Diseño electrónico - ¿¿ cómo usar restricciones de parámetros en el diseño de pcb?

En los últimos años, los requisitos para el diseño y cableado de PCB se han vuelto cada vez más complejos. El número de Transistor en el circuito integrado sigue creciendo a la velocidad prevista por la Ley de moore, lo que hace que el dispositivo sea más rápido, el tiempo de subida por borde de pulso se acorta y el número de pines también aumenta. Cada vez hay más casos de 500 a 2000 pines. Todo esto traerá problemas de densidad, reloj y conversación cruzada al diseñar el pcb.

Hoy en día, los factores considerados en el diseño de PCB son cada vez más complejos, como relojes, conversaciones cruzadas, impedancias, pruebas, procesos de fabricación, etc., lo que a menudo hace que los diseñadores de PCB repitan mucho trabajo, como diseño, verificación y mantenimiento. El editor de restricciones de parámetros puede compilar estos parámetros en fórmulas para ayudar a los diseñadores de PCB a manejar mejor estos parámetros, que a veces incluso se enfrentan entre sí durante el diseño y producción de pcb.

Hace unos años, en la mayoría de los PCB solo había unos pocos nodos "críticos" (redes), lo que generalmente significaba que estaban sujetos a algunas restricciones en términos de resistencia, longitud y brecha. Los diseñadores de PCB suelen cableado manualmente estos rastros primero, y luego usar software para cableado automático a gran escala de todo el circuito. Los PCB de hoy suelen tener 5.000 o más nodos, de los cuales más del 50% son nodos clave. Debido a la presión del tiempo al mercado, ya no se puede realizar el cableado manual. Además, no solo ha aumentado el número de nodos clave, sino que también han aumentado las restricciones de cada nodo.

Estas restricciones se deben principalmente al aumento de la correlación de parámetros y la complejidad de los requisitos de diseño de pcb. Por ejemplo, la distancia entre los dos rastros puede depender de funciones relacionadas con el voltaje del nodo y el material de la placa de circuito, y el tiempo de subida del IC digital se reduce. El diseño de PCB de alta velocidad de reloj y baja velocidad de reloj tendrá un impacto. Debido a que el pulso se genera más rápido, el tiempo de configuración y retención será más corto. Además, el retraso de interconexión, como parte importante del retraso total en el diseño de PCB de circuitos de alta velocidad, también es importante para el diseño de PCB de circuitos de baja velocidad. También es muy importante, etc.

Si la placa de circuito se puede diseñar más grande, algunos de los problemas anteriores serán más fáciles de resolver, pero la tendencia actual de desarrollo es exactamente lo contrario. Debido a los requisitos de retraso de interconexión y encapsulamiento de alta densidad, las placas de circuito son cada vez más pequeñas, lo que conduce al diseño de PCB de circuito de alta densidad. Al mismo tiempo, se deben cumplir las reglas de diseño de PCB miniaturizados. La reducción del tiempo de subida y estas reglas de diseño de PCB miniaturizadas hacen que el ruido de conversación cruzada sea cada vez más prominente. Los conjuntos de rejilla Esférica y otros envases de alta densidad también agravan las conversaciones cruzadas, el ruido del interruptor y el rebote del suelo.

Limitaciones de las restricciones fijas

Los métodos tradicionales para tratar estos problemas son transformar los requisitos eléctricos y técnicos en parámetros de restricción fijos basados en la experiencia, los valores predeterminados, las tablas numéricas o los métodos de cálculo. Por ejemplo, al diseñar un circuito en un pcb, el ingeniero puede determinar primero la resistencia nominal y luego "estimar" el ancho de línea nominal capaz de alcanzar la resistencia requerida de acuerdo con los requisitos finales del proceso, o probar la interferencia utilizando una tabla de cálculo o un programa aritmético, y luego encontrar el límite de longitud.

Este enfoque suele requerir que los diseñadores de PCB desarrollen un conjunto de datos empíricos como guía básica para los diseñadores de PCB para que estos datos puedan usarse en diseños de PCB que utilizan herramientas automáticas de colocación y cableado. El problema de este método es que los datos empíricos son solo un principio general. En la mayoría de los casos, son correctos, pero a veces no funcionan o conducen a resultados erróneos.

