Den økende kompleksiteten til PCB designhensyn, for eksempel klokke, cross talk, impedans, deteksjon og produksjonsprosesser, tvinger ofte designere til å gjenta mye layout, verifisering og vedlikeholdsarbeid. Parameterbegrensningsredigereren kodifiserer disse parameterne til formler for å hjelpe designere med å håndtere disse noen ganger motstridende parameterne under design og produksjon.

I de siste årene har PCB -layout og rutingkrav blitt mer komplekse, og antall transistorer i integrerte kretser har økt som forutsagt i Moores lov, noe som gjør enheter raskere og hver puls kortere langs stigningstiden, samt øker antall pinner – ofte 500 til 2,000. Alt dette skaper tetthet, klokke og krysstale problemer når du designer et PCB.

For noen år siden hadde de fleste PCBS bare en håndfull “kritiske” noder (Nets), vanligvis definert som begrensninger på impedans, lengde og klaring. PCB-designere ville rute disse rutene manuelt og deretter bruke programvare for å automatisere storskala ruting av hele kretsen. Dagens PCBS har ofte 5,000 eller flere noder, hvorav mer enn 50% er kritiske. På grunn av tiden til markedspress, er manuell ledning ikke mulig på dette tidspunktet. Videre har ikke bare antallet kritiske noder økt, men begrensningene på hver node har også økt.

Disse begrensningene skyldes hovedsakelig korrelasjonsparametrene og designkravene til mer og mer komplekse, for eksempel kan de to lineære intervallene avhenge av en og nodespenning og kretskortmaterialer er relaterte funksjoner, digital IC -stigningstid reduseres med høy hastighet og lav klokkehastighet kan påvirke designet på grunn av raskere puls og etablering og vedlikehold av kortere tid, I tillegg, som en viktig del av den totale forsinkelsen for høyhastighets kretsdesign, er sammenkoblingsforsinkelse også veldig viktig for lavhastighetsdesign.

Noen av disse problemene ville være lettere å løse hvis brettene var større, men trenden er i motsatt retning. På grunn av kravene til sammenkoblingsforsinkelse og høydensitetspakke, blir kretskortet mindre og mindre, så kretsdesign med høy tetthet vises, og regler for miniatyrisering må følges. Reduserte stigningstider kombinert med disse miniatyriserte designreglene gjør stav fra krysset til et stadig mer fremtredende problem, og ballrutenett og andre høydensitetspakker forverrer selv kryssing, byttestøy og sprett i bakken.

Fikse begrensninger som eksisterer

Den tradisjonelle tilnærmingen til disse problemene er å oversette elektriske og prosesskrav til faste begrensningsparametere etter erfaring, standardverdier, talltabeller eller beregningsmetoder. For eksempel kan en ingeniør som designer en krets først bestemme en nominell impedans og deretter “estimere” en nominell linjebredde for å oppnå ønsket impedans basert på de siste prosesskravene, eller bruke en beregningstabell eller et aritmetisk program for å teste for interferens og deretter jobbe ut lengdebegrensningene.

Denne tilnærmingen krever vanligvis at et sett med empiriske data er utformet som en grunnleggende retningslinje for PCB -designere, slik at de kan dra nytte av disse dataene når de utformes med automatisk layout og rutingverktøy. Problemet med denne tilnærmingen er at empiriske data er et generelt prinsipp, og som oftest er de riktige, men noen ganger fungerer de ikke eller fører til feil resultat.

La oss bruke eksemplet på å bestemme impedans ovenfor for å se feilen denne metoden kan forårsake. Faktorer knyttet til impedans inkluderer de dielektriske egenskapene til platematerialet, høyden på kobberfolien, avstanden mellom lagene og bakken/kraftlaget og linjebredden. Siden de tre første parameterne generelt er bestemt av produksjonsprosessen, bruker designere vanligvis linjebredde for å kontrollere impedans. Siden avstanden fra hvert linjelag til bakken eller kraftlaget er forskjellig, er det helt klart en feil å bruke de samme empiriske dataene for hvert lag. Dette forsterkes av det faktum at produksjonsprosessen eller kretskortets egenskaper som brukes under utviklingen kan endres når som helst.

