PCB Teknik - Yüksek hızlı ve yüksek yoğunluk PCB tasarımı yeni sorunlar ile karşılaşıyor.

Elektronik ürünlerin gelişmiş karmaşıklığı ve performansı ile, basılı devre tahtalarının yoğunluğu ve alakalı aygıtlarının frekansiyeti s ürekli artıyor ve mühendislerin yüksek hızlı ve yüksek yoğunluğun PCB tasarımında karşılaşan çeşitli sorunlar da artıyor. Bilinmiş sinyal integritet (SI) sorunlarının yanında, yüksek hızlı PCB teknolojisindeki sıcak nokta güç integriteti (PI), EMC/EMI ve termal analizi olmalı.

Daha büyük yarışma ile, üreticiler ürün başlatma zamanı üzerinde basınç arttırıyor. Gelişmiş EDA araçları ve iyileştirilmiş metodlar ve süreçler tasarımı yüksek kaliteli ve etkiliyle tamamlamak için nasıl kullanılacak bir sistem üreticisi ve tasarım mühendislerinin karşılaşması gereken sorunları oldu.

Sıcak nokta: sinyal bütünlüğünden güç bütünlüğüne dönüştür

Yüksek hızlı tasarım konusunda insanların ilk düşündüğü şey sinyal integritet problemi. Sinyal bütünlüğü, sinyal çizgisindeki sinyal transmisinin kalitesine bağlı. Dönüşteki sinyal gerekli zamanlama, uzunluğu ve voltaj genişliğine ulaşabildiğinde devre iyi sinyal integritesi vardır. Sinyal normalde cevap veremediğinde ya da sinyal kalitesi sistemi uzun süredir stabil çalışt ırabilir, sinyal integritet sorunları olacak. Sinyal bütünlüğü genellikle gecikme, yansıtma, karışık konuşma, zamanlama ve oscilasyon gibi birçok aspekte gösterilir. Genelde sistemin 50MHz'de çalıştığında sinyal integritet sorunları olup gidecek ve sistem ve aygıt frekansları artmaya devam ettiğinde sinyal integritet sorunları daha önemli olacak. Komponentlerin ve PCB tahtasının parametreleri, PCB tahtasının komponentlerinin düzeni ve yüksek hızlı sinyallerin düzenlemesi sistemin stabil operasyonuna neden olabilir, ya da normal operasyonun başarısızlığına neden olabilir.

On yıllardır sinyal integritet teknolojisinin gelişmesinden sonra, teori ve analiz metodları daha büyüdüler. Sinyal bütünlük sorunlarıyla ilgili, sinyal bütünlük birinin sorunu değil. Tasarım zincirindeki her bağlantısı içeriyor. Sadece sistem tasarım mühendislerini, donanım mühendislerini ve PCB mühendislerini düşünmek zorundayız, fakat üretim sırasında bile ihmal edilemez. Sinyal integritet sorunu çözmek için gelişmiş simülasyon araçlarına güvenmeliyiz.

Bütünlüğü sinyale bağlı, güç bütünlüğü relativ yeni bir teknolojidir ve yüksek hızlı ve yüksek yoğunlukta PCB tasarımının en büyük challengelerinden biri olarak kabul edilir. Güç bütünlüğü, yüksek hızlı bir sistemde PDS güç teslim sisteminin farklı frekanslarda farklı impedans özellikleri vardır, böylece PCB'deki güç katı ve yerel katı arasındaki voltaj devre tahtasında her yerde aynı değildir. Sonuç olarak elektrik tasarımı kesiyor, güç sesi oluşturuyor ve çip normalde çalışamaz. Aynı zamanda, yüksek frekans radyasyonu yüzünden güç integritet sorunları da EMC/EMI sorunlarını getirecektir. Eğer güç bütünlüğünün sorunu iyi çözemezse, sistemin normal operasyonuna gerçekten etkileyecek.

