Технология PCB - Проектирование высокоскоростных и плотных печатных плат сталкивается с новыми проблемами

плотность печатных плат и частота связанных с ними устройств постоянно возрастают, равно как и проблемы, с которыми сталкиваются инженеры при проектировании высокоскоростных PCB. В дополнение к хорошо известной проблеме целостности сигналов (SI) следующая горячая точка высокоскоростной технологии PCB - это энергетическая целостность (PI), EMC.

по мере того, как конкуренция становится все более острой, конкуренция между предприятиями становится все более острой. как использовать современные инструменты EDA и оптимизировать методы и процессы, высококачественное и эффективное завершение проектирования стало проблемой, с которой сталкиваются производители систем и инженеры - Дизайнеры.

горячая точка: от полноты сигнала к целостности питания

Говоря о быстром проектировании, the first thing people think of is the signal integrity problem. полнота сигнала в основном означает качество передачи сигнала на линии. When the signal in the circuit can reach the receiving chip pin with the required момент, длительность и амплитуда напряжения, the circuit has good signal integrity. когда сигнал не может нормально реагировать или качество сигнала не может стабилизировать систему надолго, будет возникать проблема целостности сигнала. The signal integrity is mainly manifested in several aspects such as delay, рефлекс, crosstalk, timing, and oscillation. обычно считается, что система работает при 50 МГц, signal integrity problems will occur, с ростом частоты систем и устройств, Проблема целостности сигнала станет еще более острой. The parameters of the components and the PCB board, размещение компонентов на панели PCB, and the wiring of high-speed signals can cause signal integrity problems, приводить к дестабилизации работы системы, or even failure of normal operation at all.

развитие техники целостности сигналов после десятилетий, его теоретические и аналитические методы стали более зрелыми. Regarding signal integrity issues, целостность сигнала не проблема. It involves every link in the design chain. не только инженер по проектированию систем, hardware engineers, инженер PCB должен учитывать это, but it cannot even be ignored during manufacturing. Решение проблемы целостности сигнала, we must rely on advanced simulation tools.

по сравнению с полнотой сигналов, полнота питания является относительно новой технологией, которая считается одной из наиболее серьезных проблем при проектировании высокоскоростных PCB. целостность питания означает, что в высокоскоростной системе система передачи электропитания PDS имеет различные импедансные характеристики при различных частотах, поэтому напряжение между слоем питания в PCB и коллектором в любом месте на панели цепи неодинаково. приводит к разрыву питания, вызывает шум питания, Чип не может нормально работать; В то же время из - за высокочастотного излучения проблема целостности питания может также вызвать проблемы с EMC / все поколения. если не удастся решить проблему целостности питания, это серьезно скажется на нормальном функционировании системы.

В общем, the power integrity problem is mainly solved through two approaches: optimizing the stack design and layout of the circuit board, расширительный развязывающий конденсатор. When the system frequency is less than 300 ~ 400MHz, развязывающий конденсатор может, Управление фильтрами и импеданцами. размещение подходящих развязывающих конденсаторов в нужном месте поможет уменьшить проблемы с питанием системы. Но когда частота системы выше, влияние развязывающей емкости невелико. In this case, only by optimizing the layer spacing design and layout of the circuit board or other methods to reduce power and ground noise (such as appropriate matching to reduce the reflection problem of the power transmission system), сорт., можно решить проблему целостности питания, and at the same time suppress EMC/EMI.

Regarding the relationship between signal integrity and power integrity, целостность сигнала - понятие в области времени, которое легче понять, while power integrity is a concept in the frequency domain, Это труднее, чем целостность сигнала, но в некоторых отношениях он похож на целостность сигнала. Power integrity requires higher skills for engineers and is a new challenge for high-speed design. Он касается не только Совета директоров, уровень кристалла и упаковки. It is recommended to do High-speed circuit board design engineers do power integrity on the basis of solving signal integrity.".

имитировать "размягчение" вашего дизайна

симуляция - Это тест на виртуальный образец, который учитывает все аспекты. по мере того, как дизайн становится все более сложным, инженеры не могут реализовать каждый вариант. в это время они могут судить только по усовершенствованным моделям, а не по экспериментам.

в современном системном проектировании, помимо проблем, связанных с высокоскоростными платами с высокой плотностью, быстрый выпуск продукции под давлением делает имитацию незаменимым инструментом проектирования системы. Разработчики хотели бы, чтобы на этапе проектирования использовались современные имитационные инструменты для выявления проблем, с тем чтобы эффективно и качественно завершить проектирование системы.

