Den ökande komplexiteten hos PCB designhänsyn, såsom klocka, cross talk, impedans, detektering och tillverkningsprocesser, tvingar ofta designers att upprepa mycket layout-, verifierings- och underhållsarbete. Parameterbegränsningsredigeraren kodifierar dessa parametrar till formler för att hjälpa designers bättre att hantera dessa ibland motsägelsefulla parametrar under design och produktion.

Under de senaste åren har PCB: s layout och routingkrav blivit mer komplexa, och antalet transistorer i integrerade kretsar har ökat enligt Moores lag, vilket gör enheter snabbare och varje puls kortare längs stigningstiden, liksom att antalet stift ökar – ofta 500 till 2,000. Allt detta skapar problem med densitet, klocka och överhörning när du designar ett kretskort.

För några år sedan hade de flesta PCBS bara en handfull “kritiska” noder (Nets), vanligtvis definierade som begränsningar för impedans, längd och frigång. PCB-konstruktörer skulle manuellt dirigera dessa rutter och sedan använda programvara för att automatisera storskalig routing av hela kretsen. Dagens PCBS har ofta 5,000 eller fler noder, varav mer än 50% är kritiska. På grund av tiden för marknadspress, är manuell ledning inte möjlig vid denna tidpunkt. Dessutom har inte bara antalet kritiska noder ökat, utan begränsningarna för varje nod har också ökat.

Dessa begränsningar beror främst på korrelationsparametrarna och konstruktionskraven för mer och mer komplexa, till exempel kan de två linjära intervallet bero på en och nodspänning och kretskortsmaterial är relaterade funktioner, digital IC -stigningstid minskar med hög hastighet och låg klockhastigheten kan påverka konstruktionen på grund av snabbare puls och för att etablera och bibehålla en kortare tid, Dessutom, som en viktig del av den totala fördröjningen av höghastighetskretsdesign, är sammankopplingsfördröjning också mycket viktig för låghastighetsdesign.

Några av dessa problem skulle vara lättare att lösa om brädor var större, men trenden är i motsatt riktning. På grund av kraven på sammankopplingsfördröjning och högdensitetspaket blir kretskortet mindre och mindre, så kretsdesign med hög densitet visas och regler för miniatyriseringsdesign måste följas. Minskade stigningstider i kombination med dessa miniatyriserade konstruktionsregler gör att överhörande buller blir ett alltmer framträdande problem, och bollgallermatriser och andra högdensitetspaket förvärrar själva överhörning, växlande brus och markstopp.

Fixade begränsningar som finns

Det traditionella tillvägagångssättet för dessa problem är att översätta elektriska och processkrav till fasta begränsningsparametrar efter erfarenhet, standardvärden, siffertabeller eller beräkningsmetoder. Till exempel kan en ingenjör som konstruerar en krets först bestämma en nominell impedans och sedan “uppskatta” en nominell linjebredd för att uppnå önskad impedans baserat på de slutliga processkraven, eller använda en beräkningstabell eller ett aritmetiskt program för att testa störningar och sedan arbeta ut längdbegränsningarna.

Detta tillvägagångssätt kräver vanligtvis att en uppsättning empiriska data utformas som en grundläggande riktlinje för PCB -konstruktörer så att de kan utnyttja dessa data när de utformas med automatiska layout- och routningsverktyg. Problemet med detta tillvägagångssätt är att empiriska data är en allmän princip, och oftast är de korrekta, men ibland fungerar de inte eller leder till fel resultat.

Låt oss använda exemplet för att bestämma impedansen ovan för att se felet som denna metod kan orsaka. Faktorer relaterade till impedans inkluderar skivmaterialets dielektriska egenskaper, kopparfoliens höjd, avståndet mellan skikten och mark-/kraftskiktet och linjebredden. Eftersom de tre första parametrarna i allmänhet bestäms av produktionsprocessen använder konstruktörer vanligtvis linjebredd för att styra impedansen. Eftersom avståndet från varje linjelager till mark- eller effektlagret är olika är det helt klart ett misstag att använda samma empiriska data för varje lager. Detta förvärras av det faktum att tillverkningsprocessen eller kretskortets egenskaper som används under utvecklingen kan förändras när som helst.

