Den stigende kompleksitet af PCB designovervejelser, såsom ur, cross talk, impedans, detektering og fremstillingsprocesser, tvinger ofte designere til at gentage en masse layout-, verifikations- og vedligeholdelsesarbejde. Parameterbegrænsningsredaktøren kodificerer disse parametre i formler for at hjælpe designere med bedre at håndtere disse til tider modstridende parametre under design og produktion.

I de senere år er PCB -layout og routingkrav blevet mere komplekse, og antallet af transistorer i integrerede kredsløb er steget som forudsagt i Moores lov, hvilket gør enheder hurtigere og hver puls kortere langs stigningstiden samt øger antallet af stifter – ofte 500 til 2,000. Alt dette skaber problemer med densitet, ur og krydstale ved design af et printkort.

For et par år siden havde de fleste PCBS kun en håndfuld “kritiske” noder (Nets), typisk defineret som begrænsninger på impedans, længde og clearance. PCB-designere ville manuelt dirigere disse ruter og derefter bruge software til at automatisere storstilet routing af hele kredsløbet. Dagens PCBS har ofte 5,000 eller flere noder, hvoraf mere end 50% er kritiske. På grund af tiden til markedspres er manuel ledningsføring ikke mulig på dette tidspunkt. Desuden er antallet af kritiske noder ikke kun steget, men begrænsningerne for hver knude er også steget.

Disse begrænsninger skyldes hovedsageligt korrelationsparametrene og designkravene til mere og mere komplekse, for eksempel kan de to lineære intervaller afhænge af en og nodespænding og printkortmaterialer er relaterede funktioner, digital IC -stigningstid falder ved høj hastighed og lav Urhastighed kan påvirke designet på grund af hurtigere puls og etablering og vedligeholdelse af en kortere tid, Som en vigtig del af den samlede forsinkelse af højhastighedskredsløbsdesign er forbindelsesforsinkelse også meget vigtig for lavhastighedsdesign.

Nogle af disse problemer ville være lettere at løse, hvis brædder var større, men tendensen er i den modsatte retning. På grund af kravene til sammenkoblingsforsinkelse og pakke med høj densitet bliver kredsløbskortet mindre og mindre, så design af kredsløb med høj densitet vises, og miniaturiseringsdesignregler skal følges. Reducerede stigningstider kombineret med disse miniaturiserede designregler gør krydstalkstøj til et stadig mere fremtrædende problem, og kuglegitterarrays og andre højdensitetspakker selv forværrer krydstale, skiftestøj og jordstopp.

Der er faste begrænsninger

Den traditionelle tilgang til disse problemer er at omsætte elektriske og proceskrav til faste begrænsningsparametre efter erfaring, standardværdier, numretabeller eller beregningsmetoder. For eksempel kan en ingeniør, der designer et kredsløb, først bestemme en nominel impedans og derefter “estimere” en nominel linjebredde for at opnå den ønskede impedans baseret på de sidste proceskrav, eller bruge en beregningstabel eller et aritmetisk program til at teste for interferens og derefter arbejde ud af længdebegrænsningerne.

Denne tilgang kræver typisk, at et sæt empiriske data er designet som en grundlæggende retningslinje for PCB -designere, så de kan udnytte disse data, når de designes med automatisk layout og routingsværktøjer. Problemet med denne tilgang er, at empiriske data er et generelt princip, og for det meste er de korrekte, men nogle gange virker de ikke eller fører til forkerte resultater.

Lad os bruge eksemplet på at bestemme impedans ovenfor for at se den fejl, denne metode kan forårsage. Faktorer relateret til impedans omfatter pladematerialets dielektriske egenskaber, kobberfoliens højde, afstanden mellem lagene og jorden/kraftlaget og linjebredden. Da de tre første parametre generelt bestemmes af produktionsprocessen, bruger designere normalt linjebredde til at kontrollere impedans. Da afstanden fra hvert linjelag til jorden eller kraftlaget er forskellig, er det klart en fejl at bruge de samme empiriske data for hvert lag. Dette forstærkes af, at fremstillingsprocessen eller printkortets egenskaber, der bruges under udviklingen, kan ændre sig når som helst.

