Die zunehmende Komplexität von 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. Der Parameterbeschränkungseditor kodiert diese Parameter in Formeln, um Designern zu helfen, mit diesen manchmal widersprüchlichen Parametern während des Entwurfs und der Produktion besser umzugehen.

In den letzten Jahren sind die Anforderungen an PCB-Layout und -Routing komplexer geworden, und die Anzahl der Transistoren in integrierten Schaltungen hat sich gemäß dem Mooreschen Gesetz erhöht, wodurch die Geräte schneller und jeder Impuls während der Anstiegszeit kürzer wird, sowie die Anzahl der Pins steigt — oft 500 bis 2,000. All dies führt beim Design einer Leiterplatte zu Dichte-, Takt- und Übersprechproblemen.

Vor einigen Jahren hatten die meisten PCBS nur eine Handvoll „kritischer“ Knoten (Nets), die typischerweise als Einschränkungen hinsichtlich Impedanz, Länge und Abstand definiert wurden. PCB-Designer würden diese Routen manuell routen und dann Software verwenden, um das groß angelegte Routing der gesamten Schaltung zu automatisieren. Heutige PCBS haben oft 5,000 oder mehr Knoten, von denen mehr als 50 % kritisch sind. 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.

Einige dieser Probleme wären leichter zu lösen, wenn die Boards größer wären, aber der Trend geht in die entgegengesetzte Richtung. Aufgrund der Anforderungen an eine Verbindungsverzögerung und ein hochdichtes Gehäuse wird die Leiterplatte immer kleiner, so dass ein hochdichtes Schaltungsdesign erscheint und Miniaturisierungs-Designregeln befolgt werden müssen. 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.

Behobene Einschränkungen, die vorhanden sind

Die traditionelle Herangehensweise an diese Probleme besteht darin, elektrische Anforderungen und Prozessanforderungen durch Erfahrung, Standardwerte, Zahlentabellen oder Berechnungsmethoden in feste Randbedingungen zu übersetzen. Ein Ingenieur, der eine Schaltung entwirft, kann beispielsweise zuerst eine Nennimpedanz bestimmen und dann eine Nennleitungsbreite „schätzen“, um die gewünschte Impedanz basierend auf den endgültigen Prozessanforderungen zu erreichen, oder eine Berechnungstabelle oder ein Rechenprogramm verwenden, um auf Interferenzen zu testen und dann zu arbeiten die Längenbeschränkungen aus.

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. Das Problem bei diesem Ansatz ist, dass empirische Daten ein allgemeines Prinzip sind und meistens richtig sind, aber manchmal funktionieren sie nicht oder führen zu falschen Ergebnissen.

Lassen Sie uns das obige Beispiel zur Bestimmung der Impedanz verwenden, um den Fehler zu sehen, den diese Methode verursachen kann. Zu den Impedanzfaktoren gehören die dielektrischen Eigenschaften des Plattenmaterials, die Höhe der Kupferfolie, der Abstand zwischen den Schichten und der Masse-/Leistungsschicht und die Leitungsbreite. Da die ersten drei Parameter im Allgemeinen durch den Produktionsprozess bestimmt werden, verwenden Designer normalerweise die Linienbreite, um die Impedanz zu steuern. 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.

Meistens werden diese Probleme in der Prototypenproduktionsphase aufgedeckt. Im Allgemeinen besteht die Aufgabe darin, das Problem durch die Reparatur oder Neukonstruktion der Leiterplatte herauszufinden, um das Leiterplattendesign zu lösen. Die Kosten hierfür sind hoch, und Fixes verursachen häufig zusätzliche Probleme, die ein weiteres Debugging erfordern, und die Einnahmeverluste aufgrund einer verzögerten Markteinführungszeit übersteigen die Debugging-Kosten bei weitem.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.

Was kann verwendet werden, um das PCB-Design einzuschränken?

Lösung: Constraints parametrisieren

Gegenwärtig versuchen Hersteller von Konstruktionssoftware, dieses Problem zu lösen, indem sie Parameter zu Beschränkungen hinzufügen. Der fortschrittlichste Aspekt dieses Ansatzes ist die Möglichkeit, mechanische Spezifikationen zu spezifizieren, die verschiedene interne elektrische Eigenschaften vollständig widerspiegeln. Sobald diese in das PCB-Design integriert sind, kann die Designsoftware diese Informationen verwenden, um das automatische Layout- und Routing-Tool zu steuern.

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. Der Designer kann dann DRC (Design Rule Check) ausführen, um festzustellen, ob der neue Prozess gegen andere Designregeln verstößt, und um herauszufinden, welche Aspekte des Designs geändert werden sollten, um alle Fehler zu korrigieren.

Beschränkungen können in Form von mathematischen Ausdrücken eingegeben werden, einschließlich Konstanten, verschiedener Operatoren, Vektoren und anderer Entwurfsbeschränkungen, wodurch Designer ein parametrisiertes regelgesteuertes System erhalten. Constraints can even be entered as look-up tables, stored in a design file on a PCB or schematic. PCB-Verdrahtung, Lage der Kupferfolienbereiche und Layout-Tools folgen den durch diese Bedingungen erzeugten Einschränkungen, und DRC überprüft, ob das gesamte Design diesen Einschränkungen entspricht, einschließlich Linienbreite, Abstände und Platzanforderungen wie Flächen- und Höhenbeschränkungen.