För det mesta kommer dessa problem att avslöjas i prototypproduktionsstadiet, det allmänna är att ta reda på problemet genom kretskortreparation eller redesign för att lösa kortets design. Kostnaden för att göra det är hög, och korrigeringar skapar ofta ytterligare problem som kräver ytterligare felsökning, och förlusten av intäkter på grund av försenad tid till marknaden överstiger långt kostnaden för felsökning.Nästan varje elektroniktillverkare står inför detta problem, vilket i slutändan beror på oförmågan hos traditionell PCB -designprogramvara att hänga med i verkligheten i nuvarande krav på elektrisk prestanda. Det är inte så enkelt som empiriska data om mekanisk design.

Vad kan användas för att begränsa PCB -design?

Lösning: Parameterera begränsningar

För närvarande försöker leverantörer av designprogramvara lösa detta problem genom att lägga till parametrar i begränsningar. Den mest avancerade aspekten av detta tillvägagångssätt är möjligheten att specificera mekaniska specifikationer som helt återspeglar olika interna elektriska egenskaper. När dessa har införlivats i PCB -designen kan designprogramvaran använda denna information för att styra det automatiska layout- och routningsverktyget.

När den efterföljande produktionsprocessen ändras behöver du inte göra om. Konstruktörerna uppdaterar helt enkelt de processkarakteristiska parametrarna och de relevanta begränsningarna kan ändras automatiskt. Designern kan sedan köra DRC (Design Rule Check) för att avgöra om den nya processen bryter mot andra designregler och för att ta reda på vilka aspekter av designen som ska ändras för att rätta till alla fel.

Begränsningar kan matas in i form av matematiska uttryck, inklusive konstanter, olika operatörer, vektorer och andra designbegränsningar, vilket ger designers ett parametrerat regelstyrt system. Begränsningar kan till och med skrivas in som uppslagstabeller, lagrade i en designfil på en PCB eller schematisk. Kretskortsladdningar, plats för kopparfolie och layoutverktyg följer de begränsningar som genereras av dessa förhållanden, och DRC verifierar att hela konstruktionen uppfyller dessa begränsningar, inklusive linjebredd, avstånd och krav på utrymme, såsom areal- och höjdbegränsningar.

Hierarkisk hantering

En av de främsta fördelarna med parametrerade begränsningar är att de kan graderas. Till exempel kan den globala linjebreddsregeln användas som designbegränsning i hela konstruktionen. Naturligtvis kan vissa regioner eller noder inte kopiera denna princip, så begränsningen på högre nivå kan kringgås och begränsningen på lägre nivå i den hierarkiska designen kan antas. Parametric Constraint Solver, A Constraint editor från ACCEL Technologies, har totalt 7 nivåer:

1. Utforma begränsningar för alla objekt som inte har några andra begränsningar.

2. Hierarkibegränsningar, tillämpade på objekt på en viss nivå.

3. Nodtypsbegränsning gäller alla noder av en viss typ.

4. Nodbegränsning: gäller för en nod.

5. Mellanklassbegränsning: anger begränsningen mellan noder i två klasser.

6. Rymlig begränsning, tillämpad på alla enheter i ett utrymme.

7. Enhetsbegränsningar som tillämpas på en enda enhet.

Programvaran följer olika designbegränsningar från enskilda enheter till hela designreglerna och visar tillämpningsordningen för dessa regler i designen med hjälp av grafik.

Exempel 1: Linjebredd = F (impedans, lageravstånd, dielektrisk konstant, kopparfoliehöjd). Här är ett exempel på hur parametrerade begränsningar kan användas som konstruktionsregler för att kontrollera impedans. Som nämnts ovan är impedans en funktion av dielektrisk konstant, avstånd till närmaste linjeskikt, bredd och höjd av koppartråd. Eftersom den impedans som krävs av design har bestämts kan dessa fyra parametrar godtyckligt tas som relevanta variabler för att skriva om impedansformeln. I de flesta fall kan designers bara styra linjebredden.

