La creciente complejidad 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. El editor de restricciones de parámetros codifica estos parámetros en fórmulas para ayudar a los diseñadores a lidiar mejor con estos parámetros a veces contradictorios durante el diseño y la producción.

En los últimos años, el diseño de PCB y los requisitos de enrutamiento se han vuelto más complejos, y la cantidad de transistores en los circuitos integrados ha aumentado según lo predicho por la Ley de Moore, lo que hace que los dispositivos sean más rápidos y cada pulso más corto a lo largo del tiempo de subida, así como también aumenta la cantidad de pines. – a menudo de 500 a 2,000. Todo esto crea problemas de densidad, reloj y diafonía al diseñar una PCB.

Hace unos años, la mayoría de los PCBS tenían solo un puñado de nodos “críticos” (Nets), normalmente definidos como restricciones de impedancia, longitud y espacio libre. Los diseñadores de PCB enrutarían manualmente estas rutas y luego usarían software para automatizar el enrutamiento a gran escala de todo el circuito. Los PCBS actuales suelen tener 5,000 o más nodos, más del 50% de los cuales son críticos. 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.

Algunos de estos problemas serían más fáciles de resolver si las tablas fueran más grandes, pero la tendencia es en la dirección opuesta. Debido a los requisitos de retardo de interconexión y paquete de alta densidad, la placa de circuito es cada vez más pequeña, por lo que aparece un diseño de circuito de alta densidad y se deben seguir las reglas de diseño de miniaturización. 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.

Restricciones fijas que existen

El enfoque tradicional de estos problemas es traducir los requisitos eléctricos y de proceso en parámetros de restricción fijos por experiencia, valores predeterminados, tablas numéricas o métodos de cálculo. Por ejemplo, un ingeniero que diseña un circuito puede determinar primero una impedancia nominal y luego “estimar” un ancho de línea nominal para lograr la impedancia deseada en función de los requisitos finales del proceso, o utilizar una tabla de cálculo o un programa aritmético para probar la interferencia y luego trabajar fuera de las restricciones 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 con este enfoque es que los datos empíricos son un principio general, y la mayoría de las veces son correctos, pero a veces no funcionan o conducen a resultados incorrectos.

Usemos el ejemplo de determinación de impedancia anterior para ver el error que puede causar este método. Los factores relacionados con la impedancia incluyen las propiedades dieléctricas del material de la placa, la altura de la lámina de cobre, la distancia entre las capas y la capa de tierra / potencia y el ancho de la línea. Dado que los primeros tres parámetros generalmente están determinados por el proceso de producción, los diseñadores suelen utilizar el ancho de línea para controlar la impedancia. 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 mayoría de las veces, estos problemas se expondrán en la etapa de producción del prototipo, lo general es descubrir el problema mediante la reparación o el rediseño de la placa de circuito para resolver el diseño de la placa. El costo de hacerlo es alto y las correcciones a menudo crean problemas adicionales que requieren una mayor depuración, y la pérdida de ingresos debido al retraso en la comercialización supera con creces el costo de la depuración.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.

¿Qué se puede utilizar para restringir el diseño de PCB?

Solución: parametrizar restricciones

En la actualidad, los proveedores de software de diseño intentan resolver este problema agregando parámetros a las restricciones. El aspecto más avanzado de este enfoque es la capacidad de especificar especificaciones mecánicas que reflejen completamente varias características eléctricas internas. Una vez que estos se incorporan al diseño de la PCB, el software de diseño puede usar esta información para controlar la herramienta automática de diseño y enrutamiento.

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. Luego, el diseñador puede ejecutar DRC (Design Rule Check) para determinar si el nuevo proceso viola cualquier otra regla de diseño y para averiguar qué aspectos del diseño deben cambiarse para corregir todos los errores.

Las restricciones se pueden ingresar en forma de expresiones matemáticas, incluidas constantes, varios operadores, vectores y otras restricciones de diseño, lo que proporciona a los diseñadores un sistema parametrizado basado en reglas. Constraints can even be entered as look-up tables, stored in a design file on a PCB or schematic. El cableado de PCB, la ubicación del área de la lámina de cobre y las herramientas de diseño siguen las restricciones generadas por estas condiciones, y DRC verifica que todo el diseño cumpla con estas restricciones, incluido el ancho de línea, el espaciado y los requisitos de espacio, como las restricciones de área y altura.

