Blog de PCB - Nuevas tecnologías en el diseño de placas de PCB para sistemas integrados

La mayoría de los diseños actuales de placas electrónicas de PCB son diseños de nivel de sistema integrado, y todo el proyecto incluye diseño de hardware y desarrollo de software. Esta característica técnica plantea nuevos desafíos a los ingenieros electrónicos. En primer lugar, cómo dividir razonablemente las funciones de software y hardware del sistema en la etapa de diseño temprano, formar un marco de estructura funcional eficaz y evitar procesos circulares repetidos; En segundo lugar, cómo diseñar una placa de PCB de alto rendimiento y alta fiabilidad en poco tiempo. Debido a que el desarrollo del software depende en gran medida de la implementación del hardware, solo a través del diseño de toda la máquina se puede acortar el ciclo de diseño de manera más efectiva. Este artículo discute las nuevas características y estrategias del diseño a nivel de tablero del sistema en el contexto de las nuevas tecnologías. Como todos sabemos, el desarrollo de la tecnología electrónica está cambiando con cada día que pasa, y las raíces de este cambio se deben principalmente a los avances en la tecnología de chips. La tecnología de semiconductores se acerca cada vez más a los límites físicos, y ahora ha alcanzado el nivel de submicron profundo, y los circuitos a gran escala se han convertido en la corriente principal del desarrollo de chips. Este cambio de proceso y escala ha traído muchos nuevos cuellos de botella en el diseño electrónico a toda la industria electrónica. El diseño a nivel de la Junta también se ha visto muy afectado. Un cambio obvio es que los tipos de encapsulamiento de chips son extremadamente ricos; En segundo lugar, la encapsulación de alambre de alta densidad y la encapsulación miniaturizada se han convertido en una moda para lograr la miniaturización de todo el producto, como la amplia aplicación de la tecnología mcm. Además, el aumento de la frecuencia de funcionamiento del chip permite aumentar la frecuencia de funcionamiento del sistema. Estos cambios inevitablemente plantean muchos problemas y desafíos para el diseño a nivel de la Junta. En primer lugar, debido al aumento de las limitaciones físicas de los tamaños de los pines y pines de alta densidad, la velocidad de cableado es baja; En segundo lugar, debido al aumento de la frecuencia del reloj del sistema, problemas de cronometraje e integridad de la señal; Utilice mejores herramientas para completar diseños complejos y de alto rendimiento.

El diseño de circuitos digitales de alta velocidad (es decir, alta frecuencia de reloj y borde rápido) se ha convertido en la corriente principal. La miniaturización del producto y el alto rendimiento deben enfrentar el problema de los efectos de distribución causados es es por la tecnología de diseño de señales híbridas en la misma placa (es decir, diseño híbrido digital, analógico y rf). El aumento de la dificultad de diseño dificulta que los procesos y métodos de diseño tradicionales y las herramientas CAD en PC satisfagan los desafíos técnicos actuales. Por lo tanto, la transferencia de la Plataforma de herramientas de software EDA de UNIX a la plataforma NT se ha convertido en una tendencia reconocida en la industria. Por lo general, cuando el retraso de interconexión de la señal es superior al 20% del tiempo umbral de volteo de la señal de borde, la línea de señal en el tablero mostrará un efecto de línea de transmisión, es decir, la conexión ya no es un rendimiento de línea pura que muestra parámetros agregados. Por el contrario, muestra el efecto de los parámetros de distribución, que es un diseño de alta velocidad. En el diseño de sistemas digitales de alta velocidad, los diseñadores deben resolver los problemas de pseudo - inversión y distorsión de la señal causada por efectos parasitarios, orden instantáneo e integridad de la señal. En la actualidad, este es también un cuello de botella que los diseñadores de circuitos de alta velocidad deben resolver. Podemos encontrar que en el diseño tradicional de circuitos de alta velocidad, la configuración de reglas eléctricas y la configuración de reglas físicas están separadas. Esto plantea las siguientes desventajas: los ingenieros deben dedicar mucha energía a realizar un análisis exhaustivo de la parte delantera (es decir, la implementación física de la configuración lógica) en las primeras etapas de diseño para planificar estrategias de enrutamiento físico que cumplan con los requisitos eléctricos. Los efectos de alta velocidad son un tema complejo que no se puede lograr simplemente controlando la longitud del cableado y las líneas paralelas. Los diseñadores inevitablemente se enfrentarán a tales dificultades. Las reglas físicas con componentes falsos no se aplican en el cableado real, y debe modificar repetidamente las reglas para que sean prácticas. Cuando se completa el enrutamiento, se puede analizar utilizando la herramienta de verificación posterior. Pero si se encuentra un problema, el ingeniero debe volver al diseño y ajustar la estructura o las reglas. Este es un proceso de redundancia circular. Esto inevitablemente afectará el tiempo de comercialización del producto. Cuando solo hay algunas o docenas de redes de línea clave en el diseño, el método impulsado por reglas físicas puede completar bien las tareas de diseño; Pero cuando hay cientos o incluso miles de redes de cables en el diseño, el método impulsado por reglas físicas es básico. No es competente para las tareas de diseño. El desarrollo de la tecnología electrónica requiere la aparición de nuevos métodos y herramientas para resolver los cuellos de botella que enfrenta el diseño. Con el fin de resolver los defectos del diseño de alta velocidad impulsado por reglas físicas, una persona perspicaz de la industria dedicada al desarrollo de herramientas EDA para el diseño de circuitos digitales de alta velocidad propuso el concepto de diseño físico impulsado por reglas eléctricas en tiempo real hace tres años. Se han llevado a cabo reformas.

