Was sind Netlisten in PCB-Designprojekten?

Hinter den Kulissen Ihrer ECAD-Software und dem PCB-Layout-Editor befindet sich ein wichtiger Datensatz, der die Verbindungen zwischen den Komponenten definiert. Dieser Datensatz, der typischerweise in einer einzigen Datei gespeichert ist, ist als Netzliste bekannt. Verschiedene CAD-Systeme haben unterschiedliche Netzlistenformate, aber sie spielen eine wichtige Funktion in der PCB-Design-Software: Sie definieren die Konnektivität zwischen den Komponenten.

Netzlisten beginnen im Schaltplan

Alle Netzlisten werden auf der Schaltungsebene definiert und von CAD-Tools aus Schaltplänen in Schemazeichnungen konstruiert. Ein Schaltplan-Editor wird Netzlisten erstellen, während Sie Komponenten platzieren und Schaltkreise zeichnen, entweder automatisch oder mit einem manuellen Compiler-Tool. Die Netzliste kann dann in anderen CAD-Systemen verwendet werden, wie in einem SPICE-Simulationsprogramm oder einem PCB-Editor. Laut einem alten Dokument von Agilent verwendeten frühe Mikrowellen-CAD-Tools und Simulatoren ebenfalls ihre eigenen Netzlisten, um lineare Mikrowellenschaltungsanalysen mit S-Parametern durchzuführen.

Unabhängig davon, wie eine Netzliste verwendet wird, enthält sie eine Reihe von menschenlesbaren Daten, die einem spezifischen Format folgen. Technisch gesehen könnte der gesamte Satz von Schaltkreisen grafisch aus einer Netzliste rekonstruiert werden, solange Schaltsymbole verfügbar sind, obwohl dies typischerweise beim Konvertieren von Dateiformaten zwischen CAD-Systemen durchgeführt wird.

Da alle Netzlisten elektrische Verbindungen zwischen Komponenten definieren, werden sie aus Schaltplanwerkzeugen oder Programmen zur schematischen Erfassung erstellt. Schematische Netzlisten, die in PCB-Designsoftware verwendet werden, ob in Altium Designer oder einem anderen PCB-CAD-Tool, dienen dann dazu, die Konnektivität zwischen den Pads der Komponenten in einem PCB-Layout zu definieren.

• Erfahren Sie mehr über schematische Netzlisten

Arten von Netzlisten

Da Netzlisten im Schaltplan beginnen, ähneln sie den Arten von Schaltplänen (flach vs. hierarchisch), die Sie möglicherweise in PCB-Projekten in ECAD-Software sehen.

• Flache Netzliste - Diese Kategorie von Netzliste enthält einfach alle Verbindungen, die in einem Schaltkreis oder Design implementiert sind, im Gegensatz zu einer hierarchischen Netzliste. Die meisten Netzlisten, zum Beispiel SPICE-Netzlisten, werden flache Netzlisten sein.
• Hierarchische Netzliste - Auch typischerweise in der FPGA-Entwicklung erwähnt, definiert eine hierarchische Netzliste eine gewisse Gruppierung unter den Netzen. Im PCB-Design werden Netze normalerweise nach Schaltplan gruppiert, während in FPGAs Netze nach Bank oder nach der entwickelten Logik für das Zielgerät gruppiert werden können.
• Schematische Netzliste - Diese Netzlisten werden direkt aus einem Programm zur schematischen Erfassung exportiert und können zu einer flachen Netzliste konvertiert werden, auch wenn das Projekt hierarchisch ist.
• SPICE-Netzliste - Wird in SPICE-Simulationspaketen verwendet, um elektrische Verbindungen zwischen internen Komponenten oder Funktionen zu definieren, die das elektrische Verhalten bestimmen. Diese werden genutzt, um numerische Berechnungen durchzuführen und Spannungs-/Stromwerte zu definieren, die an anderen Knoten in einem Schaltkreis beobachtet werden (siehe unten).

Jede davon könnte in einem herstellerspezifischen Format bereitgestellt werden. Zum Beispiel unterscheidet sich das SPICE-Netzlisten-Datenformat, das von LTSpice verwendet wird, von dem Datenformat, das von PSpice verwendet wird. Das Gleiche gilt für Schaltplan-Netzlisten, die von PCB-Design- oder Schaltplanerfassungssoftware produziert werden. Es gibt auch herstellerneutrale Formate, die innerhalb oder außerhalb von ECAD-Software verwendet werden können.

Herstellerneutrale Formate

Obwohl eine Netzliste eine spezifische Verwendung in Elektronik-ECAD-Programmen, CAM-Software und EDA-Software hat, gibt es kein einheitliches Dateiformat, das für Netzlisten verwendet wird. Obwohl die Daten normalerweise in einem menschenlesbaren Format vorliegen, ist die in Netzlistendateien verwendete Datenstruktur nicht über alle CAD-Anbieter hinweg standardisiert.

