artan karmaşıklığı PCB saat, çapraz konuşma, empedans, algılama ve üretim süreçleri gibi tasarım konuları genellikle tasarımcıları birçok yerleşim, doğrulama ve bakım işini tekrar etmeye zorlar. Parametre kısıtlama düzenleyicisi, tasarımcıların tasarım ve üretim sırasında bu bazen çelişkili parametrelerle daha iyi başa çıkmalarına yardımcı olmak için bu parametreleri formüller halinde kodlar.

Son yıllarda, PCB yerleşimi ve yönlendirme gereksinimleri daha karmaşık hale geldi ve Moore Yasası’nın öngördüğü gibi entegre devrelerdeki transistörlerin sayısı arttı, bu da cihazları daha hızlı hale getirdi ve yükselme süresi boyunca her darbeyi kısalttı ve ayrıca pin sayısını artırdı. – genellikle 500 ila 2,000. Tüm bunlar, bir PCB tasarlarken yoğunluk, saat ve karışma sorunları yaratır.

Birkaç yıl önce, çoğu PCBS, tipik olarak empedans, uzunluk ve boşluk üzerindeki kısıtlamalar olarak tanımlanan yalnızca bir avuç “kritik” düğüme (Ağlara) sahipti. PCB tasarımcıları bu yolları manuel olarak yönlendirir ve ardından tüm devrenin büyük ölçekli yönlendirmesini otomatikleştirmek için yazılımı kullanır. Günümüzün PCBS’lerinde genellikle %5,000’den fazlası kritik olan 50 veya daha fazla düğüm bulunur. Piyasaya çıkış zamanı baskısı nedeniyle, bu noktada manuel kablolama mümkün değildir. Ayrıca, sadece kritik düğümlerin sayısı değil, aynı zamanda her bir düğüm üzerindeki kısıtlamalar da arttı.

Bu kısıtlamalar temel olarak, giderek daha karmaşık olan korelasyon parametreleri ve tasarım gereksinimlerinden kaynaklanmaktadır, örneğin, iki doğrusal aralık bir ve düğüm voltajına bağlı olabilir ve devre kartı malzemeleri ilgili fonksiyonlardır, dijital IC yükselme süresi yüksek hız ve düşük düşüşler saat hızı, darbenin daha hızlı olması ve daha kısa bir süre oluşturması ve sürdürmesi nedeniyle tasarımı etkileyebilir, Ayrıca yüksek hızlı devre tasarımının toplam gecikmesinin önemli bir parçası olan ara bağlantı gecikmesi, düşük hızlı tasarım için de çok önemlidir.

Panolar daha büyük olsaydı, bu sorunlardan bazılarının çözülmesi daha kolay olurdu, ancak eğilim tam tersi yönde. Ara bağlantı gecikmesi ve yüksek yoğunluklu paketin gereksinimleri nedeniyle, devre kartı küçülüyor ve küçülüyor, bu nedenle yüksek yoğunluklu devre tasarımı ortaya çıkıyor ve minyatür tasarım kurallarına uyulması gerekiyor. Bu minyatür tasarım kurallarıyla birlikte azaltılmış yükselme süreleri, karışma gürültüsünü giderek daha belirgin bir sorun haline getirir ve bilye ızgara dizileri ve diğer yüksek yoğunluklu paketler, karışma, anahtarlama gürültüsünü ve zemin sıçramasını şiddetlendirir.

Var olan sabit kısıtlamalar

Bu problemlere geleneksel yaklaşım, elektrik ve proses gereksinimlerini deneyim, varsayılan değerler, sayı tabloları veya hesaplama yöntemleri ile sabit kısıtlama parametrelerine dönüştürmektir. Örneğin, bir devre tasarlayan bir mühendis, önce bir nominal empedans belirleyebilir ve ardından nihai işlem gereksinimlerine dayalı olarak istenen empedansı elde etmek için bir nominal hat genişliğini “tahmin edebilir” veya paraziti test etmek için bir hesaplama tablosu veya aritmetik program kullanabilir ve ardından çalışabilir. uzunluk kısıtlamaları dışında.