La síntesis de interconexiones es un término típico para los métodos impulsados por reglas eléctricas en tiempo real, es decir, durante el proceso de diseño físico y cableado, los integradores de interconexiones analizan en tiempo real de acuerdo con las restricciones de reglas eléctricas, extraen estrategias de cableado que cumplan con los requisitos del diseñador y hacen pasar el diseño. este método combina las necesidades eléctricas con la implementación física a través de la síntesis de interconexiones, eliminando fundamentalmente las trampas en los métodos impulsados por reglas físicas. Introducir restricciones de ruido y reglas de restricción de tiempo en la herramienta; Controlar regularmente el diseño para cumplir con las restricciones de tiempo; Realizar la preoptimización de la integridad de la señal; Integración a nivel de tablero para garantizar que las redes clave cumplan con los requisitos eléctricos; Completar el enrutamiento de las redes comunes; Optimización. A través del método impulsado por reglas eléctricas, la calidad se puede evaluar de manera efectiva antes de diseñar el diseño, detectar la distorsión de la señal y determinar la topología de red correspondiente y la estructura adecuada de coincidencia de terminales y los valores de resistencia. Después de completar el diseño y el cableado, se puede verificar después y la forma de onda se puede detectar intuitivamente con un osciloscopio de software. Para los problemas de tiempo y distorsión encontrados en este momento, se puede utilizar la función de optimización integral de enrutamiento para resolverlos.

Soluciones de diseño de señales híbridas

A medida que la miniaturización del diseño se ha convertido en una moda, los consumidores necesitan productos de alto rendimiento y bajo precio. Para adaptarse a la competencia del mercado, los fabricantes requieren que el personal de I + D desarrolle productos de alto rendimiento y bajo costo de diferentes tipos y configuraciones funcionales en el menor tiempo posible. Productos, ocupando el mercado. Esto plantea muchos nuevos desafíos de diseño para los diseñadores. Por ejemplo, la tecnología híbrida digital - analógico o incluso la tecnología de radiofrecuencia se utilizan en el mismo sustrato para lograr el propósito de diseñar la miniaturización y mejorar las funciones del producto. Los teléfonos móviles que arrasan el mundo son un ejemplo típico. La industria también tiene las soluciones correspondientes: el equipo de diseño, el diseño paralelo, la derivación y la reutilización del diseño son estrategias típicas.

Diseño tradicional en serie

Es decir, después de que el ingeniero electrónico completa todo el diseño del circuito frontal, se lo entrega al diseñador a nivel de placa física para completar la implementación trasera. El ciclo de diseño es la suma del tiempo de diseño del circuito y el diseño a nivel de placa. Después de que el nuevo diseño paralelo miniaturizado se convirtió en la idea de diseño dominante y la tecnología híbrida se adoptó ampliamente, el método de diseño en serie estaba un poco obsoleto. Debemos innovar en los métodos de diseño y utilizar poderosas herramientas EDA para ayudar a los diseñadores a diseñar para cumplir con los requisitos del mercado oportuno. Como todos sabemos, cada uno de nosotros no puede involucrarse en todos los campos ni completar todo el trabajo rápidamente en poco tiempo. El concepto del equipo de diseño se plantea en este contexto y se utiliza ampliamente. En la actualidad, muchas empresas utilizan equipos de diseño para el desarrollo colaborativo de productos. Es decir, de acuerdo con la complejidad del diseño y las diferencias de los módulos funcionales, todo el diseño se divide en diferentes bloques funcionales, y diferentes diseñadores y desarrolladores diseñan circuitos lógicos y placas de PCB en paralelo; Luego, en el diseño de nivel superior, los resultados finales del diseño de cada bloque de bloque se transmiten en forma de "dispositivo" para sintetizar un diseño completo de la placa. Este método se llama reutilización de diseño de placas de pcb. De esta manera, no es difícil ver que puede acortar considerablemente el ciclo de diseño, y el tiempo de diseño es solo la suma del tiempo de diseño del bloque de bloque que requiere mucho tiempo y el tiempo de procesamiento de conexión de la interfaz de back - end.

Tecnología derivada

Para satisfacer las necesidades de los usuarios en diferentes niveles, los fabricantes centrados en productos civiles a menudo necesitan desarrollar productos con diferentes funciones y niveles para ocupar el mercado. En el pasado, para el desarrollo de productos de diferentes funciones, a menudo utilizamos diferentes procesos de diseño para implementarlos por separado, es decir, utilizamos diferentes datos de desarrollo para producir tableros de diferentes funciones para implementar productos. La desventaja es el aumento de los costos y la prolongación del ciclo de diseño, al tiempo que aumenta la falta de fiabilidad humana del producto. Muchos fabricantes utilizan ahora la tecnología derivada para resolver el problema anterior, es decir, el uso de los mismos datos de proceso de diseño para derivar productos de diferentes series funcionales, reduciendo así los costos y mejorando la calidad de las placas de pcb.