnjenje međusobnog povezivanja također je vrlo važno za projektiranje malih brzina.

Neke od ovih problema bilo bi lakše riješiti da su ploče veće, ali trend je u suprotnom smjeru. Zbog zahtjeva kašnjenja međusobnog povezivanja i paketa velike gustoće, ploča je sve manja, pa se pojavljuje dizajn kruga velike gustoće i moraju se poštivati ​​pravila dizajna minijaturizacije. Skraćeno vrijeme uspona u kombinaciji s ovim minijaturiziranim pravilima dizajna čini buku preslušavanja sve izraženijim problemom, a rešetke kugličnih rešetki i drugi paketi velike gustoće sami pogoršavaju preslušavanje, preklapanje i odbijanje tla.

Fiksna ograničenja koja postoje

Tradicionalni pristup ovim problemima je prevođenje električnih i procesnih zahtjeva u parametre fiksnih ograničenja prema iskustvu, zadanim vrijednostima, tablicama brojeva ili metodama izračuna. Na primjer, inženjer koji projektira krug može prvo odrediti nazivnu impedanciju, a zatim “procijeniti” nazivnu širinu linije kako bi postigao željenu impedanciju na osnovu konačnih zahtjeva procesa, ili koristiti proračunsku tablicu ili aritmetički program za testiranje smetnji, a zatim raditi van ograničenja dužine.

Ovaj pristup obično zahtijeva da se skup empirijskih podataka osmisli kao osnovna smjernica za dizajnere PCB -a, tako da oni mogu iskoristiti te podatke prilikom projektiranja s automatskim alatima za raspored i usmjeravanje. Problem s ovim pristupom je što su empirijski podaci opći princip i većinu vremena su točni, ali ponekad ne funkcioniraju ili dovode do pogrešnih rezultata.

Upotrijebimo gornji primjer određivanja impedancije da vidimo grešku koju ova metoda može uzrokovati. Faktori koji se odnose na impedanciju uključuju dielektrična svojstva materijala ploče, visinu bakrene folije, udaljenost između slojeva i tla/energetski sloj i širinu linije. Budući da su prva tri parametra općenito određena proizvodnim procesom, dizajneri obično koriste širinu linije za kontrolu impedanse. Budući da je udaljenost od svakog sloja linije do tla ili sloja energije različita, očito je greška koristiti iste empirijske podatke za svaki sloj. Ovo je dodatno otežano činjenicom da se proizvodni proces ili karakteristike ploča koje se koriste tokom razvoja mogu promijeniti u bilo kojem trenutku.

Većinu vremena ti će problemi biti izloženi u fazi proizvodnje prototipa, općenito je da se problem otkrije popravkom ili redizajniranjem ploča kako bi se riješio dizajn ploče. Troškovi toga su visoki, a popravci često stvaraju dodatne probleme koji zahtijevaju daljnje otklanjanje pogrešaka, a gubitak prihoda zbog kašnjenja vremena za izlazak na tržište daleko premašuje troškove otklanjanja pogrešaka.Almost every electronics manufacturer faces this problem, which ultimately boils down to the inability of traditional PCB design software to keep up with the realities of current electrical performance requirements. It is not as simple as empirical data on mechanical design.

Što se može koristiti za ograničavanje dizajna PCB -a?

Rješenje: Parametrizirajte ograničenja

Trenutno proizvođači softvera za dizajn pokušavaju riješiti ovaj problem dodavanjem parametara ograničenjima. Najnapredniji aspekt ovog pristupa je mogućnost specificiranja mehaničkih specifikacija koje u potpunosti odražavaju različite unutrašnje električne karakteristike. Nakon što se oni ugrade u dizajn PCB -a, softver za dizajn može koristiti ove informacije za kontrolu automatskog alata za raspored i usmjeravanje.

Kada se naknadni proizvodni proces promijeni, nema potrebe za redizajniranjem. Dizajneri jednostavno ažuriraju parametre karakteristika procesa, a relevantna ograničenja se mogu automatski promijeniti. Dizajner tada može pokrenuti DRC (Design Rule Check) kako bi utvrdio krši li novi proces bilo koja druga pravila dizajna i saznao koje aspekte dizajna treba promijeniti kako bi ispravio sve greške.

Ograničenja se mogu unijeti u obliku matematičkih izraza, uključujući konstante, različite operatore, vektore i druga dizajnerska ograničenja, pružajući dizajnerima parametrizirani sistem vođen pravilima. Ograničenja se čak mogu unijeti kao tražilice, pohranjene u datoteci dizajna na PCB-u ili shematski. Ožičenje PCB -a, lokacija područja bakrene folije i alati za raspored slijede ograničenja generirana ovim uvjetima, a DRC provjerava da li je cijeli dizajn u skladu s tim ograničenjima, uključujući širinu linija, razmak i zahtjeve prostora, kao što su ograničenja površine i visine.

Hijerarhijski menadžment

Jedna od glavnih prednosti parametriziranih ograničenja je ta što se mogu ocijeniti. Na primjer, globalno pravilo širine linije može se koristiti kao ograničenje dizajna u cijelom dizajnu. Naravno, neke regije ili čvorovi ne mogu kopirati ovaj princip, pa se ograničenje višeg nivoa može zaobići i ograničenje nižeg nivoa u hijerarhijskom dizajnu može se usvojiti. Parametarskom rješavaču ograničenja, uređivaču ograničenja iz ACCEL Technologies, dodijeljeno je ukupno 7 nivoa:

1. Dizajnirajte ograničenja za sve objekte koji nemaju drugih ograničenja.

2. Ograničenja hijerarhije, primijenjena na objekte na određenom nivou.

3. Ograničenje tipa čvora primjenjuje se na sve čvorove određenog tipa.

4. Node constraint: applies to a node.

5. Ograničenje među klasama: označava ograničenje između čvorova dvije klase.

6. Spatial constraint, applied to all devices in a space.

7. Ograničenja uređaja, primijenjena na jedan uređaj.

Softver slijedi različita dizajnerska ograničenja od pojedinačnih uređaja do cjelokupnih pravila dizajna i prikazuje redoslijed primjene ovih pravila u dizajnu putem grafike.