In traditional circuit board design, Инженеры редко прибегают к моделированию. More often, it uses reference designs and design guidelines (ie white papers) provided by upstream chip manufacturers to design in combination with the actual experience of engineers, and then test and test the prototypes produced by the design to find out problems and modify the design. это снова и снова, пока проблема не будет решена. Even if the simulation tool is used occasionally to design, Она ограничивается частью цепи. Modifying the circuit means a delay in time. Эта задержка при быстром выпуске продукции под давлением является неприемлемой. Especially for large systems, небольшое изменение может потребовать отмены всего проекта. The loss it brings to manufacturers is immeasurable.

качество продукции трудно гарантировать, the development cycle is uncontrollable, и чрезмерная зависимость от опыта инженеров... these factors make it difficult for the above design methods to cope with the challenges brought by the increasingly complex high-speed and проектирование с высокой плотностью PCB, Поэтому необходимо применять передовые методы моделирования. Tools to solve it. "производители кристаллов верхнего течения предлагают дизайн, основанный на их собственных прототипах, and the products of system manufacturers cannot be exactly the same as those of upstream manufacturers; at the same time, требования к проектированию одного чипа могут противоречить другому. It must be simulated to determine the design plan.".

In a sense, Эмуляция позволяет программному обеспечению выполнить функциональную оценку на виртуальном прототипе, which can only be completed by testing the physical prototype. Это более "мягкое" и более экономичное решение.

Однако имитация высокоскоростных плат высокой плотности отличается от традиционной имитации. инженер - графолог, ментор юрифу сказал: "традиционное моделирование проводится в соответствии с схемой основы. оно просто добавляет стимул и просматривает вывод для определения правильности функции, а высокоскоростное моделирование основывается на посылке правильности функции, которая зависит от проектирования. как это работает? не только на схемах основы, но и на дизайне PCB. используя инструменты моделирования, вы можете судить H программы более близки к фактическим потребностям и позволяют судить о том, какие из них являются менее дорогостоящими с учетом требований эффективности.

To find a balance between planning and system cost. юлифу сказал: "Используй инструмент моделирования, Вы можете судить, правильно ли настроена система, ориентировать на проектирование, increase the success rate of the first board, ускорить выход продукции на рынок. Однако, независимо от того, насколько близки результаты моделирования к результатам испытаний, Это не может заменить реальную тестовую систему."

тестирование - Это реальное суждение о характеристиках системы, включая все реальные экологические факторы. Однако моделирование - это "тест" на виртуальный прототип. Речь идет о конкретных условиях. Ни один из инструментов не может учитывать все обстоятельства одновременно. симуляция. Тем не менее, по мере развития технологии и совершенствования инструментов, приближение результатов моделирования и практических тестов становится все более очевидным, а также возрастает значение руководства проектированием, но в то же время предъявляются более высокие требования к инженерам, несмотря на то, что инструменты становятся все более доступными, оценка и усовершенствование результатов моделирования зависят от технического уровня инженера и теоретических основ.

сейчас, Эмуляция на быстрых PCB, the most unsatisfactory effect is EMC/EMI. This is because for high-speed systems, под воздействием эффекта сквозного отверстия, для эффективного моделирования истинной среды требуется трехмерное моделирование системы. However, for a large and complex system such as PCB, трудно построить трехмерный модуль. По словам у ли фу, сейчас, the method of expert inspection is mainly adopted, Это изменит Эмк/EMI issues into layout and wiring rules on PCBs in accordance with international general standards.

Кроме того, в рамках трехмерного анализа такие компании, как "Ansoft" и "Apsim", могут предложить специальные инструменты и методы, которые могут использоваться в сочетании с графическими системами "Cadence" и "Mentor".

выбор эффективности: автоматическое подключение и параллельное проектирование

принципиальная схема предназначена не только для "трассировки" схем, но и для многих других требований. принципиально - графический инструмент должен позволить перенести эти потребности на следующий этап, поддерживать автоматическую проводку, функциональное моделирование и так далее.

найти более эффективный путь проектирования, solve the time pressure of product launch, и быстро выводить продукцию на рынок, техника автоматической проводки и параллельного проектирования.

