Elektronisches Design - Wie kann man parametrische Einschränkungen für das PCB-Design verwenden?

In den letzten Jahren, die Anforderungen an Leiterplattenlayout und Verdrahtung sind immer komplexer geworden. Die Anzahl der Transistoren in integrierten Schaltungen steigt immer noch mit der Geschwindigkeit, die Moores Gesetz vorhergesagt hat, was das Gerät schneller macht und die Anstiegszeit jeder Pulskante verkürzt wird, und die Anzahl der Pins steigt auch. Immer häufiger 500 bis 2,000-Stifte. All dies wird Dichte bringen, Uhr, Probleme mit Übersprechen bei der Gestaltung der Leiterplatte.

Heutzutage werden die Faktoren, die beim PCB-Design berücksichtigt werden, immer komplexer, wie Uhr, Übersprechen, Impedanz, Erkennung, Herstellungsprozess usw., was PCB-Designer oft dazu bringt, eine Menge Arbeit wie Layout, Überprüfung und Wartung zu wiederholen. Der Parameter Constraint Editor kann diese Parameter in Formeln kompilieren und PCB Designern helfen, besser mit diesen Parametern umzugehen, die sich manchmal sogar während des PCB Design- und Produktionsprozesses gegenüberstehen.

Vor einigen Jahren gab es auf den meisten Leiterplatten nur wenige "kritische" Knoten (net), was in der Regel bedeutete, dass sie bestimmten Einschränkungen in Bezug auf Impedanz, Länge und Lücke unterworfen waren. PCB-Designer routen diese Leiterbahnen im Allgemeinen zuerst manuell und verwenden dann Software, um eine großflächige automatische Verdrahtung der gesamten Schaltung herzustellen. Heutige Leiterplatten haben oft 5.000 oder mehr Knoten, und mehr als 50% von ihnen sind kritische Knoten. Aufgrund des Time-to-Market-Drucks ist eine manuelle Verdrahtung derzeit nicht mehr möglich. Darüber hinaus hat sich nicht nur die Anzahl kritischer Knoten erhöht, sondern auch die Einschränkungen jedes Knotens erhöht.

Diese Einschränkungen werden hauptsächlich durch Parameterkorrelation und die zunehmende Komplexität der PCB-Designanforderungen verursacht. Zum Beispiel kann der Abstand zwischen zwei Leiterbahnen von einer Funktion abhängen, die sich auf Knotenspannung und Leiterplattenmaterial bezieht, und die Anstiegszeit des digitalen IC wird reduziert. Sowohl hohe Taktgeschwindigkeit als auch niedrige Taktgeschwindigkeit PCB-Design haben Auswirkungen. Durch die schnellere Pulserzeugung werden die Rüst- und Haltezeiten kürzer. Darüber hinaus ist die Verbindungsverzögerung als wichtiger Teil der Gesamtverzögerung des Hochgeschwindigkeits-Leiterplattendesigns auch für das Low-Speed-Leiterplattendesign wichtig. Es ist auch sehr wichtig und so weiter.

Wenn die Leiterplatte größer gestaltet werden kann, werden einige der oben genannten Probleme einfacher zu lösen sein, aber der aktuelle Entwicklungstrend ist genau das Gegenteil. Aufgrund der Anforderungen an Verbindungsverzögerung und Verpackung mit hoher Dichte werden Leiterplatten kleiner, was zu einem Leiterplattendesign mit hoher Dichte führt. Gleichzeitig müssen miniaturisierte PCB-Designregeln befolgt werden. Die reduzierte Anstiegszeit und diese miniaturisierten PCB-Designregeln machen Übersprecherauschen immer deutlicher. Kugelgitter-Arrays und andere hochdichte Pakete verschärfen auch Übersprechen, Schaltgeräusche und Ground Bounce.

die Beschränkungen fester Beschränkungen

Die traditionelle Art, mit diesen Problemen umzugehen, besteht darin, elektrische und technologische Anforderungen auf der Grundlage von Erfahrungen, Standardwerten, Zahlentabellen oder Berechnungsmethoden in feste Zwangsparameter umzuwandeln. Beispielsweise kann ein Ingenieur beim Entwerfen einer Schaltung auf einer Leiterplatte zunächst eine Nennimpedanz bestimmen und dann eine Nennlinienbreite "schätzen", die die erforderliche Impedanz entsprechend den endgültigen Prozessanforderungen erreichen kann, oder eine Berechnungstabelle oder ein arithmetisches Programm verwenden, um die Störung zu testen und dann die Längenbeschränkungen zu finden.

Diese Methode erfordert normalerweise PCB-Design, um einen Satz von Erfahrungsdaten als grundlegende Richtlinie für PCB-Designer zu entwickeln, so dass diese Daten im PCB-Design mit automatischen Platzierungs- und Routingwerkzeugen verwendet werden können. Das Problem bei dieser Methode ist, dass empirische Daten nur ein allgemeines Prinzip sind. In den meisten Fällen sind sie korrekt, aber manchmal funktionieren sie nicht oder führen zu falschen Ergebnissen.