Det meste af tiden vil disse problemer blive afsløret i prototypens produktionsfase, det generelle er at finde ud af problemet gennem kredsløbets reparation eller redesign for at løse tavledesignet. Omkostningerne ved at gøre det er høje, og rettelser skaber ofte yderligere problemer, der kræver yderligere fejlfinding, og tab af indtægter på grund af forsinket tid til markedet overstiger langt omkostningerne ved fejlfinding.Næsten alle elektronikproducenter står over for dette problem, som i sidste ende går ud på, at traditionel PCB -designsoftware ikke er i stand til at følge med i de aktuelle krav til elektrisk ydelse. Det er ikke så simpelt som empiriske data om mekanisk design.

Hvad kan bruges til at begrænse PCB -design?

Løsning: Parameteriser begrænsninger

I øjeblikket forsøger designsoftwareleverandører at løse dette problem ved at tilføje parametre til begrænsninger. Det mest avancerede aspekt ved denne tilgang er evnen til at specificere mekaniske specifikationer, der fuldt ud afspejler forskellige interne elektriske egenskaber. Når disse er indarbejdet i PCB -designet, kan designsoftwaren bruge disse oplysninger til at styre det automatiske layout og routingsværktøj.

Når den efterfølgende produktionsproces ændres, er det ikke nødvendigt at redesigne. Designerne opdaterer simpelthen de proceskarakteristiske parametre, og de relevante begrænsninger kan ændres automatisk. Designeren kan derefter køre DRC (Design Rule Check) for at afgøre, om den nye proces overtræder andre designregler og for at finde ud af, hvilke aspekter af designet, der skal ændres for at rette alle fejl.

Begrænsninger kan indtastes i form af matematiske udtryk, herunder konstanter, forskellige operatører, vektorer og andre designbegrænsninger, hvilket giver designere et parameteriseret regelstyret system. Begrænsninger kan endda indtastes som opslagstabeller, gemt i en designfil på et printkort eller skematisk. PCB -ledninger, placering af kobberfolieområde og layoutværktøjer følger de begrænsninger, der genereres af disse betingelser, og DRC verificerer, at hele designet overholder disse begrænsninger, herunder linjebredde, afstand og pladsbehov såsom område- og højdebegrænsninger.

Hierarkisk ledelse

En af de største fordele ved parameteriserede begrænsninger er, at de kan klassificeres. For eksempel kan den globale linjebredde -regel bruges som designbegrænsning i hele designet. Nogle regioner eller noder kan naturligvis ikke kopiere dette princip, så begrænsningen på højere niveau kan omgås, og begrænsningen på lavere niveau i det hierarkiske design kan vedtages. Parametric Constraint Solver, A Constraint editor fra ACCEL Technologies, får i alt 7 niveauer:

1. Design begrænsninger for alle objekter, der ikke har andre begrænsninger.

2. Hierarkibegrænsninger, der anvendes på objekter på et bestemt niveau.

3. Begrænsning af nodetypen gælder for alle noder af en bestemt type.

4. Knudebegrænsning: gælder for en knude.

5. Mellemklassebegrænsning: angiver begrænsningen mellem noder i to klasser.

6. Rumlig begrænsning, der anvendes på alle enheder i et rum.

7. Enhedsbegrænsninger, der anvendes på en enkelt enhed.

Softwaren følger forskellige designbegrænsninger fra individuelle enheder til hele designreglerne, og viser rækkefølgen af ​​disse regler i designet ved hjælp af grafik.

Eksempel 1: Linjebredde = F (impedans, lagafstand, dielektrisk konstant, kobberfoliehøjde). Her er et eksempel på, hvordan parameteriserede begrænsninger kan bruges som designregler til at kontrollere impedans. Som nævnt ovenfor er impedans en funktion af dielektrisk konstant, afstand til nærmeste linjelag, bredde og højde af kobbertråd. Da den impedans, der kræves af designet, er blevet bestemt, kan disse fire parametre vilkårligt tages som relevante variabler for at omskrive impedansformlen. I de fleste tilfælde kan designere kun styre linjebredden.

