Возрастающая сложность печатная плата Конструктивные соображения, такие как часы, перекрестные помехи, импеданс, обнаружение и производственные процессы, часто вынуждают проектировщиков повторять множество работ по компоновке, проверке и техническому обслуживанию. Редактор ограничений параметров кодирует эти параметры в формулы, чтобы помочь дизайнерам лучше справляться с этими иногда противоречивыми параметрами во время проектирования и производства.

В последние годы требования к компоновке печатной платы и трассировке стали более сложными, и количество транзисторов в интегральных схемах увеличилось, как и предсказывалось законом Мура, что сделало устройства быстрее и каждый импульс короче по времени нарастания, а также увеличило количество выводов. – часто от 500 до 2,000. Все это создает проблемы с плотностью, синхронизацией и перекрестными помехами при проектировании печатной платы.

Несколько лет назад у большинства PCBS было всего несколько «критических» узлов (цепей), обычно определяемых как ограничения на импеданс, длину и зазор. Разработчики печатных плат вручную маршрутизировали эти маршруты, а затем использовали программное обеспечение для автоматизации крупномасштабной маршрутизации всей схемы. Сегодняшние PCBS часто имеют 5,000 или более узлов, более 50% из которых являются критическими. Из-за давления рынка ручная проводка на данном этапе невозможна. Более того, увеличилось не только количество критических узлов, но и ограничения для каждого узла.

Эти ограничения в основном связаны с параметрами корреляции и конструктивными требованиями, которые становятся все более и более сложными, например, два линейных интервала могут зависеть от напряжения узла и, а материалы печатной платы связаны с функциями, время нарастания цифровой ИС уменьшается для высокой скорости и низкой тактовая частота может влиять на конструкцию из-за более быстрого импульса и установления и поддержания более короткого времени, Кроме того, как важная часть общей задержки проектирования высокоскоростной схемы, задержка межсоединения также очень важна для низкоскоростной конструкции.

Некоторые из этих проблем было бы легче решить, если бы доски были больше, но тенденция противоположная. Из-за требований задержки межсоединения и упаковки с высокой плотностью монтажная плата становится все меньше и меньше, поэтому появляется конструкция с высокой плотностью, и необходимо соблюдать правила миниатюризации. Уменьшение времени нарастания в сочетании с этими миниатюрными конструктивными правилами делает перекрестные помехи все более серьезной проблемой, а решетки с шариковой решеткой и другие блоки с высокой плотностью сами по себе усугубляют перекрестные помехи, коммутационный шум и отскок от земли.

Существующие фиксированные ограничения

Традиционный подход к этим проблемам состоит в том, чтобы преобразовать электрические и технологические требования в фиксированные параметры ограничений на основе опыта, значений по умолчанию, числовых таблиц или методов расчета. Например, инженер, проектирующий схему, может сначала определить номинальный импеданс, а затем «оценить» номинальную ширину линии для достижения желаемого импеданса на основе окончательных требований технологического процесса, или использовать таблицу расчетов или арифметическую программу для проверки помех, а затем приступить к работе. вне ограничений длины.

Этот подход обычно требует разработки набора эмпирических данных в качестве основного ориентира для разработчиков печатных плат, чтобы они могли использовать эти данные при проектировании с помощью инструментов автоматической компоновки и трассировки. Проблема с этим подходом заключается в том, что эмпирические данные – это общий принцип, и в большинстве случаев они верны, но иногда они не работают или приводят к неверным результатам.

Давайте воспользуемся приведенным выше примером определения импеданса, чтобы увидеть ошибку, которую может вызвать этот метод. Факторы, связанные с импедансом, включают диэлектрические свойства материала платы, высоту медной фольги, расстояние между слоями и слоем заземления / питания и ширину линии. Поскольку первые три параметра обычно определяются производственным процессом, дизайнеры обычно используют ширину линии для управления импедансом. Поскольку расстояние от каждого линейного слоя до земли или слоя питания разное, очевидно, что использование одних и тех же эмпирических данных для каждого слоя является ошибкой. Это усугубляется тем фактом, что производственный процесс или характеристики печатной платы, используемые во время разработки, могут измениться в любое время.