Primjer 1: Širina linije = F (impedancija, razmak između slojeva, dielektrična konstanta, visina bakrene folije). Evo primjera kako se parametrizirana ograničenja mogu koristiti kao pravila dizajna za kontrolu impedanse. Kao što je gore spomenuto, impedancija je funkcija dielektrične konstante, udaljenosti do najbližeg sloja linije, širine i visine bakrene žice. Budući da je određena impedancija potrebna projektom, ova četiri parametra se mogu proizvoljno uzeti kao relevantne varijable za prepisivanje formule impedanse. U većini slučajeva dizajneri mogu kontrolirati samo širinu linije.

Zbog toga su ograničenja širine linije funkcije impedancije, dielektrične konstante, udaljenosti do najbližeg sloja linije i visine bakrene folije. Ako je formula definirana kao hijerarhijsko ograničenje, a parametri proizvodnog procesa kao ograničenje na razini dizajna, softver će automatski prilagoditi širinu linije kako bi kompenzirao promjenu dizajniranog sloja linije. Slično, ako je projektirana ploča proizvedena u drugačijem procesu i promijenjena je visina bakrene folije, relevantna pravila u projektnoj razini mogu se automatski ponovno izračunati promjenom parametara visine bakrene folije.

Example 2: Device interval = Max (default interval, F (device height, detection Angle).Očigledna korist korištenja i ograničenja parametara i provjere pravila dizajna je ta što je parametrizirani pristup prenosiv i nadziran kada dođe do promjena u dizajnu. This example shows how device spacing can be determined by process characteristics and test requirements. The formula above shows that device spacing is a function of device height and detection Angle.

Kut detekcije je obično konstanta za cijelu ploču, pa se može definirati na razini dizajna. Prilikom provjere na drugom stroju, cijeli se dizajn može ažurirati jednostavnim unosom novih vrijednosti na razini dizajna. Nakon što se unesu novi parametri performansi nove mašine, dizajner može znati je li dizajn izvediv jednostavnim pokretanjem DRC -a kako bi provjerio je li razmak između uređaja u suprotnosti s novom vrijednošću razmaka, što je mnogo lakše nego analizirati, ispraviti i zatim napraviti teške proračune prema novim zahtjevima za razmake.

Što se može koristiti za ograničavanje dizajna PCB -a?

Primjer 3: Raspored komponenti,Osim za organizaciju dizajnerskih objekata i ograničenja, pravila dizajna mogu se koristiti i za raspored komponenti, odnosno mogu otkriti gdje postaviti uređaje bez izazivanja grešaka na osnovu ograničenja. Istaknuto na slici 1 je za zadovoljavanje fizičkih ograničenja (kao što su interval i ivica razmaka ploča i uređaja), mjesto mjesta uređaja, istaknuto na slici 2 je za zadovoljavanje električno ograničenih područja postavljanja uređaja, kao što je maksimalna dužina linije, slika 3 prikazuje samo područje ograničenja prostora, na kraju, slika 4 je presjek prva tri dijela slike, ovo je efektivan raspored područja, Uređaji postavljeni u ovoj regiji mogu zadovoljiti sva ograničenja.

Šta se može koristiti za ograničavanje dizajna PCB -a?

Zapravo, generiranje ograničenja na modularni način može uvelike poboljšati njihovu održivost i ponovnu upotrebu. Novi izrazi mogu se generirati pozivanjem na parametre ograničenja različitih slojeva u prethodnoj fazi, na primjer, širina linije gornjeg sloja ovisi o udaljenosti gornjeg sloja i visini bakrene žice, te varijablama Temp i Diel_Const na nivou dizajna. Imajte na umu da se pravila dizajna prikazuju opadajućim redoslijedom, a promjena ograničenja više razine odmah utječe na sve izraze koji se odnose na to ograničenje.

Šta se može koristiti za ograničavanje dizajna PCB -a?

Ponovna upotreba dizajna i dokumentacija

Parametarska ograničenja, ne samo da mogu značajno poboljšati početni proces projektiranja, a ponovna upotreba inženjerskih promjena i dizajna biti korisnija, ograničenje se može koristiti kao dio dizajna, sistema i dokumenata, ako ne samo u umu inženjera ili dizajnera, pa kad okretanje drugim projektima može se polako zaboraviti. Dokumenti s ograničenjima dokumentiraju pravila električnih performansi koja se trebaju pridržavati tijekom procesa projektiranja i pružaju priliku drugima da razumiju namjere projektanta, tako da se ta pravila mogu lako primijeniti na nove proizvodne procese ili promijeniti prema zahtjevima električnih performansi. Budući multiplekseri također mogu znati tačna pravila dizajna i unositi promjene unošenjem novih zahtjeva procesa bez potrebe pogađanja kako su dobivene širine linija.

Zaključak ovog članka

Uređivač ograničenja parametara olakšava izgled PCB-a i usmjeravanje pod višedimenzionalnim ograničenjima, te po prvi put omogućuje potpunu provjeru softvera za automatsko usmjeravanje i pravila dizajna u skladu sa složenim električnim i procesnim zahtjevima, umjesto da se oslanja samo na iskustvo ili jednostavna pravila projektiranja koja su od male koristi. Rezultat je dizajn koji može postići jednokratni uspjeh, smanjujući ili čak eliminirajući otklanjanje grešaka u prototipu.