Conception électronique - Comment utiliser les contraintes de paramètre dans la conception de PCB?

Ces dernières années, les exigences relatives à la disposition et au câblage des PCB sont devenues de plus en plus complexes. Le nombre de transistors dans un circuit intégré augmente encore au rythme prédit par la loi de Moore, ce qui rend le dispositif plus rapide, le temps de montée par tranche d'impulsion est réduit et le nombre de broches augmente. De plus en plus, il y a entre 500 et 2000 broches. Tout cela pose des problèmes de densité, d'horloge et de diaphonie lors de la conception d'un PCB.

De nos jours, les facteurs pris en compte dans la conception de PCB sont de plus en plus complexes, tels que l'horloge, la diaphonie, l'impédance, la détection, le processus de fabrication, etc., ce qui a tendance à faire beaucoup de travail pour les concepteurs de PCB comme la mise en page répétée, la Vérification et la maintenance. L'éditeur de contraintes de paramètres peut compiler ces paramètres dans des formules qui aident les concepteurs de PCB à mieux gérer ces paramètres, qui sont parfois même opposés les uns aux autres lors de la conception et de la production de PCB.

Il y a quelques années, la plupart des PCB n’avaient que quelques nœuds « critiques » (réseaux), ce qui signifie généralement qu’ils étaient limités en termes d’impédance, de longueur et de Gap. Les concepteurs de PCB commencent généralement par câbler manuellement ces traces, puis utilisent un logiciel pour effectuer un câblage automatique à grande échelle de l'ensemble du circuit. Les PCB d'aujourd'hui ont généralement 5 000 nœuds ou plus, dont plus de 50% sont des nœuds critiques. En raison de la pression du temps sur le marché, le câblage manuel n'est plus possible pour le moment. De plus, non seulement le nombre de nœuds clés a augmenté, mais les contraintes par nœud ont également augmenté.

Ces contraintes sont principalement dues à la corrélation accrue des paramètres et à la complexité accrue des exigences de conception des PCB. Par example, la distance entre deux traces peut dépendre de fonctions relatives à la tension du noeud et au matériau de la carte, et le temps de montée du nombre IC est réduit. La conception de PCB avec des vitesses d'horloge élevées et basses peut avoir un impact. Comme les impulsions sont générées plus rapidement, les temps de réglage et de maintien seront plus courts. En outre, le retard d'interconnexion, en tant que partie importante du retard total dans la conception de circuits PCB à grande vitesse, est également important pour la conception de circuits PCB à faible vitesse. C'est aussi très important, etc.

Certains des problèmes ci - dessus seraient plus faciles à résoudre si la carte pouvait être conçue plus grande, mais la tendance actuelle est exactement le contraire. Les cartes sont de plus en plus petites en raison des exigences de latence d'interconnexion et d'encapsulation haute densité, ce qui conduit à la conception de circuits PCB haute densité. Dans le même temps, les règles de conception de PCB miniaturisés doivent être respectées. La réduction du temps de montée et ces règles de conception de PCB miniaturisées rendent le bruit de diaphonie de plus en plus important. Les réseaux de grilles à billes et autres paquets à haute densité peuvent également intensifier la diaphonie, le bruit de commutation et le rebond à la terre.

Limites des contraintes fixes

L'approche traditionnelle pour traiter ces problèmes consiste à traduire les exigences électriques et techniques en paramètres de contrainte fixes basés sur l'expérience, les valeurs par défaut, les tableaux de valeurs ou les méthodes de calcul. Par exemple, lorsqu'un ingénieur conçoit un circuit sur un PCB, il peut d'abord déterminer l'impédance nominale, puis « estimer» la largeur de ligne nominale capable d'atteindre l'impédance souhaitée en fonction des exigences finales du processus, ou tester l'interférence à l'aide d'une table de calcul ou d'un programme arithmétique, puis trouver une limite de longueur.

Cette approche nécessite généralement que les concepteurs de PCB développent un ensemble de données empiriques qui servent de guide de base aux concepteurs de PCB afin que ces données puissent être utilisées dans les conceptions de PCB utilisant des outils de placement et de câblage automatiques. Le problème avec cette approche est que les données empiriques ne sont qu'un principe général. Dans la plupart des cas, ils sont corrects, mais parfois ils ne fonctionnent pas ou conduisent à de mauvais résultats.

