De toenemende complexiteit van PCB ontwerpoverwegingen, zoals klok, overspraak, impedantie, detectie en fabricageprocessen, dwingen ontwerpers vaak om veel lay-out-, verificatie- en onderhoudswerkzaamheden te herhalen. De parameterbeperkingseditor codeert deze parameters in formules om ontwerpers te helpen beter om te gaan met deze soms tegenstrijdige parameters tijdens ontwerp en productie.

In de afgelopen jaren zijn de vereisten voor de lay-out en routering van PCB’s complexer geworden en is het aantal transistors in geïntegreerde schakelingen toegenomen, zoals voorspeld door de wet van Moore, waardoor apparaten sneller zijn en elke puls tijdens de stijgtijd korter is, evenals het aantal pinnen. – vaak 500 tot 2,000. Dit alles zorgt voor dichtheids-, klok- en overspraakproblemen bij het ontwerpen van een PCB.

Een paar jaar geleden hadden de meeste PCBS slechts een handvol “kritieke” knooppunten (Nets), meestal gedefinieerd als beperkingen op impedantie, lengte en speling. PCB-ontwerpers zouden deze routes handmatig routeren en vervolgens software gebruiken om grootschalige routering van het hele circuit te automatiseren. De huidige PCBS hebben vaak 5,000 of meer knooppunten, waarvan meer dan 50% kritiek is. Vanwege de time-to-market-druk is handmatige bedrading op dit moment niet mogelijk. Bovendien is niet alleen het aantal kritieke knooppunten toegenomen, maar zijn ook de beperkingen op elk knooppunt toegenomen.

Deze beperkingen zijn voornamelijk te wijten aan de correlatieparameters en ontwerpvereisten van steeds complexer, bijvoorbeeld, het twee lineaire interval kan afhangen van een en knooppuntspanning en printplaatmaterialen zijn gerelateerde functies, digitale IC-stijgtijd neemt af van hoge snelheid en lage kloksnelheid kan het ontwerp beïnvloeden, door sneller te pulseren en een kortere tijd vast te stellen en te behouden, Bovendien, als een belangrijk onderdeel van de totale vertraging van het ontwerp van hogesnelheidscircuits, is de verbindingsvertraging ook erg belangrijk voor het ontwerp met lage snelheid.

Sommige van deze problemen zouden gemakkelijker op te lossen zijn als borden groter waren, maar de trend is in de tegenovergestelde richting. Vanwege de vereisten van interconnectievertraging en een pakket met hoge dichtheid, wordt de printplaat steeds kleiner, dus verschijnt er een circuitontwerp met een hoge dichtheid en moeten de ontwerpregels voor miniaturisatie worden gevolgd. Kortere stijgtijden in combinatie met deze geminiaturiseerde ontwerpregels maken overspraakruis een steeds prominenter probleem, en balrasterarrays en andere pakketten met hoge dichtheid verergeren zelf overspraak, schakelruis en grondbotsing.

Vaste beperkingen die er zijn

De traditionele benadering van deze problemen is het vertalen van elektrische en procesvereisten in vaste beperkingsparameters door ervaring, standaardwaarden, getallentabellen of berekeningsmethoden. Een ingenieur die een circuit ontwerpt, kan bijvoorbeeld eerst een nominale impedantie bepalen en vervolgens een nominale lijnbreedte “schatten” om de gewenste impedantie te bereiken op basis van de uiteindelijke procesvereisten, of een rekentabel of rekenprogramma gebruiken om te testen op interferentie en vervolgens werken de lengtebeperkingen uit.

Deze benadering vereist doorgaans dat een set empirische gegevens wordt ontworpen als een basisrichtlijn voor PCB-ontwerpers, zodat ze deze gegevens kunnen gebruiken bij het ontwerpen met automatische lay-out- en routeringstools. Het probleem met deze benadering is dat empirische gegevens een algemeen principe zijn, en meestal zijn ze correct, maar soms werken ze niet of leiden ze tot verkeerde resultaten.

Laten we het voorbeeld van het bepalen van de impedantie hierboven gebruiken om de fout te zien die deze methode kan veroorzaken. Factoren die verband houden met impedantie zijn onder meer de diëlektrische eigenschappen van het plaatmateriaal, de hoogte van de koperfolie, de afstand tussen de lagen en de grond/stroomlaag en de lijnbreedte. Aangezien de eerste drie parameters over het algemeen worden bepaald door het productieproces, gebruiken ontwerpers meestal lijnbreedte om de impedantie te regelen. Aangezien de afstand van elke lijnlaag tot de grond- of stroomlaag anders is, is het duidelijk een vergissing om voor elke laag dezelfde empirische gegevens te gebruiken. Dit wordt nog verergerd door het feit dat het fabricageproces of de kenmerken van de printplaat die tijdens de ontwikkeling worden gebruikt, op elk moment kunnen veranderen.

