¿Qué son las Netlists en Proyectos de Diseño de PCB?

Detrás de las escenas de su software ECAD y el editor de diseño de PCB opera un conjunto de datos importante que define las conexiones entre componentes. Este conjunto de datos, típicamente almacenado en un único archivo, es conocido como una lista de conexiones o netlist. Diferentes sistemas CAD tienen diferentes formatos de netlist, pero juegan una función importante en el software de diseño de PCB: definir la conectividad entre componentes.

Las listas de conexiones comienzan en el esquemático

Todas las listas de conexiones se definen a nivel de circuito y son construidas por herramientas CAD a partir de diagramas de circuito en hojas esquemáticas. Un editor esquemático creará listas de conexiones a medida que coloca componentes y dibuja circuitos, ya sea automáticamente o con una herramienta compiladora manual. La lista de conexiones puede entonces ser utilizada en otros sistemas CAD, como en un programa de simulación SPICE o un editor de PCB. Según un documento antiguo de Agilent, las primeras herramientas CAD y simuladores de microondas también usaban sus propias listas de conexiones para realizar análisis de circuitos lineales de microondas con parámetros-S.

No importa cómo se use una lista de conexiones, contendrá un conjunto de datos legibles por humanos que sigue un formato específico. Técnicamente, todo el conjunto de circuitos podría ser reconstruido gráficamente a partir de una lista de conexiones siempre y cuando los símbolos esquemáticos estén disponibles, aunque esto típicamente se hace al convertir formatos de archivo entre sistemas CAD.

Debido a que todas las netlists definen conexiones eléctricas entre componentes, se crean a partir de herramientas de dibujo de circuitos o programas de captura esquemática. Las netlists esquemáticas utilizadas en el software de diseño de PCB, ya sea en Altium Designer o en otra herramienta CAD para PCB, se utilizan entonces para definir la conectividad entre los pads de los componentes en un diseño de PCB.

• Aprende más sobre las netlists esquemáticas

Tipos de Netlists

Dado que las netlists comienzan en el esquemático, se asemejan a los tipos de esquemáticos (plano vs. jerárquico) que podrías ver utilizados en proyectos de PCB en software ECAD.

• Netlist plana - Esta categoría de netlist simplemente contiene todas las conexiones implementadas en un circuito o diseño, en contraste con una netlist jerárquica. La mayoría de las netlists, por ejemplo, las netlists de SPICE, serán netlists planas.
• Netlist jerárquica - También típicamente referida en el desarrollo de FPGA, una netlist jerárquica define algún agrupamiento entre redes. En el diseño de PCB, las redes normalmente se agrupan por esquemático, mientras que en las FPGAs, las redes pueden agruparse por banco o por la lógica instanciada que se está desarrollando para el dispositivo objetivo.
• Netlist esquemática - Estas netlists se exportan directamente desde un programa de captura esquemática y pueden convertirse a una netlist plana, incluso si el proyecto es jerárquico.
• Lista de conexiones SPICE - Utilizada en paquetes de simulación SPICE para definir conexiones eléctricas entre componentes internos o funciones que definen el comportamiento eléctrico. Estas se utilizan para realizar cálculos numéricos y definir los valores de voltaje/corriente observados en otros nodos de un circuito (Ver abajo).

Cada uno de estos puede ser suministrado en un formato específico del proveedor. Por ejemplo, el formato de datos de la lista de conexiones SPICE utilizado por LTSpice es diferente del formato de datos utilizado por PSpice. Lo mismo ocurre con las listas de conexiones esquemáticas producidas por software de diseño de PCB o captura esquemática. También existen formatos neutrales al proveedor que pueden ser utilizados dentro o fuera del software ECAD.

Formatos Neutrales al Proveedor

Aunque una lista de conexiones tiene un uso específico en programas ECAD de electrónica, software CAM y software EDA, no existe un único formato de archivo que se utilice para las listas de conexiones. Aunque los datos normalmente están en un formato legible por humanos, la estructura de datos utilizada en los archivos de lista de conexiones no está estandarizada en todos los proveedores de CAD.