"если вы в полной мере используете технологию автоматической проводки, вы можете сократить время рисования и более чем вдвое повысить эффективность дизайна PCB." Тем не менее, для достижения автоматической маршрутизации необходимо использовать менеджер по электрификации для проектирования комплексных систем инженерами и инженерами по проектированию аппаратных средств. требования к проектированию схемы были переданы инженеру PCB.

For early simpler systems, the usual practice is for hardware engineers to write down the design requirements one by one and tell the PCB design engineer how to do it. но для сложных систем, faced with thousands of connections and countless requirements, инженер по оборудованию не может каждый раз записывать эти правила, and PCB design engineers cannot check and implement them one by one. сейчас, an electrified rule manager is needed to manage various design requirements. инженер по аппаратному оборудованию и инженер по проектированию PCB могут работать совместно на основе одного и того же регулятора правил.

Что касается технологии автоматической проводки, "если компания не очень хорошо владеет этой технологией, проблема целостности сигнала не может быть решена, рекомендуется не использовать автоматическую проводку. если вы не можете определить правила, вы не сможете правильно управлять автоматической проводкой". независимо от того, насколько развиты инструменты, компьютер не может полностью заменить поведение человеческого мозга, поэтому невозможно установить 100% автоматической проводки. автомаршруты, о которых мы говорили выше, на самом деле являются интерактивным автоматическим маршрутом, который требует ручного участия: перед автоматическим маршрутом некоторые правила должны быть дополнительно уточнены вручную; После завершения автоматической проводки инженер должен проверить и изменить.

For traditional, проектирование системы с относительно малой скоростью, many engineers may have such experience, картирование Orcad с использованием Cadence, затем используется PowerPCB Mentor. Но этот метод уже не применяется в области скоростного проектирования. "данные не могут быть полностью преобразованы между инструментами разных производителей. например, the traditional method of reading netlists cannot bring some electrical properties and requirements in the schematic diagram to the PCB design, Поэтому он не подходит для скоростного проектирования."

Помимо автоматической проводки, параллельное проектирование также является эффективным способом повышения эффективности проектирования больших систем. параллельное проектирование предполагает совместное проектирование, а это означает, что часть платы разделена на несколько частей, и несколько человек одновременно разрабатывают ее. По словам юрифа, существующий графический инструмент Mentor уже может быть использован для параллельного проектирования. Если дизайн сохранить на одной машине, другая машина может сразу увидеть его, обе стороны линии могут быть соединены автоматически. может облегчить интеграцию задач между различными дизайнами. "юульф" заявила, что "к концу этого года на рынке будет размещен полностью динамический и параллельный дизайн Mentor Graphics extremePCB. в это время инженеры смогут работать в режиме реального времени, как это было сделано в сети CS, параллельно с проектированием. для параллельного проектирования необходимы не только хорошо разработанные инструменты проектирования, но и рациональные методы проектирования. параллельное проектирование не должно быть слишком тонким или слишком широким. два - три человека разумнее, в противном случае идеи слишком рассеяны, чтобы облегчить дизайн.

Beyond the PCB: System-level considerations for high-speed issues

когда система развивается от сотен мегабайт до нескольких десятков мегабайт, проектирование чипов, герметизация и проектирование систем не могут рассматриваться отдельно. для высококачественных продуктов при проектировании чипов следует учитывать проектирование упаковки и системы.

после решения проблем, связанных с самим программным обеспечением, как упростить процесс, уменьшить ошибки инженеров в процессе, с тем чтобы инженеры могли вкладывать больше энергии в проектирование, с тем чтобы продукция как можно скорее вышла на рынок, и стать предметом рассмотрения производителем Эда.

В общем, the connection line on a system starts from the I/O of the chip (Silicon), passes through the bump and фундамент of the package, пин - код прибытия посылки, ПеÑеместить пользовать пользовать пользоваÑ, substrate, bump and pin of another package. чип - 1/O. чип, packaging, схемная плата - три различных поля. Previous engineers would not consider them comprehensively when designing, Они не знают, что думают другие инженеры.. However, увеличение с расчётной частотой, the chip area decreases, проектный цикл также сократился., manufacturers should consider package design and PCB design when designing chips, so that the three can be effectively combined. Сейчас же, no matter from the perspective of signal integrity or the design cycle, we should consider the design of Silicon-Package-Board at the same time, and coordinate the relationship between them. например, sometimes there will be a lot of The difficult timing problem can be easily solved in the package."