Pieaugošā sarežģītība PCB dizaina apsvērumi, piemēram, pulkstenis, savstarpēja saruna, pretestība, noteikšana un ražošanas procesi, bieži liek dizaineriem atkārtot daudzus izkārtojuma, verifikācijas un apkopes darbus. Parametru ierobežojumu redaktors šos parametrus kodē formulās, lai palīdzētu dizaineriem labāk tikt galā ar šiem dažkārt pretrunīgajiem parametriem projektēšanas un ražošanas laikā.

Pēdējos gados PCB izkārtojuma un maršrutēšanas prasības ir kļuvušas sarežģītākas, un tranzistoru skaits integrālajās shēmās ir palielinājies, kā to prognozē Mūra likums, padarot ierīces ātrākus un katru impulsu īsāku pieauguma laikā, kā arī palielinot tapu skaitu – bieži 500 līdz 2,000. Tas viss rada blīvuma, pulksteņa un šķērsrunas problēmas, veidojot PCB.

Pirms dažiem gadiem lielākajai daļai PCBS bija tikai nedaudz “kritisku” mezglu (Nets), kas parasti tiek definēti kā ierobežojumi pretestībai, garumam un klīrensam. PCB dizaineri manuāli novirzītu šos maršrutus un pēc tam izmantotu programmatūru, lai automatizētu liela mēroga visas ķēdes maršrutēšanu. Mūsdienu PCBS bieži ir 5,000 vai vairāk mezglu, no kuriem vairāk nekā 50% ir kritiski. Sakarā ar laiku līdz tirgus spiedienam, manuāla elektroinstalācija šajā brīdī nav iespējama. Turklāt ir palielinājies ne tikai kritisko mezglu skaits, bet arī pieauguši ierobežojumi katram mezglam.

Šie ierobežojumi galvenokārt ir saistīti ar korelācijas parametriem un arvien sarežģītākām konstrukcijas prasībām, piemēram, divi lineārie intervāli var būt atkarīgi no un mezgla spriegums un shēmas plates materiāli ir saistītas funkcijas, digitālā IC pieauguma laiks samazinās lielā ātrumā un zems pulksteņa ātrums var ietekmēt dizainu, jo impulss ir ātrāks un lai izveidotu un uzturētu īsāku laiku, Turklāt starpsavienojumu kavēšanās kā svarīga daļa no ātrgaitas ķēdes projektēšanas kopējās kavēšanās ir ļoti svarīga arī zema ātruma projektēšanai.

Dažas no šīm problēmām būtu vieglāk atrisināt, ja dēļi būtu lielāki, taču tendence ir pretēja. Sakarā ar starpsavienojuma aizkaves un augsta blīvuma paketes prasībām, shēmas plate kļūst arvien mazāka, tāpēc parādās augsta blīvuma shēmas dizains, un ir jāievēro miniaturizācijas projektēšanas noteikumi. Samazināts pacelšanās laiks apvienojumā ar šiem miniatūrizētajiem projektēšanas noteikumiem padara pārrāvuma troksni par arvien aktuālāku problēmu, un lodīšu režģu bloki un citas augsta blīvuma paketes pašas pastiprina šķērsruna, pārslēgšanās troksni un atlēcienu uz zemes.

Fiksētie ierobežojumi, kas pastāv

Tradicionālā pieeja šīm problēmām ir elektrisko un procesu prasību pārvēršana fiksētos ierobežojumu parametros, izmantojot pieredzi, noklusējuma vērtības, skaitļu tabulas vai aprēķina metodes. Piemēram, inženieris, kas projektē ķēdi, vispirms var noteikt nominālo pretestību un pēc tam “novērtēt” nominālo līnijas platumu, lai sasniegtu vēlamo pretestību, pamatojoties uz galīgajām procesa prasībām, vai izmantot aprēķinu tabulu vai aritmētisko programmu, lai pārbaudītu traucējumus un pēc tam strādātu garuma ierobežojumiem.

