Personnalisation des règles de conception électrique basées sur la performance dans Altium Designer

Déterminer les règles de conception électrique correctes dans votre logiciel ECAD est essentiel pour une conception électronique efficace. Des règles de conception de PCB correctement déterminées garantissent qu'un design peut être fabriqué avec un rendement élevé et que les composants peuvent être assemblés. De nombreuses règles de conception électrique proviennent des fabricants de PCB et des normes IPC, mais les règles de conception électrique vont au-delà de la fabrication et de l'assemblage. Les PCB nécessitent également une conception électrique qui tient compte du comportement électrique des signaux. Des pistes critiques pourraient nécessiter plusieurs règles de conception électrique personnalisées pour garantir l'intégrité du signal et de l'alimentation, ainsi que la fabricabilité.

Par exemple, un PCB pourrait avoir une règle de conception électrique où la plupart du routage a une exigence de dégagement commune basée sur le diaphonie calculable. Cela peut également contenir un groupe d'autres pistes extrêmement sensibles à tout bruit et nécessitant donc une attention particulière concernant la diaphonie et le couplage de bruit. Pour ces pistes sensibles au bruit, nous avons besoin d'un dégagement plus large - une règle de conception différente - plutôt que la règle de conception de dégagement commune. Pour garantir que la vérification de la règle de conception (DRC) analyse avec précision cette zone critique du PCB, nous devons avoir des règles de conception électrique uniques basées sur la performance pour ces pistes sensibles.

Altium Designer® offre des options pour définir des règles de conception personnalisées pour des pistes spécifiques. Dans cet article, je décris une de mes méthodes pour définir des règles de conception basées sur la fonction Classe d'Altium Designer. Je détaille un flux de travail étape par étape pour assigner des pistes à une classe et comment établir des règles de conception pour la classe créée.

Personnalisation des Règles de Conception Électrique dans Altium Designer

Les règles de conception électrique sont mieux définies lors de la conception des schémas. À partir du schéma, vous pouvez identifier quels réseaux portent des signaux importants et nécessitent des règles de conception électrique spécifiques. Cela peut être des signaux à haute vitesse, des signaux nécessitant une impédance contrôlée, des signaux nécessitant un espacement spécial par rapport à d'autres réseaux, ou même des composants nécessitant certains espacements. Dans bon nombre de mes conceptions de capteurs capacitifs, j'ai besoin de deux règles d'espacement différentes pour les signaux des capteurs : une pour l'électrode du capteur, et une autre pour les pistes acheminées vers le capteur.

Exemple : Définition des Espacements

Peu importe le type de signal et la règle de conception électrique qu'il nécessite, les règles de conception sont plus facilement organisées en créant une classe individuelle pour les signaux nécessitant les mêmes règles de conception. Si vous avez plusieurs groupes de signaux, chacun nécessite sa propre classe. Les classes de réseau peuvent être créées dans Altium Designer en sélectionnant le jeu de paramètres de directives de placement. Vous pourriez placer cette directive pour des signaux, mais avant de la placer quelque part, appuyez sur la touche tabulation, ce qui ouvre la fenêtre Propriétés. Dans cette fenêtre, vous pouvez définir une étiquette pour cette classe particulière, que vous verrez uniquement dans le schématique. Pour créer la classe, sélectionnez dans la partie inférieure de la fenêtre Propriétés, cliquez sur Ajouter, et de là cliquez sur Classe de réseau comme montré dans l'image ci-dessous.

Ensuite, dans la fenêtre Paramètres, entrez un nom unique pour cette nouvelle classe qui fournit une bonne description. Ce même nom sera vu plus tard lors de la création de la règle de conception électrique impliquant cette classe, il vaut donc la peine d'utiliser un nom qui vous aide à l'identifier.

Maintenant, vous pouvez placer cette directive déterminée pour tous les signaux nécessitant des règles de conception spécifiques. Les signaux classifiés sont marqués par un cercle rouge avec l'étiquette que vous avez déterminée plus tôt.

Après avoir mis à jour le schéma dans l'agencement, les réseaux dans l'agencement ont la même classification que celle faite dans le schéma. Toutes les règles de conception physique et électrique sont définies dans la boîte de dialogue PCB Rules and Constraints Editor. Ici, nous sélectionnons la règle que nous voulons définir, et à titre d'exemple, nous sélectionnons la règle de dégagement électrique. Nous créons la nouvelle règle et lui donnons un nom approprié. Dans le champ où l'objet correspond, nous sélectionnons Classe de réseau, et nous choisissons dans la liste des classes, celle que nous avons définie dans le schéma.

La fenêtre ci-dessus montre que, pour cette classe particulière, il existe une règle de dégagement qui s'applique uniquement à la classe sélectionnée, et maintenant nous pouvons définir la règle de dégagement entre les réseaux de cette classe et toutes les autres règles de conception. Dans ce cas, nous fixons un dégagement de 1 mm par rapport aux autres pistes, et nous sélectionnons "Tous" dans le champ "Où le second objet correspond". Cela détermine que le dégagement des pistes de la classe de signal sensible doit être d'au moins 1 mm par rapport à toutes les autres caractéristiques de cet agencement.

La raison de cette règle de conception particulière peut tenir compte de la fabricabilité, ou elle peut concerner le comportement électrique. Les règles de conception devraient essayer d'équilibrer les deux. Les fabricants de PCB modernes peuvent fabriquer des tailles de caractéristiques bien inférieures à 1 mm en tant que capacité standard, donc la règle de conception électrique dans ce cas est purement pour s'assurer que les signaux sur ces réseaux reçoivent le moins de bruit possible via le diaphonie.

