Sve veća složenost PCB razmatranja o dizajnu, kao što su sat, unakrsni razgovori, impedancija, otkrivanje i proizvodni procesi, često prisiljavaju dizajnere da ponavljaju mnogo poslova oko izgleda, provjere i održavanja. Uređivač ograničenja parametara kodificira ove parametre u formule kako bi pomogao dizajnerima da se bolje nose s tim ponekad kontradiktornim parametrima tijekom projektiranja i proizvodnje.

Posljednjih godina zahtjevi za raspored i usmjeravanje PCB -a postali su složeniji, a broj tranzistora u integriranim krugovima se povećao kako je predviđeno Mooreovim zakonom, čineći uređaje bržim i svaki impuls kraćim uz vrijeme porasta, kao i povećavajući broj pinova – često 500 do 2,000. Sve to stvara probleme s gustoćom, satom i smetnjama pri projektiranju PCB -a.

Prije nekoliko godina većina PCBS -a imala je samo nekoliko “kritičnih” čvorova (mreža), tipično definiranih kao ograničenja impedancije, duljine i zazora. Dizajneri PCB-a ručno bi usmjeravali te rute, a zatim pomoću softvera automatizirali usmjeravanje cijelog kruga velikih razmjera. Današnji PCBS često ima 5,000 ili više čvorova, od kojih je više od 50% kritično. Zbog vremena na tržištu, ručno ožičenje u ovom trenutku nije moguće. Štoviše, ne samo da se povećao broj kritičnih čvorova, već su se povećala i ograničenja na svakom čvoru.

Ta su ograničenja uglavnom posljedica sve većih i složenijih parametara korelacije i dizajnerskih zahtjeva, na primjer, dva linearna intervala mogu ovisiti o naponu i čvoru, a materijali na ploči povezane su funkcije, smanjenje vremena porasta digitalne IC velike brzine i niske brzina takta može utjecati na dizajn zbog bržeg pulsa te uspostavljanja i održavanja kraćeg vremena, Osim toga, kao važan dio ukupnog kašnjenja projektiranja kruga velikih brzina, kašnjenje međusobnog povezivanja također je vrlo važno za projektiranje malih brzina.

Neke od ovih problema bilo bi lakše riješiti da su ploče veće, ali trend je u suprotnom smjeru. Zbog zahtjeva kašnjenja međusobnog povezivanja i paketa velike gustoće, ploča je sve manja pa se pojavljuje dizajn kruga velike gustoće i moraju se poštivati ​​pravila projektiranja minijaturizacije. Skraćeno vrijeme porasta u kombinaciji s ovim minijaturiziranim pravilima projektiranja čini buku preslušavanja sve izraženijim problemom, a nizovi rešetki loptica i drugi paketi velike gustoće sami pogoršavaju preslušavanje, preklapanje i odbijanje tla.

Fiksna ograničenja koja postoje

Tradicionalni pristup tim problemima je prevođenje električnih i procesnih zahtjeva u fiksne parametre ograničenja prema iskustvu, zadanim vrijednostima, tablicama brojeva ili metodama izračuna. Na primjer, inženjer koji projektira krug može prvo odrediti nazivnu impedanciju, a zatim “procijeniti” nazivnu širinu voda kako bi postigao željenu impedanciju na temelju konačnih zahtjeva procesa, ili upotrijebiti proračunsku tablicu ili aritmetički program za ispitivanje smetnji, a zatim raditi izvan ograničenja duljine.

Ovaj pristup obično zahtijeva da se skup empirijskih podataka osmisli kao osnovna smjernica za dizajnere PCB -a kako bi mogli koristiti te podatke pri projektiranju s automatskim alatima za raspored i usmjeravanje. Problem s ovim pristupom je što su empirijski podaci općenito načelo i većinu vremena su točni, ali ponekad ne djeluju ili dovode do pogrešnih rezultata.

Upotrijebimo gornji primjer određivanja impedancije da vidimo pogrešku koju ova metoda može uzrokovati. Čimbenici koji se odnose na impedanciju uključuju dielektrična svojstva materijala ploče, visinu bakrene folije, udaljenost između slojeva i uzemljenja/energetskog sloja te širinu crte. Budući da su prva tri parametra općenito određena proizvodnim procesom, dizajneri obično koriste širinu linije za kontrolu impedancije. Budući da je udaljenost od svakog sloja linije do tla ili sloja energije različita, očito je pogreška koristiti iste empirijske podatke za svaki sloj. Tome doprinosi i činjenica da se proizvodni proces ili karakteristike tiskanih ploča korištene tijekom razvoja mogu promijeniti u bilo kojem trenutku.

