PCB Tecnico - Come realizzare le abilità di progettazione e i punti chiave di routing automatico efficiente PCB

Sebbene gli attuali strumenti EDA siano molto potenti, poiché i requisiti di dimensione PCB stanno diventando più piccoli e la densità del dispositivo sta diventando sempre più alta, la difficoltà della progettazione PCB non è piccola. Come ottenere un alto tasso di layout PCB e accorciare il tempo di progettazione? Questo articolo introduce le abilità di progettazione e i punti chiave della pianificazione, layout e cablaggio PCB.

Ora il tempo di progettazione PCB sta diventando sempre più breve, lo spazio del circuito stampato sempre più piccolo, la densità del dispositivo sempre più elevata, le regole di layout estremamente esigenti e i componenti di grandi dimensioni rendono il lavoro del progettista più difficile. Al fine di risolvere le difficoltà di progettazione e accelerare il lancio dei prodotti, molti produttori ora tendono a utilizzare strumenti EDA dedicati per realizzare la progettazione PCB. Tuttavia, gli strumenti EDA dedicati non possono produrre risultati ideali, né possono raggiungere un tasso di distribuzione del 100%, e sono molto disordinati. Di solito ci vuole molto tempo per completare il lavoro rimanente.

Ci sono molti software di strumenti EDA popolari sul mercato, ma sono tutti uguali tranne i termini utilizzati e le posizioni dei tasti funzione. Come utilizzare questi strumenti per realizzare meglio il design PCB? Un'attenta analisi del design e delle impostazioni accurate del software utensile prima di avviare il cablaggio renderanno il design più in linea con le esigenze. Di seguito è riportato il processo generale di progettazione e le fasi.

Determinare il numero di strati del PCB

La dimensione del circuito stampato e il numero di strati di cablaggio devono essere determinati nella fase iniziale della progettazione. Se la progettazione richiede l'uso di componenti BGA (Ball Grid Array), deve essere considerato il numero minimo di strati di cablaggio necessari per il cablaggio di questi dispositivi. Il numero di strati di cablaggio e il metodo di stack-up influenzeranno direttamente il cablaggio e l'impedenza delle linee stampate. La dimensione della scheda aiuta a determinare il metodo di impilamento e la larghezza della linea stampata per ottenere l'effetto di progettazione desiderato.

Per molti anni, la gente ha sempre creduto che più basso è il numero di strati del circuito stampato, più basso è il costo, ma ci sono molti altri fattori che influenzano il costo di produzione del circuito stampato. Negli ultimi anni, la differenza di costo tra schede multistrato è stata notevolmente ridotta. È meglio utilizzare più strati di circuito e distribuire uniformemente il rame all'inizio della progettazione, in modo da evitare di scoprire che un piccolo numero di segnali non soddisfa le regole definite e i requisiti di spazio fino alla fine della progettazione, in modo che nuovi strati sono costretti ad essere aggiunti. Un'attenta pianificazione prima di progettare ridurrà molti problemi nel cablaggio.

Norme di progettazione e restrizioni

Lo stesso strumento di routing automatico non sa cosa fare. Per completare il compito di cablaggio, lo strumento di cablaggio deve funzionare secondo le regole e le restrizioni corrette. Le linee di segnale differenti hanno requisiti di cablaggio differenti. Tutte le linee di segnale con requisiti speciali devono essere classificate. Le diverse classificazioni progettuali sono diverse. Ogni classe di segnale dovrebbe avere una priorità, maggiore è la priorità, più severe sono le regole. Le regole riguardano la larghezza delle linee stampate, il numero massimo di vias, il grado di parallelismo, l'influenza reciproca tra le linee di segnale e la limitazione degli strati. Queste regole hanno una grande influenza sulle prestazioni dello strumento di cablaggio. Un'attenta considerazione dei requisiti di progettazione è un passo importante per un cablaggio di successo.

Disposizione dei componenti

Per ottimizzare il processo di assemblaggio, le regole di progettazione per fabbricabilità (DFM) impongono restrizioni al layout dei componenti. Se il reparto assemblaggio consente ai componenti di muoversi, il circuito può essere opportunamente ottimizzato, il che è più conveniente per il cablaggio automatico. Le regole e i vincoli definiti influenzeranno la progettazione del layout.

Il canale di routing e l'area via devono essere considerati durante il layout. Questi percorsi e aree sono evidenti per il progettista, ma lo strumento di routing automatico considera solo un segnale alla volta. Impostando i vincoli di routing e impostando il layout Lo strato della linea di segnale consente allo strumento di cablaggio di completare il cablaggio come previsto dal progettista.

Progettazione a ventaglio

Nella fase di progettazione del fan-out, per consentire strumenti di routing automatico per collegare i pin dei componenti, ogni pin di un dispositivo di montaggio superficiale dovrebbe avere almeno uno via, in modo che quando sono necessarie più connessioni, il circuito può essere internamente stratificato Collegamento, test online (ICT) e ritrattamento del circuito.

Al fine di massimizzare l'efficienza dello strumento di routing automatico, la dimensione via più grande e la linea stampata devono essere utilizzate il più possibile e l'intervallo è idealmente impostato a 50mil. Utilizzare il tipo via che massimizza il numero di percorsi di routing. Quando si esegue la progettazione fan-out, è necessario considerare il problema dei test online del circuito. Gli apparecchi di prova possono essere costosi e di solito sono ordinati quando stanno per entrare in piena produzione. Se solo allora consideriamo l'aggiunta di nodi per raggiungere la testabilità al 100%, sarebbe troppo tardi.