Bu yaklaşım tipik olarak, otomatik yerleşim ve yönlendirme araçlarıyla tasarım yaparken bu verilerden yararlanabilmeleri için PCB tasarımcıları için temel bir kılavuz olarak tasarlanacak bir dizi deneysel veri gerektirir. Bu yaklaşımla ilgili sorun, ampirik verilerin genel bir ilke olması ve çoğu zaman doğru olmaları, ancak bazen işe yaramamaları veya yanlış sonuçlara yol açmalarıdır.

Bu yöntemin neden olabileceği hatayı görmek için yukarıdaki empedansı belirleme örneğini kullanalım. Empedansla ilgili faktörler, levha malzemesinin dielektrik özelliklerini, bakır folyonun yüksekliğini, katmanlar ile toprak/güç katmanı arasındaki mesafeyi ve hat genişliğini içerir. İlk üç parametre genellikle üretim süreci tarafından belirlendiğinden, tasarımcılar genellikle empedansı kontrol etmek için hat genişliğini kullanır. Her bir çizgi katmanından zemine veya güç katmanına olan mesafe farklı olduğundan, her katman için aynı ampirik verileri kullanmak açıkça bir hatadır. Bu, geliştirme sırasında kullanılan üretim süreci veya devre kartı özelliklerinin herhangi bir zamanda değişebilmesi gerçeğiyle birleşir.

Çoğu zaman bu problemler prototip üretim aşamasında ortaya çıkacak, genel olan devre kartı onarımı veya yeniden tasarlama yoluyla sorunu bulmak için kart tasarımını çözmektir. Bunu yapmanın maliyeti yüksektir ve düzeltmeler genellikle daha fazla hata ayıklamayı gerektiren ek sorunlar yaratır ve gecikmeli pazara sunma süresi nedeniyle oluşan gelir kaybı, hata ayıklama maliyetini çok aşar.Hemen hemen her elektronik üreticisi bu sorunla karşı karşıyadır ve sonuçta geleneksel PCB tasarım yazılımının mevcut elektriksel performans gereksinimlerinin gerçeklerine ayak uyduramamasına neden olur. Mekanik tasarım üzerine ampirik veriler kadar basit değildir.

PCB tasarımını kısıtlamak için ne kullanılabilir?

Çözüm: Kısıtlamaları parametrelendirin

Şu anda tasarım yazılımı satıcıları bu sorunu kısıtlamalara parametreler ekleyerek çözmeye çalışıyor. Bu yaklaşımın en gelişmiş yönü, çeşitli dahili elektriksel özellikleri tam olarak yansıtan mekanik özellikleri belirleme yeteneğidir. Bunlar PCB tasarımına dahil edildikten sonra, tasarım yazılımı bu bilgiyi otomatik yerleşim ve yönlendirme aracını kontrol etmek için kullanabilir.

Sonraki üretim süreci değiştiğinde, yeniden tasarlamaya gerek yoktur. Tasarımcılar sadece proses karakteristik parametrelerini günceller ve ilgili kısıtlamalar otomatik olarak değiştirilebilir. Tasarımcı daha sonra yeni sürecin diğer tasarım kurallarını ihlal edip etmediğini belirlemek ve tüm hataları düzeltmek için tasarımın hangi yönlerinin değiştirilmesi gerektiğini bulmak için DRC’yi (Tasarım Kuralı Kontrolü) çalıştırabilir.

Kısıtlamalar, sabitler, çeşitli operatörler, vektörler ve diğer tasarım kısıtlamaları dahil olmak üzere matematiksel ifadeler biçiminde girilebilir ve tasarımcılara parametreli, kural odaklı bir sistem sağlar. Kısıtlamalar, bir PCB veya şema üzerinde bir tasarım dosyasında saklanan arama tabloları olarak bile girilebilir. PCB kablolama, bakır folyo alan konumu ve yerleşim araçları bu koşullar tarafından oluşturulan kısıtlamaları takip eder ve DRC, tüm tasarımın hat genişliği, boşluk ve alan ve yükseklik kısıtlamaları gibi alan gereksinimleri dahil olmak üzere bu kısıtlamalara uygun olduğunu doğrular.

