Зростання складності Друкована плата міркування щодо дизайну, такі як годинник, перехресні розмови, імпеданс, виявлення та виробничі процеси, часто змушують дизайнерів повторювати багато робіт з компонування, перевірки та обслуговування. Редактор обмежень параметрів кодифікує ці параметри у формулах, щоб допомогти дизайнерам краще справлятися з цими часом суперечливими параметрами під час проектування та виробництва.

В останні роки вимоги до компонування та маршрутизації друкованої плати стали більш складними, а кількість транзисторів у інтегральних схемах збільшилася, як це передбачалося Законом Мура, роблячи пристрої більш швидкими, а кожен імпульс коротшим за час зростання, а також збільшуючи кількість висновків – часто від 500 до 2,000. Все це створює проблеми з щільністю, тактовими частотами та перехресними перешкодами під час проектування друкованої плати.

Кілька років тому більшість PCBS мала лише кілька «критичних» вузлів (мереж), які зазвичай визначаються як обмеження на опір, довжину та зазор. Конструктори друкованих плат будуть вручну маршрутизувати ці маршрути, а потім використовувати програмне забезпечення для автоматизації масштабної маршрутизації всієї схеми. Сучасні PCBS часто мають 5,000 або більше вузлів, більше 50% з яких є критичними. Через час тиску на ринок ручна проводка на даний момент неможлива. Більше того, не тільки збільшилася кількість критичних вузлів, але і обмеження на кожному вузлі також зросли.

Ці обмеження в основному обумовлені все більш складними параметрами кореляції та конструктивними вимогами, наприклад, два лінійних інтервалу можуть залежати від напруги і вузла, а матеріали друкованих плат є пов’язаними функціями, зменшення часу підйому цифрової мікросхеми на високій швидкості та низькій тактова частота може вплинути на конструкцію, завдяки більш швидкому імпульсу та встановленню та підтримці коротшого часу, Крім того, як важлива частина загальної затримки швидкісного проектування схеми, затримка міжз’єднання також дуже важлива для низькошвидкісного проектування.

Деякі з цих проблем було б легше вирішити, якби дошки були більшими, але тенденція йде в зворотному напрямку. З огляду на вимоги затримки міжз’єднання та комплекту з високою щільністю, друкована плата стає все меншою і меншою, тому з’являється схема зі щільною щільністю, і необхідно дотримуватися правил проектування мініатюризації. Скорочені терміни підйому в поєднанні з цими мініатюризованими правилами проектування роблять шум перехресних перешкод все більш помітною проблемою, а самі сітчасті масиви та інші пакети високої щільності самі поглиблюють перехресні перешкоди, шум перемикання та відскок землі.

Виправлені обмеження, які існують

Традиційний підхід до цих проблем полягає у переведенні електричних та технологічних вимог у параметри постійних обмежень за допомогою досвіду, значень за замовчуванням, таблиць чисел або методів розрахунків. Наприклад, інженер, який проектує схему, може спочатку визначити номінальний опір, а потім «оцінити» номінальну ширину лінії, щоб досягти бажаного опору, виходячи з кінцевих вимог процесу, або скористатися розрахунковою таблицею або арифметичною програмою для перевірки на наявність перешкод, а потім працювати з обмежень довжини.

Цей підхід, як правило, вимагає, щоб набір емпіричних даних був розроблений як основний орієнтир для дизайнерів друкованих плат, щоб вони могли використовувати ці дані під час проектування за допомогою автоматичних макетів та інструментів маршрутизації. Проблема такого підходу в тому, що емпіричні дані є загальним принципом, і більшість часу вони правильні, але іноді вони не працюють або призводять до неправильних результатів.

Давайте скористаємося прикладом визначення імпедансу вище, щоб побачити помилку, яку може викликати цей метод. Фактори, пов’язані з опором, включають діелектричні властивості матеріалу плити, висоту мідної фольги, відстань між шарами та грунтом/силовим шаром, а також ширину лінії. Оскільки перші три параметри зазвичай визначаються виробничим процесом, дизайнери зазвичай використовують ширину лінії для контролю імпедансу. Оскільки відстань від кожного лінійного шару до ґрунтового або енергетичного шару різна, явно помилково використовувати однакові емпіричні дані для кожного шару. Це ускладнюється тим, що виробничий процес або характеристики плати, що використовуються під час розробки, можуть змінитися в будь -який час.

