Kompleksitas yang semakin meningkat dari PCB pertimbangan desain, seperti jam, pembicaraan silang, impedansi, deteksi, dan proses manufaktur, sering kali memaksa desainer untuk mengulang banyak pekerjaan tata letak, verifikasi, dan pemeliharaan. Editor batasan parameter mengkodifikasi parameter ini ke dalam formula untuk membantu desainer menangani parameter yang terkadang kontradiktif ini dengan lebih baik selama desain dan produksi.

Dalam beberapa tahun terakhir, tata letak PCB dan persyaratan perutean menjadi lebih kompleks, dan jumlah transistor di sirkuit terpadu telah meningkat seperti yang diperkirakan oleh Hukum Moore, membuat perangkat lebih cepat dan setiap pulsa lebih pendek sepanjang waktu naik, serta meningkatkan jumlah pin — sering 500 sampai 2,000. Semua ini menciptakan masalah kepadatan, jam, dan crosstalk saat mendesain PCB.

Beberapa tahun yang lalu, sebagian besar PCB hanya memiliki beberapa node “kritis” (Nets), biasanya didefinisikan sebagai batasan pada impedansi, panjang, dan jarak bebas. Perancang PCB akan secara manual merutekan rute-rute ini dan kemudian menggunakan perangkat lunak untuk mengotomatiskan perutean skala besar dari seluruh rangkaian. PCBS saat ini sering memiliki 5,000 atau lebih node, lebih dari 50% di antaranya kritis. Karena tekanan waktu pasar, pengkabelan manual tidak dimungkinkan pada saat ini. Selain itu, tidak hanya jumlah node kritis yang meningkat, tetapi kendala pada setiap node juga meningkat.

Kendala ini terutama disebabkan oleh parameter korelasi dan persyaratan desain yang semakin kompleks, misalnya, dua interval linier dapat bergantung pada tegangan dan simpul simpul dan bahan papan sirkuit adalah fungsi yang terkait, waktu naik IC digital menurun dari kecepatan tinggi dan rendah kecepatan clock dapat mempengaruhi desain, karena pulsa lebih cepat dan untuk menetapkan dan mempertahankan waktu yang lebih singkat, Selain itu, sebagai bagian penting dari penundaan total desain sirkuit kecepatan tinggi, penundaan interkoneksi juga sangat penting untuk desain kecepatan rendah.

Beberapa masalah ini akan lebih mudah dipecahkan jika papan lebih besar, tetapi trennya berlawanan. Karena persyaratan penundaan interkoneksi dan paket kepadatan tinggi, papan sirkuit menjadi lebih kecil dan lebih kecil, sehingga desain sirkuit kepadatan tinggi muncul, dan aturan desain miniaturisasi harus diikuti. Waktu naik yang berkurang dikombinasikan dengan aturan desain mini ini membuat kebisingan crosstalk menjadi masalah yang semakin menonjol, dan susunan kotak bola dan paket kepadatan tinggi lainnya memperburuk crosstalk, kebisingan switching, dan pantulan tanah.

Tetap kendala yang ada

Pendekatan tradisional untuk masalah ini adalah menerjemahkan persyaratan listrik dan proses ke dalam parameter kendala tetap dengan pengalaman, nilai default, tabel angka, atau metode perhitungan. Sebagai contoh, seorang insinyur yang merancang sirkuit pertama-tama dapat menentukan impedansi pengenal dan kemudian “memperkirakan” lebar saluran pengenal untuk mencapai impedansi yang diinginkan berdasarkan persyaratan proses akhir, atau menggunakan tabel perhitungan atau program aritmatika untuk menguji interferensi dan kemudian bekerja. keluar kendala panjang.

Pendekatan ini biasanya memerlukan satu set data empiris untuk dirancang sebagai pedoman dasar bagi perancang PCB sehingga mereka dapat memanfaatkan data ini saat merancang dengan tata letak otomatis dan alat perutean. Masalah dengan pendekatan ini adalah bahwa data empiris adalah prinsip umum, dan sebagian besar waktu mereka benar, tetapi kadang-kadang mereka tidak bekerja atau mengarah pada hasil yang salah.

Mari kita gunakan contoh penentuan impedansi di atas untuk melihat kesalahan yang dapat disebabkan oleh metode ini. Faktor-faktor yang berhubungan dengan impedansi meliputi sifat dielektrik bahan papan, tinggi foil tembaga, jarak antara lapisan dan lapisan tanah/daya, dan lebar saluran. Karena tiga parameter pertama umumnya ditentukan oleh proses produksi, perancang biasanya menggunakan lebar saluran untuk mengontrol impedansi. Karena jarak dari setiap lapisan garis ke tanah atau lapisan daya berbeda, jelas merupakan kesalahan untuk menggunakan data empiris yang sama untuk setiap lapisan. Hal ini diperparah oleh fakta bahwa proses manufaktur atau karakteristik papan sirkuit yang digunakan selama pengembangan dapat berubah sewaktu-waktu.

