La creixent complexitat de 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. L’editor de restriccions de paràmetres codifica aquests paràmetres en fórmules per ajudar els dissenyadors a tractar millor aquests paràmetres de vegades contradictoris durant el disseny i la producció.

En els darrers anys, els requisits de distribució i enrutament de PCB s’han tornat més complexos i el nombre de transistors en circuits integrats ha augmentat tal com preveia la llei de Moore, cosa que fa que els dispositius siguin més ràpids i cada pols més curts al llarg del temps de pujada, a més d’augmentar el nombre de pins – sovint de 500 a 2,000. Tot això crea problemes de densitat, rellotge i diafonia quan es dissenya un PCB.

Fa uns anys, la majoria de PCBS només tenien un grapat de nodes “crítics” (xarxes), que normalment es defineixen com a restriccions en la impedància, la longitud i el joc. Els dissenyadors de PCB encaminarien aquestes rutes manualment i, a continuació, utilitzaven programari per automatitzar l’encaminament a gran escala de tot el circuit. Els PCBS actuals sovint tenen 5,000 nodes o més, més del 50% dels quals són crítics. Due to the time to market pressure, manual wiring is not possible at this point. Moreover, not only has the number of critical nodes increased, but the constraints on each node have also increased.

These constraints are mainly due to the correlation parameters and design requirements of more and more complex, for example, the two linear interval may depend on an and node voltage and circuit board materials are related functions, digital IC rise time decreases of high speed and low clock speed can influence the design, due to pulse faster and to establish and maintain a shorter time, In addition, as an important part of the total delay of high-speed circuit design, interconnect delay is also very important for low-speed design.

Alguns d’aquests problemes serien més fàcils de resoldre si els taulers fossin més grans, però la tendència es troba en la direcció contrària. A causa dels requisits de retard d’interconnexió i paquet d’alta densitat, la placa de circuits és cada vegada més petita, de manera que apareix el disseny de circuits d’alta densitat i cal seguir les regles de disseny de la miniaturització. Reduced rise times combined with these miniaturized design rules make crosstalk noise an increasingly prominent problem, and ball grid arrays and other high-density packages themselves exacerbate crosstalk, switching noise, and ground bounce.

S’han corregit les restriccions que hi ha

L’enfocament tradicional d’aquests problemes consisteix a traduir els requisits elèctrics i de processos en paràmetres de restricció fixos per experiència, valors predeterminats, taules numèriques o mètodes de càlcul. Per exemple, un enginyer que dissenyi un circuit primer pot determinar una impedància nominal i després “estimar” una amplada de línia nominal per aconseguir la impedància desitjada en funció dels requisits finals del procés, o utilitzar una taula de càlcul o un programa aritmètic per provar interferències i després treballar les restriccions de longitud.

This approach typically requires a set of empirical data to be designed as a basic guideline for PCB designers so that they can leverage this data when designing with automatic layout and routing tools. El problema d’aquest enfocament és que les dades empíriques són un principi general i, la majoria de les vegades, són correctes, però de vegades no funcionen ni donen resultats equivocats.

Utilitzem l’exemple de determinació de la impedància anterior per veure l’error que pot provocar aquest mètode. Els factors relacionats amb la impedància inclouen les propietats dielèctriques del material del tauler, l’alçada del paper de coure, la distància entre les capes i la capa de terra / potència i l’amplada de la línia. Atès que els tres primers paràmetres generalment estan determinats pel procés de producció, els dissenyadors solen utilitzar l’amplada de la línia per controlar la impedància. Since the distance from each line layer to the ground or power layer is different, it is clearly a mistake to use the same empirical data for each layer. This is compounded by the fact that the manufacturing process or circuit board characteristics used during development can change at any time.

La majoria de les vegades, aquests problemes s’exposaran a l’etapa de producció de prototips, el més general és esbrinar el problema mitjançant la reparació o el redisseny de la placa de circuits per resoldre el disseny de la placa. El cost de fer-ho és elevat i les correccions solen crear problemes addicionals que requereixen una depuració addicional, i la pèrdua d’ingressos a causa del temps retardat al mercat supera amb escreix el cost de la depuració.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.

Què es pot utilitzar per restringir el disseny de PCB?

Solució: parametritzar les restriccions

Actualment els proveïdors de programari de disseny intenten solucionar aquest problema afegint paràmetres a les restriccions. L’aspecte més avançat d’aquest enfocament és la capacitat d’especificar especificacions mecàniques que reflecteixin completament diverses característiques elèctriques internes. Una vegada que s’incorporen al disseny de PCB, el programari de disseny pot utilitzar aquesta informació per controlar el disseny automàtic i l’eina d’encaminament.

When the subsequent production process changes, there is no need to redesign. The designers simply update the process characteristic parameters, and the relevant constraints can be changed automatically. A continuació, el dissenyador pot executar DRC (Design Rule Check) per determinar si el nou procés infringeix qualsevol altra regla de disseny i esbrinar quins aspectes del disseny s’han de canviar per corregir tots els errors.

Es poden introduir restriccions en forma d’expressions matemàtiques, incloses constants, diversos operadors, vectors i altres restriccions de disseny, proporcionant als dissenyadors un sistema basat en regles parametritzades. Constraints can even be entered as look-up tables, stored in a design file on a PCB or schematic. El cablejat de PCB, la ubicació de l’àrea de la làmina de coure i les eines de disseny segueixen les restriccions generades per aquestes condicions i DRC verifica que tot el disseny compleix aquestes restriccions, incloses l’amplada de la línia, l’espaiat i els requisits d’espai, com ara restriccions d’àrea i alçada.

