PCB Técnicas de direccionamiento para diseños complejos

T o errar es humano; completamente lo ensucia, el uso de software.

Software Autoruter es esencialmente el software de inteligencia artificial (AI) - aunque bastante básico - que hace que ciertas decisiones que imitan lo que los diseñadores pueden hacer en el proceso de enrutamiento de un tablero. Su capacidad para hacer esto, por supuesto, varía según el desarrollador de software, y depende de la complejidad del algoritmo y lo fácil o difícil que es controlar el router.Sólo las tantas reglas pueden ser prácticamente definidas, y cada situación es diferente, lo que requiere compensaciones únicas. El factor limitante en cualquier trazador automático está describiendo qué es lo que los tomadores de decisiones humanas realmente hacen.

Muy a menudo, y más especialmente en tareas que son muy rutinarios y subconscientemente automatizado, los diseñadores pueden tener dificultades para describir todos los pasos y reglas condicionales que emplean. No porque no quieran, sino porque no es más que un montón que no piensan de una manera explicable.

Diseño de un circuito analógico o una alimentación conmutada, y en especial uno que incorpore la colocación específica, enrutamiento, térmica y los requisitos de aislamiento - en combinación con objetivos estéticos - depende de muchos equilibrios que un diseñador experimentado tendría problemas para describirlos. Muchas de esas concesiones, implican una serie de complejos análisis hipotéticos, como múltiples posibilidades en una partida de ajedrez.

También, diseños digitales complejos que incorporan memoria DDR2 o DDR3, por ejemplo, requieren enrutamiento de longitud coincidente de todas las señales, manteniendo los tiempos de vuelo estrecho entre las señales de reloj y de direcciones y la luz estroboscópica y señales de datos. Incluso con todas las reglas condicionales definidos, este tipo de encaminamiento requiere control interactivo centrado.

Puede ser un reto conseguir que los diseñadores de PCB a utilizar un trazador automático porque introduce incógnitas: ¿Qué es capaz de hacer? ¿Cómo controlarlo? ¿Cuánto tiempo puede salvar? En lugar de ello, muchos diseñadores prefieren regresar a su zona de confort y completar todas las conexiones manualmente utilizando el trazador automático entre sus orejas. Este diálogo interno termina siendo una pérdida de tiempo valioso y puede llevar a otros problemas en el camino.Algunos utilizan un trazador automático como una comprobación de validez - si el trazador puede trazar la placa hasta el final, entonces es probable que pueda hacer un mejor trabajo. Pero hay más que eso.

Empleado en el contexto adecuado, trazadores automáticos pueden hacer los diseñadores de PCB bastante más productivo. Por ejemplo, pueden ser utilizados para:

1. Compruebe si las reglas de diseño se han definido correctamente
2. Identificar la congestión colocación
3. Tratar rápidamente diferentes estrategias de enrutamiento (después de hacer una copia de seguridad)
4. Eficiente abanico de salida de los dispositivos
5. Maximizar la utilización de las propiedades inmobiliarias

Mi empresa, In-Circuit Design (ICD), proporciona servicios de simulación tales como el análisis de los diseños del cliente para la integridad de la señal, el momento, la diafonía, y las cuestiones de compatibilidad electromagnética. Más a menudo que no, nos encontramos con que la interferencia es un problema mayor recurrente con tablas que se envían de forma manual. Cuando manualmente ruta, tendemos a usar nuestros talentos artísticos demasiado, manteniendo todo lo bueno y bien cuidado, los rastros de acoplamiento muy juntas (en especial los autobuses), principalmente por la estética. Esto puede estar bien para los diseños analógicos y de baja frecuencia, pero cuando entramos en el dominio de alta velocidad, con tiempos de subida <1 ns, sólo puede ejecutar dos segmentos traza en paralelo durante menos de un centímetro y medio antes de que lleguemos diafonía excesiva. Trazadores automáticos son ideales para el diseño digital, ya que tienden a utilizar todo el espacio disponible, lo que reduce la posibilidad de interferencia debido a la proximidad.

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Figura 1: Diafonía entre segmentos paralelos enrutados manualmente.

Por supuesto, un diseñador puede pasar horas la creación de reglas de diseño para controlar el trazador, pero prefiero conducir el trazador del esquemático. Esto sólo se requiere la configuración de las reglas más básicas. Cuando dibujamos un esquema, lo dibujamos por la funcionalidad, y creo que también deberíamos colocar y la vía por la funcionalidad. De esta manera, puedo añadir mi propia creatividad y la toma de decisiones sobre la marcha, sin dejar de tomar ventaja de la automatización.

Herramientas más populares de EDA tienen la capacidad de trans-sonda entre el esquema y el router. Esta es una característica fantástica que permite a un diseñador de PCB para construir una ruta extremadamente denso, complejo, en un par de horas - mediante el control del router desde el esquema. Hablé de esto en detalle en mi anterior columna más allá del diseño: Interactivo colocación y enrutamiento Estrategias .

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Figura 2: Cross-sondeo de esquema para el router de parte de un bus PCI.