Solution: contraintes paramétriques

Actuellement, les fournisseurs de logiciels de conception de PCB tentent de résoudre ce problème en ajoutant des paramètres aux contraintes. La partie la plus avancée de cette méthode est qu'elle peut spécifier des indicateurs mécaniques qui reflètent pleinement les différentes caractéristiques électriques internes. En les ajoutant simplement à la conception de PCB, le logiciel de conception de PCB peut utiliser ces informations pour contrôler les outils de placement et de câblage automatiques.

Les contraintes peuvent être entrées sous la forme d'expressions mathématiques, y compris les constantes, divers opérateurs, vecteurs et autres contraintes de conception de PCB, fournissant aux concepteurs de PCB un système de règles paramétriques. Les contraintes peuvent même être entrées sous forme de tables de recherche et stockées dans un fichier de conception PCB ou PCB schématique. Le câblage PCB, l'emplacement de la zone de feuille de cuivre et les outils de mise en page doivent respecter les règles contraignantes résultant de ces conditions. Le DRC vérifie que l'ensemble de la conception du PCB respecte ces limites, y compris les exigences en matière de largeur de ligne, d'espacement et d'espace (telles que les limites de surface et de hauteur), etc.

Un exemple très simple est la contrainte de temps de montée, qui est généralement fixée à la constante 1,5 ns. selon cette condition, il est possible d'obtenir une contrainte de longueur de trace maximale, c'est - à - dire 5800 mil / NS fois le temps de montée 1,5 ns. Un exemple plus complexe est l'espacement des éléments, qui est déterminé en multipliant la tangente positive de l'angle de détection par la hauteur du dispositif. Cette formule permet de calculer la valeur minimale de l'espacement des organes.

Gestion graduée

L'un des principaux avantages des contraintes paramétriques est qu'elles peuvent être traitées par niveaux. Par exemple, la règle de largeur de ligne globale peut être utilisée comme contrainte de conception de PCB pour toute la conception de PCB. Bien sûr, il y a des zones ou des nœuds qui ne peuvent pas reproduire ce principe. Dans ce cas, les contraintes de niveau supérieur peuvent être contournées et les contraintes de niveau inférieur dans une conception de PCB hiérarchique peuvent être utilisées. Prenons l'exemple de l'éditeur de contraintes "Parametric Constraint Solver" d'accel technologies, il existe 7 niveaux de contraintes:

1. Contraintes de conception PCB pour tous les objets sans autres contraintes.

2. Contrainte de niveau, pour les objets à un certain niveau.

3. Contrainte de type de nœud pour tous les nœuds inclus dans un certain type.

4. Contrainte de nœud, pour un nœud particulier.

5. Les contraintes inter - classes, c'est - à - dire les contraintes entre deux types de nœuds.

6. Contraintes spatiales, pour tous les équipements dans un espace spécifique.

7. Contrainte d'équipement, pour un certain équipement.

Le logiciel suit diverses contraintes de conception de PCB dans l'ordre allant d'un seul périphérique à l'ensemble des règles de conception de PCB et affiche graphiquement l'ordre dans lequel ces règles sont appliquées dans la conception de PCB.

Réutilisation et documentation de la conception de PCB

Les contraintes paramétriques peuvent non seulement améliorer considérablement le processus initial de conception de PCB, mais sont également plus utiles pour les modifications techniques et la réutilisation de la conception de PCB. Les contraintes peuvent être utilisées dans le cadre de la conception, du système et de la documentation du PCB. Si ce n'est pas le cas, ils ne seront stockés que dans l'Ingénieur ou la conception du PCB. Dans l'esprit des gens, ils peuvent lentement oublier quand ils ont commencé d'autres projets. Le document de contraintes documente les règles de performance électrique à suivre lors de la conception d'un PCB afin que d'autres puissent avoir l'occasion de comprendre les intentions du concepteur de PCB afin que ces règles puissent être facilement appliquées à un nouveau processus de fabrication ou modifiées en fonction des exigences de performance électrique. Les futurs multiplexeurs pourraient également connaître les règles de conception de PCB précises et les modifier en entrant de nouvelles exigences de processus sans avoir à deviner comment la largeur de ligne est obtenue.