Sebagian besar waktu masalah ini akan terungkap dalam tahap produksi prototipe, umumnya untuk mengetahui masalah melalui perbaikan atau desain ulang papan sirkuit untuk menyelesaikan desain papan. Biaya untuk melakukannya tinggi, dan perbaikan sering kali menimbulkan masalah tambahan yang memerlukan debugging lebih lanjut, dan hilangnya pendapatan karena penundaan waktu ke pasar jauh melebihi biaya debugging.Hampir setiap produsen elektronik menghadapi masalah ini, yang pada akhirnya bermuara pada ketidakmampuan perangkat lunak desain PCB tradisional untuk mengikuti realitas persyaratan kinerja listrik saat ini. Ini tidak sesederhana data empiris pada desain mekanik.

Apa yang dapat digunakan untuk membatasi desain PCB?

Solusi: Parameterisasi kendala

Saat ini vendor perangkat lunak desain mencoba memecahkan masalah ini dengan menambahkan parameter ke kendala. Aspek yang paling maju dari pendekatan ini adalah kemampuan untuk menentukan spesifikasi mekanik yang sepenuhnya mencerminkan berbagai karakteristik listrik internal. Setelah ini dimasukkan ke dalam desain PCB, perangkat lunak desain dapat menggunakan informasi ini untuk mengontrol tata letak otomatis dan alat perutean.

Ketika proses produksi berikutnya berubah, tidak perlu mendesain ulang. Perancang hanya memperbarui parameter karakteristik proses, dan batasan yang relevan dapat diubah secara otomatis. Perancang kemudian dapat menjalankan DRC (Desain Rule Check) untuk menentukan apakah proses baru melanggar aturan desain lainnya dan untuk mengetahui aspek desain apa yang harus diubah untuk memperbaiki semua kesalahan.

Batasan dapat dimasukkan dalam bentuk ekspresi matematis, termasuk konstanta, berbagai operator, vektor, dan batasan desain lainnya, memberikan desainer sistem berbasis aturan yang diparameterisasi. Batasan bahkan dapat dimasukkan sebagai tabel pencarian, disimpan dalam file desain pada PCB atau skema. Pengkabelan PCB, lokasi area foil tembaga, dan alat tata letak mengikuti batasan yang dihasilkan oleh kondisi ini, dan DRC memverifikasi bahwa seluruh desain mematuhi batasan ini, termasuk lebar garis, jarak, dan persyaratan ruang seperti batasan area dan ketinggian.

Manajemen hierarkis

Salah satu manfaat utama dari batasan parameter adalah bahwa mereka dapat dinilai. Misalnya, aturan lebar garis global dapat digunakan sebagai batasan desain di seluruh desain. Tentu saja, beberapa wilayah atau node tidak dapat menyalin prinsip ini, sehingga batasan tingkat yang lebih tinggi dapat dilewati dan batasan tingkat yang lebih rendah dalam desain hierarkis dapat diadopsi. Parametric Constraint Solver, Editor Kendala dari ACCEL Technologies, diberikan total 7 level:

1. Desain batasan untuk semua objek yang tidak memiliki batasan lain.

2. Batasan hierarki, diterapkan pada objek pada level tertentu.

3. Batasan tipe node berlaku untuk semua node dari tipe tertentu.

4. Batasan node: berlaku untuk sebuah node.

5. Batasan antar kelas: menunjukkan batasan antara node dari dua kelas.

6. Batasan spasial, diterapkan pada semua perangkat dalam suatu ruang.

7. Batasan perangkat, diterapkan pada satu perangkat.

Perangkat lunak ini mengikuti berbagai batasan desain dari perangkat individual hingga keseluruhan aturan desain, dan menunjukkan urutan penerapan aturan ini dalam desain melalui grafik.

Contoh 1: Lebar saluran = F (impedansi, jarak lapisan, konstanta dielektrik, tinggi foil tembaga). Berikut adalah contoh bagaimana batasan parameter dapat digunakan sebagai aturan desain untuk mengontrol impedansi. Seperti disebutkan di atas, impedansi adalah fungsi dari konstanta dielektrik, jarak ke lapisan saluran terdekat, lebar dan tinggi kawat tembaga. Karena impedansi yang dibutuhkan oleh desain telah ditentukan, keempat parameter ini dapat diambil secara sewenang-wenang sebagai variabel yang relevan untuk menulis ulang rumus impedansi. Dalam kebanyakan kasus, desainer hanya dapat mengontrol lebar garis.

