Überlegungen zum PCB-Layout: Toleranz der Längenanpassung von Differentialpaaren und Vermeidung von Verstößen

Das Entwirren der Haare meiner Tochter erinnert mich an das Entwirren von PCB-Leiterbahnen. Alles muss in Schichten angeordnet werden, und Überschneidungen sollten vermieden werden. Das Entwirren der Haare eines 9-Jährigen dauert nicht so lange wie das Verlegen von PCB-Leiterbahnen, aber die Ergebnisse sind genauso schmerzhaft, wenn es nicht richtig gemacht wird. Idealerweise verursacht das Haar Ihrer Tochter jedoch keine Kurzschlüsse in der Elektronik oder lässt kleine Feuer entstehen.

Das Verlegen von Leiterbahnen in einem Layout ist wohl die wichtigste und zeitaufwendigste Designaktivität. Bei Hochgeschwindigkeitsdesigns müssen die Längen der Leiterbahnen extrem genau sein und innerhalb bestimmter Toleranzen liegen. Die Überwachung der charakteristischen Impedanz, der Signalintegrität, der Schichtaufbauten und der Leiterbahnbreite kann mühsam, zeitaufwendig und für jedes Werkzeug extrem schwierig sein, automatisch zu bewältigen.

Die härtesten Routing-Engpässe können überwunden und die Produktivität maximiert werden, wenn Sie mit der besten PCB-Designsoftware arbeiten. Zusätzlich zur Verwendung der besten automatischen Routing- und Längentoleranzwerkzeuge benötigen Sie Zugang zu Simulationstools, die die Industrie verlangt. Auf diese Weise können Sie Ihren Entwürfen vertrauen, dass sie alles überwinden, was den Weg Ihres Geräts behindert, und die bestmöglichen Leiterplattendesigns liefern.

Hochgeschwindigkeits-Routing und Längentoleranzabgleich

Hochgeschwindigkeitssignale interagieren am wahrscheinlichsten mit anderen Signalen und umgekehrt. Die meisten Ingenieure legen diese Signale zuerst aus, um sicherzustellen, dass vorgeschriebene Routing-Regeln befolgt werden können. Zu den kritischsten Hochgeschwindigkeits-Routing-Regeln gehört die Längentoleranzabstimmung, auch bekannt als Längenanpassung. Das Routing von Single-Ended- und Differentialpaaren auf Ihrer Leiterplatte ist diese kritische Aufgabe, die unterschiedliche Komponenten zu einem funktionierenden System verbindet.

Das Routing mehrerer Leiterbahnen muss in Hochgeschwindigkeits-Digitalsystemen extrem präzise sein. Wenn digitale Daten durch Komponenten mit mehreren Eingängen, wie einem Logikgatter-IC, gesendet werden, müssen die Signale gleichzeitig an allen Eingängen ankommen. Mit zunehmender Datenübertragungsgeschwindigkeit in elektronischen Geräten wird die akzeptable Menge an Abweichung zwischen mehreren Leiterbahnen sukzessive kleiner. Die Längen der Leiterbahnen müssen genau abgestimmt sein, um Datenfehler in Ihrem Gerät zu vermeiden.

Die Längentoleranzabstimmung bei Differentialpaaren ist ebenfalls ein Muss, um sicherzustellen, dass Signale synchronisiert sind. Wenn die Verbindungen zwischen Komponenten in einem Netz nicht abgestimmt sind, sollte Ihre Software Sie mit einem Indikator direkt im Layout darauf hinweisen. Nicht jede Software macht die Korrektur einer Längenabweichung einfach. Verschiedene Programme haben unterschiedliche Verfahren und Werkzeuge zur Abstimmung der Leiterbahnlängen, und das Anpassen der Leiterbahnlängen sollte so einfach sein wie jeder Drag-and-Drop-Befehl.

Nicht alle Netze sind gleich geschaffen. Ihre PCB-Designsoftware sollte das automatische Verlegen von Leitungen und die Überprüfung von Regeln mit der Freiheit ausbalancieren, Ihr Design nach Bedarf für die Anwendung Ihres Geräts anzupassen. Wenn Sie mehrere differentielle Paare oder einzelne Leiterbahnen zu Netzen gruppieren, benötigen Sie einen PCB-Regeln- und Einschränkungseditor, der es leicht macht, Längenanpassungsbeschränkungen für jedes Netz zu definieren.

Differentielle Paarverlegung in Altium 

Erkennen, wo der Schmerz herkommt

Wenn Sie direkt im Layout-Editor mit dem Verlegen beginnen, werden Leiterbahnen unter Verwendung vordefinierter Designregeln platziert. Einige Probleme beim Verlegen entstehen durch widersprüchliche Einstellungen der Regeln, besonders in schlecht konzipierten Designpaketen. Schlechte Designsoftware kann tatsächlich automatisch Ihre Leiterbahnen durch das gesamte Board falsch verlegen, und Sie hätten keine Ahnung, dass dies passiert ist, außer in den extremsten Fällen. Dies gilt insbesondere für differentielle Paare.

Nicht nur, dass schlechte Designsoftware Spuren und differentielle Paare falsch verlegt, Ihnen werden die Routing-Funktionen auch nicht zur Verfügung gestellt, es sei denn, Sie kaufen sie als Add-ons. Das lässt Sie beim manuellen Routing stecken, Toleranzen mit dem Auge prüfen und Meander manuell einfügen. Sie müssen diese wesentlichen Funktionen kaufen, wenn Sie selbst eine kleine Anzahl von Spuren in einer vernünftigen Zeit verlegen möchten, ganz zu schweigen von einer Handgelenkstütze für das neu erworbene Karpaltunnelsyndrom.

