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Blogue PCB - Conception de carte PCB avec contraintes paramétriques

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Blogue PCB - Conception de carte PCB avec contraintes paramétriques

Conception de carte PCB avec contraintes paramétriques

2022-04-06
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Author:pcb

De nos jours, les facteurs pris en compte dans la conception des cartes PCB sont de plus en plus complexes, tels que l'horloge, la diaphonie, l'impédance, la détection, le processus de fabrication, etc., ce qui tend à faire répéter aux concepteurs de nombreux travaux de mise en page, de vérification et de maintenance. L'éditeur de contraintes de paramètres peut formuler ces paramètres pour aider les concepteurs à mieux gérer ces paramètres, parfois opposés, lors de la conception et de la production. Ces dernières années, les exigences en matière d'agencement et de câblage des cartes PCB sont devenues de plus en plus complexes et le nombre de transistors dans les circuits intégrés continue d'augmenter à la vitesse prévue par la loi de Moore, ce qui rend les dispositifs plus rapides et réduit le temps de montée par tranche d'impulsion. Dans le même temps, le nombre de broches augmente également. De plus en plus, souvent de 500 à 2000 broches. Tout cela crée des problèmes de densité, d'horloge et de diaphonie lors de la conception de votre PCB. Il y a quelques années, la plupart des cartes PCB n’avaient que quelques nœuds « clés » (réseaux), se référant généralement à certaines limitations en termes d’impédance, de longueur et de Gap. Les concepteurs de cartes PCB exécutent généralement ces traces en premier. Câblage manuel, puis câblage automatique à grande échelle de l'ensemble du circuit à l'aide d'un logiciel. Les cartes 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 et du 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 sur chaque nœud ont également augmenté. Ces limites sont principalement dues à la corrélation des paramètres et aux exigences de conception de plus en plus complexes. Par example, l'espacement des deux traces peut dépendre de la tension du noeud et de la fonction du matériau de la plaque. Temps de montée IC numérique réduit. La conception de vitesses d'horloge élevées et basses peut avoir un impact. Les temps de réglage et de maintien sont plus courts grâce à une génération d'impulsions plus rapide. En outre, le retard d'interconnexion est une partie importante du retard total dans la conception des circuits à grande vitesse. Ceci est également très important pour la conception à basse vitesse, etc. attendez. Certains des problèmes ci - dessus seraient plus faciles à résoudre si la carte pouvait être conçue un peu plus grande, mais la tendance actuelle est exactement le contraire. En raison des retards d'interconnexion et des exigences d'encapsulation à haute densité, les cartes sont de plus en plus petites, ce qui oblige les conceptions de circuits à haute densité à suivre des règles de conception miniaturisées. La combinaison de la réduction du temps de montée et de ces règles de conception miniaturisées rend le problème du bruit de diaphonie de plus en plus évident, tandis que les réseaux de grilles à billes et autres boîtiers à haute densité eux - mêmes aggravent des problèmes tels que la diaphonie, le bruit de commutation et le rebond de terre.