Oleh karena itu, kendala pada lebar saluran adalah fungsi impedansi, konstanta dielektrik, jarak ke lapisan saluran terdekat, dan tinggi foil tembaga. Jika rumus didefinisikan sebagai batasan hierarkis dan parameter proses manufaktur sebagai batasan tingkat desain, perangkat lunak akan secara otomatis menyesuaikan lebar garis untuk mengimbangi ketika lapisan garis yang dirancang berubah. Demikian pula, jika papan sirkuit yang dirancang diproduksi dalam proses yang berbeda dan tinggi foil tembaga diubah, aturan yang relevan di tingkat desain dapat dihitung ulang secara otomatis dengan mengubah parameter tinggi foil tembaga.

Contoh 2: Interval perangkat = Max (interval default, F (tinggi perangkat, Sudut deteksi).Manfaat nyata menggunakan batasan parameter dan pemeriksaan aturan desain adalah bahwa pendekatan berparameter bersifat portabel dan dipantau saat terjadi perubahan desain. Contoh ini menunjukkan bagaimana jarak perangkat dapat ditentukan oleh karakteristik proses dan persyaratan pengujian. Rumus di atas menunjukkan bahwa jarak perangkat adalah fungsi dari tinggi perangkat dan Sudut deteksi.

Sudut deteksi biasanya konstan untuk seluruh papan, sehingga dapat ditentukan pada tingkat desain. Saat memeriksa mesin yang berbeda, seluruh desain dapat diperbarui hanya dengan memasukkan nilai baru pada tingkat desain. Setelah parameter kinerja mesin baru dimasukkan, perancang dapat mengetahui apakah desain layak hanya dengan menjalankan DRC untuk memeriksa apakah jarak perangkat bertentangan dengan nilai jarak baru, yang jauh lebih mudah daripada menganalisis, mengoreksi, dan kemudian membuat perhitungan keras sesuai dengan persyaratan jarak baru.

Apa yang dapat digunakan untuk membatasi desain PCB?

Contoh 3: Tata letak komponen,Selain mengatur objek dan batasan desain, aturan desain juga dapat digunakan untuk tata letak komponen, yaitu dapat mendeteksi di mana menempatkan perangkat tanpa menyebabkan kesalahan berdasarkan batasan. Yang disorot pada gambar 1 adalah untuk memenuhi batasan fisik (seperti interval dan jarak tepi pelat dan perangkat) area tempat perangkat, gambar 2 menyoroti untuk memenuhi area penempatan perangkat yang dibatasi listrik, seperti panjang garis maksimum, gambar 3 hanya menunjukkan batasan area ruang, akhirnya, gambar 4 adalah perpotongan dari tiga bagian pertama gambar, ini adalah tata letak area efektif, Perangkat yang ditempatkan di wilayah ini dapat memenuhi semua kendala.

Apa yang dapat digunakan untuk membatasi desain PCB？

Faktanya, menghasilkan batasan secara modular dapat sangat meningkatkan kemampuan perawatan dan penggunaan kembali. Ekspresi baru dapat dihasilkan dengan mengacu pada parameter kendala lapisan yang berbeda pada tahap sebelumnya, misalnya, lebar garis lapisan atas tergantung pada jarak lapisan atas dan tinggi kawat tembaga, dan variabel Temp dan Diel_Const di tingkat desain. Perhatikan bahwa aturan desain ditampilkan dalam urutan menurun, dan mengubah batasan tingkat yang lebih tinggi segera memengaruhi semua ekspresi yang merujuk ke batasan itu.

Apa yang dapat digunakan untuk membatasi desain PCB？

Desain ulang dan dokumentasi

Kendala parametrik, tidak hanya dapat secara signifikan meningkatkan proses desain awal, dan penggunaan kembali perubahan rekayasa dan desain lebih bermanfaat, kendala dapat digunakan sebagai bagian dari desain, sistem dan dokumen, jika tidak hanya dalam pikiran insinyur atau desainer, jadi ketika mereka beralih ke proyek lain mungkin perlahan-lahan lupa. Dokumen kendala mendokumentasikan aturan kinerja listrik yang harus diikuti selama proses desain dan memberikan kesempatan bagi orang lain untuk memahami maksud perancang sehingga aturan ini dapat dengan mudah diterapkan pada proses manufaktur baru atau diubah sesuai dengan persyaratan kinerja listrik. Multiplexer masa depan juga dapat mengetahui aturan desain yang tepat dan membuat perubahan dengan memasukkan persyaratan proses baru tanpa harus menebak bagaimana lebar garis diperoleh.

Kesimpulan artikel ini

Editor batasan parameter memfasilitasi tata letak dan perutean PCB di bawah batasan multi-dimensi, dan untuk pertama kalinya memungkinkan perangkat lunak perutean otomatis dan aturan desain diperiksa sepenuhnya terhadap persyaratan listrik dan proses yang kompleks, daripada hanya mengandalkan pengalaman atau aturan desain sederhana yang sedikit digunakan. Hasilnya adalah desain yang dapat mencapai kesuksesan satu kali, mengurangi atau bahkan menghilangkan debugging prototipe.