Aunque la gama de formatos de lista de conexiones varía, existen formatos de archivo neutrales al proveedor que se pueden utilizar para examinar la conectividad en un diseño. Algunos de los formatos neutrales al proveedor más prominentes incluyen:

• EDIF (Formato de Intercambio de Datos Electrónicos)
• IPC-D-356
• IPC-2581

Usos de las Listas de Conexiones

Una vez que se ha creado un netlist a nivel lógico, se puede utilizar en un editor de PCB, programa de simulación y software CAM.

Construcción de Airwire (Nido de Ratas)

Tu programa CAD puede usar la información textual en un netlist para determinar conexiones equivalentes entre pads en un diseño de PCB. Cuando dos pads se asignan a la misma red, un editor de PCB utilizará esa conexión en sus reglas de diseño para verificar la existencia de cortocircuitos/abiertos, resaltar la conectividad de la red y construir airwires para ayudar en el enrutamiento de PCB.

• Aprende más sobre netlists en el software de diseño de PCB

El diseño del PCB contendrá coordenadas y rotación que definen las ubicaciones y orientación de los componentes, y los datos del componente incluirán ubicaciones relativas de los pads para cada pin que aparece en el símbolo esquemático de un componente. Debido a que un netlist define las conexiones entre cada pad en el símbolo, esos mismos datos de conexión entre pads se pueden usar para dibujar airwires entre pads en un editor de PCB. Este es el principio básico que el software ECAD utiliza para mostrar airwires entre redes no conectadas.

Simulación y Verificación

Los programas de simulación, específicamente los motores de simulación SPICE y simuladores de circuitos especializados (por ejemplo, SiMetrix), utilizarán las conexiones de circuito definidas en una lista de conexiones para construir simulaciones eléctricas. El simulador no necesariamente distingue entre diferentes tipos de componentes o tipos de señales (analógicas vs. digitales) cuando utiliza una lista de conexiones para construir y ejecutar una simulación. En cambio, la información en la lista de conexiones se refiere a componentes, y el modelo de simulación o subcircuito adjunto a esos componentes se utiliza para ejecutar cálculos numéricos para una simulación.

Más allá del Software ECAD/EDA

Las listas de conexiones también se utilizan en áreas fuera de la captura esquemática y el diseño de PCB, y pueden ser uno de los archivos de exportación requeridos por su software de diseño de PCB. Hay dos áreas importantes donde las listas de conexiones también se utilizan:

• Fabricación de PCBs - Como parte de una revisión de diseño e ingeniería antes de la fabricación/ensamblaje; los formatos incluyen WireList y Telesis
• Desarrollo de FPGA - Se utiliza para definir la funcionalidad lógica a nivel de sistema basada en la conexión de puertas lógicas; los formatos incluyen Verilog y EDIF

En el desarrollo de FPGA, el formato Verilog/VHDL puede expresar mucho más que simplemente conexiones entre nodos en circuitos. En la fabricación de PCBs, su uso también está mucho más alejado del diseño electrónico, enfocándose más en verificar la conectividad en las herramientas tal como se expresa lógicamente en los archivos de diseño.

Tomemos como ejemplo la verificación de la lista de conexiones mostrada a continuación. Se está utilizando un paquete de software CAM para verificar que las conexiones inferidas de una exportación Gerber coincidan con las conexiones definidas lógicamente en la lista de conexiones. En este caso, hay un cortocircuito entre dos redes con nombres diferentes; esto podría no violar las reglas de diseño de PCB debido a alguna regla que se haya omitido o anulado, pero este tipo de error puede ser detectado en el software CAM.

El software CAM puede utilizar una salida de netlist para verificar que las conexiones lógicas definidas en un netlist coincidan con las conexiones reales en los datos de fabricación (Gerbers, ODB++) que se utilizarán para producir un PCB. Las exportaciones de ODB++ incluirán un netlist que es necesario para esta verificación y para pruebas automatizadas (como con sondas volantes). Cuando se utilizan Gerbers, se puede usar un netlist IPC-D-356, WireList u otro formato para verificar las conexiones en los archivos de fabricación.

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