Mesteparten av tiden vil disse problemene bli avslørt i prototypens produksjonsstadium, det generelle er å finne ut av problemet gjennom kretskortreparasjon eller redesign for å løse brettets design. Kostnaden for å gjøre det er høy, og reparasjoner skaper ofte ytterligere problemer som krever ytterligere feilsøking, og tap av inntekter på grunn av forsinket tid til markedet overstiger langt kostnaden for feilsøking.Nesten alle elektronikkprodusenter står overfor dette problemet, som til slutt går ut på at tradisjonell PCB -designprogramvare ikke er i stand til å holde tritt med realiteten til gjeldende krav til elektrisk ytelse. Det er ikke så enkelt som empiriske data om mekanisk design.

Hva kan brukes til å begrense PCB -design?

Løsning: Parameteriser begrensninger

For øyeblikket prøver designprogramvareleverandører å løse dette problemet ved å legge til parametere i begrensninger. Det mest avanserte aspektet ved denne tilnærmingen er muligheten til å spesifisere mekaniske spesifikasjoner som fullt ut gjenspeiler ulike interne elektriske egenskaper. Når disse er inkorporert i PCB -designet, kan designprogramvaren bruke denne informasjonen til å kontrollere det automatiske oppsettet og rutingverktøyet.

Når den påfølgende produksjonsprosessen endres, er det ikke nødvendig å redesigne. Designerne oppdaterer ganske enkelt prosesskarakteristikkparametrene, og de relevante begrensningene kan endres automatisk. Designeren kan deretter kjøre DRC (Design Rule Check) for å avgjøre om den nye prosessen bryter med andre designregler og for å finne ut hvilke aspekter ved designet som skal endres for å rette opp alle feil.

Begrensninger kan legges inn i form av matematiske uttrykk, inkludert konstanter, forskjellige operatører, vektorer og andre designbegrensninger, og gir designere et parameterisert regelstyrt system. Begrensninger kan til og med legges inn som oppslagstabeller, lagret i en designfil på en PCB eller skjematisk. PCB -ledninger, plassering av kobberfolieområde og layoutverktøy følger begrensningene som genereres av disse forholdene, og DRC bekrefter at hele designet overholder disse begrensningene, inkludert linjebredde, mellomrom og plassbehov som område- og høydebegrensninger.

Hierarkisk ledelse

En av de viktigste fordelene med parameteriserte begrensninger er at de kan graderes. For eksempel kan den globale linjebredderegelen brukes som en designbegrensning i hele designet. Selvfølgelig kan noen regioner eller noder ikke kopiere dette prinsippet, så begrensningen på høyere nivå kan omgås og begrensningen på lavere nivå i den hierarkiske utformingen kan vedtas. Parametric Constraint Solver, A Constraint editor fra ACCEL Technologies, har totalt 7 nivåer:

1. Design begrensninger for alle objekter som ikke har andre begrensninger.

2. Hierarkibegrensninger, brukt på objekter på et bestemt nivå.

3. Node type begrensning gjelder for alle noder av en bestemt type.

4. Node -begrensning: gjelder for en node.

5. Inter-class constraint: indikerer begrensningen mellom noder i to klasser.

6. Romlig begrensning, brukt på alle enheter i et mellomrom.

7. Enhetsbegrensninger, brukt på en enkelt enhet.

Programvaren følger ulike designbegrensninger fra individuelle enheter til hele designreglene, og viser bruksrekkefølgen til disse reglene i designet ved hjelp av grafikk.

Eksempel 1: Linjebredde = F (impedans, lagavstand, dielektrisk konstant, kobberfoliehøyde). Her er et eksempel på hvordan parameteriserte begrensninger kan brukes som designregler for å kontrollere impedans. Som nevnt ovenfor er impedans en funksjon av dielektrisk konstant, avstand til nærmeste linjelag, bredde og høyde på kobbertråd. Siden impedansen som kreves av design er bestemt, kan disse fire parameterne vilkårlig tas som relevante variabler for å omskrive impedansformelen. I de fleste tilfeller kan designere bare kontrollere linjebredden.