hiyerarşik yönetim

Parametreli kısıtlamaların ana faydalarından biri, derecelendirilebilmeleridir. Örneğin, global çizgi genişliği kuralı, tüm tasarımda bir tasarım kısıtlaması olarak kullanılabilir. Tabii ki, bazı bölgeler veya düğümler bu prensibi kopyalayamaz, bu nedenle üst düzey kısıtlama atlanabilir ve hiyerarşik tasarımdaki alt seviye kısıtlama kabul edilebilir. ACCEL Technologies’in bir Kısıtlama editörü olan Parametric Constraint Solver’a toplam 7 seviye verilmiştir:

1. Başka kısıtlaması olmayan tüm nesneler için tasarım kısıtlamaları.

2. Belirli bir seviyedeki nesnelere uygulanan hiyerarşi kısıtlamaları.

3. Düğüm türü kısıtlaması, belirli bir türdeki tüm düğümler için geçerlidir.

4. Düğüm kısıtlaması: bir düğüm için geçerlidir.

5. Sınıflar arası kısıtlama: iki sınıfın düğümleri arasındaki kısıtlamayı gösterir.

6. Bir uzaydaki tüm cihazlara uygulanan uzamsal kısıtlama.

7. Tek bir cihaza uygulanan cihaz kısıtlamaları.

Yazılım, bireysel cihazlardan tüm tasarım kurallarına kadar çeşitli tasarım kısıtlamalarını takip eder ve bu kuralların tasarımdaki uygulama sırasını grafikler yoluyla gösterir.

Örnek 1: Hat genişliği = F (empedans, katman aralığı, dielektrik sabiti, bakır folyo yüksekliği). Burada, empedansı kontrol etmek için parametreli kısıtlamaların tasarım kuralları olarak nasıl kullanılabileceğine dair bir örnek verilmiştir. Yukarıda bahsedildiği gibi empedans, dielektrik sabitinin, en yakın hat katmanına olan mesafenin, bakır telin genişliğinin ve yüksekliğinin bir fonksiyonudur. Tasarımın gerektirdiği empedans belirlendiğinden, bu dört parametre empedans formülünü yeniden yazmak için keyfi olarak ilgili değişkenler olarak alınabilir. Çoğu durumda, tasarımcılar yalnızca çizgi genişliğini kontrol edebilir.

Bu nedenle, hat genişliği üzerindeki kısıtlamalar, empedans, dielektrik sabiti, en yakın hat katmanına olan mesafe ve bakır folyonun yüksekliğinin fonksiyonlarıdır. Formül hiyerarşik bir kısıtlama ve üretim süreci parametreleri tasarım düzeyinde bir kısıtlama olarak tanımlanırsa, yazılım, tasarlanan çizgi katmanı değiştiğinde telafi etmek için çizgi genişliğini otomatik olarak ayarlayacaktır. Benzer şekilde, tasarlanan devre kartı farklı bir proseste üretilir ve bakır folyo yüksekliği değiştirilirse, bakır folyo yükseklik parametreleri değiştirilerek tasarım seviyesindeki ilgili kurallar otomatik olarak yeniden hesaplanabilir.

Örnek 2: Cihaz aralığı = Maks (varsayılan aralık, F (cihaz yüksekliği, algılama Açısı).Hem parametre kısıtlamalarını hem de tasarım kuralı kontrolünü kullanmanın bariz faydası, parametreli yaklaşımın taşınabilir olması ve tasarım değişiklikleri meydana geldiğinde izlenmesidir. Bu örnek, cihaz aralığının süreç özellikleri ve test gereksinimleri ile nasıl belirlenebileceğini gösterir. Yukarıdaki formül, cihaz aralığının cihaz yüksekliğinin ve algılama Açısı’nın bir fonksiyonu olduğunu gösterir.