På grund af dette er begrænsningerne på linjebredde funktioner af impedans, dielektrisk konstant, afstand til det nærmeste linjelag og kobberfoliens højde. Hvis formlen er defineret som en hierarkisk begrænsning og fremstillingsprocesparametrene som en begrænsning på designniveau, justerer softwaren automatisk linjebredden for at kompensere, når det designede linjelag ændres. På samme måde, hvis det designede printkort fremstilles i en anden proces, og kobberfoliehøjden ændres, kan de relevante regler i designniveauet genberegnes automatisk ved at ændre kobberfoliehøjdeparametrene.

Eksempel 2: Enhedsinterval = Max (standardinterval, F (enhedshøjde, registreringsvinkel).Den åbenlyse fordel ved at bruge både parameterbegrænsninger og kontrol af designregler er, at den parameteriserede tilgang er bærbar og overvåges, når der sker ændringer i designet. Dette eksempel viser, hvordan enhedsafstand kan bestemmes af proceskarakteristika og testkrav. Ovenstående formel viser, at enhedsafstand er en funktion af enhedshøjde og detektionsvinkel.

Detektionsvinklen er normalt en konstant for hele tavlen, så den kan defineres på designniveau. Ved kontrol af en anden maskine kan hele designet opdateres ved blot at indtaste nye værdier på designniveau. Efter at de nye maskinpræstationsparametre er indtastet, kan designeren vide, om designet er muligt ved blot at køre DRC for at kontrollere, om enhedsafstanden er i konflikt med den nye afstandsværdi, hvilket er meget lettere end at analysere, korrigere og derefter foretage hårde beregninger i henhold til til de nye afstandskrav.

Hvad kan bruges til at begrænse PCB -design?

Eksempel 3: Komponentlayout,Ud over at organisere designobjekter og -begrænsninger kan designregler også bruges til komponentlayout, det vil sige, at det kan registrere, hvor enheder skal placeres uden at forårsage fejl baseret på begrænsninger. Fremhævet i figur 1 er at opfylde fysiske begrænsninger (såsom interval og kanten af ​​pladeafstanden og enheden) anordninger placere område, figur 2 højdepunkter er at opfylde de elektriske begrænsede enheds placeringsområder, såsom maksimal linjelængde, figur 3 viser kun området med begrænsning af rummet, endelig er figur 4 skæringspunktet mellem de tre første dele af billedet, dette er det effektive areallayout, Enheder placeret i denne region kan opfylde alle begrænsninger.

Hvad kan bruges til at begrænse PCB -design?

Faktisk kan generering af begrænsninger på en modulær måde i høj grad forbedre deres vedligeholdelsesevne og genanvendelighed. Nye udtryk kan genereres ved at henvise til begrænsningsparametrene for forskellige lag i det foregående trin, for eksempel afhænger linjebredden af ​​det øverste lag af afstanden til det øverste lag og kobbertrådens højde og variablerne Temp og Diel_Const i designniveau. Bemærk, at designregler vises i faldende rækkefølge, og ændring af en begrænsning på højere niveau påvirker øjeblikkeligt alle udtryk, der refererer til denne begrænsning.

Hvad kan bruges til at begrænse PCB -design?

Design genbrug og dokumentation

Parametriske begrænsninger kan ikke kun forbedre den indledende designproces væsentligt og genbrug af tekniske ændringer og design mere nyttig, begrænsningen kan bruges som en del af designet, systemet og dokumenterne, hvis ikke kun i ingeniørens eller designerens sind, så når de vende sig til andre projekter kan langsomt glemme. Begrænsningsdokumenter dokumenterer de elektriske ydelsesregler, der skal følges under designprocessen, og giver andre mulighed for at forstå designerens hensigter, så disse regler let kan anvendes på nye fremstillingsprocesser eller ændres i henhold til krav til elektrisk ydeevne. Fremtidige multiplexere kan også kende de nøjagtige designregler og foretage ændringer ved at indtaste nye proceskrav uden at skulle gætte, hvordan linjebredder blev opnået.

Denne artikels konklusion

Parameterbegrænsningsredaktøren letter PCB-layout og routing under multidimensionelle begrænsninger, og muliggør for første gang automatisk kontrol af software og designregler i forhold til komplekse elektriske og proceskrav i stedet for bare at stole på erfaring eller enkle designregler, der er af ringe nytte. Resultatet er et design, der kan opnå en engangs succes, hvilket reducerer eller endda eliminerer prototype fejlfinding.