A crecente complexidade de PCB consideracións de deseño, como reloxo, conversa cruzada, impedancia, detección e procesos de fabricación, obrigan a miúdo aos deseñadores a repetir moitos traballos de deseño, verificación e mantemento. O editor de restricións de parámetros codifica estes parámetros en fórmulas para axudar aos deseñadores a tratar mellor estes parámetros ás veces contraditorios durante o deseño e a produción.

Nos últimos anos, o deseño de PCB e os requisitos de enrutamento fixéronse máis complexos e o número de transistores nos circuítos integrados aumentou como prediu a lei de Moore, facendo que os dispositivos sexan máis rápidos e cada pulso máis curto ao longo do tempo de subida, ademais de aumentar o número de pins – a miúdo de 500 a 2,000. Todo isto crea problemas de densidade, reloxo e diafragma ao deseñar un PCB.

Hai uns anos, a maioría dos PCBS só tiñan un puñado de nodos “críticos” (redes), normalmente definidos como restricións de impedancia, lonxitude e espazo libre. Os deseñadores de PCB encamiñaban estas rutas manualmente e logo utilizaban software para automatizar o enrutamento a gran escala de todo o circuíto. Os PCBS actuais adoitan ter 5,000 nodos ou máis, dos cales máis do 50% son críticos. Debido ao tempo de presión no mercado, o cableado manual non é posible neste momento. Ademais, non só aumentou o número de nós críticos, senón que tamén aumentaron as restricións en cada nodo.

Estas restricións débense principalmente aos parámetros de correlación e aos requisitos de deseño de cada vez máis complexos, por exemplo, os dous intervalos lineais poden depender dunha tensión de nodo e os materiais da placa de circuíto son funcións relacionadas, o tempo de subida de IC dixital diminúe de alta velocidade e baixa a velocidade do reloxo pode influír no deseño, debido ao pulso máis rápido e para establecer e manter un tempo máis curto, Ademais, como parte importante do atraso total do deseño de circuítos de alta velocidade, o atraso de interconexión tamén é moi importante para o deseño de baixa velocidade.

Algúns destes problemas serían máis fáciles de resolver se os taboleiros fosen máis grandes, pero a tendencia é na dirección oposta. Debido aos requisitos de atraso de interconexión e paquete de alta densidade, a placa de circuíto é cada vez máis pequena, polo que aparece o deseño de circuítos de alta densidade e hai que seguir as regras de deseño de miniaturización. Os tempos de subida reducidos combinados con estas regras de deseño miniaturizadas fan do ruído de diafragma un problema cada vez máis destacado, e as matrices de cuadrícula de bolas e outros paquetes de alta densidade exacerban a diafragma, o ruído de conmutación e o rebote do chan.

Fixáronse as restricións que existen

O enfoque tradicional destes problemas consiste en traducir os requirimentos eléctricos e de procesos en parámetros de restrición fixos por experiencia, valores predeterminados, táboas de números ou métodos de cálculo. Por exemplo, un enxeñeiro que deseña un circuíto pode primeiro determinar unha impedancia nominal e despois “estimar” un ancho de liña nominal para acadar a impedancia desexada en función dos requisitos finais do proceso, ou usar unha táboa de cálculo ou un programa aritmético para probar a interferencia e despois traballar fóra das restricións de lonxitude.

Este enfoque normalmente require un conxunto de datos empíricos para ser deseñados como unha guía básica para os deseñadores de PCB para que poidan aproveitar estes datos ao deseñar con ferramentas de deseño e enrutamento automático. O problema deste enfoque é que os datos empíricos son un principio xeral e a maioría das veces son correctos, pero ás veces non funcionan nin conducen a resultados errados.

Empregemos o exemplo de determinación da impedancia anterior para ver o erro que pode causar este método. Os factores relacionados coa impedancia inclúen as propiedades dieléctricas do material da placa, a altura da folla de cobre, a distancia entre as capas e a capa de terra / potencia e o ancho da liña. Dado que os primeiros tres parámetros están xeralmente determinados polo proceso de produción, os deseñadores adoitan usar o ancho da liña para controlar a impedancia. Dado que a distancia entre cada capa de liña ao chan ou a capa de potencia é diferente, é claramente un erro usar os mesmos datos empíricos para cada capa. A isto súmase o feito de que o proceso de fabricación ou as características da placa de circuíto empregadas durante o desenvolvemento poden cambiar en calquera momento.