Algılama Açısı genellikle tüm pano için sabittir, bu nedenle tasarım düzeyinde tanımlanabilir. Farklı bir makineyi kontrol ederken, tasarım düzeyinde yeni değerler girilerek tüm tasarım basitçe güncellenebilir. Yeni makine performans parametreleri girildikten sonra, tasarımcı, cihaz aralığının yeni aralık değeriyle çakışıp çakışmadığını kontrol etmek için DRC’yi çalıştırarak tasarımın uygulanabilir olup olmadığını anlayabilir; bu, analiz etmekten, düzeltmekten ve daha sonra zor hesaplamalar yapmaktan çok daha kolaydır. yeni boşluk gereksinimlerine göre.

PCB tasarımını kısıtlamak için ne kullanılabilir?

Örnek 3: Bileşen düzeni,Tasarım nesnelerini ve kısıtlamaları düzenlemenin yanı sıra, bileşen düzeni için tasarım kuralları da kullanılabilir, yani kısıtlamalara dayalı olarak hataya neden olmadan cihazların nereye yerleştirileceğini algılayabilir. Şekil 1’de vurgulanan, fiziksel kısıtlamaları (plaka aralığı ve cihazın aralığı ve kenarı gibi) karşılamaktır, cihaz yerleştirme alanı, şekil 2 vurguları, maksimum hat uzunluğu gibi elektrikle sınırlı cihaz yerleştirme alanlarını karşılamaktır, şekil 3 sadece gösterir alan kısıtlaması alanı, son olarak, şekil 4 resmin ilk üç bölümünün kesişimidir, bu etkili alan düzenidir, Bu bölgeye yerleştirilen cihazlar tüm kısıtlamaları karşılayabilir.

PCB tasarımını kısıtlamak için ne kullanılabilir?

Aslında, kısıtlamaları modüler bir şekilde oluşturmak, bunların sürdürülebilirliğini ve yeniden kullanılabilirliğini büyük ölçüde iyileştirebilir. Önceki aşamada farklı katmanların kısıtlama parametrelerine başvurularak yeni ifadeler oluşturulabilir, örneğin, üst katmanın çizgi genişliği, üst katmanın mesafesine ve bakır telin yüksekliğine ve Temp ve değişken değişkenlerine bağlıdır. Tasarım düzeyinde Diel_Const. Tasarım kurallarının azalan sırada görüntülendiğini ve daha üst düzey bir kısıtlamanın değiştirilmesinin, o kısıtlamaya başvuran tüm ifadeleri hemen etkilediğini unutmayın.

PCB tasarımını kısıtlamak için ne kullanılabilir?

Tasarımın yeniden kullanımı ve dokümantasyonu

Parametrik kısıtlamalar, yalnızca ilk tasarım sürecini önemli ölçüde iyileştirmekle ve mühendislik değişikliğinin ve tasarımın yeniden kullanılmasının daha yararlı olmasını sağlamakla kalmaz, kısıtlama yalnızca mühendis veya tasarımcının zihninde olmasa bile tasarımın, sistemin ve belgelerin bir parçası olarak kullanılabilir. diğer projelere yönelmek yavaş yavaş unutulabilir. Kısıtlama belgeleri, tasarım sürecinde izlenecek elektriksel performans kurallarını belgeler ve bu kuralların yeni üretim süreçlerine kolayca uygulanabilmesi veya elektriksel performans gereksinimlerine göre değiştirilebilmesi için diğerlerine tasarımcının amaçlarını anlama fırsatı sunar. Geleceğin çoklayıcıları da kesin tasarım kurallarını bilebilir ve hat genişliklerinin nasıl elde edildiğini tahmin etmek zorunda kalmadan yeni süreç gereksinimleri girerek değişiklik yapabilir.

Bu makale sonuç

Parametre kısıtlama düzenleyicisi, PCB yerleşimini ve çok boyutlu kısıtlamalar altında yönlendirmeyi kolaylaştırır ve ilk kez, otomatik yönlendirme yazılımının ve tasarım kurallarının, yalnızca deneyime veya basit tasarım kurallarına güvenmek yerine, karmaşık elektrik ve süreç gereksinimlerine karşı tam olarak kontrol edilmesini sağlar. az kullanılmış. Sonuç, prototip hata ayıklamasını azaltan veya hatta ortadan kaldıran, tek seferlik bir başarı elde edebilen bir tasarımdır.