Solución: restricciones paramétricas

En la actualidad, los proveedores de software de diseño de PCB intentan resolver este problema agregando parámetros a las restricciones. La parte más avanzada de este método es que puede especificar indicadores mecánicos que reflejen adecuadamente las diversas características eléctricas internas. Siempre que se añadan al diseño de pcb, el software de diseño de PCB puede usar esta información para controlar las herramientas de colocación y cableado automático.

Las restricciones se pueden introducir en forma de expresiones matemáticas, incluyendo constantes, varios operadores, vectores y otras restricciones de diseño de pcb, proporcionando un sistema de accionamiento de reglas paramétricas para los diseñadores de pcb. Las restricciones se pueden introducir incluso en forma de tabla de búsqueda y almacenar en un archivo de diseño de PCB o PCB esquemático. El cableado de pcb, la ubicación del área de cobre y las herramientas de diseño deben cumplir con las reglas de restricción generadas por estas condiciones. El DRC verifica que todo el diseño del PCB cumple con estas restricciones, incluidos los requisitos de ancho de línea, espaciamiento y espacio (como los límites de área y altura), etc.

Un ejemplo muy sencillo es la restricción de tiempo de subida, que suele fijarse en una constante de 1,5 ns. de acuerdo con esta condición se puede obtener la restricción máxima de longitud de rastreo, es decir, 5.800 mil / NS multiplicado por el tiempo de subida de 1,5 ns. un ejemplo más complejo es el espaciamiento de los componentes, que se determina multiplicando El valor de corte positivo del ángulo de detección por la altura del dispositivo. Esta fórmula puede calcular el valor mínimo de distancia entre los componentes.

Gestión jerárquica

Una de las principales ventajas de las restricciones paramétricas es que se pueden manejar por niveles. Por ejemplo, las reglas globales de ancho de línea se pueden utilizar como restricciones de diseño de PCB para todo el diseño de pcb. Por supuesto, algunas áreas o nodos no pueden copiar este principio. En este caso, se pueden eludir las restricciones de nivel superior y se pueden utilizar las restricciones de nivel inferior en el diseño de PCB jerárquico. Tomemos como ejemplo el editor de restricciones "solucionador de restricciones paramétricas" de Accel technologies, que tiene siete niveles de restricciones:

1. restricciones de diseño de PCB para todos los objetos sin otras restricciones.

2. restricciones de nivel, para objetos en un nivel determinado.

3. restricción de tipo de nodo para todos los nodos incluidos en un determinado tipo.

4. restricción de nodo, para un nodo.

5. restricciones entre clases, es decir, restricciones entre dos tipos de nodos.

6. limitaciones de espacio para todos los dispositivos en un espacio específico.

7. restricciones de equipo para un equipo.

El software sigue varias restricciones de diseño de PCB en orden, desde un solo dispositivo hasta toda la regla de diseño de pcb, y muestra gráficamente el orden de aplicación de estas reglas en el diseño de pcb.

Reutilización y documentación del diseño de PCB

Las restricciones de parámetros no solo pueden mejorar significativamente el proceso de diseño inicial de pcb, sino que también son más útiles para los cambios de ingeniería y la reutilización del diseño de pcb. Las restricciones se pueden utilizar como parte del diseño, sistema y documentación de los pcb. Si no, solo se almacenarán en el diseño de ingenieros o pcb. En la mente de la gente, pueden olvidar lentamente cuándo comenzarán otros proyectos. El documento de restricción registra las reglas de rendimiento eléctrico que deben seguirse durante el diseño del PCB para que otros tengan la oportunidad de conocer las intenciones del diseñador del PCB para que estas reglas puedan aplicarse fácilmente a nuevos procesos de fabricación o cambiarse de acuerdo con los requisitos de rendimiento eléctrico. Los futuros reutilizadores también pueden conocer las reglas precisas de diseño de PCB y cambiarlas introduciendo nuevos requisitos de proceso sin tener que adivinar cómo se obtiene el ancho de línea.