Lösung: parametrisierte Einschränkungen

Derzeit versuchen Anbieter von PCB-Design-Software, dieses Problem zu lösen, indem sie Parameter zu den Einschränkungen hinzufügen. Der fortschrittlichste Teil dieser Methode ist, dass sie die mechanischen Indikatoren spezifizieren kann, die die verschiedenen internen elektrischen Eigenschaften vollständig widerspiegeln. Solange sie dem PCB-Design hinzugefügt werden, kann die PCB-Design-Software diese Informationen verwenden, um die automatischen Platzierungs- und Routingwerkzeuge zu steuern.

Einschränkungen können in Form von mathematischen Ausdrücken eingegeben werden, einschließlich Konstanten, verschiedene Betreiber, Vektoren, und andere PCB-Design Einschränkungen, Bereitstellung PCB-Designer mit einem parametrischen regelgesteuerten System. Einschränkungen können sogar in Form von Nachschlagetabellen eingegeben und in Leiterplatten oder Schaltplänen gespeichert werden PCB-Design Dateien. Leiterplattenverdrahtung, Werkzeuge zur Lokalisierung und Anordnung von Kupferfolienflächen müssen den Einschränkungen entsprechen, die durch diese Bedingungen erzeugt werden. Demokratische Republik Kongo prüft, ob PCB-Design erfüllt diese Anforderungen, inklusive Linienbreite, spacing and space requirements (such as area and height restrictions), etc. .

Ein sehr einfaches Beispiel ist die Anstiegszeit, die in der Regel auf eine Konstante 1,5ns gesetzt wird. Entsprechend dieser Bedingung kann die maximale Spurlängenbeschränkung erhalten werden, d.h. 5.800mil/ns multipliziert mit der Anstiegszeit 1.5ns. Ein komplizierteres Beispiel ist der Bauteilabstand, der durch Multiplikation des Tangens des Erfassungswinkels mit der Gerätehöhe bestimmt wird. Mit dieser Formel kann der minimale Komponentenabstand berechnet werden.

hierarchische Verwaltung

Einer der Hauptvorteile parametrisierter Constraints ist, dass sie hierarchisch verarbeitet werden können. Beispielsweise kann die globale Linienbreitenregel als PCB-Designbeschränkung für das gesamte PCB-Design verwendet werden. Natürlich gibt es bestimmte Bereiche oder Knoten, die dieses Prinzip nicht kopieren können. In diesem Fall können die übergeordneten Einschränkungen umgangen und die niedrigeren Einschränkungen im hierarchischen PCB-Design verwendet werden. Nehmen Sie den Constraint Editor Parametric Constraint Solver von ACCEL Technologies als Beispiel, es gibt sieben Ebenen von Constraints:

1. PCB-Designbeschränkungen, die für alle Objekte ohne andere Einschränkungen verwendet werden.

2. Ebenenbeschränkungen, die für Objekte auf einer bestimmten Ebene verwendet werden.

3. Knotentyp-Einschränkungen, die für alle Knoten verwendet werden, die in einem bestimmten Typ enthalten sind.

4. Knotenbeschränkung, die für einen bestimmten Knoten verwendet wird.

5. Interclass Constraints, d.h. Constraints zwischen zwei Arten von Knoten.

6. Platzbeschränkungen, die für alle Geräte in einem bestimmten Raum verwendet werden.

7. Gerätebeschränkungen, die für ein bestimmtes Gerät verwendet werden.

Die Software folgt den verschiedenen PCB-Design-Einschränkungen in der Reihenfolge von einzelnen Geräten bis zu den gesamten PCB-Design-Regeln und zeigt grafisch die Reihenfolge der Anwendung dieser Regeln im PCB-Design.

Wiederverwendung und Dokumentation des PCB-Designs

Parametrische Einschränkungen können nicht nur die anfängliche PCB-Design Prozess, sind aber auch nützlicher für technische Änderungen und PCB-Design Wiederverwendung. Einschränkungen können als Teil der PCB-Design, System, und Dokumentation. Wenn nicht, sie werden nur im Ingenieur gespeichert oder PCB-Design. In den Köpfen der Menschen, Sie können langsam vergessen, wenn sie zu anderen Projekten übergehen. Constraint-Dokumente erfassen die elektrischen Leistungsregeln, die in der PCB-Design Prozess, damit andere die Möglichkeit haben, die Absicht der PCB-Designer, Damit diese Regeln problemlos auf neue Fertigungsprozesse angewendet oder entsprechend den Anforderungen an die elektrische Leistung geändert werden können. Zukünftige Wiederverwender können auch die genaue PCB-Design Regeln und Änderungen durch Eingabe neuer Prozessanforderungen vornehmen, ohne Fragen wie die Gewinnung der Linienbreite erraten zu müssen.