La crescente complessità di PCB considerazioni di progettazione, come l’orologio, il dialogo incrociato, l’impedenza, il rilevamento e i processi di produzione, spesso costringono i progettisti a ripetere molti lavori di layout, verifica e manutenzione. L’editor dei vincoli dei parametri codifica questi parametri in formule per aiutare i progettisti a gestire meglio questi parametri a volte contraddittori durante la progettazione e la produzione.

Negli ultimi anni, il layout del PCB e i requisiti di routing sono diventati più complessi e il numero di transistor nei circuiti integrati è aumentato come previsto dalla legge di Moore, rendendo i dispositivi più veloci e ogni impulso più breve lungo il tempo di salita, oltre ad aumentare il numero di pin — spesso da 500 a 2,000. Tutto ciò crea problemi di densità, clock e diafonia durante la progettazione di un PCB.

Alcuni anni fa, la maggior parte dei PCB aveva solo una manciata di nodi “critici” (Net), tipicamente definiti come vincoli su impedenza, lunghezza e spazio. I progettisti di PCB instradano manualmente questi percorsi e quindi utilizzano il software per automatizzare il routing su larga scala dell’intero circuito. I PCB di oggi hanno spesso 5,000 o più nodi, più del 50% dei quali sono critici. A causa del tempo alla pressione del mercato, a questo punto non è possibile il cablaggio manuale. Inoltre, non solo è aumentato il numero di nodi critici, ma sono aumentati anche i vincoli su ciascun nodo.

Questi vincoli sono principalmente dovuti ai parametri di correlazione e ai requisiti di progettazione di sempre più complessi, ad esempio, i due intervalli lineari possono dipendere da una tensione del nodo e i materiali del circuito stampato sono funzioni correlate, il tempo di salita dei circuiti integrati digitali diminuisce di alta velocità e bassa la velocità di clock può influenzare il design, a causa dell’impulso più veloce e per stabilire e mantenere un tempo più breve, Inoltre, come parte importante del ritardo totale della progettazione di circuiti ad alta velocità, il ritardo di interconnessione è anche molto importante per la progettazione a bassa velocità.

Alcuni di questi problemi sarebbero più facili da risolvere se le schede fossero più grandi, ma la tendenza è nella direzione opposta. A causa dei requisiti del ritardo di interconnessione e del pacchetto ad alta densità, il circuito sta diventando sempre più piccolo, quindi appare il design del circuito ad alta densità e le regole di progettazione della miniaturizzazione devono essere seguite. I tempi di salita ridotti combinati con queste regole di progettazione miniaturizzate rendono il rumore di diafonia un problema sempre più importante e gli array di griglie a sfera e altri pacchetti ad alta densità stessi esacerbano la diafonia, il rumore di commutazione e il rimbalzo del suolo.

Vincoli fissi che esistono

L’approccio tradizionale a questi problemi consiste nel tradurre i requisiti elettrici e di processo in parametri di vincoli fissi in base all’esperienza, ai valori predefiniti, alle tabelle numeriche o ai metodi di calcolo. Ad esempio, un ingegnere che progetta un circuito può prima determinare un’impedenza nominale e quindi “stimare” una larghezza di linea nominale per ottenere l’impedenza desiderata in base ai requisiti del processo finale, oppure utilizzare una tabella di calcolo o un programma aritmetico per verificare l’interferenza e quindi lavorare i vincoli di lunghezza.

Questo approccio richiede in genere che una serie di dati empirici sia progettata come linea guida di base per i progettisti di PCB in modo che possano sfruttare questi dati durante la progettazione con strumenti di layout e routing automatici. Il problema con questo approccio è che i dati empirici sono un principio generale e il più delle volte sono corretti, ma a volte non funzionano o portano a risultati errati.

Usiamo l’esempio di determinazione dell’impedenza sopra per vedere l’errore che questo metodo può causare. I fattori relativi all’impedenza includono le proprietà dielettriche del materiale della scheda, l’altezza della lamina di rame, la distanza tra gli strati e lo strato di massa/potenza e la larghezza della linea. Poiché i primi tre parametri sono generalmente determinati dal processo di produzione, i progettisti di solito utilizzano la larghezza della linea per controllare l’impedenza. Poiché la distanza da ogni strato di linea allo strato di terra o di potenza è diversa, è chiaramente un errore utilizzare gli stessi dati empirici per ogni strato. Ciò è aggravato dal fatto che il processo di produzione o le caratteristiche del circuito stampato utilizzate durante lo sviluppo possono cambiare in qualsiasi momento.

