Rosnąca złożoność PCB względy projektowe, takie jak zegar, cross talk, impedancja, wykrywanie i procesy produkcyjne, często zmuszają projektantów do powtarzania wielu prac związanych z układem, weryfikacją i konserwacją. Edytor ograniczeń parametrów koduje te parametry w formuły, aby pomóc projektantom lepiej radzić sobie z czasami sprzecznymi parametrami podczas projektowania i produkcji.

W ostatnich latach wymagania dotyczące układu PCB i trasowania stały się bardziej złożone, a liczba tranzystorów w układach scalonych wzrosła zgodnie z przewidywaniami prawa Moore’a, dzięki czemu urządzenia są szybsze, a każdy impuls krótszy w czasie narastania, a także zwiększa się liczba pinów — często od 500 do 2,000. Wszystko to powoduje problemy z gęstością, zegarem i przesłuchami podczas projektowania PCB.

Kilka lat temu większość PCBS miała tylko garstkę „krytycznych” węzłów (sieci), zwykle definiowanych jako ograniczenia impedancji, długości i prześwitu. Projektanci PCB ręcznie wyznaczali trasy, a następnie wykorzystywali oprogramowanie do automatyzacji trasowania całego obwodu na dużą skalę. Dzisiejsze PCBS często mają 5,000 lub więcej węzłów, z których ponad 50% jest krytycznych. Ze względu na czas na presję rynku ręczne okablowanie nie jest w tym momencie możliwe. Co więcej, nie tylko wzrosła liczba węzłów krytycznych, ale również wzrosły ograniczenia na każdym węźle.

Ograniczenia te wynikają głównie z coraz bardziej złożonych parametrów korelacji i wymagań projektowych, na przykład dwa interwały liniowe mogą zależeć od napięcia węzła, a materiały płytki drukowanej są funkcjami powiązanymi, czas narastania cyfrowego układu scalonego zmniejsza się przy dużej prędkości i niskim częstotliwość taktowania może wpływać na projekt, ze względu na szybsze impulsy oraz ustalenie i utrzymanie krótszego czasu, Ponadto, jako ważna część całkowitego opóźnienia w projektowaniu obwodów o dużej prędkości, opóźnienie międzysieciowe jest również bardzo ważne w przypadku projektowania o niskiej prędkości.

Niektóre z tych problemów byłyby łatwiejsze do rozwiązania, gdyby tablice były większe, ale tendencja jest odwrotna. Ze względu na wymagania dotyczące opóźnienia interkonektu i pakietu o wysokiej gęstości, płytka drukowana staje się coraz mniejsza, więc pojawia się projekt obwodu o wysokiej gęstości i należy przestrzegać zasad projektowania miniaturyzacji. Skrócone czasy narastania w połączeniu z tymi zminiaturyzowanymi zasadami projektowania sprawiają, że przesłuchy stają się coraz bardziej znaczącym problemem, a układy siatki kulowej i inne pakiety o dużej gęstości same zaostrzają przesłuch, szum przełączania i odbicia od podłoża.

Naprawiono istniejące ograniczenia

Tradycyjne podejście do tych problemów polega na tłumaczeniu wymagań elektrycznych i procesowych na stałe parametry ograniczenia poprzez doświadczenie, wartości domyślne, tabele liczbowe lub metody obliczeniowe. Na przykład inżynier projektujący obwód może najpierw określić impedancję znamionową, a następnie „oszacować” znamionową szerokość linii, aby osiągnąć pożądaną impedancję w oparciu o końcowe wymagania procesu, lub użyć tabeli obliczeniowej lub programu arytmetycznego, aby przetestować zakłócenia, a następnie pracować poza ograniczeniami długości.

Takie podejście zazwyczaj wymaga zaprojektowania zestawu danych empirycznych jako podstawowych wytycznych dla projektantów PCB, aby mogli wykorzystać te dane podczas projektowania za pomocą automatycznych narzędzi do rozmieszczania i trasowania. Problem z tym podejściem polega na tym, że dane empiryczne są ogólną zasadą iw większości przypadków są poprawne, ale czasami nie działają lub prowadzą do błędnych wyników.

Skorzystajmy z powyższego przykładu określania impedancji, aby zobaczyć, jaki błąd może spowodować ta metoda. Czynniki związane z impedancją obejmują właściwości dielektryczne materiału płytki, wysokość folii miedzianej, odległość między warstwami a warstwą uziemienia/zasilania oraz szerokość linii. Ponieważ pierwsze trzy parametry są zwykle określane przez proces produkcyjny, projektanci zwykle używają szerokości linii do kontrolowania impedancji. Ponieważ odległość od każdej warstwy liniowej do warstwy gruntu lub mocy jest różna, oczywistym błędem jest używanie tych samych danych empirycznych dla każdej warstwy. Sytuację pogarsza fakt, że proces produkcyjny lub charakterystyka płytki drukowanej wykorzystywane podczas projektowania mogą ulec zmianie w dowolnym momencie.

