Complexitatea crescândă a PCB considerațiile de proiectare, cum ar fi ceasul, convorbirea încrucișată, impedanța, detectarea și procesele de fabricație, deseori îi obligă pe proiectanți să repete o mulțime de lucrări de aspect, verificare și întreținere. Editorul de constrângeri de parametri codifică acești parametri în formule pentru a ajuta proiectanții să trateze mai bine acești parametri uneori contradictori în timpul proiectării și producției.

În ultimii ani, aspectul PCB și cerințele de rutare au devenit mai complexe, iar numărul tranzistoarelor din circuitele integrate a crescut așa cum a prezis Legea lui Moore, făcând dispozitivele mai rapide și fiecare impuls mai scurt de-a lungul timpului de creștere, precum și creșterea numărului de pini – adesea de la 500 la 2,000. Toate acestea creează probleme de densitate, ceas și diafragmă la proiectarea unui PCB.

Cu câțiva ani în urmă, majoritatea PCBS aveau doar o mână de noduri „critice” (Nets), definite de obicei ca constrângeri privind impedanța, lungimea și distanța. Proiectanții de PCB ar ruta manual aceste rute și apoi ar folosi software-ul pentru a automatiza rutare la scară largă a întregului circuit. PCBS-urile de astăzi au adesea 5,000 sau mai multe noduri, dintre care peste 50% sunt critice. Datorită timpului de punere pe piață, cablarea manuală nu este posibilă în acest moment. Mai mult, nu numai că a crescut numărul de noduri critice, dar au crescut și constrângerile de pe fiecare nod.

Aceste constrângeri se datorează în principal parametrilor de corelație și cerințelor de proiectare din ce în ce mai complexe, de exemplu, cele două intervale liniare pot depinde de tensiunea nodului și materialele plăcii de circuite sunt funcții conexe, timpul de creștere digital al IC scade cu viteză mare și scăzută viteza ceasului poate influența proiectarea, datorită pulsului mai rapid și pentru a stabili și menține un timp mai scurt, În plus, ca parte importantă a întârzierii totale a proiectării circuitelor de mare viteză, întârzierea de interconectare este, de asemenea, foarte importantă pentru proiectarea cu viteză mică.

Unele dintre aceste probleme ar fi mai ușor de rezolvat dacă plăcile ar fi mai mari, dar tendința este în direcția opusă. Datorită cerințelor privind întârzierea interconectării și pachetul de densitate mare, placa de circuit devine din ce în ce mai mică, astfel încât apare proiectarea circuitului de densitate înaltă și trebuie respectate regulile de proiectare a miniaturizării. Timpii de creștere reduși, combinați cu aceste reguli de proiectare miniaturizate, fac din zgomotul diafragmei o problemă din ce în ce mai proeminentă, iar matricile de grilă cu bile și alte pachete cu densitate ridicată în sine exacerbează diafragma, zgomotul de comutare și saltul la sol.

S-au remediat constrângerile care există

Abordarea tradițională a acestor probleme este de a traduce cerințele electrice și de proces în parametri de constrângere fixați prin experiență, valori implicite, tabele numerice sau metode de calcul. De exemplu, un inginer care proiectează un circuit poate determina mai întâi o impedanță nominală și apoi „estima” o lățime nominală a liniei pentru a atinge impedanța dorită pe baza cerințelor finale ale procesului sau poate utiliza un tabel de calcul sau un program aritmetic pentru a testa interferența și apoi să lucreze constrângerile de lungime.

Această abordare necesită în mod obișnuit un set de date empirice care să fie proiectat ca un ghid de bază pentru proiectanții de PCB, astfel încât aceștia să poată utiliza aceste date atunci când proiectează cu instrumente automate de layout și rutare. Problema cu această abordare este că datele empirice sunt un principiu general și, de cele mai multe ori, sunt corecte, dar uneori nu funcționează sau duc la rezultate greșite.

Să folosim exemplul de determinare a impedanței de mai sus pentru a vedea eroarea pe care o poate provoca această metodă. Factorii legați de impedanță includ proprietățile dielectrice ale materialului plăcii, înălțimea foliei de cupru, distanța dintre straturi și stratul sol / putere și lățimea liniei. Deoarece primii trei parametri sunt în general determinați de procesul de producție, proiectanții folosesc de obicei lățimea liniei pentru a controla impedanța. Deoarece distanța de la fiecare strat de linie la sol sau stratul de putere este diferită, este în mod clar o greșeală să folosiți aceleași date empirice pentru fiecare strat. Acest lucru este agravat de faptul că procesul de fabricație sau caracteristicile plăcii de circuit utilizate în timpul dezvoltării se pot modifica oricând.