Šai pieejai parasti ir nepieciešams empīrisko datu kopums, kas jāizstrādā kā pamatnostādne PCB dizaineriem, lai viņi varētu izmantot šos datus, izstrādājot, izmantojot automātiskos izkārtojuma un maršrutēšanas rīkus. Šīs pieejas problēma ir tāda, ka empīriskie dati ir vispārējs princips, un lielākoties tie ir pareizi, taču dažreiz tie nedarbojas vai noved pie nepareiziem rezultātiem.

Izmantosim iepriekš minēto pretestības noteikšanas piemēru, lai redzētu kļūdas, ko var radīt šī metode. Ar pretestību saistītie faktori ietver plātnes materiāla dielektriskās īpašības, vara folijas augstumu, attālumu starp slāņiem un zemi/jaudas slāni un līnijas platumu. Tā kā pirmos trīs parametrus parasti nosaka ražošanas process, dizaineri parasti izmanto līnijas platumu, lai kontrolētu pretestību. Tā kā attālums no katra līnijas slāņa līdz zemei ​​vai jaudas slānim ir atšķirīgs, nepārprotami ir kļūda izmantot katram slānim vienus un tos pašus empīriskos datus. To papildina fakts, ka ražošanas laikā izmantotās ražošanas procesa vai shēmas plates īpašības var mainīties jebkurā laikā.

Lielāko daļu laika šīs problēmas tiks atklātas prototipa izgatavošanas stadijā. Vispārīgi ir noskaidrot problēmu, izmantojot shēmas plates remontu vai pārveidošanu, lai atrisinātu plates dizainu. Izmaksas par to ir augstas, un labojumi bieži rada papildu problēmas, kurām nepieciešama turpmāka atkļūdošana, un ieņēmumu zaudējums aizkavēta laika nonākšanas tirgū ievērojami pārsniedz atkļūdošanas izmaksas.Gandrīz katrs elektronikas ražotājs saskaras ar šo problēmu, kas galu galā ir saistīta ar tradicionālās PCB projektēšanas programmatūras nespēju sekot līdzi pašreizējām elektriskās veiktspējas prasībām. Tas nav tik vienkārši kā empīriskie dati par mehānisko dizainu.

Ko var izmantot, lai ierobežotu PCB dizainu?

Risinājums: parametru ierobežojumi

Pašlaik projektēšanas programmatūras pārdevēji mēģina atrisināt šo problēmu, pievienojot ierobežojumiem parametrus. Šīs pieejas vismodernākais aspekts ir iespēja norādīt mehāniskās specifikācijas, kas pilnībā atspoguļo dažādas iekšējās elektriskās īpašības. Kad tie ir iekļauti PCB dizainā, projektēšanas programmatūra var izmantot šo informāciju, lai kontrolētu automātisko izkārtojumu un maršrutēšanas rīku.

Mainoties turpmākajam ražošanas procesam, nav jāpārveido. Dizaineri vienkārši atjaunina procesa raksturojošos parametrus, un attiecīgos ierobežojumus var mainīt automātiski. Pēc tam dizainers var palaist DRC (Design Rule Check), lai noteiktu, vai jaunais process pārkāpj citus projektēšanas noteikumus, un noskaidrot, kādi dizaina aspekti ir jāmaina, lai labotu visas kļūdas.

Ierobežojumus var ievadīt matemātisku izteiksmju veidā, ieskaitot konstantes, dažādus operatorus, vektorus un citus dizaina ierobežojumus, nodrošinot dizaineriem parametrētu noteikumu vadītu sistēmu. Ierobežojumus var ievadīt pat kā uzmeklēšanas tabulas, saglabātas dizaina failā uz PCB vai shematiski. PCB vadi, vara folijas apgabala atrašanās vieta un izkārtojuma rīki ievēro šo nosacījumu radītos ierobežojumus, un KDR pārbauda, ​​vai viss dizains atbilst šiem ierobežojumiem, tostarp līnijas platumam, atstarpēm un telpas prasībām, piemēram, platības un augstuma ierobežojumiem.