W większości przypadków problemy te zostaną ujawnione na etapie produkcji prototypu, ogólnie rzecz biorąc, należy znaleźć problem poprzez naprawę płytki drukowanej lub przeprojektowanie w celu rozwiązania projektu płytki. Koszt takiego rozwiązania jest wysoki, a poprawki często powodują dodatkowe problemy, które wymagają dalszego debugowania, a utrata przychodów z powodu opóźnionego czasu wprowadzenia na rynek znacznie przekracza koszt debugowania.Prawie każdy producent elektroniki boryka się z tym problemem, który ostatecznie sprowadza się do niezdolności tradycyjnego oprogramowania do projektowania PCB do nadążania za realiami aktualnych wymagań dotyczących wydajności elektrycznej. Nie jest to tak proste, jak dane empiryczne dotyczące projektowania mechanicznego.

Co można wykorzystać do ograniczenia projektowania PCB?

Rozwiązanie: Sparametryzuj ograniczenia

Obecnie dostawcy oprogramowania do projektowania próbują rozwiązać ten problem, dodając parametry do ograniczeń. Najbardziej zaawansowanym aspektem tego podejścia jest możliwość określenia specyfikacji mechanicznych, które w pełni odzwierciedlają różne wewnętrzne charakterystyki elektryczne. Gdy zostaną one włączone do projektu PCB, oprogramowanie projektowe może wykorzystać te informacje do sterowania automatycznym narzędziem do rozmieszczania i trasowania.

Gdy kolejny proces produkcyjny ulegnie zmianie, nie ma potrzeby przeprojektowywania. Projektanci po prostu aktualizują parametry charakterystyczne procesu, a odpowiednie ograniczenia mogą być zmieniane automatycznie. Projektant może następnie uruchomić DRC (Kontrola reguł projektowych), aby określić, czy nowy proces narusza jakiekolwiek inne zasady projektowe i dowiedzieć się, jakie aspekty projektu należy zmienić, aby poprawić wszystkie błędy.

Ograniczenia można wprowadzać w postaci wyrażeń matematycznych, w tym stałych, różnych operatorów, wektorów i innych ograniczeń projektowych, zapewniając projektantom sparametryzowany system oparty na regułach. Ograniczenia można nawet wprowadzać jako tabele przeglądowe, przechowywane w pliku projektowym na płytce drukowanej lub schemacie. Okablowanie PCB, lokalizacja obszaru folii miedzianej i narzędzia do rozmieszczania są zgodne z ograniczeniami generowanymi przez te warunki, a DRC weryfikuje, czy cały projekt jest zgodny z tymi ograniczeniami, w tym szerokością linii, odstępami i wymaganiami dotyczącymi przestrzeni, takimi jak ograniczenia dotyczące powierzchni i wysokości.

Zarządzanie hierarchiczne

Jedną z głównych zalet sparametryzowanych ograniczeń jest to, że można je oceniać. Na przykład, globalna reguła szerokości linii może być użyta jako ograniczenie projektowe w całym projekcie. Oczywiście niektóre regiony lub węzły nie mogą skopiować tej zasady, więc można ominąć ograniczenie wyższego poziomu i przyjąć ograniczenie niższego poziomu w projekcie hierarchicznym. Parametric Constraint Solver, edytor ograniczeń firmy ACCEL Technologies, ma łącznie 7 poziomów:

1. Zaprojektuj ograniczenia dla wszystkich obiektów, które nie mają innych ograniczeń.

2. Więzy hierarchiczne, zastosowane do obiektów na pewnym poziomie.

3. Ograniczenie typu węzła dotyczy wszystkich węzłów określonego typu.

4. Ograniczenie węzła: dotyczy węzła.

5. Ograniczenie międzyklasowe: wskazuje ograniczenie między węzłami dwóch klas.

6. Ograniczenie przestrzenne stosowane do wszystkich urządzeń w przestrzeni.

7. Ograniczenia urządzeń, zastosowane do pojedynczego urządzenia.

Oprogramowanie śledzi różne ograniczenia projektowe od poszczególnych urządzeń do całych zasad projektowania i pokazuje kolejność stosowania tych zasad w projekcie za pomocą grafiki.

Przykład 1: Szerokość linii = F (impedancja, odstęp warstw, stała dielektryczna, wysokość folii miedzianej). Oto przykład, w jaki sposób sparametryzowane ograniczenia mogą być używane jako zasady projektowania do kontrolowania impedancji. Jak wspomniano powyżej, impedancja jest funkcją stałej dielektrycznej, odległości do najbliższej warstwy linii, szerokości i wysokości drutu miedzianego. Ponieważ impedancja wymagana przez projekt została określona, ​​te cztery parametry można arbitralnie przyjąć jako odpowiednie zmienne, aby przepisać wzór na impedancję. W większości przypadków projektanci mogą kontrolować tylko szerokość linii.

Z tego powodu ograniczeniami szerokości linii są funkcje impedancji, stałej dielektrycznej, odległości do najbliższej warstwy linii i wysokości folii miedzianej. Jeśli formuła jest zdefiniowana jako ograniczenie hierarchiczne, a parametry procesu produkcyjnego jako ograniczenie na poziomie projektu, oprogramowanie automatycznie dostosuje szerokość linii, aby skompensować zmianę zaprojektowanej warstwy linii. Podobnie, jeśli projektowana płytka drukowana jest produkowana w innym procesie i zmieniona zostanie wysokość folii miedzianej, odpowiednie zasady na poziomie projektowym mogą zostać automatycznie przeliczone przez zmianę parametrów wysokości folii miedzianej.