В большинстве случаев эти проблемы будут обнаружены на этапе производства прототипа, обычно проблема заключается в том, чтобы найти проблему путем ремонта или перепроектирования печатной платы, чтобы решить ее конструкцию. Стоимость этого высока, и исправления часто создают дополнительные проблемы, требующие дальнейшей отладки, а потеря дохода из-за задержки выхода на рынок намного превышает стоимость отладки.Практически каждый производитель электроники сталкивается с этой проблемой, которая в конечном итоге сводится к неспособности традиционного программного обеспечения для проектирования печатных плат соответствовать реалиям текущих требований к электрическим характеристикам. Это не так просто, как эмпирические данные по механическому проектированию.

Что можно использовать для ограничения дизайна печатной платы?

Решение: параметризация ограничений

В настоящее время производители программного обеспечения для проектирования пытаются решить эту проблему, добавляя параметры к ограничениям. Наиболее продвинутым аспектом этого подхода является возможность указывать механические характеристики, которые полностью отражают различные внутренние электрические характеристики. После того, как они включены в проект печатной платы, программное обеспечение для проектирования может использовать эту информацию для управления инструментом автоматической компоновки и трассировки.

При изменении последующего производственного процесса нет необходимости в перепроектировании. Разработчики просто обновляют параметры характеристик процесса, и соответствующие ограничения могут быть изменены автоматически. Затем разработчик может запустить DRC (проверку правил проектирования), чтобы определить, нарушает ли новый процесс какие-либо другие правила проектирования, и выяснить, какие аспекты проекта следует изменить, чтобы исправить все ошибки.

Ограничения можно вводить в форме математических выражений, включая константы, различные операторы, векторы и другие конструктивные ограничения, предоставляя проектировщикам параметризованную систему, управляемую правилами. Ограничения можно даже ввести в виде справочных таблиц, сохранить в файле проекта на плате или схеме. Электропроводка печатной платы, расположение области из медной фольги и инструменты компоновки следуют ограничениям, создаваемым этими условиями, и DRC проверяет, что вся конструкция соответствует этим ограничениям, включая ширину линий, интервалы и требования к пространству, такие как ограничения по площади и высоте.

Иерархическое управление

Одним из основных преимуществ параметризованных ограничений является то, что их можно оценивать. Например, глобальное правило ширины линии может использоваться в качестве ограничения для всего проекта. Конечно, некоторые регионы или узлы не могут скопировать этот принцип, поэтому ограничение верхнего уровня можно обойти, а ограничение нижнего уровня в иерархической структуре можно принять. Parametric Constraint Solver, редактор ограничений от ACCEL Technologies, имеет в общей сложности 7 уровней:

1. Разработайте ограничения для всех объектов, у которых нет других ограничений.

2. Ограничения иерархии, применяемые к объектам на определенном уровне.

3. Ограничение типа узла применяется ко всем узлам определенного типа.

4. Ограничение узла: применяется к узлу.

5. Межклассовое ограничение: указывает ограничение между узлами двух классов.

6. Пространственное ограничение, применяемое ко всем устройствам в пространстве.

7. Ограничения устройства, примененные к одному устройству.

Программное обеспечение следует различным ограничениям дизайна от отдельных устройств до правил проектирования в целом и показывает порядок применения этих правил в проекте с помощью графики.

Пример 1: Ширина линии = F (импеданс, расстояние между слоями, диэлектрическая проницаемость, высота медной фольги). Вот пример того, как параметризованные ограничения могут использоваться в качестве правил проектирования для управления импедансом. Как упоминалось выше, импеданс является функцией диэлектрической проницаемости, расстояния до ближайшего линейного слоя, ширины и высоты медного провода. Поскольку импеданс, требуемый конструкцией, был определен, эти четыре параметра могут быть произвольно взяты как релевантные переменные, чтобы переписать формулу импеданса. В большинстве случаев дизайнеры могут контролировать только ширину линии.