På grund av detta är begränsningarna för linjebredden funktioner av impedans, dielektrisk konstant, avstånd till närmaste linjeskikt och kopparfoliens höjd. Om formeln definieras som en hierarkisk begränsning och tillverkningsprocessparametrarna som en begränsning på designnivå, kommer mjukvaran automatiskt att justera linjebredden för att kompensera när det utformade linjelaget ändras. På samma sätt, om det konstruerade kretskortet produceras i en annan process och kopparfoliehöjden ändras, kan de relevanta reglerna i konstruktionsnivån omräknas automatiskt genom att ändra kopparfoliehöjdsparametrarna.

Exempel 2: Enhetsintervall = Max (standardintervall, F (enhetshöjd, detektionsvinkel).Den uppenbara fördelen med att använda både parameterbegränsningar och designregelkontroll är att det parametrerade tillvägagångssättet är portabelt och övervakas när konstruktionsändringar inträffar. Detta exempel visar hur enhetsavstånd kan bestämmas av processegenskaper och testkrav. Formeln ovan visar att enhetsavstånd är en funktion av enhetshöjd och detektionsvinkel.

Detekteringsvinkeln är vanligtvis en konstant för hela kortet, så den kan definieras på designnivå. När du kontrollerar en annan maskin kan hela konstruktionen uppdateras helt enkelt genom att ange nya värden på designnivå. Efter att de nya maskinprestandaparametrarna har angetts kan designern veta om konstruktionen är genomförbar genom att helt enkelt köra DRC för att kontrollera om enhetsavståndet strider mot det nya avståndsvärdet, vilket är mycket lättare än att analysera, korrigera och sedan göra hårda beräkningar enligt till de nya avståndskraven.

Vad kan användas för att begränsa PCB -design?

Exempel 3: Komponentlayout,Förutom att organisera designobjekt och begränsningar kan designregler också användas för komponentlayout, det vill säga det kan upptäcka var enheter ska placeras utan att orsaka fel baserat på begränsningar. Markerad i figur 1 är att uppfylla fysiska begränsningar (såsom intervall och kanten på plattavståndet och enheten) anordningar placerar området, figur 2 höjdpunkter är att uppfylla de elektriska begränsade enhetens placeringsområden, till exempel maximal linjelängd, figur 3 visar endast området med rymdbegränsning, slutligen, figur 4 är skärningspunkten mellan de tre första delarna av bilden, detta är den effektiva områdeslayouten, Enheter placerade i denna region kan uppfylla alla begränsningar.

Vad kan användas för att begränsa PCB -design?

Faktum är att generering av begränsningar på ett modulärt sätt kan avsevärt förbättra deras underhållbarhet och återanvändbarhet. Nya uttryck kan genereras genom att hänvisa till begränsningsparametrarna för olika lager i föregående steg, till exempel beror linjebredden på det översta lagret på toppskiktets avstånd och koppartrådens höjd och variablerna Temp och Diel_Const i designnivå. Observera att designreglerna visas i fallande ordning och att ändra en begränsning på högre nivå påverkar omedelbart alla uttryck som hänvisar till den begränsningen.

Vad kan användas för att begränsa PCB -design?

Design återanvändning och dokumentation

Parametriska begränsningar, inte bara kan avsevärt förbättra den inledande designprocessen och återanvända tekniska förändringar och design mer användbara, begränsningen kan användas som en del av design, system och dokument, om inte bara i ingenjörens eller designerns sinne, så när de vända sig till andra projekt kan långsamt glömma. Begränsningsdokument dokumenterar de elektriska prestandaregler som ska följas under designprocessen och ger andra möjlighet att förstå konstruktörens avsikter så att dessa regler enkelt kan tillämpas på nya tillverkningsprocesser eller ändras enligt kraven på elektrisk prestanda. Framtida multiplexer kan också känna till de exakta designreglerna och göra ändringar genom att ange nya processkrav utan att behöva gissa hur linjebredderna erhölls.

Den här artikelns slutsats

Parameterbegränsningsredigeraren underlättar PCB-layout och routning under flerdimensionella begränsningar och möjliggör för första gången automatisk routingprogramvara och designregler att kontrolleras fullt ut mot komplexa elektriska och processkrav, snarare än att bara förlita sig på erfarenhet eller enkla designregler som är till liten nytta. Resultatet är en design som kan uppnå en engångsframgång, vilket minskar eller till och med eliminerar prototypfelsökning.