Sobald Sie tatsächlich im Prozess sind, jegliche Routing-Unstimmigkeiten in Ihren Netzen zu beheben, benötigen Sie einen klaren Indikator, der die Unstimmigkeit zwischen benachbarten Single-Ended-Spuren und zwischen jeder Spur in einem differentiellen Paar zeigt. Dies sollte so einfach sein wie das Platzieren eines visuellen Indikators in der Layoutansicht, der sich anpasst, während Sie Meander in Ihre Spuren ziehen. Es gibt keinen Grund dafür, dass Ihr Toleranzindikator drei Dialoge tief vergraben ist.

Routing-Toleranzen in einer einheitlichen Designumgebung

Da das Verlegen von differentiellen Paaren, das Verfolgen von Längen, das Definieren von Netzen und das Routing zwischen den Schichten typischerweise die zeitaufwendigsten Teile des PCB-Designs sind, sollte Ihre Designsoftware interaktive Funktionen enthalten, die den gesamten Prozess beschleunigen und gleichzeitig sicherstellen, dass Ihre Längentoleranzen bei Ihren Signalleitungen eingehalten werden. Diese Werkzeuge sollten in Ihr Softwarepaket integriert sein; es gibt keinen Grund, dass diese kritische Funktion nur als Add-on verfügbar sein sollte.

Es ist eine Sache, von Ihrer Software über eine Längenabweichung in Ihrem Netz informiert zu werden, eine andere, diese Abweichung zu korrigieren. Das Korrigieren einer Längenabweichung bei einer Spur erfordert das Platzieren von Mäandern in den kürzeren Spuren im Netz, damit sie die Länge der längsten Spur erreichen. Ihre Einstellungen zur Längenanpassung und die Geometrie der Mäander sollten direkt aus dem Layout leicht zugänglich sein. Das Hinzufügen eines Gehrungsschnitts zur Längenanpassung sollte so einfach sein wie das Ziehen der Maus über die nicht übereinstimmende Spur.

Nachdem Sie alle Ihre Verbindungen verlegt und Ihre nicht übereinstimmenden Spuren bereinigt haben, integriert eine einheitliche Designumgebung Ihr Layout in branchenübliche Simulations- und Analysepakete. Niemand sollte seine Designpakete in sein Simulationsprogramm exportieren müssen. In einer einheitlichen Umgebung zu arbeiten, gibt Ihnen Zugang zu diesen Werkzeugen und ermöglicht es Ihnen, alle Ihre Herstellerlieferungen innerhalb eines einzigen Programms zu generieren.

Auto-interaktives Routing in Altium

Routing in der einheitlichen Designumgebung von Altium

Altium verwendet eine einheitliche Schnittstelle, die das Routing zwischen Komponenten intuitiv macht, während Ihr Design gleichzeitig mit fortschrittlichen Simulations- und Regelnprüfungsfunktionen integriert wird. Auch wenn die Längentoleranz bei Hochgeschwindigkeitsgeräten extrem empfindlich ist, sind die Routing-Tools, CAD-Tools und Regelnprüfungsfunktionen dafür da, um sicherzustellen, dass Ihr Gerät korrekt funktionieren wird. Alle Befehle sind intuitiv und innerhalb des Programms leicht zu finden.

Sie können Ihre differentiellen Paare direkt in Ihrem Schaltplan definieren und diese Spezifikationen leicht in Ihrem Layout erfassen. Das Definieren von Designregeln wird durch das Angeben von Direktiven direkt im Schaltplan vereinfacht. Dies bietet Ihnen eine visuelle Hilfe, um Ihre differentiellen Paare direkt im Schaltplan und Layout anzuzeigen. Regelverstöße können einzeln oder in Batches überprüft werden, und Verstöße haben eine intuitive Anzeige, die es leicht macht, Designfehler zu finden und zu beheben.

Wenn Sie nach einer fortschrittlichen Routing-Lösung suchen, die Ihnen die Möglichkeit gibt, Toleranzregeln zu definieren, benötigen Sie ein PCB-Designsoftwarepaket wie Altium. Die Routing-Funktionen und das ^®-Tool in Altium ermöglichen es Ihnen, Ihre Signalleitungen zu definieren, automatisch Leiterbahnen zu verlegen und Komponenten mit hoher Pin-Dichte wie FPGAs und Speichermodule zu routen. Kritische Routing-Beschränkungen werden mithilfe von automatischen Designregelprüfungen aufrechterhalten.

Was ist also der Unterschied zwischen Altium und anderen Unternehmen? Altium stellt sicher, dass Sie die Ressourcen haben, die Sie für den Erfolg benötigen. Altium ist leicht zu lesen, leicht zugänglich und umfasst Beispiele und Anwendungsfälle für fortgeschrittene Designfunktionen. Sie haben Zugang zum AltiumLive-Forum, Benutzergruppen, Videos und Webinaren, die von Branchenexperten bereitgestellt werden. Ein starkes Unterstützungsnetzwerk ist nur wenige Klicks entfernt.

Lassen Sie Ihre Platinen nicht unter dem Stress und den Anforderungen der Signalintegrität verkümmern. Verwenden Sie PCB-Designsoftware, die sich um Sie, den PCB, als Benutzer kümmert und Werkzeuge verwaltet, die darauf ausgelegt sind, jeden Aspekt Ihres Designprozesses als vernetzt und einheitlich zu gestalten.

Jetzt können Sie eine kostenlose Testversion der PCB-Layout-Software herunterladen, die Sie für Ihre Entwürfe verwenden möchten. Um mehr über Altium und dessen Routing-Funktionen zu erfahren, die Ihnen beim Design Ihrer nächsten PCB helfen können, sprechen Sie mit einem Experten bei Altium.

Beginnen Sie heute die Reise zum Wechsel zu Altium Designer.