Hierarhiska vadība

Viena no parametrēto ierobežojumu galvenajām priekšrocībām ir tā, ka tos var klasificēt. Piemēram, globālo līnijas platuma noteikumu var izmantot kā dizaina ierobežojumu visā dizainā. Protams, daži reģioni vai mezgli nevar kopēt šo principu, tāpēc var apiet augstākā līmeņa ierobežojumu un pieņemt zemākā līmeņa ierobežojumu hierarhiskajā dizainā. Parametriskajam ierobežojumu risinātājam, ACCEL Technologies ierobežojumu redaktoram, kopumā tiek piešķirti 7 līmeņi:

1. Izstrādājiet ierobežojumus visiem objektiem, kuriem nav citu ierobežojumu.

2. Hierarhijas ierobežojumi, ko piemēro objektiem noteiktā līmenī.

3. Mezgla tipa ierobežojums attiecas uz visiem noteikta veida mezgliem.

4. Mezgla ierobežojums: attiecas uz mezglu.

5. Starpklases ierobežojums: norāda ierobežojumu starp divu klašu mezgliem.

6. Telpisks ierobežojums, kas piemērots visām telpas ierīcēm.

7. Ierīces ierobežojumi, kas piemēroti vienai ierīcei.

Programmatūra ievēro dažādus dizaina ierobežojumus, sākot no atsevišķām ierīcēm līdz visiem projektēšanas noteikumiem, un grafiski parāda šo noteikumu piemērošanas secību dizainā.

1. piemērs: līnijas platums = F (pretestība, atstarpe starp slāņiem, dielektriskā konstante, vara folijas augstums). Šeit ir piemērs tam, kā parametrizētus ierobežojumus var izmantot kā projektēšanas noteikumus, lai kontrolētu pretestību. Kā minēts iepriekš, pretestība ir dielektriskās konstantes funkcija, attālums līdz tuvākajam līnijas slānim, vara stieples platums un augstums. Tā kā projektam nepieciešamā pretestība ir noteikta, šos četrus parametrus var patvaļīgi uzskatīt par atbilstošiem mainīgajiem, lai pārrakstītu pretestības formulu. Vairumā gadījumu dizaineri var kontrolēt tikai līnijas platumu.

Tāpēc līnijas platuma ierobežojumi ir pretestības, dielektriskās konstantes, attāluma līdz tuvākajam līnijas slānim un vara folijas augstuma funkcijas. Ja formula ir definēta kā hierarhisks ierobežojums, bet ražošanas procesa parametri-kā dizaina līmeņa ierobežojums, programmatūra automātiski pielāgos līnijas platumu, lai kompensētu, mainoties projektētajam līnijas slānim. Līdzīgi, ja projektētā shēmas plate tiek ražota citā procesā un tiek mainīts vara folijas augstums, attiecīgos noteikumus konstrukcijas līmenī var automātiski pārrēķināt, mainot vara folijas augstuma parametrus.

2. piemērs: Ierīces intervāls = Maks. (Noklusējuma intervāls, F (ierīces augstums, noteikšanas leņķis).Acīmredzamais ieguvums, izmantojot gan parametru ierobežojumus, gan projektēšanas noteikumu pārbaudi, ir tas, ka parametrētā pieeja ir pārnēsājama un tiek uzraudzīta, kad notiek konstrukcijas izmaiņas. Šis piemērs parāda, kā ierīču atstarpes var noteikt pēc procesa īpašībām un pārbaudes prasībām. Iepriekš minētā formula parāda, ka atstarpes starp ierīcēm ir ierīces augstuma un noteikšanas leņķa funkcija.