De cele mai multe ori aceste probleme vor fi expuse în etapa de producție a prototipului, în general este să aflați problema prin repararea sau reproiectarea plăcii de circuite pentru a rezolva proiectarea plăcii. Costul de a face acest lucru este ridicat, iar remedierile creează adesea probleme suplimentare care necesită depanare suplimentară, iar pierderea de venituri din cauza întârzierii timpului de introducere pe piață depășește cu mult costul depanării.Aproape fiecare producător de produse electronice se confruntă cu această problemă, care se rezumă în cele din urmă la incapacitatea software-ului tradițional de proiectare PCB de a ține pasul cu realitățile cerințelor actuale de performanță electrică. Nu este la fel de simplu ca datele empirice despre proiectarea mecanică.

Ce se poate folosi pentru a constrânge proiectarea PCB-ului?

Soluție: Parametrează constrângerile

În prezent, furnizorii de software de proiectare încearcă să rezolve această problemă adăugând parametri la constrângeri. Cel mai avansat aspect al acestei abordări este capacitatea de a specifica specificații mecanice care reflectă pe deplin diverse caracteristici electrice interne. Odată ce acestea sunt încorporate în proiectarea PCB, software-ul de proiectare poate utiliza aceste informații pentru a controla aspectul automat și instrumentul de rutare.

Atunci când procesul de producție ulterior se schimbă, nu este nevoie de reproiectare. Proiectanții pur și simplu actualizează parametrii caracteristici ai procesului, iar constrângerile relevante pot fi modificate automat. Proiectantul poate rula apoi DRC (Design Rule Check) pentru a determina dacă noul proces încalcă orice alte reguli de proiectare și pentru a afla ce aspecte ale proiectului ar trebui modificate pentru a corecta toate erorile.

Constrângerile pot fi introduse sub formă de expresii matematice, inclusiv constante, diverși operatori, vectori și alte constrângeri de proiectare, oferind proiectanților un sistem parametrizat bazat pe reguli. Constrângerile pot fi chiar introduse ca tabele de căutare, stocate într-un fișier de proiectare pe un PCB sau schematică. Cablarea PCB, locația zonei foliei de cupru și instrumentele de amenajare respectă constrângerile generate de aceste condiții, iar DRC verifică dacă întregul design respectă aceste constrângeri, inclusiv lățimea liniei, spațierea și cerințele de spațiu, cum ar fi restricțiile de suprafață și înălțime.

Management ierarhic

Unul dintre principalele beneficii ale constrângerilor parametrizate este că acestea pot fi clasificate. De exemplu, regula lățimii liniei globale poate fi utilizată ca constrângere de proiectare în întregul design. Desigur, unele regiuni sau noduri nu pot copia acest principiu, astfel încât constrângerea de nivel superior poate fi ocolită și constrângerea de nivel inferior din proiectarea ierarhică poate fi adoptată. Parametric Constraint Solver, un editor de constrângeri de la ACCEL Technologies, primește un total de 7 niveluri:

1. Proiectați constrângeri pentru toate obiectele care nu au alte constrângeri.

2. Constrângeri ierarhice, aplicate obiectelor la un anumit nivel.

3. Constrângerea tipului de nod se aplică tuturor nodurilor unui anumit tip.

4. Constrângerea nodului: se aplică unui nod.

5. Constrângerea între clase: indică constrângerea dintre nodurile a două clase.

6. Constrângere spațială, aplicată tuturor dispozitivelor dintr-un spațiu.

7. Constrângeri de dispozitiv, aplicate unui singur dispozitiv.

Software-ul respectă diverse constrângeri de proiectare de la dispozitive individuale la toate regulile de proiectare și arată ordinea de aplicare a acestor reguli în proiectare prin intermediul graficii.

Exemplul 1: Lățimea liniei = F (impedanță, distanțarea stratului, constanta dielectrică, înălțimea foliei de cupru). Iată un exemplu al modului în care constrângerile parametrizate pot fi utilizate ca reguli de proiectare pentru a controla impedanța. Așa cum am menționat mai sus, impedanța este o funcție a constantei dielectrice, distanța până la cel mai apropiat strat de linie, lățimea și înălțimea firului de cupru. Deoarece impedanța cerută de proiectare a fost determinată, acești patru parametri pot fi luați în mod arbitrar ca variabile relevante pentru a rescrie formula impedanței. În majoritatea cazurilor, proiectanții pot controla numai lățimea liniei.

Din această cauză, constrângerile pe lățimea liniei sunt funcții de impedanță, constantă dielectrică, distanța până la cel mai apropiat strat de linie și înălțimea foliei de cupru. Dacă formula este definită ca o constrângere ierarhică și parametrii procesului de fabricație ca o constrângere la nivel de proiectare, software-ul va regla automat lățimea liniei pentru a compensa atunci când se modifică stratul de linie proiectat. În mod similar, dacă placa de circuit proiectată este produsă într-un proces diferit și înălțimea foliei de cupru este modificată, regulile relevante din nivelul de proiectare pot fi recalculate automat modificând parametrii înălțimii foliei de cupru.