Obwohl die Bandbreite der Netzlistenformate variiert, gibt es herstellerneutrale Dateiformate, die verwendet werden können, um die Konnektivität in einem Design zu untersuchen. Einige der bekanntesten herstellerneutralen Formate umfassen:

• EDIF (Electronic Data Interchange Format)
• IPC-D-356
• IPC-2581

Verwendung von Netzlisten

Sobald eine Netzliste auf logischer Ebene erstellt wurde, kann sie in einem PCB-Editor, Simulationsprogramm und CAM-Software verwendet werden.

Konstruktion von Luftleitungen (Rats Nest)

Ihr CAD-Programm kann die textuellen Informationen in einer Netzliste nutzen, um äquivalente Verbindungen zwischen Pads in einem PCB-Layout zu bestimmen. Wenn zwei Pads demselben Netz zugeordnet sind, wird ein PCB-Editor diese Verbindung in seinen Designregeln verwenden, um auf offene Stellen/Kurzschlüsse zu prüfen, die Netzverbindung hervorzuheben und Luftleitungen zu konstruieren, um das PCB-Routing zu unterstützen.

• Erfahren Sie mehr über Netzlisten in PCB-Designsoftware

Das PCB-Layout wird Koordinaten und Rotation enthalten, die die Position und Orientierung der Komponenten definieren, und die Komponentendaten werden relative Pad-Positionen für jeden Pin enthalten, der im schematischen Symbol einer Komponente erscheint. Da eine Netzliste die Verbindungen zwischen jedem Pad im Symbol definiert, können dieselben Verbindungsdaten zwischen Pads verwendet werden, um Luftleitungen zwischen Pads in einem PCB-Editor zu zeichnen. Dies ist das grundlegende Prinzip, das ECAD-Software verwendet, um Luftleitungen zwischen unverbundenen Netzen anzuzeigen.

Simulation und Verifikation

Simulationsprogramme, insbesondere SPICE-Simulationsengines und spezialisierte Schaltungssimulatoren (z.B. SiMetrix), verwenden die in einer Netzliste definierten Schaltungsverbindungen, um elektrische Simulationen aufzubauen. Der Simulator unterscheidet nicht notwendigerweise zwischen verschiedenen Arten von Komponenten oder Signalarten (analog vs. digital), wenn eine Netzliste verwendet wird, um eine Simulation aufzubauen und auszuführen. Stattdessen bezieht sich die Information in der Netzliste auf Komponenten, und das Simulationsmodell oder die Teil-Schaltung, die diesen Komponenten zugeordnet ist, wird verwendet, um numerische Berechnungen für eine Simulation durchzuführen.

Jenseits von ECAD/EDA-Software

Netzlisten werden auch in Bereichen außerhalb der schematischen Erfassung und PCB-Layout verwendet, und sie können eine der erforderlichen Dateiexporte aus Ihrer PCB-Designsoftware sein. Es gibt zwei wichtige Bereiche, in denen Netzlisten ebenfalls verwendet werden:

• PCB-Herstellung - Als Teil einer Design- und Ingenieursprüfung vor der Fertigung/Montage; Formate umfassen WireList und Telesis
• FPGA-Entwicklung - Wird verwendet, um die logische Funktionalität auf Systemebene basierend auf der Verbindung von Logikgattern zu definieren; Formate umfassen Verilog und EDIF

In der FPGA-Entwicklung kann das Verilog/VHDL-Format viel mehr ausdrücken als nur Verbindungen zwischen Knoten in Schaltkreisen. In der PCB-Herstellung ist deren Nutzung auch weit entfernt vom Elektronikdesign, mit einem stärkeren Fokus auf der Überprüfung der Konnektivität in Werkzeugen, wie sie logisch in Design-Dateien ausgedrückt wird.

Nehmen Sie die unten gezeigte Netzlistenverifizierung als Beispiel. Ein CAM-Softwarepaket wird verwendet, um zu überprüfen, ob die aus einem Gerber-Export abgeleiteten Verbindungen mit den logisch in der Netzliste definierten Verbindungen übereinstimmen. In diesem Fall gibt es einen Kurzschluss zwischen zwei unterschiedlich benannten Netzen; dies könnte aufgrund einer außer Kraft gesetzten oder überschriebenen Regel nicht gegen die PCB-Designregeln verstoßen, aber dieser Typ von Fehler kann in der CAM-Software erkannt werden.

CAM-Software kann eine Netlist-Ausgabe nutzen, um zu überprüfen, ob die in einer Netlist definierten logischen Verbindungen mit den tatsächlichen Verbindungen in den Fertigungsdaten (Gerbers, ODB++) übereinstimmen, die zur Herstellung einer PCB verwendet werden. ODB++-Exporte werden eine Netlist enthalten, die für diese Überprüfung und für automatisierte Tests (wie mit Flugsonden) erforderlich ist. Wenn Gerbers verwendet werden, kann eine IPC-D-356-Netlist, WireList oder ein anderes Format verwendet werden, um Verbindungen in den Fertigungsdateien zu überprüfen.

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