Велику частину часу ці проблеми будуть виявлятися на етапі виробництва прототипу, загальним є з’ясування проблеми шляхом ремонту друкованої плати або перепланування для вирішення конструкції плати. Вартість цього висока, а виправлення часто створюють додаткові проблеми, які потребують подальшої налагодження, а втрата доходу через затримку часу виходу на ринок значно перевищує вартість налагодження.Майже кожен виробник електроніки стикається з цією проблемою, яка в кінцевому підсумку зводиться до нездатності традиційного програмного забезпечення для проектування друкованих плат, щоб не відставати від реалій поточних вимог до електричних характеристик. Це не так просто, як емпіричні дані щодо механічного проектування.

Що можна використовувати для обмеження дизайну друкованої плати?

Рішення: Параметризуйте обмеження

В даний час постачальники програмного забезпечення для проектування намагаються вирішити цю проблему, додаючи параметри до обмежень. Найбільш просунутим аспектом цього підходу є можливість вказувати механічні характеристики, які повністю відображають різні внутрішні електричні характеристики. Після того, як вони будуть включені до конструкції друкованої плати, програмне забезпечення для проектування може використовувати цю інформацію для управління автоматичним макетом та інструментом маршрутизації.

Коли наступний виробничий процес змінюється, немає необхідності переробляти. Розробники просто оновлюють параметри характеристик процесу, а відповідні обмеження можна змінювати автоматично. Потім дизайнер може запустити DRC (Design Rule Check), щоб визначити, чи новий процес порушує будь -які інші правила проектування, і з’ясувати, які аспекти проектування слід змінити, щоб виправити всі помилки.

Обмеження можуть бути введені у вигляді математичних виразів, включаючи константи, різні оператори, вектори та інші конструктивні обмеження, забезпечуючи конструкторів параметризованою системою, керованою правилами. Обмеження можна навіть вводити як таблиці пошуку, зберігати у файлі дизайну на друкованій платі або схемі. Електропроводка друкованої плати, розташування ділянки з мідної фольги та інструменти компонування відповідають обмеженням, спричиненим цими умовами, і DRC перевіряє, чи вся конструкція відповідає цим обмеженням, включаючи ширину лінії, відстань та вимоги до простору, такі як обмеження площі та висоти.

Ієрархічне управління

Однією з основних переваг параметризованих обмежень є те, що вони можуть бути оцінені. Наприклад, глобальне правило ширини лінії може бути використане як обмеження проекту в усьому дизайні. Звичайно, деякі регіони або вузли не можуть скопіювати цей принцип, тому обмеження вищого рівня можна обійти, а обмеження нижчого рівня в ієрархічному дизайні можна прийняти. Parameter Constraint Solver, редактор обмежень від ACCEL Technologies, має загалом 7 рівнів:

1. Проектуйте обмеження для всіх об’єктів, які не мають інших обмежень.

2. Обмеження ієрархії, що застосовуються до об’єктів на певному рівні.

3. Обмеження типу вузла застосовується до всіх вузлів певного типу.

4. Обмеження вузла: застосовується до вузла.

5. Обмеження між класами: вказує обмеження між вузлами двох класів.

6. Просторове обмеження, що застосовується до всіх пристроїв у просторі.

7. Обмеження пристрою, що застосовуються до одного пристрою.

Програмне забезпечення слідує різним обмеженням проектування від окремих пристроїв до цілих правил проектування та показує порядок застосування цих правил у дизайні за допомогою графіки.

Приклад 1: Ширина лінії = F (опір, відстань між шарами, діелектрична проникність, висота мідної фольги). Ось приклад того, як параметризовані обмеження можна використовувати як правила проектування для контролю імпедансу. Як згадувалося вище, опір є функцією діелектричної проникності, відстані до найближчого шару лінії, ширини та висоти мідного дроту. Оскільки імпеданс, необхідний за проектом, був визначений, ці чотири параметри можна довільно приймати як відповідні змінні для переписування формули імпедансу. У більшості випадків дизайнери можуть контролювати тільки ширину лінії.

