Altium Designer 20 Changed My Layout Design Routines

Ho appena completato la mia prima progettazione PCB con Altium Designer 20® e, allo stesso tempo, ho testato alcune sue nuove caratteristiche. In questo articolo condividerò le mie riflessioni in merito, in particolare quali funzionalità mi hanno piacevolmente colpito: scorrimento e routing a qualsiasi angolo. Dopo aver precedentemente letto e guardato i video relativi a queste funzioni di routing, ero ansioso di provarle. Ho esperienza nell’instradare le tracce su aree di layout curve che hanno una topologia di instradamento a 45 gradi ed ero frustrato quando cercavo di inserire tutte le tracce nell'area richiesta. AD19 era già dotato di una sorta di “routing a qualsiasi angolo”, in quanto eri libero di selezionare ogni angolo durante il routing. Ma quando ho aggiunto e abilitato le regole di progettazione della distanza, non sono riuscito ad avvicinarmi abbastanza ai bordi o agli oggetti arrotondati, pertanto ho dovuto mantenere una distanza maggiore. Nel frattempo, riducendo manualmente al minimo le distanze, il tempo di progettazione del layout è aumentato ma il risultato non mi ha soddisfatto. Ero frustrato perché avevo grandi aspettative per lo scorrimento e il routing a qualsiasi angolo.

Una funzione di scorrimento perfezionata ha cambiato i miei metodi di progettazione e il mio processo di creazione del routing per piccoli gruppi di tracce. Invece di instradare tutte le tracce già disponibili, ho creato un instradamento veloce e approssimativo per un gruppo di tracce senza preoccuparmi di angoli, distanze ottimali o altri dettagli. Tuttavia, ho realizzato il raggruppamento finale e l'ottimizzazione del layout utilizzando la funzione di scorrimento in seguito, quindi le ho disposte nelle posizioni più adatte nell'area del layout. All'inizio è sembrata un’ottima scelta definire lo stack-up e poi stabilire le regole di larghezza e distanza secondo l'impedenza di destinazione e la minimizzazione della diafonia. Dopo questo percorso approssimato, ho raggruppato le tracce e le ho spostate nelle loro posizioni finali facendole scorrere. Lo scorrimento ha funzionato bene anche per le tracce instradate usando il routing a qualsiasi angolo con un angolo arbitrario. Quando si fanno scorrere le tracce instradate verso una traccia “bloccata” (selezionare Walkaround Obstacles), la traccia a scorrimento assume la stessa forma, pur rispettando la regola della distanza minima. Per un piccolo gruppo di tracce, questo metodo consente di creare rapidamente i routing rispettando le regole di progettazione. Nella figura 1 alcuni esempi mostrano varie opzioni su come organizzare le tracce tramite lo scorrimento. 

Immagine 1. Scorrimento delle tracce in un gruppo. L'immagine in alto a sinistra presenta un instradamento rapido e approssimato, mentre le altre sono esempi di varie opzioni per organizzare le tracce tramite lo scorrimento, nella progettazione PCB 

Quando si fanno scorrere le tracce vicino al contorno della scheda o all'area di ritaglio, la traccia prende la forma del bordo del PCB, mantenendo la regola predefinita di distanza dal bordo della scheda, come presentato in figura 2. Ciò apporta dei vantaggi quando si progetta elettronica stampata o strutturale. In queste situazioni, l'area della scheda non è mai rettangolare, ma più o meno segue la forma del pezzo. Con lo scorrimento, posso disegnare una traccia diritta e spingerla semplicemente verso il bordo dell'area della scheda. Ciò permette di instradare le tracce nella posizione più vicina al bordo del circuitoe, in questo modo, possiamo utilizzare l'intera area di layout disponibile per la nostra progettazione PCB, non solo le aree in cui siamo riusciti a mettere 45 tracce angolari. Con AD20 puoi far scorrere tracce individuali o raggruppate in modo intelligente. È una caratteristica molto utile per inserire le tracce in un'area ottimale o persino in un'area minima. Il vantaggio è notevole, in particolare quando si lavora con aree con bordi curvi. 

Immagine 2. Scorrimento delle tracce verso il bordo di una scheda elettronica stampata in una progettazione PCB. La prima immagine raffigura un approccio tradizionale. La seconda immagine mostra lo scorrimento delle tracce verso il bordo curvo dell'area del layout

Il routing a qualsiasi angolo trova la traccia più breve necessaria tra due punti. Nella seguente figura 3, la traccia evidenziata è stata instradata con il metodo tradizionale a 45 gradi, mentre la traccia più sottile è una soluzione generata dal routing a qualsiasi angolo. Come puoi vedere, la traccia cambia angolo in modo intelligente quando si evitano le via. Lo stesso è avvenuto anche con eventuali ostacoli, come altre tracce e componenti. In questo modo, il routing è rimasto fluido e scorrevole. Ho instradato molte tracce con questo routing, nelle operazioni di progettazione PCB e in tutti i casi ho trovato il percorso più breve per la traccia, anche in situazioni difficili con molti ostacoli di varie dimensioni e forme. Ho trovato, così, un nuovo metodo di instradamento: il principio della distanza minima di traccia.