Meestal zullen deze problemen worden blootgelegd in de productiefase van het prototype, de algemene is om het probleem te achterhalen door de printplaatreparatie of herontwerp om het bordontwerp op te lossen. De kosten om dit te doen zijn hoog, en fixes creëren vaak extra problemen die verdere debugging vereisen, en het verlies aan inkomsten als gevolg van een vertraagde time-to-market is veel groter dan de kosten van debugging.Bijna elke elektronicafabrikant wordt met dit probleem geconfronteerd, wat uiteindelijk neerkomt op het onvermogen van traditionele PCB-ontwerpsoftware om gelijke tred te houden met de realiteit van de huidige elektrische prestatie-eisen. Het is niet zo eenvoudig als empirische gegevens over mechanisch ontwerp.

Wat kan worden gebruikt om het PCB-ontwerp te beperken?

Oplossing: beperkingen parametriseren

Op dit moment proberen leveranciers van ontwerpsoftware dit probleem op te lossen door parameters aan beperkingen toe te voegen. Het meest geavanceerde aspect van deze benadering is de mogelijkheid om mechanische specificaties te specificeren die verschillende interne elektrische kenmerken volledig weerspiegelen. Zodra deze zijn opgenomen in het PCB-ontwerp, kan de ontwerpsoftware deze informatie gebruiken om de automatische lay-out- en routeringstool te besturen.

Wanneer het daaropvolgende productieproces verandert, hoeft er niet opnieuw te worden ontworpen. De ontwerpers werken eenvoudig de proceskarakteristieke parameters bij en de relevante beperkingen kunnen automatisch worden gewijzigd. De ontwerper kan dan DRC (Design Rule Check) uitvoeren om te bepalen of het nieuwe proces andere ontwerpregels schendt en om erachter te komen welke aspecten van het ontwerp moeten worden gewijzigd om alle fouten te corrigeren.

Beperkingen kunnen worden ingevoerd in de vorm van wiskundige uitdrukkingen, inclusief constanten, verschillende operators, vectoren en andere ontwerpbeperkingen, waardoor ontwerpers een geparametriseerd, regelgestuurd systeem krijgen. Beperkingen kunnen zelfs worden ingevoerd als opzoektabellen, opgeslagen in een ontwerpbestand op een PCB of schema. PCB-bedrading, koperfolie-gebiedslocatie en lay-outtools volgen de beperkingen die door deze voorwaarden worden gegenereerd, en DRC verifieert dat het hele ontwerp voldoet aan deze beperkingen, inclusief lijnbreedte, afstand en ruimtevereisten zoals gebieds- en hoogtebeperkingen.

Hiërarchisch beheer

Een van de belangrijkste voordelen van geparametriseerde beperkingen is dat ze kunnen worden beoordeeld. De globale regel voor lijndikte kan bijvoorbeeld worden gebruikt als ontwerpbeperking in het hele ontwerp. Natuurlijk kunnen sommige regio’s of knooppunten dit principe niet kopiëren, dus de beperking op een hoger niveau kan worden omzeild en de beperking op een lager niveau in het hiërarchische ontwerp kan worden overgenomen. Parametric Constraint Solver, een beperkingseditor van ACCEL Technologies, krijgt in totaal 7 niveaus:

1. Ontwerpbeperkingen voor alle objecten die geen andere beperkingen hebben.

2. Hiërarchiebeperkingen, toegepast op objecten op een bepaald niveau.

3. De beperking van het knooppunttype is van toepassing op alle knooppunten van een bepaald type.

4. Knooppuntbeperking: is van toepassing op een knooppunt.

5. Beperking tussen klassen: geeft de beperking aan tussen knooppunten van twee klassen.

6. Ruimtelijke beperking, toegepast op alle apparaten in een ruimte.

7. Apparaatbeperkingen, toegepast op één apparaat.

De software volgt verschillende ontwerpbeperkingen van individuele apparaten tot de hele ontwerpregels en toont de toepassingsvolgorde van deze regels in het ontwerp door middel van afbeeldingen.

Voorbeeld 1: Lijnbreedte = F (impedantie, laagafstand, diëlektrische constante, koperfoliehoogte). Hier is een voorbeeld van hoe geparametriseerde beperkingen kunnen worden gebruikt als ontwerpregels om de impedantie te regelen. Zoals hierboven vermeld, is de impedantie een functie van de diëlektrische constante, de afstand tot de dichtstbijzijnde lijnlaag, de breedte en hoogte van de koperdraad. Aangezien de door het ontwerp vereiste impedantie is bepaald, kunnen deze vier parameters willekeurig als relevante variabelen worden gebruikt om de impedantieformule te herschrijven. In de meeste gevallen kunnen ontwerpers alleen de lijndikte bepalen.

Hierdoor zijn de beperkingen op lijnbreedte functies van impedantie, diëlektrische constante, afstand tot de dichtstbijzijnde lijnlaag en hoogte van de koperfolie. Als de formule is gedefinieerd als een hiërarchische beperking en de fabricageprocesparameters als een beperking op ontwerpniveau, zal de software automatisch de lijnbreedte aanpassen om te compenseren wanneer de ontworpen lijnlaag verandert. Evenzo, als de ontworpen printplaat in een ander proces wordt geproduceerd en de hoogte van de koperfolie wordt gewijzigd, kunnen de relevante regels in het ontwerpniveau automatisch opnieuw worden berekend door de parameters voor de hoogte van de koperfolie te wijzigen.