Genelde elektrik bütünlük sorunu, genellikle iki yaklaşım ile çözülür: devre masasının stack tasarımı ve düzenlemesini optimize eder ve kapasiteleri çözülür. Sistem frekansı 300 ~ 400MHz'den az olduğunda, çözümleme kapasitörü frekans, filtreleme ve impedans kontrolünü bastırmak için bir rol oynayabilir. Doğru pozisyonda uygun bir çözümleme kapasitesini yerleştirmek sistem güç yeteneğin in problemini azaltmaya yardım edecek. Fakat sistem frekansı yükseldiğinde, çözümleme kapasitesinin etkisi küçük. Bu durumda, sadece devre tahtasının katı boşluğu tasarımı ve düzenlemesini veya güç ve toprak sesini azaltmak için diğer metodların iyileştirerek (elektrik transmisyon sisteminin yansıtma problemini azaltmak için uygun uyuşturucu gibi), etc., güç yeteneğinin sorunu çözebilir ve aynı zamanda EMC/EMI'yi bastırabilir.

Sinyal integritet ve güç integritet arasındaki ilişkiler hakkında “sinyal integritet zaman alanında bir konseptdir ve anlamak daha kolaydır, fakat güç integriteti frekans alanında bir konseptdir, bu sinyal integritetten daha zor, ama bazı sayılarda sinyal integritet ile benzerliği var. Güç yetenekliliği mühendisler için yüksek yetenekler gerekiyor ve yüksek hızlı tasarım için yeni bir challenge. Sadece masa seviyesi değil, aynı zamanda çip ve paket seviyesi. Yüksek hızlı devre tablosu mühendislerinin sinyal integritesini çözmesine dayanarak güç integritesini yapması tavsiye ediliyor. Öyle mi?

"Soften" dizaynınızı simülasyon ile

Simülasyon, tüm aspektlerini düşünen sanal prototip testidir. Tasarım daha karmaşık olurken mühendislerin her tasarımı uygulaması imkansız. Bu zamanlar yargılamak için deney yerine sadece gelişmiş simülasyon kullanabilirler.

Bugün sistem tasarımında, yüksek hızlı ve yüksek yoğunluk devre tablosu tarafından oluşturduğu sorunların yanında, hızlı ürün başlatıcıların basıncı sistem tasarımının imzalaması gereksiz bir yolu oluşturur. Tasarımcı tasarımda sorunları bulmak için gelişmiş simülasyon araçlarını kullanmayı umuyor ki sistem tasarımı yüksek etkilik ve yüksek kaliteliyle tamamlamak için.

Tradicionalde devre tablosu tasarımında mühendisler nadiren simülasyona katılıyorlar. Daha sık mühendislerin gerçek tecrübesi ile birlikte tasarlamak için yukarıdaki çip üreticileri tarafından sağladığı referans tasarımları ve tasarlama doğruluşlarını kullanır, sonra tasarımın üretilen prototipleri test ve test etmek için sorunları öğrenmek ve tasarımı değiştirmek için sağlayar. Sorun çözene kadar tekrar ve tekrar sürer. Simülasyon aracı bazen tasarlamak için kullanılırsa bile, sadece parça devre sınırlı. Devre değiştirme zamanında bir gecikme demektir. Bu gecikme hızlı ürün başlatıcıların baskısı altında kabul edilemez. Özellikle büyük sistemler için, küçük bir değişiklik tüm tasarımın geri dönmesini gerekebilir. Yapıcılara getirdiği kaybın ölçüsüz.

Üretim kalitesi garanti etmek zor, geliştirme döngüsü kontrol edilemez ve mühendislerin tecrübesine çok güvenilir. Bu faktörler, yukarıdaki tasarım metodlarına daha karmaşık yüksek hızlı ve yüksek yoğunlukta PCB tasarımı tarafından gelen sorunları çözmek için zorlaştırır, bu yüzden gelişmiş simülasyon kullanılmalı. Bunu çözmek için araçlar. "Yüksek çip üreticileri tarafından verilen tasarım şemaları kendi prototiplerine dayanılır ve sistem üreticilerinin üreticileri, üst akışım üreticilerinin üreticileriyle aynı olamaz; aynı zamanda, bir çip tasarımın ihtiyaçları diğerine karşı olabilir. Tasarım plan ını belirlemek için simülasyon edilmeli."

Bir anlamda, simülasyon, sanal prototipi üzerinde çalışma değerlendirmesini tamamlamak için yazılım sağlamaktır. Bu sadece fiziksel prototipi testlerle tamamlanabilir. Bu daha yumuşak ve daha ekonomik bir çözüm.