Gestió jeràrquica

Un dels principals avantatges de les restriccions parametritzades és que es poden classificar. Per exemple, la regla d’amplada de línia global es pot utilitzar com a restricció de disseny en tot el disseny. Per descomptat, algunes regions o nodes no poden copiar aquest principi, de manera que es pot passar per alt la restricció de nivell superior i es pot adoptar la restricció de nivell inferior en el disseny jeràrquic. A Parametric Constraint Solver, un editor de restriccions d’ACCEL Technologies, se li ofereixen un total de 7 nivells:

1. Dissenyeu restriccions per a tots els objectes que no tinguin cap altra restricció.

2. Restriccions de jerarquia, aplicades a objectes a un nivell determinat.

3. La restricció del tipus de node s’aplica a tots els nodes d’un tipus determinat.

4. Node constraint: applies to a node.

5. Restricció entre classes: indica la restricció entre nodes de dues classes.

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

7. Restriccions del dispositiu, aplicades a un sol dispositiu.

El programari segueix diverses restriccions de disseny des de dispositius individuals fins a totes les regles de disseny i mostra l’ordre d’aplicació d’aquestes regles en el disseny mitjançant gràfics.

Example 1: Line width = F (impedance, layer spacing, dielectric constant, copper foil height). Aquí teniu un exemple de com es poden utilitzar restriccions parametritzades com a regles de disseny per controlar la impedància. Com s’ha esmentat anteriorment, la impedància és una funció de la constant dielèctrica, la distància a la capa de línia més propera, l’amplada i l’alçada del fil de coure. Atès que s’ha determinat la impedància requerida pel disseny, aquests quatre paràmetres es poden prendre arbitràriament com a variables rellevants per reescriure la fórmula d’impedància. En la majoria dels casos, els dissenyadors només poden controlar l’amplada de la línia.

Because of this, the constraints on line width are functions of impedance, dielectric constant, distance to the nearest line layer, and height of the copper foil. Si la fórmula es defineix com una restricció jeràrquica i els paràmetres del procés de fabricació com una restricció a nivell de disseny, el programari ajustarà automàticament l’amplada de la línia per compensar-la quan canviï la capa de línia dissenyada. De la mateixa manera, si la placa de circuit dissenyada es produeix en un procés diferent i es modifica l’alçada de la làmina de coure, es poden recalcular automàticament les regles rellevants del nivell de disseny canviant els paràmetres d’alçada de la làmina de coure.

Example 2: Device interval = Max (default interval, F (device height, detection Angle).L’avantatge evident d’utilitzar les restriccions de paràmetres i la comprovació de regles de disseny és que l’enfocament parametritzat és portàtil i es controla quan es produeixen canvis de disseny. 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.

L’angle de detecció sol ser una constant per a tota la placa, de manera que es pot definir a nivell de disseny. En comprovar una màquina diferent, es pot actualitzar tot el disseny simplement introduint nous valors a nivell de disseny. Després d’introduir els nous paràmetres de rendiment de la màquina, el dissenyador pot saber si el disseny és factible simplement executant el DRC per comprovar si l’espaiat del dispositiu entra en conflicte amb el nou valor d’espaiat, que és molt més fàcil que analitzar, corregir i després fer càlculs complets segons als nous requisits d’espai.

Què es pot utilitzar per restringir el disseny de PCB?

Exemple 3: disseny de components,A més d’organitzar objectes de disseny i restriccions, les regles de disseny també es poden utilitzar per al disseny de components, és a dir, poden detectar on col·locar dispositius sense causar errors basats en restriccions. La figura 1 es destina a satisfer les limitacions físiques (com ara l’interval i la vora de l’espai entre plaques i el dispositiu) de l’àrea de posició dels dispositius; l’àrea de restricció d’espai, finalment, la figura 2 és la intersecció de les tres primeres parts de la imatge, aquest és el disseny de l’àrea efectiva, Devices placed in this region can satisfy all constraints.

Què es pot utilitzar per restringir el disseny de PCB？

De fet, generar restriccions de manera modular pot millorar en gran mesura la seva mantenibilitat i reutilització. New expressions can be generated by referring to the constraint parameters of different layers in the previous stage, for example, the line width of the top layer depends on the distance of the top layer and the height of the copper wire, and the variables Temp and Diel_Const in the design level. Note that design rules are displayed in descending order, and changing a higher-level constraint immediately affects all expressions that refer to that constraint.

Què es pot utilitzar per restringir el disseny de PCB？

Reutilització i documentació del disseny

Parametric constraints, not only can significantly improve the initial design process, and reuse of engineering change and design more useful, the constraint can be used as part of the design, system and documents, if not only in engineer or designer’s mind, so when they turn to other projects may be slowly forget. Els documents de restricció documenten les regles de rendiment elèctric que s’han de seguir durant el procés de disseny i ofereixen a altres la possibilitat d’entendre les intencions del dissenyador de manera que aquestes regles es puguin aplicar fàcilment als nous processos de fabricació o canviar-los segons els requisits de rendiment elèctric. Future multiplexers can also know the exact design rules and make changes by entering new process requirements without having to guess how line widths were obtained.

This article conclusion

L’editor de restriccions de paràmetres facilita el disseny i l’encaminament de PCB sota restriccions multidimensionals i, per primera vegada, permet verificar completament les regles de disseny i programari d’encaminament automàtic enfront de complexos requisits elèctrics i de procés, en lloc de confiar només en l’experiència o en regles de disseny simples de poca utilitat. The result is a design that can achieve a one-time success, reducing or even eliminating prototype debugging.