Hierarchische Verwaltung

Einer der Hauptvorteile parametrisierter Beschränkungen besteht darin, dass sie abgestuft werden können. Beispielsweise kann die globale Linienbreitenregel als Entwurfsbeschränkung im gesamten Entwurf verwendet werden. Natürlich können einige Regionen oder Knoten dieses Prinzip nicht kopieren, so dass die Einschränkung der höheren Ebene umgangen und die Einschränkung der unteren Ebene im hierarchischen Design übernommen werden kann. Parametric Constraint Solver, ein Constraint-Editor von ACCEL Technologies, hat insgesamt 7 Stufen:

1. Design-Constraints für alle Objekte, die keine anderen Constraints haben.

2. Hierarchiebeschränkungen, die auf Objekte auf einer bestimmten Ebene angewendet werden.

3. Die Einschränkung des Knotentyps gilt für alle Knoten eines bestimmten Typs.

4. Node constraint: applies to a node.

5. Beschränkung zwischen Klassen: Gibt die Beschränkung zwischen Knoten zweier Klassen an.

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

7. Gerätebeschränkungen, angewendet auf ein einzelnes Gerät.

Die Software folgt verschiedenen Design-Constraints von einzelnen Geräten bis hin zu den gesamten Design-Regeln und zeigt die Anwendungsreihenfolge dieser Regeln im Design grafisch an.

Example 1: Line width = F (impedance, layer spacing, dielectric constant, copper foil height). Hier ist ein Beispiel dafür, wie parametrisierte Beschränkungen als Entwurfsregeln verwendet werden können, um die Impedanz zu steuern. Wie oben erwähnt, ist die Impedanz eine Funktion der Dielektrizitätskonstante, des Abstands zur nächsten Leitungsschicht, der Breite und Höhe des Kupferdrahts. Da die konstruktionsbedingt erforderliche Impedanz bestimmt wurde, können diese vier Parameter willkürlich als relevante Variablen verwendet werden, um die Impedanzformel umzuschreiben. In den meisten Fällen können Designer nur die Linienbreite steuern.

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. Wenn die Formel als hierarchische Einschränkung und die Fertigungsverfahrensparameter als Einschränkung auf Entwurfsebene definiert sind, passt die Software die Linienbreite automatisch an, um die Änderung der Linienebene zu kompensieren. Auch wenn die designte Leiterplatte in einem anderen Prozess hergestellt wird und die Kupferfolienhöhe geändert wird, können die relevanten Regeln in der Designebene durch Änderung der Kupferfolienhöhenparameter automatisch neu berechnet werden.

Example 2: Device interval = Max (default interval, F (device height, detection Angle).Der offensichtliche Vorteil der Verwendung sowohl von Parameterbeschränkungen als auch von Entwurfsregelprüfungen besteht darin, dass der parametrisierte Ansatz übertragbar ist und überwacht wird, wenn Entwurfsänderungen auftreten. 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.

Der Erkennungswinkel ist normalerweise für das gesamte Board konstant und kann daher auf Designebene definiert werden. Bei der Überprüfung an einer anderen Maschine kann das gesamte Design einfach durch Eingabe neuer Werte auf Designebene aktualisiert werden. Nachdem die neuen Maschinenleistungsparameter eingegeben wurden, kann der Konstrukteur wissen, ob das Design durchführbar ist, indem er einfach den DRC ausführen lässt, um zu prüfen, ob der Geräteabstand mit dem neuen Abstandswert in Konflikt steht, was viel einfacher ist, als entsprechend zu analysieren, zu korrigieren und dann harte Berechnungen durchzuführen an die neuen Abstandsvorgaben.

Was kann verwendet werden, um das PCB-Design einzuschränken?

Beispiel 3: Komponentenlayout,Neben der Organisation von Designobjekten und Constraints können Design Rules auch für das Komponentenlayout verwendet werden, d. h. es kann erkennen, wo Geräte platziert werden müssen, ohne Fehler aufgrund von Constraints zu verursachen. Hervorgehoben in Abbildung 1 ist die Einhaltung physikalischer Beschränkungen (z. B. Abstand und der Rand des Plattenabstands und des Geräts) des Geräteplatzierungsbereichs der Bereich der Platzbeschränkung schließlich, Abbildung 2 ist der Schnittpunkt der ersten drei Teile des Bildes, dies ist das effektive Flächenlayout, Devices placed in this region can satisfy all constraints.

Was kann verwendet werden, um das PCB-Design einzuschränken?

Tatsächlich kann die modulare Generierung von Beschränkungen ihre Wartbarkeit und Wiederverwendbarkeit erheblich verbessern. 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.

Was kann verwendet werden, um das PCB-Design einzuschränken?

Design-Wiederverwendung und -Dokumentation

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. Beschränkungsdokumente dokumentieren die während des Konstruktionsprozesses zu befolgenden Regeln für die elektrische Leistung und bieten anderen die Möglichkeit, die Absichten des Konstrukteurs zu verstehen, damit diese Regeln leicht auf neue Herstellungsverfahren angewendet oder gemäß den Anforderungen an die elektrische Leistung geändert werden können. 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

Der Parameter-Constraint-Editor erleichtert das PCB-Layout und -Routing unter mehrdimensionalen Randbedingungen und ermöglicht erstmals die vollständige Überprüfung der automatischen Routing-Software und der Designregeln anhand komplexer elektrischer und Prozessanforderungen, anstatt sich nur auf Erfahrung oder einfache Designregeln zu verlassen von geringem Nutzen. The result is a design that can achieve a one-time success, reducing or even eliminating prototype debugging.