Ancak, yüksek hızlı ve yüksek yoğunlukta devre tahtalarının simülasyonu geleneksel simülasyondan farklıdır. Mentor Grafik Tehnik Mühendisi Yulifu şöyle dedi ki: "Tradicional Simülasyon is done for schematics. It adds incentives and looks at the output to determine whether the function is correct; while high-speed simulation is based on the premise that the function is correct, depending on the design. What is the performance? It is not only for the schematic diagram, but also for the PCB design.

Planlama ve sistem maliyeti arasında bir denge bulmak için. Yulifu şöyle dedi: "Simülasyon araçlarını kullanarak sistemin geliştirme yönteminin doğru olup olmadığını, tasarımın yönünü gösterebilirsiniz, ilk kurulun başarılı hızını arttırıp ürünü daha hızlı pazara gittirebilirsiniz. Ancak simülasyon sonuçlarının test sonuçlarına ne kadar yaklaştığına rağmen, gerçek test sistemini değiştiremez."

Teste, gerçek çevre faktörlerini dahil eden sistem performansının gerçek bir yargılaması. Ancak simülasyon sanal prototiplerin "test"idir. Belirli şartlara hedef verildi. Bütün gerçek şartları aynı zamanda düşünebilecek bir araç yok. Simülasyon. Fakat teknolojinin geliştirilmesi ve araçların s ürekli geliştirilmesi ile simulasyon sonuçlarının yaklaşılması ve gerçek test sonuçlarının yükselmesi ve tasarımın yönetici önemlisi de artıyor, ama aynı zamanda, daha yüksek ihtiyaçları mühendislere yerleştiriliyor.

Şu anda, yüksek hızlı PCB simülasyonunda en değersiz etkisi EMC/EMI. Bu yüzden, etkinin etkisi yüzünden yüksek hızlı sistemler için sistemin üç boyutlu modellemesi gerçek çevreyi etkili şekilde simüle etmek için gerekli. Ancak PCB gibi büyük ve karmaşık bir sistem için üç boyutta modellenmek çok zor. Yulifu'ya göre, şu anda uzman inspeksyonun metodu, uluslararası genel standartlarına uygun EMC/EMI sorunlarını PCB üzerindeki düzenleme ve yönetme kurallarına dönüştürüyor.

Bu araçlar Cadence ve Mentor Grafik sistemi araçlarıyla birlikte kullanılabilir.

Etkileşimliliğin seçimi: otomatik yönlendirme ve paralel tasarım

Şematik tasarımı sadece devreyi "izlemek" ile ilgili değil, aynı zamanda başka bir sürü ihtiyaçları var. Şematik tasarım araçları, bu ihtiyaçları bir sonraki adımlara götürebilir, otomatik yönlendirme, fonksiyonel simülasyon destekleyebilirler.

Daha etkileşimli tasarım yolunu bulmak için, ürün başlatıcısı zamanının basıncısını çözmek ve ürünü markete hızlı getirmek için, otomatik sürücü ve aynı zamanda tasarım teknolojisi oluşturdu.

"Eğer otomatik yönlendirme teknolojisini iyi kullanabilirseniz, çizim zamanı ve PCB tasarımın etkinliğini iki kattan daha fazla azaltabilirsiniz." Ancak, otomatik yönlendirmeyi fark etmek istiyorsanız, sistem tasarım mühendislerini ve donanım tasarım mühendislerini integre etmek için elektrik kural yöneticisini kullanmalısınız. Dönüş için dizayn talepleri PCB mühendisine geçirildi.

Daha basit sistemler için, her zamanki çalışmalar donanım mühendislerinin dizayn taleplerini yazıp PCB tasarım mühendisine nasıl yapılacağını söylemesi için. Fakat karmaşık sistemler için, binlerce bağlantı ve sayısız ihtiyaçlarıyla karşılaştırılmış, donanım mühendislerinin bu kuralları birbirine kaydedilmeyeceği ve PCB tasarım mühendislerinin onları birbirine kontrol edemeyeceğini ve uygula Bu zamanlar, elektrikli kural yöneticisi farklı tasarım ihtiyaçlarını yönetmek için gerekli. Yazılım mühendisleri ve PCB tasarım mühendisleri aynı kural yöneticisine dayanabilir.