Immagine 3. Lunghezza minima della traccia con routing a qualsiasi angolo, un fattore importante nella progettazione PCB
(Alt text: Lunghezza minima della traccia con routing a qualsiasi angolo, un fattore importante nella progettazione PCB)
 

Il principio di progettazione della distanza minima ha un paio di vantaggi. Un caso esemplificativo è quello della progettazione di sensori capacitivi. Questi sensori misurano capacità estremamente piccole, persino meno di un picofarad. Per questo motivo è importante progettare il routing con capacità parassita minima. Ogni traccia instradata ha capacità parassita (e anche induttanza), e la capacità dipende sia dal progetto di stack-up che dalla lunghezza della traccia. La capacità per lunghezza può essere ottenuta rapidamente dal profilo di impedenza del layer stack manager. Quindi la capacità totale si ottiene moltiplicando la lunghezza della traccia con la capacità per lunghezza. La minimizzazione della capacità di traccia richiede la minimizzazione della lunghezza di traccia. 

Un altro caso esemplificativo è quando il tempo di salita veloce genera problemi di integrità del segnale. Con la topologia di instradamento a 45 gradi, la lunghezza di una traccia può essere abbastanza lunga da generare problemi. Tuttavia, raddrizzare la linea con il routing a qualsiasi angolo può ridurre la lunghezza al di sotto della lunghezza critica. Non posso dire che il routing a qualsiasi angolo può risolvere questo problema, perché è comunque necessario progettare la terminazione se il tempo di salita è troppo veloce nonostante la riduzione della traccia. Il routing a qualsiasi angolo è uno strumento per trovare la lunghezza minima della traccia e può essere d’aiuto o meno. Dopo la riduzione della traccia, occorre determinare se la terminazione è necessaria o meno.

Nell'elettronica stampata, la lunghezza minima della traccia minimizza la resistenza alla traccia. In questo tipo di applicazioni, la riduzione di tale lunghezza è sempre vantaggiosa poiché la resistenza delle tracce di inchiostro conduttivo stampato gioca sempre un ruolo importante. Vale la pena eliminare ogni ohm dalla traccia.

Il routing a qualsiasi angolo è un'ottima scelta nelle aree di layout piene. Finora, il routing a 45 gradi si bloccava in fase di “corsa”, ma con il routing a qualsiasi angolo questo problema non si presenta. Le aree in cui ci sono molti via, componenti, aree di restrizione o altri ostacoli in una piccola area, sono più facili da risolvere con il routing a qualsiasi angolo. Anziché bloccarsi perché la traccia non trova un percorso con angoli di 45 gradi, il routing a qualsiasi angolo trova l'angolo più adatto per la traccia e quindi aggira gli ostacoli pur continuando a rispettare la regola della distanza. Questa tipologia di routing “abbraccia” gli ostacoli con una distanza minima e qualsiasi forma di traccia. Puoi vedere un esempio nell'immagine 4 seguente.

Immagine 4. Routing a qualsiasi angolo in un’area piena, in una progettazione PCB

Nella fase di design del layout in una progettazione PCB, dobbiamo anche pensare alladiafonia. Una delle cause della diafonia è la distanza eccessivamente ridotta tra le tracce rispetto allo spessore del dielettrico tra traccia e piano di riferimento. Nell’usare il routing a qualsiasi angolo ho notato che raramente le tracce viaggiano in parallelo con la distanza minima consentita. Invece, le tracce vanno in direzioni leggermente diverse, perché difficilmente le distanze più brevi tra due serie di punti conducono esattamente nella stessa direzione, come possiamo vedere nella figura 5. Per questo motivo, in molti casi le distanze tra le tracce sono state maggiori rispetto al minimo consentito, il che significa meno diafonia. Con il routing a qualsiasi angolo, tutto ciò è avvenuto casualmente. Qualcuno mi potrebbe dire che il layout non è bello, ma alla fine conta così tanto l’estetica se il funzionamento è stato ottimizzato?

Immagine 5. Stessa progettazione PCB con routing a 45 gradi e routing a qualsiasi angolo

Dopo aver terminato la progettazione PCB, ho concluso che lo scorrimento e il routing a qualsiasi angolo offrono i seguenti vantaggi:

1. Lo scorrimento consente di raggruppare rapidamente le tracce. Non importa quale sia l'angolo, il raggruppamento può essere eseguito senza problemi, tenendo in considerazione le regole di distanza.
2. Con la funzione di scorrimento è possibile utilizzare un'area di layout di PCB o di elettronica stampata, particolarmente utile nei casi in cui l'area di layout ha una forma curva.
3. Il routing a qualsiasi angolo trova il percorso più breve per la traccia. Si può utilizzare il principio di progettazione della traccia più breve, riducendo al minimo le capacità parassite, le induttanze e le resistenze nell'elettronica stampata.
4. Il routing a qualsiasi angolo offre enormi vantaggi nelle aree di layout piene e rende sicuramente più veloce l'instradamento, offrendo molta più libertà per le direzioni di instradamento, durante le operazioni di progettazione PCB.
5. Usando il principio della lunghezza minima della traccia con il routing a qualsiasi angolo, si riduce “casualmente” la diafonia perché non si instradano tracce parallele con una distanza minima.

Lo scorrimento e il routing a qualsiasi angolo hanno cambiato le mie abitudini di instradamento delle tracce nei PCB e nell'elettronica stampata. Queste caratteristiche forniscono nuove opzioni per eseguire il routing, rendendolo più veloce e facile. Inoltre, offrono nuove opportunità per implementare i diversi principi di instradamento, come la distanza minima delle tracce. Avevo grandi aspettative quando ho iniziato la progettazione del layout e dopo aver utilizzato queste funzionalità, ho avuto la conferma che questi metodi di progettazione saranno utili in qualsiasi attività di design del layout.

Hai ulteriori domande? Chiama un esperto di Altium o scopri i nostri semplici tutorial sul layout dei PCB per avere una maggiore conoscenza delle funzioni avanzate durante la progettazione di PCB.