Većinu vremena ti će problemi biti izloženi u fazi proizvodnje prototipa, općenito je problem doznati popravkom ili redizajniranjem pločica kako bi se riješio dizajn ploče. Troškovi toga su visoki, a popravci često stvaraju dodatne probleme koji zahtijevaju daljnje otklanjanje pogrešaka, a gubitak prihoda zbog kašnjenja vremena na tržište daleko premašuje troškove ispravljanja pogrešaka.Gotovo svaki proizvođač elektronike suočava se s ovim problemom, koji se na kraju svodi na nemogućnost tradicionalnog softvera za dizajn PCB -a da prati realnost trenutnih zahtjeva električnih performansi. To nije tako jednostavno kao empirijski podaci o mehaničkom dizajnu.

Što se može koristiti za ograničavanje dizajna PCB -a?

Rješenje: Parametrizirajte ograničenja

Trenutno dobavljači softvera za dizajn pokušavaju riješiti ovaj problem dodavanjem parametara ograničenjima. Najnapredniji aspekt ovog pristupa je mogućnost specificiranja mehaničkih specifikacija koje u potpunosti odražavaju različite unutarnje električne karakteristike. Nakon što su oni ugrađeni u dizajn PCB -a, softver za dizajn može koristiti te podatke za kontrolu automatskog alata za raspored i usmjeravanje.

Kad se naknadni proizvodni proces promijeni, nema potrebe za redizajniranjem. Projektanti jednostavno ažuriraju parametre karakterističnih procesa, a relevantna ograničenja mogu se automatski promijeniti. Dizajner tada može pokrenuti DRC (Design Rule Check Check) kako bi utvrdio krši li novi proces bilo koja druga pravila projektiranja i saznao koje aspekte dizajna treba promijeniti kako bi ispravio sve pogreške.

Ograničenja se mogu unijeti u obliku matematičkih izraza, uključujući konstante, različite operatore, vektore i druga dizajnerska ograničenja, pružajući dizajnerima parametrizirani sustav vođen pravilima. Ograničenja se čak mogu unijeti kao tražilice, spremljene u datoteku dizajna na PCB-u ili shematski. Ožičenje PCB -a, mjesto područja bakrene folije i alati za raspored slijede ograničenja generirana ovim uvjetima, a DRC provjerava je li cijeli dizajn u skladu s tim ograničenjima, uključujući širinu linija, razmak i zahtjeve prostora, kao što su ograničenja površine i visine.

Hijerarhijsko upravljanje

Jedna od glavnih prednosti parametriziranih ograničenja je ta što se mogu stupnjevati. Na primjer, globalno pravilo širine linije može se koristiti kao ograničenje dizajna u cijelom dizajnu. Naravno, neke regije ili čvorovi ne mogu kopirati ovo načelo, pa se ograničenje više razine može zaobići i ograničenje niže razine u hijerarhijskom dizajnu može se usvojiti. Parametričkom rješavaču ograničenja, uredniku ograničenja iz ACCEL Technologies, dodijeljeno je ukupno 7 razina:

1. Dizajn ograničenja za sve objekte koji nemaju drugih ograničenja.

2. Ograničenja hijerarhije, primijenjena na objekte na određenoj razini.

3. Ograničenje tipa čvora primjenjuje se na sve čvorove određene vrste.

4. Ograničenje čvora: primjenjuje se na čvor.

5. Ograničenje među klasama: označava ograničenje između čvorova dvije klase.

6. Prostorno ograničenje, primijenjeno na sve uređaje u prostoru.

7. Ograničenja uređaja, primijenjena na jedan uređaj.

Softver slijedi različita dizajnerska ograničenja od pojedinačnih uređaja do cjelokupnih pravila dizajna i prikazuje redoslijed primjene ovih pravila u dizajnu putem grafike.

Primjer 1: Širina linije = F (impedancija, razmak između slojeva, dielektrična konstanta, visina bakrene folije). Evo primjera kako se parametrizirana ograničenja mogu koristiti kao pravila projektiranja za kontrolu impedancije. Kao što je gore spomenuto, impedancija je funkcija dielektrične konstante, udaljenosti do najbližeg sloja linije, širine i visine bakrene žice. Budući da je određena impedancija potrebna prema projektu, ova se četiri parametra mogu proizvoljno uzeti kao relevantne varijable za prepisivanje formule impedancije. U većini slučajeva dizajneri mogu kontrolirati samo širinu linije.