Из-за этого ограничения на ширину линии зависят от импеданса, диэлектрической проницаемости, расстояния до ближайшего линейного слоя и высоты медной фольги. Если формула определена как иерархическое ограничение, а параметры производственного процесса – как ограничение на уровне проекта, программное обеспечение автоматически настроит ширину линии, чтобы компенсировать изменение спроектированного линейного слоя. Точно так же, если спроектированная печатная плата производится в другом процессе и высота медной фольги изменяется, соответствующие правила на уровне проектирования могут быть автоматически пересчитаны путем изменения параметров высоты медной фольги.

Пример 2: Интервал устройства = Макс (интервал по умолчанию, F (высота устройства, угол обнаружения).Очевидное преимущество использования как ограничений параметров, так и проверки правил проектирования состоит в том, что параметризованный подход является переносимым и отслеживается при внесении изменений в проект. В этом примере показано, как расстояние между устройствами может определяться характеристиками процесса и требованиями к испытаниям. Приведенная выше формула показывает, что расстояние между устройствами зависит от высоты устройства и угла обнаружения.

Угол обнаружения обычно постоянен для всей платы, поэтому его можно определить на уровне проектирования. При проверке на другой машине весь проект можно обновить, просто введя новые значения на уровне проекта. После ввода новых рабочих параметров машины разработчик может узнать, осуществима ли конструкция, просто запустив DRC, чтобы проверить, не противоречит ли расстояние между устройствами новому значению расстояния, что намного проще, чем анализировать, корректировать и затем выполнять сложные вычисления в соответствии с к новым требованиям к интервалам.

Что можно использовать для ограничения дизайна печатной платы?

Пример 3: Компонентный макет,Помимо организации объектов дизайна и ограничений, правила проектирования также могут использоваться для компоновки компонентов, то есть они могут определять, где разместить устройства, не вызывая ошибок на основе ограничений. На рисунке 1 выделено соответствие физическим ограничениям (таким как интервал и край между пластинами, расстояние между пластинами и устройство), площадь размещения устройств, рисунок 2 подчеркивает, чтобы соответствовать областям размещения устройств с электрическими ограничениями, таким как максимальная длина линии, рисунок 3 показывает только область ограничения пространства, наконец, цифра 4 – это пересечение первых трех частей изображения, это эффективная планировка области, Устройства, размещенные в этой области, могут удовлетворять всем ограничениям.

Что можно использовать для ограничения дизайна печатной платы？

Фактически, создание ограничений модульным способом может значительно улучшить их ремонтопригодность и возможность повторного использования. Новые выражения могут быть сгенерированы путем обращения к параметрам ограничения различных слоев на предыдущем этапе, например, ширина линии верхнего слоя зависит от расстояния до верхнего слоя и высоты медного провода, а также от переменных Temp и Diel_Const на уровне дизайна. Обратите внимание, что правила проектирования отображаются в порядке убывания, и изменение ограничения более высокого уровня немедленно влияет на все выражения, которые относятся к этому ограничению.

Что можно использовать для ограничения дизайна печатной платы？

Повторное использование дизайна и документация

Параметрические ограничения не только могут значительно улучшить начальный процесс проектирования, а повторное использование инженерных изменений и дизайна более полезно, ограничение может использоваться как часть проекта, системы и документов, если не только в уме инженера или проектировщика, поэтому, когда они Обратиться к другим проектам можно будет потихоньку забыть. Документы с ограничениями документируют правила электрических характеристик, которым необходимо следовать в процессе проектирования, и предоставляют другим возможность понять намерения проектировщика, чтобы эти правила можно было легко применить к новым производственным процессам или изменить в соответствии с требованиями к электрическим характеристикам. Будущие мультиплексоры также могут знать точные правила проектирования и вносить изменения, вводя новые требования к процессу, без необходимости угадывать, как была получена ширина линий.

Заключение этой статьи

Редактор ограничений параметров упрощает компоновку печатной платы и трассировку в условиях многомерных ограничений и впервые позволяет полностью проверять программное обеспечение автоматической маршрутизации и правила проектирования на соответствие сложным электрическим и технологическим требованиям, а не просто полагаться на опыт или простые правила проектирования, которые мало пользы. Результатом является дизайн, который может достичь единовременного успеха, уменьшая или даже устраняя отладку прототипа.