Personalizzazione delle Regole di Progettazione Elettrica basate sulle Prestazioni in Altium Designer

È essenziale determinare le corrette regole di progettazione elettrica nel proprio software ECAD per un design elettronico efficace. Le regole di progettazione PCB correttamente stabilite assicurano che un design possa essere prodotto con un'alta resa e che i componenti possano essere assemblati. Molte regole di progettazione elettrica provengono dai produttori di PCB e dagli standard IPC, ma le regole di progettazione elettrica vanno oltre la produzione e l'assemblaggio. I PCB richiedono anche una progettazione elettrica che tenga conto del comportamento elettrico dei segnali. Tracce critiche potrebbero richiedere diverse regole di progettazione elettrica personalizzate per garantire l'integrità del segnale e della potenza, così come la fabbricabilità.

Ad esempio, un PCB potrebbe avere una regola di progettazione elettrica in cui la maggior parte del routing ha un requisito di distanza comune basato sul calcolo del diafonia consentito. Questo può anche includere un gruppo di altre tracce estremamente sensibili a tutti i tipi di rumore e che quindi richiedono un'attenzione speciale riguardo alla diafonia e al coupling di rumore. Per queste tracce sensibili al rumore, abbiamo bisogno di una distanza maggiore—una regola di progettazione diversa—rispetto alla regola di progettazione della distanza comune. Per garantire che il controllo della regola di progettazione (DRC) analizzi accuratamente questa area critica del PCB, dobbiamo avere regole di progettazione elettrica uniche basate sulle prestazioni per queste tracce sensibili.

Altium Designer® offre opzioni per definire regole di progettazione personalizzate per specifiche tracce. In questo articolo, descrivo uno dei miei metodi per definire regole di progettazione basate sulla funzione Class di Altium Designer. Procedo attraverso un flusso di lavoro passo dopo passo per assegnare tracce in una classe e come impostare regole di progettazione per la classe creata.

Personalizzazione delle Regole di Progettazione Elettrica in Altium Designer

Le regole di progettazione elettrica sono meglio definite durante la progettazione degli schemi. Dallo schema, è possibile identificare quali reti trasportano segnali importanti e richiedono specifiche regole di progettazione elettrica. Questi possono essere segnali ad alta velocità, segnali che richiedono impedenza controllata, segnali che richiedono una distanza speciale rispetto ad altre reti, o anche componenti che richiedono certe distanze. In molti dei miei progetti di sensori capacitivi, ho bisogno di due diverse regole di distanza per i segnali dei sensori: una per l'elettrodo del sensore e un'altra per le tracce che vengono instradate al sensore.

Esempio: Impostazione delle Distanze

Indipendentemente dal tipo di segnale e dalla regola di progettazione elettrica che richiede, le regole di progettazione sono più facilmente organizzate creando una classe individuale per i segnali che richiedono le stesse regole di progettazione. Se hai diversi gruppi di segnali, ognuno richiede la propria classe. Le Classi di Rete possono essere create in Altium Designer selezionando il Set di Parametri Direttivi di Posizionamento. Ora potresti posizionare questo direttivo per i segnali, ma prima di posizionarlo da qualche parte, premi il tasto tab, che apre la finestra delle Proprietà. In quella finestra, puoi definire un'etichetta per questa particolare classe, che vedrai solo nello schema. Per creare la classe, seleziona dalla parte inferiore della finestra delle Proprietà, clicca su Aggiungi, e da lì clicca su Classe di Rete come mostrato nell'immagine qui sotto.

Successivamente, nella finestra dei Parametri, inserisci un nome unico per questa nuova classe che fornisca una buona descrizione. Questo stesso nome sarà visto in seguito quando si crea la regola di progettazione elettrica che coinvolge questa classe, quindi vale la pena usare un nome che ti aiuti a identificarla.

Ora puoi posizionare questo direttivo determinato per tutti i segnali che richiedono regole di progettazione specifiche. I segnali classificati sono contrassegnati da un cerchio rosso con l'etichetta che hai determinato in precedenza.

Dopo aver aggiornato lo schema nel layout, le reti nel layout hanno la stessa classificazione fatta nello schema. Tutte le regole di progettazione fisica ed elettrica sono definite nella finestra di dialogo PCB Rules and Constraints Editor. Qui selezioniamo la regola che vogliamo definire e, come esempio, selezioniamo la regola di distanza elettrica. Creiamo la nuova regola e le diamo un nome appropriato. Nel campo dove l'oggetto corrisponde, selezioniamo Classe di Rete, e scegliamo dalla lista delle classi, quella che abbiamo definito nello schema.

La finestra sopra mostra che, per questa particolare classe, c'è una regola di distanza che si applica solo alla classe selezionata, e ora possiamo impostare la regola di distanza tra le reti in questa classe e tutte le altre regole di progettazione. In questo caso, impostiamo una distanza di 1 mm rispetto ad altre tracce, e selezioniamo "Tutte" nel campo "Dove il Secondo Oggetto Corrisponde". Questo determina che la distanza dalle tracce della classe di segnali Sensibili deve essere di almeno 1 mm da tutte le altre caratteristiche in questo layout.

La motivazione per questa particolare regola di progettazione potrebbe tenere conto della fabbricabilità, o potrebbe considerare il comportamento elettrico. Le regole di progettazione dovrebbero cercare di bilanciare entrambi. I moderni produttori di PCB possono fabbricare dimensioni di caratteristiche molto più piccole di 1 mm come capacità standard, quindi la regola di progettazione elettrica in questo caso è puramente per garantire che i segnali su queste reti ricevano il minor rumore possibile tramite il crosstalk.