Ensuite, je détermine une seconde règle de dégagement pour les mêmes signaux sensibles, signifiant le dégagement minimum autorisé entre les signaux appartenant à cette classe de réseau particulière. Je crée une seconde règle de conception et lui donne un nom différent, signaux sensibles int. Je détermine le "Où le Premier Objet Correspond" de la même manière qu'avec la première règle, puis je sélectionne "Classe de Réseau" mais dans le champ "Où le Deuxième Objet Correspond", et de la liste je sélectionne la classe "signaux sensibles" et fixe la valeur des Contraintes à 0.2 mm. Cela spécifie un dégagement minimum de 0.2 mm pour les signaux appartenant à la classe des signaux sensibles.

Définition des Priorités

Nous avons maintenant déterminé deux règles de dégagement pour la classe de signaux Sensibles que nous avons définie du côté schématique. Pour que les règles de conception fonctionnent correctement, je dois définir les priorités pour ces règles. Je dois établir les priorités de sorte qu'Altium vérifie d'abord le dégagement entre les signaux Sensibles, ensuite le dégagement entre les signaux Sensibles et les autres objets, et enfin une règle de dégagement général pour les autres circuits. Définissez les priorités des règles en cliquant sur Priorités à gauche et en bas, ce qui vous ouvre une fenêtre dans laquelle il est possible de changer les priorités des règles de conception.

L'image ci-dessous montre comment ces règles de dégagement pour ma classe de signaux Sensibles importants ont affecté la disposition. Les cinq pistes les plus hautes appartiennent à la classe de signaux Sensibles que j'ai définie dans le schéma. Nous voyons un dégagement entre les signaux classifiés et le polygone de masse pour les cinq pistes supérieures, qui sont classées comme signaux Sensibles, suit la règle de dégagement de 1 mm. Le dégagement entre le polygone et les autres signaux suit la règle de 0,2 mm. Les 5 pistes en bas de la fenêtre ne font pas partie de la classe de signaux Sensibles, donc elles obéissent à la règle de dégagement commune. Lorsque le polygone a été versé, le moteur DRC d'Altium a automatiquement vérifié la région de versement du polygone et appliqué toutes les règles de dégagement pertinentes au polygone. Notez que cette règle a été appliquée même si le polygone était défini sur toute la fenêtre montrée ci-dessous.

De même, je peux définir une règle de conception de largeur pour les signaux Sensibles. Je sélectionne la règle de Largeur, crée une nouvelle règle, et comme je l'ai fait pour les règles de conception de dégagement, je détermine cette règle de largeur pour la classe de signaux Sensibles. Maintenant, la largeur de ces pistes doit strictement suivre la règle de 0,15 mm, et cette configuration applique cette règle uniquement pour les pistes appartenant à la classe de signal Sensible. Tout autre routage suit la règle de Largeur générale.

Nous constatons des violations des règles de conception après l'application de cette règle, et pour éliminer les violations, nous devons changer la largeur des pistes de signaux sensibles conformément à la règle de largeur de 0,15 mm que nous venons de créer. Encore une fois, les cinq pistes inférieures ne font pas partie des signaux classifiés, et la règle de largeur spécifique n'est pas valide pour elles.

Nous avons maintenant déterminé les signaux critiques du côté schématique, mis à jour cette information du côté de l'agencement, et défini des règles de conception spéciales pour l'espacement et la largeur de nos signaux critiques. Cette méthode est facile à mettre en œuvre et efficace pour des cas spéciaux dans lesquels les règles de conception diffèrent des règles communes. Pour les polygones, je n'utilise aucune autre méthode, comme l'ajout manuel de zones de coupure. De plus, avec cette approche, vous pouvez déterminer des espacements uniques pour les composants connectés aux pistes et un espacement unique pour la piste elle-même. J'ai récemment participé au webinaire d'Altium sur l'appariement de longueur dans les bus à haute vitesse. Dans ce webinaire, le même principe a été utilisé pour appairer la longueur des signaux de bus différentiels en définissant des traces critiques du côté schématique en utilisant une classification similaire, puis en déterminant les règles de conception d'agencement. Je vous recommande de regarder ce webinaire pour voir comment faire les choses en pratique et pour apprendre quelques astuces supplémentaires non présentées dans cet article, même si vous ne concevez pas de bus à haute vitesse.

Conclusion

J'utilise généralement à la fois des règles de conception basées sur la fabrication et des règles de conception électrique. Les fabricants de PCB ont toujours des règles de largeur minimale et de dégagement pour toutes les épaisseurs de cuivre disponibles, et celles-ci définissent les limites minimales extrêmes pour la conception. Être dans la fenêtre de fabrication garantit que vous obtenez le rendement de fabrication le plus élevé. Cependant, pour obtenir les meilleures performances, vous devez suivre la physique de l'électronique et être sûr qu'un circuit électrique complexe atteint la performance cible, vous devez convertir les lois de la physique en règles de conception de base, comme le dégagement, la largeur et la longueur. Suivre ces règles semble évident, mais lorsque la complexité d'un PCB augmente, suivre ces exigences manuellement et par inspection visuelle devient un défi et bientôt, la seule option est d'utiliser les fonctionnalités DRC. En déterminant correctement les règles de conception, vous pouvez vous assurer que ces règles sont suivies dans tous les emplacements d'un PCB.

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