Exemplul 2: Intervalul dispozitivului = Max (interval implicit, F (înălțimea dispozitivului, unghiul de detecție).Avantajul evident al utilizării atât a constrângerilor de parametri, cât și a verificării regulilor de proiectare este că abordarea parametrizată este portabilă și monitorizată atunci când apar modificări de proiectare. Acest exemplu arată cum distanța dispozitivului poate fi determinată de caracteristicile procesului și de cerințele de testare. Formula de mai sus arată că spațierea dispozitivului este o funcție de înălțimea dispozitivului și unghiul de detectare.

Unghiul de detectare este de obicei o constantă pentru întreaga placă, deci poate fi definit la nivel de proiectare. Când verificați o altă mașină, întregul design poate fi actualizat pur și simplu prin introducerea de noi valori la nivel de proiectare. După introducerea noilor parametri de performanță a mașinii, proiectantul poate ști dacă proiectarea este fezabilă prin simpla rulare a DRC pentru a verifica dacă spațiul dispozitivului intră în conflict cu noua valoare a spațiului, ceea ce este mult mai ușor decât analizarea, corectarea și apoi efectuarea unor calcule dure conform la noile cerințe de spațiu.

Ce se poate folosi pentru a constrânge proiectarea PCB-ului?

Exemplul 3: Aspectul componentelor,În plus față de organizarea obiectelor și constrângerilor de proiectare, regulile de proiectare pot fi folosite și pentru aspectul componentelor, adică poate detecta unde să plaseze dispozitivele fără a provoca erori bazate pe constrângeri. Evidențiat în figura 1 este să îndeplinească constrângerile fizice (cum ar fi intervalul și marginea distanței dintre plăci și dispozitiv), zona de amplasare a dispozitivelor, figura 2 evidențiază este să îndeplinească zonele de plasare a dispozitivului constrâns electric, cum ar fi lungimea maximă a liniei, figura 3 arată doar zona de constrângere a spațiului, în cele din urmă, figura 4 este intersecția primelor trei părți ale imaginii, acesta este aspectul efectiv al zonei, Dispozitivele plasate în această regiune pot satisface toate constrângerile.

Ce se poate folosi pentru a constrânge proiectarea PCB？

De fapt, generarea de constrângeri într-o manieră modulară poate îmbunătăți considerabil mentenabilitatea și reutilizarea acestora. Noile expresii pot fi generate referindu-se la parametrii de constrângere ai diferitelor straturi din etapa anterioară, de exemplu, lățimea liniei stratului superior depinde de distanța stratului superior și înălțimea firului de cupru, precum și de variabilele Temp și Diel_Const la nivel de proiectare. Rețineți că regulile de proiectare sunt afișate în ordine descrescătoare și modificarea unei constrângeri de nivel superior afectează imediat toate expresiile care se referă la această constrângere.

Ce se poate folosi pentru a constrânge proiectarea PCB？

Reutilizarea proiectării și documentarea

Constrângerile parametrice, nu numai că pot îmbunătăți în mod semnificativ procesul de proiectare inițială, iar reutilizarea modificărilor tehnice și a proiectării sunt mai utile, constrângerea poate fi utilizată ca parte a proiectării, a sistemului și a documentelor, dacă nu numai în mintea inginerului sau a proiectantului, așa că atunci când acestea apel la alte proiecte poate fi uitat încet. Documentele de constrângere documentează regulile de performanță electrică care trebuie respectate în timpul procesului de proiectare și oferă o oportunitate pentru ceilalți să înțeleagă intențiile proiectantului, astfel încât aceste reguli să poată fi aplicate cu ușurință noilor procese de fabricație sau modificate în conformitate cu cerințele de performanță electrică. Viitorii multiplexori pot cunoaște, de asemenea, regulile de proiectare exacte și pot face modificări prin introducerea de noi cerințe de proces, fără a fi nevoie să ghicească cum au fost obținute lățimile liniei.

Acest articol concluzie

Editorul de constrângeri de parametri facilitează aspectul PCB și rutare sub constrângeri multidimensionale și permite pentru prima dată verificarea completă a software-ului de rutare și a regulilor de proiectare în raport cu cerințele complexe de electricitate și proces, mai degrabă decât să se bazeze doar pe experiență sau reguli simple de proiectare care sunt de puțin folos. Rezultatul este un design care poate obține un succes unic, reducând sau chiar eliminând depanarea prototipului.