På grunn av dette er begrensningene på linjebredden funksjoner av impedans, dielektrisk konstant, avstand til nærmeste linjelag og høyden på kobberfolien. Hvis formelen er definert som en hierarkisk begrensning og produksjonsprosessparametrene som en begrensning på designnivå, vil programvaren automatisk justere linjebredden for å kompensere når det designede linjelaget endres. På samme måte, hvis det designede kretskortet produseres i en annen prosess og kobberfoliehøyden endres, kan de relevante reglene i designnivået beregnes automatisk på nytt ved å endre parametrene for kobberfoliehøyden.

Eksempel 2: Enhetsintervall = Maks (standardintervall, F (enhetshøyde, deteksjonsvinkel).Den åpenbare fordelen med å bruke både parameterbegrensninger og designregelkontroll er at den parameteriserte tilnærmingen er bærbar og overvåkes når designendringer oppstår. Dette eksemplet viser hvordan avstand mellom enheter kan bestemmes av prosessegenskaper og testkrav. Formelen ovenfor viser at enhetsavstand er en funksjon av enhetshøyde og deteksjonsvinkel.

Deteksjonsvinkelen er vanligvis en konstant for hele brettet, så den kan defineres på designnivå. Når du sjekker på en annen maskin, kan hele designet oppdateres ganske enkelt ved å angi nye verdier på designnivå. Etter at de nye maskinytelsesparametrene er angitt, kan designeren vite om designet er mulig ved ganske enkelt å kjøre DRC for å kontrollere om enhetsavstanden er i konflikt med den nye avstandsverdien, noe som er mye lettere enn å analysere, korrigere og deretter gjøre harde beregninger i henhold til til de nye avstandskravene.

Hva kan brukes til å begrense PCB -design?

Eksempel 3: Komponentoppsett,I tillegg til å organisere designobjekter og begrensninger, kan designregler også brukes for komponentoppsett, det vil si at den kan oppdage hvor du skal plassere enheter uten å forårsake feil basert på begrensninger. Fremhevet i figur 1 er å møte fysiske begrensninger (for eksempel intervall og kanten på plateavstanden og enheten) enheter plassere området, figur 2 høydepunkter er å møte de elektriske begrensede enhetsplasseringsområdene, for eksempel maksimal linjelengde, figur 3 viser bare arealbegrensningen, til slutt, figur 4 er skjæringspunktet mellom de tre første delene av bildet, dette er det effektive områdelayoutet, Enheter plassert i denne regionen kan tilfredsstille alle begrensninger.

Hva kan brukes til å begrense PCB -design?

Faktisk kan generering av begrensninger på en modulær måte forbedre deres vedlikeholdbarhet og gjenbrukbarhet i stor grad. Nye uttrykk kan genereres ved å referere til begrensningsparametrene til forskjellige lag i forrige trinn, for eksempel er linjebredden til topplaget avhengig av avstanden til topplaget og høyden på kobbertråden, og variablene Temp og Diel_Const i designnivå. Vær oppmerksom på at designregler vises i synkende rekkefølge, og endring av en begrensning på høyere nivå påvirker umiddelbart alle uttrykk som refererer til denne begrensningen.

Hva kan brukes til å begrense PCB -design?

Design gjenbruk og dokumentasjon

Parametriske begrensninger kan ikke bare forbedre den første designprosessen betydelig, og gjenbruk av tekniske endringer og design mer nyttig, begrensningen kan brukes som en del av design, system og dokumenter, om ikke bare i ingeniørens eller designerens sinn, så når de slå til andre prosjekter kan sakte glemme. Begrensningsdokumenter dokumenterer de elektriske ytelsesreglene som skal følges under designprosessen, og gir andre en mulighet til å forstå designerens intensjoner, slik at disse reglene enkelt kan brukes på nye produksjonsprosesser eller endres i henhold til krav til elektrisk ytelse. Fremtidige multiplexere kan også kjenne de eksakte designreglene og gjøre endringer ved å angi nye prosesskrav uten å måtte gjette hvordan linjebredder ble oppnådd.

Denne artikkelen konklusjon

Parameterbegrensningsredigereren letter PCB-oppsett og ruting under flerdimensjonale begrensninger, og gjør for første gang at automatisk rutingprogramvare og designregler kan kontrolleres fullt ut mot komplekse elektriske og prosesskrav, i stedet for bare å stole på erfaring eller enkle designregler som er lite bruk. Resultatet er et design som kan oppnå en engangs suksess, redusere eller til og med eliminere feilsøking av prototype.