Dopo attenta considerazione e previsione, la progettazione del circuito di prova online può essere effettuata nella fase iniziale della progettazione e realizzata nella fase successiva del processo produttivo. Il tipo di via fan-out è determinato in base al percorso di cablaggio e al test online del circuito. L'alimentazione elettrica e la messa a terra influenzeranno anche il cablaggio e la progettazione del fan-out. . Al fine di ridurre la reattività induttiva generata dalla linea di collegamento del condensatore filtro, i vias dovrebbero essere il più vicino possibile ai perni del dispositivo di montaggio superficiale e il cablaggio manuale può essere utilizzato, se necessario. Ciò può influenzare il percorso di cablaggio originariamente previsto e può anche causare di ri- considerare quale tipo di via utilizzare, quindi la relazione tra induttanza via e pin deve essere considerata e la priorità delle specifiche via deve essere impostata.

Routing manuale ed elaborazione dei segnali critici

Anche se questo articolo discute principalmente il cablaggio automatico, il cablaggio manuale è un processo importante di progettazione del circuito stampato ora e in futuro. L'uso del cablaggio manuale aiuta gli strumenti di cablaggio automatici per completare il lavoro di cablaggio. Come mostrato in Figura 2a e Figura 2b, instradando manualmente le reti selezionate e fissandole, è possibile formare un percorso che può essere seguito durante il instradamento automatico.

Indipendentemente dal numero di segnali chiave, questi segnali dovrebbero essere instradati prima, manualmente o in combinazione con strumenti di instradamento automatico. I segnali critici di solito devono passare un'attenta progettazione del circuito per raggiungere le prestazioni desiderate. Una volta completato il cablaggio, il personale tecnico competente controllerà il cablaggio del segnale. Questo processo è relativamente facile. Dopo aver superato l'ispezione, correggere queste linee e quindi iniziare a instradare automaticamente i segnali rimanenti.

L'aspetto del circuito stampato

Il design precedente ha spesso prestato attenzione all'effetto visivo del circuito stampato, ma ora è diverso. Il circuito stampato progettato automaticamente non è bello come il design manuale, ma le caratteristiche elettroniche possono soddisfare i requisiti specificati e la prestazione completa del progetto è garantita.

Cablaggio automatico

Il cablaggio dei segnali chiave deve considerare il controllo di alcuni parametri elettrici durante il cablaggio, come la riduzione dell'induttanza distribuita e EMC, ecc. Il cablaggio di altri segnali è simile. Tutti i fornitori EDA forniranno un modo per controllare questi parametri. Dopo aver compreso i parametri di ingresso dello strumento di cablaggio automatico e l'influenza dei parametri di ingresso sul cablaggio, la qualità del cablaggio automatico può essere garantita in una certa misura.

Per l'instradamento automatico dei segnali dovrebbero essere utilizzate norme generali. Impostando restrizioni e vietando le aree di cablaggio per limitare gli strati utilizzati da un dato segnale e il numero di vias utilizzati, lo strumento di cablaggio può instradare automaticamente i fili secondo le idee progettuali dell'ingegnere. Se il numero di strati utilizzati dallo strumento di routing automatico e il numero di vias non sono limitati, ogni livello verrà utilizzato durante il routing automatico e verranno generate molte vias.

Dopo aver impostato i vincoli e applicato le regole create, il routing automatico otterrà risultati simili alle aspettative. Naturalmente, alcuni lavori di selezione possono essere necessari e lo spazio per altri cavi di segnale e rete deve essere garantito. Una volta completata una parte del progetto, ripararlo per evitare che venga influenzato dal successivo processo di cablaggio.

Utilizzare gli stessi passaggi per instradare i segnali rimanenti. Il numero di cablaggi dipende dalla complessità del circuito e dal numero di regole generali definite. Una volta completato ogni tipo di segnale, i vincoli del cablaggio di rete rimanente saranno ridotti. Ma con esso viene un sacco di cablaggio del segnale che richiede l'intervento manuale. Gli strumenti di cablaggio automatico di oggi sono molto potenti e di solito possono completare il 100% del cablaggio. Tuttavia, quando lo strumento di cablaggio automatico non ha completato tutto il cablaggio del segnale, i restanti segnali devono essere cablati manualmente.

I punti di progettazione del cablaggio automatico includono:

1. Cambiare leggermente le impostazioni, provare una varietà di cablaggio del percorso;

2. mantenere le regole di base invariate, provare diversi strati di cablaggio, diverse linee stampate e larghezze di spaziatura, diverse larghezze di linea e diversi tipi di vias come vias ciechi, vias sepolti, ecc., ed osservare come questi fattori influenzano i risultati di progettazione;

3. Lasciate che lo strumento di cablaggio gestisca quelle reti predefinite come necessario;

4. Meno importante è il segnale, più libertà ha lo strumento di routing automatico per il suo routing.

Disposizione di cablaggio

Se il software EDA tool che stai utilizzando può elencare la lunghezza del cablaggio del segnale, controlla questi dati, potresti scoprire che alcune lunghezze di cablaggio del segnale con pochi vincoli sono molto lunghe. Questo problema è relativamente facile da affrontare, e la lunghezza del cablaggio del segnale può essere accorciata e il numero di vias può essere ridotto modificando manualmente. Nel processo di finitura, è necessario determinare quale cablaggio è ragionevole e quale cablaggio è irragionevole. Come la progettazione manuale del cablaggio, la progettazione automatica del cablaggio può anche essere ordinata e modificata durante il processo di ispezione.