Zbog toga su ograničenja na širinu linije funkcije impedancije, dielektrične konstante, udaljenosti do najbližeg sloja linije i visine bakrene folije. Ako je formula definirana kao hijerarhijsko ograničenje, a parametri proizvodnog procesa kao ograničenje na razini dizajna, softver će automatski prilagoditi širinu crte kako bi kompenzirao promjenu projektiranog sloja linije. Slično, ako je projektirana ploča proizvedena u drugom postupku i ako se promijeni visina bakrene folije, relevantna pravila u projektnoj razini mogu se automatski ponovno izračunati promjenom parametara visine bakrene folije.

Primjer 2: Interval uređaja = Max (zadani interval, F (visina uređaja, kut otkrivanja)).Očigledna korist korištenja i parametarskih ograničenja i provjere pravila projektiranja je ta što je parametrizirani pristup prenosiv i nadziran kada dođe do promjena u dizajnu. Ovaj primjer pokazuje kako se razmak između uređaja može odrediti prema karakteristikama procesa i zahtjevima ispitivanja. Gornja formula pokazuje da je razmak između uređaja funkcija visine uređaja i kuta otkrivanja.

Kut otkrivanja obično je konstanta za cijelu ploču, pa se može definirati na razini dizajna. Prilikom provjere na drugom stroju, cijeli se dizajn može ažurirati jednostavnim unosom novih vrijednosti na razini dizajna. Nakon što se unesu novi parametri performansi stroja, dizajner može znati je li dizajn izvediv jednostavnim pokretanjem DRC -a da provjeri je li razmak između uređaja u suprotnosti s novom vrijednošću razmaka, što je mnogo lakše nego analizirati, ispraviti i zatim napraviti teške izračune prema novim zahtjevima za razmak.

Što se može koristiti za ograničavanje dizajna PCB -a?

Primjer 3: Raspored komponenti,Osim za organiziranje dizajnerskih objekata i ograničenja, pravila dizajna mogu se koristiti i za raspored komponenti, odnosno mogu otkriti gdje postaviti uređaje bez izazivanja pogrešaka na temelju ograničenja. Istaknuto na slici 1 zadovoljava fizička ograničenja (kao što su interval i rub razmaka ploča i uređaja), mjesto mjesta uređaja, istaknuto je da slika 2 zadovoljava električno ograničena područja postavljanja uređaja, kao što je maksimalna duljina linije, slika 3 prikazuje samo područje ograničenja prostora, na kraju, slika 4 je presjek prva tri dijela slike, ovo je učinkovit raspored područja, Uređaji smješteni u ovoj regiji mogu zadovoljiti sva ograničenja.

Što se može koristiti za ograničavanje dizajna PCB -a?

Zapravo, generiranje ograničenja na modularni način može uvelike poboljšati njihovu održivost i ponovnu upotrebu. Novi izrazi mogu se generirati pozivanjem na parametre ograničenja različitih slojeva u prethodnoj fazi, na primjer, širina crte gornjeg sloja ovisi o udaljenosti gornjeg sloja i visini bakrene žice te varijablama Temp i Diel_Const na razini dizajna. Imajte na umu da su pravila dizajna prikazana silaznim redoslijedom, a promjena ograničenja više razine odmah utječe na sve izraze koji se odnose na to ograničenje.

Što se može koristiti za ograničavanje dizajna PCB -a?

Ponovna uporaba dizajna i dokumentacija

Parametarska ograničenja, ne samo da mogu značajno poboljšati početni proces projektiranja, a ponovna uporaba inženjerskih promjena i dizajna biti korisnija, ograničenje se može koristiti kao dio dizajna, sustava i dokumenata, ako ne samo u umu inženjera ili dizajnera, pa kad okrenuti drugim projektima može se polako zaboraviti. Dokumenti s ograničenjima dokumentiraju pravila električnih performansi koja se moraju slijediti tijekom procesa projektiranja i pružaju priliku drugima da razumiju namjere projektanta, tako da se ta pravila mogu lako primijeniti na nove proizvodne procese ili promijeniti prema zahtjevima električnih performansi. Budući multiplekseri također mogu znati točna pravila projektiranja i unijeti promjene unošenjem novih zahtjeva procesa bez potrebe pogađanja kako su dobivene širine linija.

Zaključak ovog članka

Uređivač ograničenja parametara olakšava izgled PCB-a i usmjeravanje pod višedimenzionalnim ograničenjima te po prvi put omogućuje potpunu provjeru softvera za automatsko usmjeravanje i pravila projektiranja u skladu sa složenim električnim i procesnim zahtjevima, umjesto da se oslanja samo na iskustvo ili jednostavna pravila projektiranja koja su od male koristi. Rezultat je dizajn koji može postići jednokratni uspjeh, smanjujući ili čak eliminirajući pogreške prototipa.