Voorbeeld 2: Apparaatinterval = Max (standaardinterval, F (apparaathoogte, detectiehoek).Het voor de hand liggende voordeel van het gebruik van zowel parameterbeperkingen als ontwerpregelcontrole is dat de geparametriseerde benadering draagbaar is en wordt gecontroleerd wanneer ontwerpwijzigingen plaatsvinden. Dit voorbeeld laat zien hoe de apparaatafstand kan worden bepaald door proceskenmerken en testvereisten. De bovenstaande formule laat zien dat de apparaatafstand een functie is van de apparaathoogte en detectiehoek.

De detectiehoek is meestal een constante voor het hele bord, dus deze kan op ontwerpniveau worden gedefinieerd. Bij controle op een andere machine kan het hele ontwerp worden bijgewerkt door simpelweg nieuwe waarden in te voeren op ontwerpniveau. Nadat de nieuwe machineprestatieparameters zijn ingevoerd, kan de ontwerper weten of het ontwerp haalbaar is door simpelweg de DRC uit te voeren om te controleren of de apparaatafstand in strijd is met de nieuwe afstandswaarde, wat veel gemakkelijker is dan analyseren, corrigeren en vervolgens harde berekeningen maken volgens aan de nieuwe afstandseisen.

Wat kan worden gebruikt om het PCB-ontwerp te beperken?

Voorbeeld 3: Componentindeling,Naast het organiseren van ontwerpobjecten en beperkingen, kunnen ontwerpregels ook worden gebruikt voor de lay-out van componenten, dat wil zeggen dat het kan detecteren waar apparaten moeten worden geplaatst zonder fouten te veroorzaken op basis van beperkingen. Gemarkeerd in afbeelding 1 is om te voldoen aan fysieke beperkingen (zoals interval en de rand van de plaatafstand en apparaat) apparatenplaatsgebied, afbeelding 2 hoogtepunten is om te voldoen aan de elektrisch beperkte apparaatplaatsingsgebieden, zoals maximale lijnlengte, afbeelding 3 toont alleen het gebied van ruimtebeperking, tenslotte, figuur 4 is het snijpunt van de eerste drie delen van de afbeelding, dit is de effectieve gebiedsindeling, Apparaten die in deze regio worden geplaatst, kunnen aan alle beperkingen voldoen.

Wat kan worden gebruikt om het PCB-ontwerp te beperken?

In feite kan het modulair genereren van beperkingen hun onderhoudbaarheid en herbruikbaarheid aanzienlijk verbeteren. Nieuwe uitdrukkingen kunnen worden gegenereerd door te verwijzen naar de beperkingsparameters van verschillende lagen in de vorige fase, bijvoorbeeld de lijnbreedte van de toplaag hangt af van de afstand van de toplaag en de hoogte van de koperdraad, en de variabelen Temp en Diel_Const in het ontwerpniveau. Houd er rekening mee dat ontwerpregels in aflopende volgorde worden weergegeven en dat het wijzigen van een beperking op een hoger niveau onmiddellijk van invloed is op alle expressies die naar die beperking verwijzen.

Wat kan worden gebruikt om het PCB-ontwerp te beperken?

Hergebruik en documentatie van ontwerpen

Parametrische beperkingen kunnen niet alleen het initiële ontwerpproces aanzienlijk verbeteren en hergebruik van technische verandering en ontwerp nuttiger, de beperking kan worden gebruikt als onderdeel van het ontwerp, het systeem en de documenten, al is het niet alleen in de geest van de ingenieur of ontwerper, dus wanneer ze wenden tot andere projecten kan langzaam worden vergeten. Beperkingsdocumenten documenteren de elektrische prestatieregels die tijdens het ontwerpproces moeten worden gevolgd en bieden anderen de mogelijkheid om de bedoelingen van de ontwerper te begrijpen, zodat deze regels gemakkelijk kunnen worden toegepast op nieuwe productieprocessen of gewijzigd volgens de elektrische prestatie-eisen. Toekomstige multiplexers kunnen ook de exacte ontwerpregels kennen en wijzigingen aanbrengen door nieuwe procesvereisten in te voeren zonder te hoeven raden hoe lijnbreedten zijn verkregen.

Dit artikel conclusie

De parameterbeperkingseditor vergemakkelijkt de lay-out en routering van PCB’s onder multidimensionale beperkingen, en maakt voor het eerst automatische routeringssoftware en ontwerpregels mogelijk om volledig te worden gecontroleerd op complexe elektrische en procesvereisten, in plaats van alleen te vertrouwen op ervaring of eenvoudige ontwerpregels die van weinig nut. Het resultaat is een ontwerp dat een eenmalig succes kan behalen, door het debuggen van prototypes te verminderen of zelfs te elimineren.