A maioría das veces estes problemas estarán expostos na fase de produción de prototipos, o xeral é descubrir o problema a través da reparación ou redeseño da placa de circuíto para resolver o deseño da placa. O custo de facelo é alto e as correccións a miúdo crean problemas adicionais que requiren depuración adicional e a perda de ingresos debido ao atraso do tempo de comercialización supera con creces o custo da depuración.Case todos os fabricantes de produtos electrónicos enfróntanse a este problema, que finalmente se reduce á incapacidade do software de deseño tradicional de PCB para estar ao día coas realidades dos requisitos actuais de rendemento eléctrico. Non é tan sinxelo coma os datos empíricos sobre o deseño mecánico.

Que se pode usar para restrinxir o deseño de PCB?

Solución: parametrizar as restricións

Actualmente os vendedores de software de deseño intentan resolver este problema engadindo parámetros ás restricións. O aspecto máis avanzado deste enfoque é a capacidade de especificar especificacións mecánicas que reflictan completamente varias características eléctricas internas. Unha vez que se incorporan ao deseño de PCB, o software de deseño pode usar esta información para controlar o deseño automático e a ferramenta de enrutamento.

Cando cambia o proceso de produción posterior, non é necesario redeseñar. Os deseñadores simplemente actualizan os parámetros característicos do proceso e as restricións relevantes pódense cambiar automaticamente. O deseñador pode entón executar DRC (Design Rule Check) para determinar se o novo proceso viola outras regras de deseño e descubrir que aspectos do deseño se deben cambiar para corrixir todos os erros.

As restricións pódense introducir en forma de expresións matemáticas, incluíndo constantes, varios operadores, vectores e outras restricións de deseño, proporcionando aos deseñadores un sistema baseado en regras parametrizadas. As restricións poden incluso introducirse como táboas de busca, almacenadas nun ficheiro de deseño nun PCB ou nun esquema. O cableado do PCB, a localización da área da folla de cobre e as ferramentas de deseño seguen as restricións xeradas por estas condicións e DRC verifica que todo o deseño cumpre estas restricións, incluíndo o ancho da liña, o espazamento e os requisitos de espazo, como restricións de área e altura.

Xestión xerárquica

Un dos principais beneficios das restricións parametrizadas é que se poden clasificar. Por exemplo, a regra de ancho de liña global pode usarse como restrición de deseño en todo o deseño. Por suposto, algunhas rexións ou nodos non poden copiar este principio, polo que se pode evitar a restrición de nivel superior e adoptar a restrición de nivel inferior no deseño xerárquico. A Parametric Constraint Solver, un editor de restricións de ACCEL Technologies, ten un total de 7 niveis:

1. Deseña restricións para todos os obxectos que non teñan outras restricións.

2. Restricións de xerarquía, aplicadas a obxectos dun determinado nivel.

3. A restrición do tipo de nodo aplícase a todos os nodos dun determinado tipo.

4. Restrición de nodo: aplícase a un nodo.

5. Restrición entre clases: indica a restrición entre nodos de dúas clases.

6. Restrición espacial, aplicada a todos os dispositivos dun espazo.

7. Restricións do dispositivo, aplicadas a un único dispositivo.

O software segue varias restricións de deseño de dispositivos individuais a todas as regras de deseño e mostra a orde de aplicación destas regras no deseño a través de gráficos.

Exemplo 1: ancho de liña = F (impedancia, espazamento entre capas, constante dieléctrica, altura da folla de cobre). Aquí tes un exemplo de como as restricións parametrizadas poden usarse como regras de deseño para controlar a impedancia. Como se mencionou anteriormente, a impedancia é unha función da constante dieléctrica, a distancia á capa de liña máis próxima, o ancho e a altura do fío de cobre. Dado que se determinou a impedancia requirida polo deseño, estes catro parámetros poden tomarse arbitrariamente como variables relevantes para reescribir a fórmula da impedancia. Na maioría dos casos, os deseñadores só poden controlar o ancho da liña.

