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PCB设计优化PCB布局约束管理
在PCB设计方面,许多设计人员在设计规则和约束管理方面仍在尝试使用“一刀切”的方法。虽然穿一双过大的袜子可能有些不适,但电路板在其间距规则和其他设计约束方面承受不了足够的空间。要设计既能按预期工作又易于制造的电路板,则需要针对设计精确地调整布局约束管理。这里有一些关于如何最好地做到这一点的想法。
为什么PCB布局约束管理很重要
电路板是电子工程时代的奇迹,它们依靠设计的精确性来正常工作。尽管30年前对电路板的电气和制造要求允许在设计规范中进行更多的取舍,但如今已不再如此。因此,必须严格控制电路板上金属部件之间以及板对象(如组件)之间的间隙。相同的控件也适用于金属走线的宽度,连接方式以及PCB电气连接的许多其他方面。
布局约束管理的电气注意事项
考虑以下电气原因,控制电路板的设计规则和约束很重要:
电源:设计中的某些金属走线将以比板上其他信号走线更高的电流传导功率。这些走线需要更宽,以防止电流通过走线燃烧。
阻抗:一些信号迹线必须保持在非常精确的阻抗水平,以实现最佳性能。这要求走线在电路板的特定层上以特定宽度布线。
时序:其他轨迹将用于在处理器芯片及其关联的存储设备之间路由数据,地址和时钟信号。为了使这些部件正确运行,这些走线上的信号必须在特定时间到达其目的地。为了控制这一点,必须将迹线布线到特定的长度,以便彼此匹配。
信号完整性:电路板上的许多走线会辐射能量,从而为电路板上的其他电路甚至电路板外部的其他设备产生噪声。为了防止这种情况发生,并防止它们受到传入的EMI的影响,必须将它们内部连接在板上的地平面之间,以对其进行屏蔽。
高速:必须将高速信号路径中的许多信号按特定的模式布线。还必须对此进行控制,以使信号以规定的顺序到达其不同的目的地。
布局约束管理的制造注意事项
设计规则和约束的控制不仅适用于电路板的电气方面。由于以下原因,它对于制造也很重要:
组装:需要对电路板上的组件进行排列,以便可以通过自动组装设备轻松地安装它们。另外,返工技术人员必须分配足够的空间来手动组装较大和/或更多的非标准组件。
可焊性:制造商使用的自动焊接系统要求某些组件的方向和板上的间距才能获得高产量的焊接结果。组件如何连接到大面积金属对于防止热不平衡也很重要,因为热不平衡会影响焊接过程。
可访问性:还必须能够访问电路板上的零件,以进行自动测试和手动返工。另外,技术人员必须可以使用连接器和开关之类的组件。
如您所见,在电路板设计期间控制电路板的规则和约束非常重要。接下来,我们将研究如果不执行此控件,您可能会遇到的一些问题。
如我们所见,对PCB设计中的设计规则和约束进行精确控制非常重要,原因有很多。因此,PCB设计工具通常配备有多个规则和约束,以在电路板布局期间指导设计人员。但是,如果不使用这些约束,则会发生问题,这通常是因为设计团队没有花时间安装应有的规则。
公平地说,在PCB设计CAD工具中使用设计规则历来很复杂。由于设计人员通常不希望因采取任何额外的步骤而放慢脚步,以便尽快开始工作,因此他们将仅依赖默认约束设置。但是,这是一把双刃剑,因为设计师现在不得不依靠自己的记忆来记住哪些迹线必须增加宽度,或者哪些组件需要额外的间距。如果设计足够小,这可能会起作用,但是即使是较小的设计也具有不可忽略的重要规则和约束。
另一个问题是,随着设计的进行,手动更改可能不会生效。例如,如果以后使用路由工具编辑了宽度已增加的迹线,则可能会恢复为原始大小。如果另一个设计师在同一个设计上做一些工作,也会产生问题。他们可能没有与原始设计者相同的知识,并且可能会引入错误或撤消某些不应该涉及的手动更改。
为避免此类问题,最好使用配备了高级约束管理系统的PCB设计工具集。这将简化设置约束,并鼓励PCB设计人员使用它们。
由于使用较旧的PCB设计系统存在困难,因此设计师习惯了没有设计规则和约束的情况也就不足为奇了。以下是约束系统中的一些功能,可以帮助您提高工作效率:
电子表格格式,可轻松进行数据输入以及复制和粘贴,多个单元格输入和搜索功能
可配置电子表格单元格以根据需要显示数据
从原理图或布局中输入规则和约束的能力,如上图所示
用户定义的类可根据需要对网络和组件进行分组
涵盖设计的电气,物理和制造方面的不同类别的规则
可以为组件间距,走线宽度和间距,走线长度和拓扑,通过类型等设置的特定规则。
将规则附加到单个项目和类别以及单个或多个板层的能力
导入和导出功能可帮助管理约束集
正如设计工具中的多种路由功能可以帮助您在布线PCB网络时提高生产率一样,约束管理系统中的多种功能也可以帮助您提高生产率。关键是要使用这些功能,接下来我们将看一个示例。
在上图中,您可以看到一些分组在一起的时钟网。这些网络具有需要使用的特定通孔,这些通孔在“
Vias”列下分配。将这些通孔分配给这些网络后,您将在布线过程中获得指定的通孔,而不必记住手动更改为其他通孔。但是,Allegro的约束管理器使您不仅可以控制迹线宽度,还可以通过分配进行控制。可以设置多种电气约束设置,包括反射和边缘失真,串扰,时序,阻抗和传播延迟,这些仅适用于启动器。
如果您没有使用PCB布局管理来优化设计,那么您应该了解一下该技术将为您带来的所有好处。除了帮助您布置更好地为制造做好准备的电路板之外,您还将拥有在设计中具有更好的信号完整性和系统性能所需的工具。