Przykład 2: Interwał urządzenia = Max (domyślny interwał, F (wysokość urządzenia, kąt wykrywania).Oczywistą korzyścią wynikającą z zastosowania zarówno ograniczeń parametrów, jak i sprawdzania reguł projektowych jest to, że podejście parametryczne jest przenośne i monitorowane w przypadku wystąpienia zmian projektowych. Ten przykład pokazuje, w jaki sposób odstępy między urządzeniami można określić na podstawie charakterystyki procesu i wymagań testowych. Powyższy wzór pokazuje, że rozstaw urządzeń jest funkcją wysokości urządzenia i kąta detekcji.

Kąt detekcji jest zwykle stałą dla całej płytki, więc można go zdefiniować na poziomie projektu. Podczas sprawdzania na innej maszynie cały projekt można zaktualizować, po prostu wprowadzając nowe wartości na poziomie projektu. Po wprowadzeniu nowych parametrów pracy maszyny, projektant może wiedzieć, czy projekt jest wykonalny, po prostu uruchamiając DRC, aby sprawdzić, czy rozstaw urządzeń nie koliduje z nową wartością rozstawu, co jest znacznie łatwiejsze niż analizowanie, korygowanie, a następnie wykonywanie trudnych obliczeń zgodnie z do nowych wymagań dotyczących odstępów.

Co można wykorzystać do ograniczenia projektowania PCB?

Przykład 3: Układ komponentów,Oprócz organizowania obiektów projektowych i wiązań, zasady projektowe mogą być również używane do rozmieszczania komponentów, co oznacza, że ​​mogą wykrywać, gdzie umieścić urządzenia bez powodowania błędów na podstawie wiązań. Zaznaczone na rysunku 1 ma na celu spełnienie ograniczeń fizycznych (takich jak odstęp i krawędź odstępu między płytami i urządzeniem) obszar umieszczania urządzeń, wyróżnienie na rysunku 2 ma na celu spełnienie ograniczeń elektrycznych obszarów umieszczania urządzeń, takich jak maksymalna długość linii, rysunek 3 pokazuje tylko obszar ograniczenia przestrzeni, wreszcie, rysunek 4 jest przecięciem pierwszych trzech części obrazu, jest to efektywny układ obszaru, Urządzenia umieszczone w tym regionie mogą spełnić wszystkie ograniczenia.

Co można wykorzystać do ograniczenia projektu PCB?

W rzeczywistości generowanie ograniczeń w sposób modułowy może znacznie poprawić ich konserwację i możliwość ponownego użycia. Nowe wyrażenia można generować odwołując się do parametrów więzów różnych warstw w poprzednim etapie, na przykład szerokość linii górnej warstwy zależy od odległości górnej warstwy i wysokości drutu miedzianego, a zmienne Temp i Diel_Const na poziomie projektowania. Zauważ, że reguły projektowe są wyświetlane w kolejności malejącej, a zmiana wiązania wyższego poziomu natychmiast wpływa na wszystkie wyrażenia, które odwołują się do tego wiązania.

Co można wykorzystać do ograniczenia projektu PCB?

Ponowne wykorzystanie projektu i dokumentacja

Ograniczenia parametryczne, nie tylko mogą znacznie usprawnić początkowy proces projektowania, a ponowne wykorzystanie zmian inżynieryjnych i projektowania bardziej użyteczne, ograniczenie może być wykorzystane jako część projektu, systemu i dokumentów, jeśli nie tylko w umyśle inżyniera lub projektanta, więc gdy są one Zwrot do innych projektów może być powoli zapomniany. Dokumenty dotyczące ograniczeń dokumentują zasady dotyczące wydajności elektrycznej, których należy przestrzegać podczas procesu projektowania, i umożliwiają innym zrozumienie intencji projektanta, tak aby zasady te można było łatwo zastosować w nowych procesach produkcyjnych lub zmienić zgodnie z wymaganiami dotyczącymi wydajności elektrycznej. Przyszłe multipleksery mogą również znać dokładne zasady projektowania i wprowadzać zmiany, wprowadzając nowe wymagania procesowe, bez konieczności zgadywania, w jaki sposób uzyskano szerokości linii.

Podsumowanie tego artykułu

Edytor ograniczeń parametrów ułatwia układanie i trasowanie PCB w ramach wielowymiarowych ograniczeń i po raz pierwszy umożliwia pełne sprawdzenie oprogramowania do automatycznego trasowania i reguł projektowych pod kątem złożonych wymagań elektrycznych i procesowych, zamiast polegać tylko na doświadczeniu lub prostych zasadach projektowych, które są mało przydatne. Rezultatem jest projekt, który może odnieść jednorazowy sukces, zmniejszając lub nawet eliminując debugowanie prototypu.