Carte PCB

Il existe des contraintes fixes. L'approche traditionnelle pour traiter ces problèmes consiste à traduire les exigences électriques et technologiques en paramètres de contraintes fixes par l'expérience, les valeurs par défaut, les tableaux ou les calculs. Par exemple, lors de la conception d'un circuit, un Ingénieur peut d'abord déterminer une impédance nominale, puis « estimer» une largeur de ligne nominale capable d'atteindre l'impédance requise en fonction des exigences du processus, ou utiliser une table de calcul ou un programme arithmétique pour tester les interférences, puis trouver une contrainte de longueur. Cette approche nécessite généralement la conception d'un ensemble de données empiriques qui servent de guide de base pour les concepteurs de cartes PCB et peuvent être utilisées lors de la conception avec des outils de placement et de câblage automatiques. Le problème avec cette approche est que les données empiriques ne sont qu'un principe général, la plupart du temps elles sont correctes, mais parfois elles ne fonctionnent pas ou conduisent à des résultats erronés. Prenons l'exemple de la détermination de l'impédance ci - dessus et examinons les erreurs que cette méthode peut entraîner. Les facteurs liés à l'impédance comprennent les propriétés diélectriques du matériau de la carte, la hauteur de la Feuille de cuivre, la distance de chaque couche à la terre / couche d'alimentation et la largeur de ligne. Comme les trois premiers paramètres sont généralement déterminés par le processus de production, les concepteurs dépendent souvent de la largeur de ligne. Pour contrôler l'impédance. Comme chaque couche de circuit est à une distance différente du sol ou de la couche d'alimentation, il est évidemment erroné d'utiliser les mêmes données empiriques pour chaque couche. Le problème est aggravé par le fait que les processus de production ou les caractéristiques des plaques utilisées lors du développement peuvent changer à tout moment. La plupart du temps, ces problèmes sont exposés pendant la phase de prototypage et sont généralement résolus en réparant la carte ou en la redessinant une fois que le problème a été identifié. Cela coûte cher, les réparations introduisent souvent des problèmes supplémentaires nécessitant une mise en service supplémentaire et la perte de revenus due au retard de mise sur le marché est beaucoup plus importante que le coût de la mise en service. Presque tous les fabricants d'électronique sont confrontés à ce problème et, en fin de compte, les logiciels traditionnels de conception de cartes PCB ne peuvent pas suivre la réalité des exigences actuelles en matière de Performances électriques, ce qui n'est pas aussi simple que les données empiriques de la conception mécanique. Solution: les fournisseurs de logiciels de conception de contraintes paramétriques tentent actuellement de résoudre ce problème en ajoutant des paramètres aux contraintes. La beauté de cette approche est qu'elle peut spécifier des spécifications mécaniques qui reflètent pleinement les différentes caractéristiques électriques internes, et tant qu'elle est ajoutée à la conception du PCB, le logiciel de conception peut utiliser ces informations pour contrôler les outils de placement et de câblage automatiques. Lorsque les processus de production ultérieurs changent, aucune refonte n'est nécessaire. Les concepteurs n'ont qu'à mettre à jour les paramètres caractéristiques du processus pour modifier automatiquement les contraintes associées. Les concepteurs peuvent ensuite exécuter DRC (Design Rules check) pour déterminer si le nouveau processus enfreint également d'autres règles de conception et déterminer quels aspects de la conception doivent être modifiés pour corriger les erreurs. Les contraintes peuvent être entrées sous la forme d'expressions mathématiques, y compris les constantes, divers opérateurs, vecteurs et autres contraintes de conception, fournissant aux concepteurs un système paramétrique piloté par des règles. Les contraintes peuvent même être saisies sous forme de tables de recherche et stockées dans un fichier de conception de PCB ou de schémas. Le câblage de la carte PCB, l'emplacement de la zone de feuille de cuivre et les outils de mise en page doivent respecter les restrictions découlant de ces conditions. Le DRC vérifie que l'ensemble de la conception est conforme à ces contraintes, y compris les exigences en matière de largeur de ligne, d'espacement et d'espace (telles que les contraintes 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, soit 5800 mil / NS multiplié par un temps de montée de 1,5 ns. Un exemple un peu plus complexe est l'espacement des éléments, qui est déterminé en multipliant la tangente à l'angle de détection par la hauteur de l'appareil, ce qui donne la valeur de l'espacement des éléments. Gestion hiérarchique: l'un des principaux avantages des contraintes paramétriques est la possibilité d'un traitement hiérarchique. Par exemple, une règle globale de largeur de ligne peut être utilisée comme contrainte de conception dans toute la conception. Bien sûr, il existe également des zones ou des nœuds individuels qui ne peuvent pas reproduire ce principe. À ce stade, il est possible d'entourer les contraintes trop élevées, en utilisant les contraintes faibles de la conception hiérarchique. 1) Les contraintes de conception pour tous les objets sans autres contraintes. 2) Les contraintes hiérarchiques pour les objets sur une certaine couche. 3) Les contraintes de type de nœud pour tous les nœuds inclus Dans un certain type. 4) Les contraintes de nœud, pour un certain nœud. 5) Les contraintes inter - classes, qui représentent les contraintes entre les deux types de nœuds. 6) Les contraintes spatiales pour tous les périphériques dans l'espace. 7) Les contraintes de périphérique, pour un périphérique spécifique. Exemple 1: largeur de ligne = f (impédance, espacement des couches, constante diélectrique, hauteur de la Feuille de cuivre) Voici un exemple de la façon dont les contraintes paramétriques peuvent être utilisées comme règles de conception pour contrôler l'impédance. Comme indiqué précédemment, l'impédance est fonction de la constante diélectrique, de la distance à la couche de circuit proche, de la largeur et de la hauteur du fil de cuivre. Comme l'impédance nécessaire à la conception a été déterminée, ces quatre paramètres peuvent être arbitrairement utilisés comme variables de corrélation pour réécrire la formule d'impédance, et dans la plupart des cas, le seul paramètre que le concepteur peut contrôler est la largeur de ligne. Les contraintes de largeur de raie sont donc fonction de l'impédance, de la constante diélectrique, de la distance à la couche proximale et de la hauteur de la Feuille de cuivre. Si la formule est définie comme une contrainte de niveau et que les paramètres du processus de fabrication sont définis comme une contrainte de niveau de conception, le logiciel ajuste automatiquement la largeur de ligne pour compenser lorsque la couche de ligne de la conception change. De même, si le circuit conçu