Gestión jerárquica

Uno de los principales beneficios de las restricciones parametrizadas es que se pueden clasificar. Por ejemplo, la regla de ancho de línea global se puede utilizar como restricción de diseño en todo el diseño. Por supuesto, algunas regiones o nodos no pueden copiar este principio, por lo que se puede omitir la restricción de nivel superior y se puede adoptar la restricción de nivel inferior en el diseño jerárquico. Parametric Constraint Solver, un editor de restricciones de ACCEL Technologies, tiene un total de 7 niveles:

1. Diseñe restricciones para todos los objetos que no tengan otras restricciones.

2. Restricciones de jerarquía, aplicadas a objetos en un cierto nivel.

3. La restricción de tipo de nodo se aplica a todos los nodos de un determinado tipo.

4. Node constraint: applies to a node.

5. Restricción entre clases: indica la restricción entre nodos de dos clases.

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

7. Restricciones de dispositivos, aplicadas a un solo dispositivo.

El software sigue varias restricciones de diseño, desde dispositivos individuales hasta todas las reglas de diseño, y muestra el orden de aplicación de estas reglas en el diseño mediante gráficos.

Example 1: Line width = F (impedance, layer spacing, dielectric constant, copper foil height). A continuación se muestra un ejemplo de cómo las restricciones parametrizadas se pueden utilizar como reglas de diseño para controlar la impedancia. Como se mencionó anteriormente, la impedancia es una función de la constante dieléctrica, la distancia a la capa de línea más cercana, el ancho y la altura del alambre de cobre. Dado que se ha determinado la impedancia requerida por el diseño, estos cuatro parámetros pueden tomarse arbitrariamente como variables relevantes para reescribir la fórmula de impedancia. En la mayoría de los casos, los diseñadores solo pueden controlar el ancho de línea.

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 se define como una restricción jerárquica y los parámetros del proceso de fabricación como una restricción a nivel de diseño, el software ajustará automáticamente el ancho de línea para compensar cuando cambia la capa de línea diseñada. De manera similar, si la placa de circuito diseñada se produce en un proceso diferente y se cambia la altura de la hoja de cobre, las reglas relevantes en el nivel de diseño se pueden recalcular automáticamente cambiando los parámetros de altura de la hoja de cobre.

Example 2: Device interval = Max (default interval, F (device height, detection Angle).El beneficio obvio de usar tanto restricciones de parámetros como verificación de reglas de diseño es que el enfoque parametrizado es portátil y monitoreado cuando ocurren cambios de diseño. 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.

El ángulo de detección suele ser una constante para toda la placa, por lo que se puede definir a nivel de diseño. Al verificar en una máquina diferente, todo el diseño se puede actualizar simplemente ingresando nuevos valores en el nivel de diseño. Después de ingresar los nuevos parámetros de rendimiento de la máquina, el diseñador puede saber si el diseño es factible simplemente ejecutando el DRC para verificar si el espaciado del dispositivo entra en conflicto con el nuevo valor de espaciado, que es mucho más fácil que analizar, corregir y luego hacer cálculos duros de acuerdo con a los nuevos requisitos de espacio.

¿Qué se puede utilizar para restringir el diseño de PCB?

Ejemplo 3: diseño de componentes,Además de organizar los objetos de diseño y las restricciones, las reglas de diseño también se pueden usar para el diseño de componentes, es decir, pueden detectar dónde colocar los dispositivos sin causar errores basados ​​en las restricciones. Resaltado en la figura 1 es para cumplir con las restricciones físicas (como el intervalo y el borde del espaciado de la placa y el dispositivo), el área de ubicación de los dispositivos, la figura 2 se resalta para cumplir con las áreas de ubicación de dispositivos con restricciones eléctricas, como la longitud máxima de la línea, la figura 3 solo muestra el área de restricción de espacio, finalmente, la figura 4 es la intersección de las tres primeras partes de la imagen, este es el diseño del área efectiva, Devices placed in this region can satisfy all constraints.

¿Qué se puede utilizar para restringir el diseño de PCB?

De hecho, generar restricciones de manera modular puede mejorar en gran medida su capacidad de mantenimiento y reutilización. 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.

¿Qué se puede utilizar para restringir el diseño de PCB?

Reutilización y documentación del diseño

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. Los documentos de restricción documentan las reglas de rendimiento eléctrico que se deben seguir durante el proceso de diseño y brindan una oportunidad para que otros comprendan las intenciones del diseñador para que estas reglas se puedan aplicar fácilmente a nuevos procesos de fabricación o cambiar de acuerdo con los requisitos de rendimiento eléctrico. 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

El editor de restricciones de parámetros facilita el diseño y el enrutamiento de PCB bajo restricciones multidimensionales y, por primera vez, permite que el software de enrutamiento automático y las reglas de diseño se verifiquen por completo con los requisitos eléctricos y de proceso complejos, en lugar de depender simplemente de la experiencia o las reglas de diseño simples que son de poca utilidad. The result is a design that can achieve a one-time success, reducing or even eliminating prototype debugging.