Noteikšanas leņķis parasti ir nemainīgs visai plāksnei, tāpēc to var definēt projektēšanas līmenī. Pārbaudot citu mašīnu, visu dizainu var atjaunināt, vienkārši ievadot jaunas vērtības dizaina līmenī. Pēc jauno mašīnas veiktspējas parametru ievadīšanas dizainers var uzzināt, vai dizains ir iespējams, vienkārši palaižot KDR, lai pārbaudītu, vai ierīču atstarpes ir pretrunā ar jauno atstarpes vērtību, kas ir daudz vieglāk nekā analizēt, labot un pēc tam veikt smagus aprēķinus saskaņā ar jaunajām atstarpju prasībām.

Ko var izmantot, lai ierobežotu PCB dizainu?

3. piemērs: komponentu izkārtojums,Papildus dizaina objektu un ierobežojumu organizēšanai dizaina noteikumus var izmantot arī komponentu izkārtojumam, tas ir, tas var noteikt, kur ievietot ierīces, neradot kļūdas, pamatojoties uz ierobežojumiem. 1. attēlā ir uzsvērts, ka ir jāievēro fiziskie ierobežojumi (piemēram, intervāls un plākšņu attāluma mala un ierīce) ierīču novietojuma laukums, 2. attēlā uzsvērts, ka jāatbilst elektriski ierobežotajām ierīču izvietojuma zonām, piemēram, maksimālajam līnijas garumam, 3. attēlā parādīts tikai telpas ierobežojuma apgabals, visbeidzot, 4. attēls ir attēla pirmo trīs daļu krustojums, tas ir efektīvais apgabala izkārtojums, Šajā reģionā ievietotās ierīces var apmierināt visus ierobežojumus.

Ko var izmantot, lai ierobežotu PCB dizainu?

Faktiski, radot ierobežojumus modulārā veidā, var ievērojami uzlabot to apkopi un atkārtotu izmantošanu. Jaunas izteiksmes var ģenerēt, atsaucoties uz dažādu slāņu ierobežojumu parametriem iepriekšējā posmā, piemēram, augšējā slāņa līnijas platums ir atkarīgs no augšējā slāņa attāluma un vara stieples augstuma, kā arī mainīgajiem Temp un Diel_Const dizaina līmenī. Ņemiet vērā, ka dizaina noteikumi tiek parādīti dilstošā secībā, un, mainot augstāka līmeņa ierobežojumu, nekavējoties tiek ietekmētas visas izteiksmes, kas attiecas uz šo ierobežojumu.

Ko var izmantot, lai ierobežotu PCB dizainu?

Dizaina atkārtota izmantošana un dokumentācija

Parametriskie ierobežojumi var ne tikai ievērojami uzlabot sākotnējo projektēšanas procesu, bet inženierijas izmaiņu un dizaina atkārtota izmantošana ir noderīgāka, ierobežojumu var izmantot kā daļu no dizaina, sistēmas un dokumentiem, ja ne tikai inženiera vai dizainera prātā, pievērsties citiem projektiem var lēnām aizmirst. Ierobežojošie dokumenti dokumentē elektriskās veiktspējas noteikumus, kas jāievēro projektēšanas procesā, un sniedz iespēju citiem izprast dizainera nodomus, lai šos noteikumus varētu viegli piemērot jauniem ražošanas procesiem vai mainīt atbilstoši elektriskās veiktspējas prasībām. Nākotnes multipleksori var arī zināt precīzus projektēšanas noteikumus un veikt izmaiņas, ievadot jaunas procesa prasības, neuzminot, kā tika iegūti līniju platumi.

Šī raksta secinājums

Parametru ierobežojumu redaktors atvieglo PCB izkārtojumu un maršrutēšanu, ievērojot daudzdimensiju ierobežojumus, un pirmo reizi ļauj pilnībā pārbaudīt automātiskās maršrutēšanas programmatūru un projektēšanas noteikumus, lai tie atbilstu sarežģītajām elektrisko un procesu prasībām, nevis tikai paļauties uz pieredzi vai vienkāršiem projektēšanas noteikumiem. maz lietojams. Rezultāts ir dizains, kas var sasniegt vienreizējus panākumus, samazinot vai pat novēršot prototipu atkļūdošanu.