Successivamente, determino una seconda regola di distanza per gli stessi segnali sensibili, intendendo la distanza minima consentita tra segnali appartenenti a questa particolare classe di rete. Creo una seconda regola di progettazione e le do un nome diverso, segnali sensibili int. Determino il "Dove il Primo Oggetto Corrisponde" nello stesso modo della prima regola, poi seleziono "Classe di Rete" ma nel campo "Dove il Secondo Oggetto Corrisponde", e dalla lista seleziono la classe "segnali sensibili" e imposto il valore dei Vincoli a 0.2 mm. Questo specifica una distanza minima di 0.2 mm per i segnali appartenenti alla classe dei segnali sensibili.

Impostazione delle Priorità

Ora abbiamo determinato due regole di distanza per la classe di segnali Sensibili che abbiamo definito nel lato schematico. Per far funzionare correttamente le regole di progettazione, devo impostare le priorità per queste regole. Devo impostare le priorità in modo che Altium controlli prima la distanza tra i segnali Sensibili, poi la distanza tra i segnali Sensibili e altri oggetti, e infine una regola di distanza generale per altri circuiti. Imposta le priorità delle regole cliccando su Priorità a sinistra e in basso, il che ti apre una finestra in cui è possibile cambiare le priorità delle regole di progettazione.

L'immagine sottostante mostra come queste regole di distanziamento per la mia importante classe di segnali Sensibili abbiano influenzato il layout. Le cinque tracce più in alto appartengono alla classe di segnali Sensibili che ho definito nello schema. Vediamo un distanziamento tra i segnali classificati e il poligono di terra per le cinque tracce più in alto, che sono classificate come segnali Sensibili, segue la regola di distanziamento di 1 mm. Il distanziamento tra il poligono e altri segnali segue la regola di 0,2 mm. Le 5 tracce nella parte inferiore della finestra non fanno parte della classe di segnali Sensibili, quindi obbediscono alla regola di distanziamento comune. Quando il poligono è stato versato, il motore DRC di Altium ha automaticamente controllato la regione di versamento del poligono e applicato tutte le regole di distanziamento pertinenti al poligono. Nota che questa regola è stata applicata anche se il poligono era definito in tutta la finestra mostrata sotto.

Allo stesso modo, posso definire una regola di progettazione della larghezza per i segnali Sensibili. Seleziono la regola di Larghezza, creo una nuova regola e, come ho fatto nelle regole di progettazione del distanziamento, determino questa regola di larghezza per la classe di segnali Sensibili. Ora la larghezza di queste tracce deve seguire rigorosamente la regola di 0,15 mm, e questa configurazione applica quella regola solo per le tracce appartenenti alla classe di segnali Sensibili. Tutti gli altri routing seguono la regola generale di Larghezza.

Rileviamo violazioni delle regole di progettazione dopo aver applicato questa regola e, per eliminare le violazioni, dobbiamo modificare la larghezza delle tracce dei segnali sensibili secondo la regola di larghezza di 0,15 mm che abbiamo appena creato. Ancora, le cinque tracce sul lato inferiore non appartengono a segnali classificati, e la specifica regola di larghezza non è valida per loro.

Ora abbiamo determinato i segnali critici nella parte dello schema, aggiornato queste informazioni nella parte del layout e definito regole di progettazione speciali per distanza e larghezza per i nostri segnali critici. Questo metodo è facile da implementare ed efficiente per casi speciali in cui le regole di progettazione differiscono dalle regole comuni. Per i poligoni, non uso altri metodi, come l'aggiunta manuale di aree di taglio. Inoltre, con questo approccio, è possibile determinare distanze uniche per i componenti connessi alle tracce e una distanza unica per la traccia stessa. Ho recentemente partecipato al webinar di Altium sul matching di lunghezza nei bus ad alta velocità. In questo webinar, è stato utilizzato lo stesso principio per abbinare la lunghezza dei segnali del bus differenziale definendo tracce critiche nella parte dello schema usando una classificazione simile e poi determinando le regole di progettazione del layout. Vi consiglio di guardare questo webinar per vedere come fare le cose nella pratica e per imparare un paio di trucchi in più non presentati in questo articolo, anche se non state progettando bus ad alta velocità.

Conclusione

Di solito utilizzo sia le regole di progettazione basate sulla produzione sia le regole di progettazione elettrica. I produttori di PCB hanno sempre regole minime di larghezza e distanza per tutti gli spessori di rame disponibili, e queste stabiliscono i limiti minimi estremi per la progettazione. Rimanere all'interno della finestra di produzione garantisce di ottenere la massima resa produttiva. Tuttavia, per ottenere le migliori prestazioni, è necessario seguire la fisica dell'elettronica e, per essere sicuri che un circuito elettrico complesso soddisfi le prestazioni target necessarie, è necessario convertire le leggi della fisica in regole di progettazione di base, come la distanza, la larghezza e la lunghezza. Seguire queste regole può sembrare ovvio, ma quando la complessità di un PCB aumenta, seguire manualmente questi requisiti e tramite ispezione visiva diventa impegnativo e presto, l'unica opzione è utilizzare le funzionalità DRC. Determinando correttamente le regole di progettazione, puoi assicurarti che queste regole siano seguite in tutte le posizioni di un PCB.

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