電路設計 - 如何在PCB設計中使用參數約束？

近年來, 的要求 PCB佈局 佈線變得越來越複雜. 集成電路中的電晶體數量仍在以摩爾定律預測的速度增長, 這使得器件速度更快，每個脈衝邊緣的上升時間縮短, 引脚的數量也在新增. 越來越多的情况是500到2,000個針腳. 所有這些都將帶來密度, 時鐘, 以及設計PCB時的串擾問題.

如今，PCB設計中考慮的因素越來越複雜，如時鐘、串擾、阻抗、檢測、製造過程等，這往往使PCB設計人員重複許多工作，如佈局、驗證和維護。 參數約束編輯器可以將這些參數編譯成公式，幫助PCB設計師更好地處理這些參數，這些參數有時甚至在PCB設計和生產過程中相互對立。

幾年前，大多數PCB上只有幾個“關鍵”節點（網絡），這通常意味著它們在阻抗、長度和間隙方面受到一些限制。 PCB設計者通常首先手動佈線這些軌跡，然後使用軟件對整個電路進行大規模自動佈線。 今天的PCB通常有5000個或更多節點，其中50%以上是關鍵節點。 由於上市時間的壓力，現時無法再進行手動接線。 此外，不僅關鍵節點的數量新增了，而且每個節點的約束也新增了。

這些約束主要是由參數相關性和PCB設計要求日益複雜引起的。 例如，兩條記錄道之間的距離可能取決於與節點電壓和電路板資料相關的函數，並且數位IC的上升時間縮短。 高時鐘速度和低時鐘速度PCB設計都會產生影響。 由於更快的脈衝生成，設定和保持時間將更短。 此外，互連延遲作為高速電路PCB設計總延遲的重要組成部分，對低速PCB設計也很重要。 這也是非常重要的等等。

如果電路板可以設計得更大，上述一些問題將更容易解决，但現時的發展趨勢恰恰相反。 由於對互連延遲和高密度封裝的要求，電路板變得越來越小，導致了高密度電路PCB設計。 同時，必須遵循小型化PCB設計規則。 上升時間的縮短和這些小型化PCB設計規則使得串擾雜訊越來越突出。 球栅陣列和其他高密度封裝也會加劇串擾、開關雜訊和地面反彈。

固定約束的局限性

處理這些問題的傳統方法是根據經驗、預設值、數位錶或計算方法將電力和科技要求轉換為固定的約束參數。 例如，工程師在PCB上設計電路時可能首先確定額定阻抗，然後根據最終工藝要求“估計”可以達到所需阻抗的額定線寬，或者使用計算錶或算術程式測試干擾，然後找到長度限制。

這種方法通常要求PCB設計開發一組經驗數據，作為PCB設計師的基本指南，以便這些數據可以通過自動放置和佈線工具用於PCB設計。 這種方法的問題在於，經驗數據只是一個一般原則。 在大多數情况下，它們是正確的，但有時它們不起作用或導致錯誤的結果。

解決方案：參數化約束

現時，PCB設計軟體供應商試圖通過向約束中添加參數來解决這個問題。 該方法最先進的部分是，它可以指定充分反映各種內部電力特性的機械指示器。 只要將它們添加到PCB設計中，PCB設計軟體就可以使用這些資訊來控制自動放置和佈線工具。

可以以數學運算式的形式輸入約束, 包括常數, 各種運營商, 向量, 和其他 PCB設計 約束條件, 提供 PCB設計具有參數化規則驅動系統的ers. 約束甚至可以以查找錶的形式輸入，並存儲在PCB或原理圖中 PCB設計 資料夾. PCB佈線, 銅箔區域位置和佈局工具必須符合這些條件生成的約束規則. DRC驗證整個 PCB設計 滿足這些約束條件, 包括線寬, spacing and space requirements (such as area and height restrictions), 等. .

一個非常簡單的例子是上升時間約束，通常設定為常數1.5ns。 根據該條件，可以獲得最大軌跡長度約束，即5800mil/ns乘以上升時間1.5ns。 一個更複雜的例子是組件間距，它是通過將檢測角度的切線值乘以設備高度來確定的。 該公式可以計算最小元件間距值。

分級管理

參數化約束的主要優點之一是可以分層處理。 例如，全域線寬規則可以用作整個PCB設計的PCB設計約束。 當然，有些領域或節點無法複製這一原則。 在這種情況下，可以繞過較高級別的約束，並且可以使用分層PCB設計中的較低級別約束。 以ACCEL Technologies的約束編輯器參數化約束求解器為例，有7個級別的約束：

1.PCB設計約束，用於無其他約束的所有對象。

2、級別約束，用於特定級別上的對象。

3、節點類型約束，用於某一類型中包含的所有節點。

4、節點約束，用於某個節點。

5、類間約束，即兩類節點之間的約束。

6、空間約束，用於特定空間內的所有設備。

7、設備約束，用於特定設備。

軟件按照從單個設備到整個PCB設計規則的順序遵循各種PCB設計約束，並以圖形管道顯示這些規則在PCB設計中的應用順序。

PCB設計重用和檔案

參數約束不僅可以顯著提高初始 PCB設計 過程, 但對於工程變更和 PCB設計 重新使用. 約束可以用作 PCB設計, 系統, 和檔案. 如果沒有, 它們只能存放在工程師或 PCB設計. 在人們心中, 當他們轉到其他項目時，他們可能會慢慢忘記. 約束檔案記錄了應遵循的電力效能規則 PCB設計 過程, 讓其他人有機會瞭解 PCB設計er, 囙此，這些規則可以輕鬆應用於新的制造技術，或根據電力效能要求進行更改. 未來的重用者還可以知道準確的 PCB設計 規則並通過輸入新的過程要求進行更改, 無需猜測如何獲得線寬等問題.