Debido a isto, as restricións no ancho da liña son funcións de impedancia, constante dieléctrica, distancia á capa de liña máis próxima e altura da folla de cobre. Se a fórmula defínese como unha restrición xerárquica e os parámetros do proceso de fabricación como unha restrición de nivel de deseño, o software axustará automaticamente o ancho da liña para compensalo cando cambie a capa de liña deseñada. Do mesmo xeito, se a placa de circuíto deseñada prodúcese nun proceso diferente e se modifica a altura da folla de cobre, as regras relevantes no nivel de deseño pódense recalcular automaticamente cambiando os parámetros de altura da folla de cobre.

Exemplo 2: intervalo do dispositivo = máximo (intervalo predeterminado, F (altura do dispositivo, ángulo de detección).O beneficio obvio de usar as restricións de parámetros e a comprobación das regras de deseño é que o enfoque parametrizado é portátil e monitorizado cando se producen cambios no deseño. Este exemplo mostra como o espazo do dispositivo pode determinarse segundo as características do proceso e os requisitos de proba. A fórmula anterior mostra que o espazamento do dispositivo é unha función da altura do dispositivo e do ángulo de detección.

O ángulo de detección adoita ser unha constante para toda a placa, polo que se pode definir a nivel de deseño. Ao comprobar unha máquina diferente, pódese actualizar todo o deseño simplemente introducindo novos valores a nivel de deseño. Despois de introducir os novos parámetros de rendemento da máquina, o deseñador pode saber se o deseño é viable simplemente executando a DRC para comprobar se o espazamento do dispositivo entra en conflito co novo valor de espazamento, que é moito máis doado que analizar, corrixir e despois facer cálculos duros segundo aos novos requisitos de espazamento.

Que se pode usar para restrinxir o deseño de PCB?

Exemplo 3: deseño de compoñentes,Ademais de organizar obxectos e restricións de deseño, as regras de deseño tamén se poden usar para o deseño de compoñentes, é dicir, pode detectar onde colocar os dispositivos sen causar erros baseados nas restricións. O resaltado na figura 1 é cumprir as restricións físicas (como o intervalo e o bordo do espazo entre as placas e o dispositivo) a área de colocación dos dispositivos, a figura 2 destaca para cumprir as áreas de colocación do dispositivo con restricións eléctricas, como a lonxitude máxima da liña, a figura 3 só mostra a área de restrición de espazo, finalmente, a figura 4 é a intersección das tres primeiras partes da imaxe, esta é a disposición efectiva da área, Os dispositivos colocados nesta rexión poden satisfacer todas as restricións.

Que se pode usar para restrinxir o deseño de PCB？

De feito, xerar restricións de forma modular pode mellorar moito a súa mantibilidade e reutilización. Pódense xerar novas expresións facendo referencia aos parámetros de restrición de diferentes capas na etapa anterior, por exemplo, o ancho da liña da capa superior depende da distancia da capa superior e da altura do fío de cobre e das variables Temp e Diel_Const no nivel de deseño. Teña en conta que as regras de deseño móstranse en orde descendente e que cambiar unha restrición de nivel superior afecta inmediatamente a todas as expresións que fan referencia a esa restrición.

Que se pode usar para restrinxir o deseño de PCB？

Reutilización e documentación do deseño

As restricións paramétricas, non só poden mellorar significativamente o proceso de deseño inicial, e a reutilización do cambio de enxeñaría e o deseño son máis útiles, a restrición pode usarse como parte do deseño, do sistema e dos documentos, se non só na mente do enxeñeiro ou deseñador, polo que recorrer a outros proxectos pode ser lentamente esquecer. Os documentos de restrición documentan as regras de rendemento eléctrico que se deben seguir durante o proceso de deseño e ofrecen a oportunidade para que outros entendan as intencións do deseñador para que estas regras poidan aplicarse facilmente a novos procesos de fabricación ou cambiarse segundo os requisitos de rendemento eléctrico. Os futuros multiplexores tamén poden coñecer as regras de deseño exactas e facer cambios introducindo novos requisitos de proceso sen ter que adiviñar como se obtiveron os anchos de liña.

Esta conclusión do artigo

O editor de restricións de parámetros facilita o deseño e o encamiñamento do PCB baixo restricións multidimensionais e, por primeira vez, permite comprobar completamente as regras de deseño e software automático fronte aos complexos requisitos eléctricos e de proceso, en lugar de só confiar na experiencia ou nas regras de deseño sinxelas. de pouca utilidade. O resultado é un deseño que pode acadar un éxito único, reducindo ou incluso eliminando a depuración de prototipos.