La maggior parte delle volte questi problemi saranno esposti nella fase di produzione del prototipo, il generale è scoprire il problema attraverso la riparazione del circuito stampato o la riprogettazione per risolvere il design della scheda. Il costo di tale operazione è elevato e le correzioni spesso creano problemi aggiuntivi che richiedono un ulteriore debug e la perdita di entrate a causa del time-to-market ritardato supera di gran lunga il costo del debug.Quasi tutti i produttori di elettronica affrontano questo problema, che alla fine si riduce all’incapacità del tradizionale software di progettazione PCB di tenere il passo con la realtà degli attuali requisiti di prestazioni elettriche. Non è così semplice come i dati empirici sulla progettazione meccanica.

Cosa può essere usato per limitare la progettazione del PCB?

Soluzione: parametrizzare i vincoli

Attualmente i fornitori di software di progettazione cercano di risolvere questo problema aggiungendo parametri ai vincoli. L’aspetto più avanzato di questo approccio è la capacità di specificare specifiche meccaniche che riflettano pienamente le varie caratteristiche elettriche interne. Una volta che questi sono stati incorporati nella progettazione del PCB, il software di progettazione può utilizzare queste informazioni per controllare il layout automatico e lo strumento di instradamento.

Quando il successivo processo produttivo cambia, non c’è bisogno di riprogettare. I progettisti aggiornano semplicemente i parametri caratteristici del processo e i relativi vincoli possono essere modificati automaticamente. Il progettista può quindi eseguire DRC (Design Rule Check) per determinare se il nuovo processo viola altre regole di progettazione e per scoprire quali aspetti del progetto dovrebbero essere modificati per correggere tutti gli errori.

I vincoli possono essere immessi sotto forma di espressioni matematiche, incluse costanti, vari operatori, vettori e altri vincoli di progettazione, fornendo ai progettisti un sistema parametrizzato guidato da regole. I vincoli possono anche essere inseriti come tabelle di ricerca, archiviati in un file di progettazione su un PCB o schematico. Il cablaggio del PCB, la posizione dell’area della lamina di rame e gli strumenti di layout seguono i vincoli generati da queste condizioni e DRC verifica che l’intero progetto sia conforme a questi vincoli, inclusi larghezza della linea, spaziatura e requisiti di spazio come restrizioni di area e altezza.

Gestione gerarchica

Uno dei principali vantaggi dei vincoli parametrizzati è che possono essere classificati. Ad esempio, la regola dello spessore della linea globale può essere utilizzata come vincolo di progettazione nell’intero progetto. Naturalmente, alcune regioni o nodi non possono copiare questo principio, quindi il vincolo di livello superiore può essere aggirato e il vincolo di livello inferiore può essere adottato nella progettazione gerarchica. Parametric Constraint Solver, un editor di vincoli di ACCEL Technologies, dispone di un totale di 7 livelli:

1. Progettare vincoli per tutti gli oggetti che non hanno altri vincoli.

2. Vincoli gerarchici, applicati agli oggetti a un certo livello.

3. Il vincolo del tipo di nodo si applica a tutti i nodi di un certo tipo.

4. Vincolo del nodo: si applica a un nodo.

5. Vincolo interclasse: indica il vincolo tra i nodi di due classi.

6. Vincolo spaziale, applicato a tutti i dispositivi in ​​uno spazio.

7. Vincoli del dispositivo, applicati a un singolo dispositivo.

Il software segue vari vincoli di progettazione dai singoli dispositivi alle intere regole di progettazione e mostra l’ordine di applicazione di queste regole nella progettazione tramite grafica.

Esempio 1: Larghezza della linea = F (impedenza, spaziatura degli strati, costante dielettrica, altezza della lamina di rame). Ecco un esempio di come i vincoli parametrizzati possono essere utilizzati come regole di progettazione per controllare l’impedenza. Come accennato in precedenza, l’impedenza è una funzione della costante dielettrica, della distanza dallo strato di linea più vicino, della larghezza e dell’altezza del filo di rame. Poiché l’impedenza richiesta dal progetto è stata determinata, questi quattro parametri possono essere presi arbitrariamente come variabili rilevanti per riscrivere la formula dell’impedenza. Nella maggior parte dei casi, i progettisti possono controllare solo la larghezza della linea.

Per questo motivo, i vincoli sulla larghezza della linea sono funzioni dell’impedenza, della costante dielettrica, della distanza dallo strato di linea più vicino e dell’altezza della lamina di rame. Se la formula è definita come un vincolo gerarchico e i parametri del processo di produzione come un vincolo a livello di progettazione, il software regolerà automaticamente la larghezza della linea per compensare quando cambia il livello della linea progettato. Allo stesso modo, se il circuito stampato progettato viene prodotto in un processo diverso e l’altezza della lamina di rame viene modificata, le regole pertinenti nel livello di progettazione possono essere ricalcolate automaticamente modificando i parametri dell’altezza della lamina di rame.