Через це обмеження по ширині лінії є функціями імпедансу, діелектричної проникності, відстані до найближчого шару лінії та висоти мідної фольги. Якщо формула визначена як ієрархічне обмеження, а параметри виробничого процесу-як обмеження на рівні проекту, програмне забезпечення автоматично налаштовує ширину лінії, щоб компенсувати, коли змінюється розроблений шар лінії. Подібним чином, якщо розроблена друкована плата виробляється в іншому процесі та змінюється висота мідної фольги, відповідні правила на проектному рівні можна автоматично перерахувати, змінивши параметри висоти мідної фольги.

Приклад 2: Інтервал пристрою = Макс (інтервал за замовчуванням, F (висота пристрою, кут виявлення).Очевидною перевагою використання як обмежень параметрів, так і перевірки правил проектування є те, що параметризований підхід є портативним і контролюється, коли відбуваються зміни конструкції. У цьому прикладі показано, як відстань між пристроями можна визначити за характеристиками процесу та вимогами до випробувань. Формула вище показує, що відстань між пристроями є функцією висоти пристрою та кута виявлення.

Кут виявлення зазвичай є постійним для всієї плати, тому його можна визначити на проектному рівні. Під час перевірки на іншій машині весь дизайн можна оновити, просто ввівши нові значення на рівні проектування. Після введення нових параметрів продуктивності машини, дизайнер може дізнатися, чи можливо це проектування, просто запустивши DRC, щоб перевірити, чи відстань між пристроями суперечить новому значенню інтервалу, що набагато простіше, ніж аналізувати, виправляти, а потім робити важкі обчислення відповідно до нових вимог до інтервалу.

Що можна використовувати для обмеження дизайну друкованої плати?

Приклад 3: Розташування компонентів,Окрім організації об’єктів та обмежень проектування, правила проектування також можна використовувати для компонування компонентів, тобто вони можуть визначати, де розміщувати пристрої, не викликаючи помилок на основі обмежень. На малюнку 1 виділено відповідність фізичним обмеженням (таким, як інтервал і край відстані між пластинами та пристроєм) місце розташування пристроїв, на малюнку 2 виділено відповідність зонам розміщення пристроїв з обмеженим електричним струмом, таким як максимальна довжина лінії, на малюнку 3 показано лише площа обмеженості простору, нарешті, цифра 4 – це перетин перших трьох частин зображення, це ефективна схема розташування, Пристрої, розміщені в цій області, можуть задовольняти всі обмеження.

Що можна використовувати для обмеження дизайну друкованої плати?

Насправді, створення обмежень модульним способом може значно покращити їх ремонтопридатність та багаторазове використання. Нові вирази можна створити, посилаючись на параметри обмежень різних шарів на попередньому етапі, наприклад, ширина лінії верхнього шару залежить від відстані верхнього шару та висоти мідного дроту, а також змінних Temp і Diel_Const на рівні проектування. Зауважте, що правила проектування відображаються у порядку спадання, і зміна обмеження вищого рівня негайно впливає на всі вирази, які посилаються на це обмеження.

Що можна використовувати для обмеження дизайну друкованої плати?

Повторне використання проектування та документація

Параметричні обмеження не тільки можуть значно покращити початковий процес проектування, а повторне використання інженерних змін та проектування стати більш корисними, обмеження можна використовувати як частину проектування, системи та документів, якщо не тільки в думках інженера чи дизайнера, а тоді, коли вони звертатися до інших проектів можна поступово забути. Документи з обмеженнями документують правила електричних характеристик, яких слід дотримуватись під час процесу проектування, і дають можливість іншим зрозуміти наміри проектувальника, щоб ці правила можна було легко застосувати до нових виробничих процесів або змінити відповідно до вимог електричних характеристик. Майбутні мультиплексори також можуть знати точні правила проектування та вносити зміни, вводячи нові вимоги до процесу, не вгадуючи, як була досягнута ширина лінії.

Висновок цієї статті

Редактор обмежень параметрів полегшує компонування та маршрутизацію друкованої плати за багатовимірних обмежень і вперше дозволяє повністю перевірити програмне забезпечення для автоматичної маршрутизації та правила проектування на відповідність складним електричним та технологічним вимогам, а не просто покладатися на досвід або прості правила проектування, які мало користі. Результатом є дизайн, який може досягти одноразового успіху, зменшивши або навіть усунувши налагодження прототипу.