Otomatik yönlendirme teknolojisi için, "Eğer bir şirket teknolojiyi iyi yönlendirmediyse ve sinyal integritet sorunu iyi çözemezse, otomatik yönlendirme kullanmayı öneriyor. Çünkü eğer iyi kuralları belirlemezseniz, otomatik yönlendirme doğru süremezsiniz." Bilgisayar ne kadar geliştirilirse, insan beyin davranışlarını tamamen değiştiremez, bu yüzden %100 otomatik yönlendirme imkansız. Otomatik rotasyon tamamlandıktan sonra, mühendislik tarafından doğrulaması ve değiştirmesi gerekiyor.

Tradicionale, relative düşük hızlı sistem tasarımı için, birçok mühendisler Cadence'in OrCAD'ini şematik çizime kullanarak böyle deneyimlere sahip olabilir ve sonra Mentor'un PowerPCB'ini düzenlemek için kullanabilir. Ama bu metod artık yüksek hızlı tasarım alanında uygun değil. "Veriler farklı üreticilerin araçları arasında tamamen dönüştürülemez. Örneğin, ağ listelerini okumanın geleneksel yöntemi PCB tasarımına şematik diagram ında bazı elektrik özellikleri ve ihtiyaçları getiremez, bu yüzden yüksek hızlı tasarım için uygun değil."

Otomatik fırlatma ayrıca paralel tasarım da büyük sistemler için tasarım etkiliğini geliştirmek için etkili bir yoldur. Aynı dizayn işbirliği tasarımdır, yani bir devre tahtası birkaç parçaya bölünmüş ve birkaç insan aynı zamanda dizayn ediyor. Yulif'e göre, şu anda Mentor Grafik araçları paralel tasarımda kullanılabilir. Eğer tasarımı bir makinede saklarsanız, diğer makine onu hemen görebilir ve iki taraftaki çizgiler otomatik olarak birleştirilebilir. Farklı tasarımlar arasında integrasyon görevini azaltabilir. Yulif şöyle dedi: "Bu yılın sonuna kadar Mentor Graphics'in tamamen dinamik paralel tasarım aracı ekstrem PCB pazarına ulaşacak. O zamanlar mühendisler, sadece a ğda CS oynamak gibi tamamen gerçek zamanlı paralel tasarım yapabilecekler. Gerçek zamanlı diğer parti tarafından gördüğünüz gibi mühendislerle farklı yerlerde işbirliği kolaylaştırabilir." Aynı tasarım için sadece iyi tasarım araçları gerekmez, ancak iyi tasarım metodları gerek Aynı tasarım çok iyi veya çok genişle bölmemeli. İki ya da üç kişi daha mantıklı, yoksa fikirler çok dağıtılır, bu tasarıma faydası olmaz.

PCB dışında: Hızlı sorunlar için sistem seviyesi düşünceleri

Sistem yüzlerce megabyt'den on gigabit, çip tasarımı, paketleme tasarımı ve sistem tasarımı artık ayrı olarak düşünülemez. Yüksek sonlu ürünler için paketleme tasarımı ve sistem tasarımı çipleri tasarımlarken düşünmeli.

Yazılımın kendi sorunlarını kaldırdıktan sonra, işlemi nasıl akışlayacağını, mühendislerin hatasını sürecinden azalttıktan sonra mühendise daha fazla enerji tasarımına verilmesini sağlayacaktır, böylece ürün mümkün olduğunca kısa sürede pazara girmesine rağmen EDA üreticilerinin düşündüğü içeriği de dönüştü.

Genelde, bir sistemdeki bağlantı çizgisinin I/O'ndan başlar, paketin çarpımından geçer, paketin çarpımına ulaşır, sonra PCB'den başka bir paketin çarpımına geçer. Chip I/O. Chips, packaging, and circuit boards are three different areas. Önceki mühendisler tasarladığında onları büyük bir şekilde düşünmezler, diğer mühendislerin fikirlerini de bilmezler. Fakat tasarım frekansı arttıkça, çip alanı azaltır ve tasarım döngüsü kısaltır, üreticiler çip tasarımında paket tasarımı ve PCB tasarımı düşünmeli, böylece üçünün etkili olarak birleştirilebilir. "Bu zamanda, sinyal integritet ya da tasarlama döngüsünden bir önemi yok, Silicon-Package-Board tasarımı aynı zamanda düşünmeliyiz ve aralarındaki ilişkileri koordine etmeliyiz. Örneğin, bazen zor zamanlama problemlerinin çoğunu pakette kolay çözebilir."