Esempio 2: Intervallo dispositivo = Max (intervallo predefinito, F (altezza dispositivo, angolo di rilevamento).L’ovvio vantaggio dell’utilizzo sia dei vincoli dei parametri che del controllo delle regole di progettazione è che l’approccio parametrizzato è portatile e monitorato quando si verificano modifiche al progetto. Questo esempio mostra come la spaziatura dei dispositivi può essere determinata dalle caratteristiche del processo e dai requisiti di prova. La formula sopra mostra che la spaziatura del dispositivo è una funzione dell’altezza del dispositivo e dell’angolo di rilevamento.

L’angolo di rilevamento è solitamente una costante per l’intera scheda, quindi può essere definito a livello di progetto. Quando si esegue il controllo su una macchina diversa, l’intero progetto può essere aggiornato semplicemente inserendo nuovi valori a livello di progetto. Dopo aver inserito i nuovi parametri di prestazione della macchina, il progettista può sapere se il progetto è fattibile semplicemente eseguendo il DRC per verificare se la spaziatura del dispositivo è in conflitto con il nuovo valore di spaziatura, il che è molto più semplice che analizzare, correggere e quindi eseguire calcoli complessi secondo alle nuove esigenze di spaziatura.

Cosa può essere usato per limitare la progettazione del PCB?

Esempio 3: disposizione dei componenti,Oltre a organizzare oggetti e vincoli di progettazione, le regole di progettazione possono essere utilizzate anche per il layout dei componenti, ovvero possono rilevare dove posizionare i dispositivi senza causare errori basati sui vincoli. Evidenziato nella figura 1 è per soddisfare i vincoli fisici (come l’intervallo e il bordo della spaziatura della piastra e il dispositivo) l’area di posizionamento dei dispositivi, la figura 2 evidenzia è per soddisfare le aree di posizionamento del dispositivo con vincoli elettrici, come la lunghezza massima della linea, la figura 3 mostra solo l’area del vincolo di spazio, infine, la figura 4 è l’intersezione delle prime tre parti dell’immagine, questa è la disposizione dell’area effettiva, I dispositivi posizionati in questa regione possono soddisfare tutti i vincoli.

Cosa può essere usato per limitare la progettazione del PCB？

Infatti, la generazione di vincoli in maniera modulare può migliorare notevolmente la loro manutenibilità e riutilizzabilità. È possibile generare nuove espressioni facendo riferimento ai parametri di vincolo dei diversi strati nella fase precedente, ad esempio, la larghezza della linea dello strato superiore dipende dalla distanza dello strato superiore e dall’altezza del filo di rame, e le variabili Temp e Diel_Const nel livello di progettazione. Si noti che le regole di progettazione vengono visualizzate in ordine decrescente e la modifica di un vincolo di livello superiore influisce immediatamente su tutte le espressioni che fanno riferimento a tale vincolo.

Cosa può essere usato per limitare la progettazione del PCB？

Riutilizzo e documentazione del design

I vincoli parametrici, non solo possono migliorare significativamente il processo di progettazione iniziale e riutilizzare le modifiche tecniche e il design più utile, il vincolo può essere utilizzato come parte del design, del sistema e dei documenti, se non solo nella mente dell’ingegnere o del progettista, quindi quando rivolgersi ad altri progetti può essere lentamente dimenticare. I documenti sui vincoli documentano le regole sulle prestazioni elettriche da seguire durante il processo di progettazione e offrono agli altri l’opportunità di comprendere le intenzioni del progettista in modo che queste regole possano essere facilmente applicate a nuovi processi di produzione o modificate in base ai requisiti delle prestazioni elettriche. I futuri multiplexer possono anche conoscere le regole esatte di progettazione e apportare modifiche inserendo nuovi requisiti di processo senza dover indovinare come sono state ottenute le larghezze di linea.

Conclusione di questo articolo

L’editor dei vincoli dei parametri facilita il layout e l’instradamento del PCB sotto vincoli multidimensionali e, per la prima volta, consente di verificare completamente il software di instradamento automatico e le regole di progettazione rispetto a requisiti elettrici e di processo complessi, piuttosto che affidarsi solo all’esperienza o a semplici regole di progettazione che sono di scarsa utilità. Il risultato è un design che può raggiungere un successo una tantum, riducendo o addirittura eliminando il debug del prototipo.