Nosotros no tenemos que hacer ningún enrutamiento nosotros mismos para obtener una ruta aceptable de las redes que no son críticas. Por supuesto, las longitudes coincidentes, pares diferenciales y otras señales críticas deben ser colocados con la precisión que requieren. Empiezo por la colocación de todos los componentes de la funcionalidad, seleccionar el componente que desee en el esquema y soltándolos donde los quiero en el PCB. Del mismo modo, en el tendido, selecciono un chip en el esquema, las redes se resaltan en el PCB, y seleccione "fan-out" en el router. A continuación, seleccione las redes críticas en el esquema "fan-out" y "Ruta" con el trazador. Yo uso el comando "Move" para empujar y empujar los rastros donde yo los quiero, a continuación, pasar al siguiente grupo de redes y de repetición. Cada grupo de trazas enrutados se verifica entonces después de su finalización.

Cuando nos dirigimos al router desde el esquema, es posible ver lo que hay que hacer sin entrar en las reglas de diseño condicionales, y después nos puede manipular las huellas como si ellos nos desvíen mano. Una vez que todas las conexiones críticas se dirigen, yo los preparo, luego gire el trazador automático flojo en el resto de las redes para terminar las conexiones.

La Técnica del perímetro de enrutamiento

He utilizado la siguiente técnica con éxito, a lo largo de los años, con una serie de trazadores automáticos. Se puso primero en la prueba de la margarita / Dazix estrella Router en 1987, Cadence Prance-XL Router, de Mentor Expedición Autoactive, y luego el PADS Router. En otras palabras, es seguro decir que la técnica se generaliza.

Vamos a suponer que usted ha seguido una metodología para la colocación y enrutamiento, señales de alta velocidad críticos, ellos fijos, y que el resto de las señales son no-crítico. Vamos a ver un escenario en el que el tablero es 98% completado después de una serie de rutinas trazador automático y fabricación. Una tasa de finalización del 98% suena muy bien, pero todos sabemos que el router dejará las huellas más difíciles / largas para nosotros para completar. De hecho, los últimos 50 o más trazas pueden nos días de frustración golpearse la cabeza tardará en completarse.

Si una tabla no será enrutada a la terminación, tal vez no sea culpa del router. Podría ser simplemente que tenemos: (a) mala colocación con crossovers de autobús, (b) las normas de diseño mal definidos, o (c) no hayan previsto suficientes capas de señal en el stackup. Supongo que se obtiene una idea de cuántas capas se requieren después de hacer unas cuantas tablas. Mi regla general es que si no puedo completar al menos el 85% antes de empezar a ajustar el diseño, entonces voy a tener problemas serios. Con menos de 85% de avance de los bloques, que re-evaluar la colocación de componentes, redefinir las reglas de diseño si es necesario, añadir un par de capas de señal, o reducir la funcionalidad del diseño.

Puntos para Recordar

• Trazadores automáticos son herramientas que pueden hacer los diseñadores más productivo, pero que no representan una solución trivial, pulsador.
• El factor limitante es describir qué es lo que los tomadores de decisiones humanas realmente hacen. Muchas de estas sentencias implican una serie anidada de complejos what-if compensaciones.
• Trazadores automáticos pueden ser particularmente útiles para los diseños digitales, ya que tienden a utilizar todos los bienes inmuebles de planchar disponibles, reduciendo la posibilidad de interferencia debido a la proximidad.
• Un diseñador puede pasar horas la creación de reglas de diseño para controlar el trazador. Pero, cuando nos dirigimos al router desde el esquema, es posible ver lo que hay que hacer sin trabajar a través del proceso de marcación de interacciones complejas y reglas de diseño condicionales.
• Pruebas cruzadas entre el esquema y el router es una característica fantástica que permite al diseñador a construir una ruta extremadamente densa, compleja en un par de horas.
• Como regla general, si no se puede llegar a completar al menos el 85% con el trazador automático sin ajustar manualmente el diseño, te estás preparando para el diseño de algunos dolores de cabeza graves, como termine el tablero.
• Si una tabla no será enrutada a la terminación, tal vez no sea culpa del router. Puede que sólo sea que tenemos: una mala colocación de cruces de autobuses, las reglas de diseño definidas incorrectamente, o no hemos permitido que suficientes capas de señal en el stackup.
• El perímetro técnica de enrutamiento proporciona un adicional de 30 huellas por capa de la señal. Para una tabla de 12 capas con 8 capas de señal, que es la friolera de 240 rastros adicionales.

Referencias

Diseño Avanzado de SMT - Barry Olney
Más allá del diseño: Interactivo colocación y enrutamiento Estrategias - Barry Olney
Más allá de Diseño:   Introducción a la Simulación del nivel de dirección y el proceso de diseño de PCB - Barry Olney
Más allá de Diseño: Tecnologías Digital-Analog mixtos - Barry Olney
Técnicas de PCB de diseño para DDR, DDR2 y DDR3, Parte 2 - Barry Olney
PCB Técnicas de diseño de DDR, DDR2 y DDR3, Parte 1 - Barry Olney
El ICD stackup y PDN Planner se pueden descargar desdewww.icd.com.au

Barry Olney es director general de In-Circuit Design Pty Ltd (ICD), Australia. CIE es una empresa de servicios de diseño de PCB que se especializa en la simulación a nivel de placa. La compañía desarrolló el Planificador ICD stackup y software planificador ICD PDN.