Altium Designer에서 성능 기반 전기 설계 규칙을 사용자 정의하기

ECAD 소프트웨어에서 올바른 전기 설계 규칙을 결정하는 것은 효과적인 전자 설계에 필수적입니다. 올바르게 결정된 PCB 설계 규칙은 높은 수율로 제조될 수 있고 구성 요소를 조립할 수 있음을 보장합니다. 많은 전기 설계 규칙은 PCB 제조업체와 IPC 표준에서 나오지만, 전기 설계 규칙은 제조 및 조립을 넘어섭니다. PCB는 신호의 전기적 행동을 고려한 전기 설계도 필요로 합니다. 중요한 트레이스는 신호 및 전력 무결성은 물론 제조 가능성을 보장하기 위해 여러 개의 맞춤형 전기 설계 규칙이 필요할 수 있습니다.

예를 들어, PCB는 계산된 허용 크로스토크를 기반으로 한 공통 클리어런스 요구 사항을 가진 라우팅이 대부분인 전기 설계 규칙을 가질 수 있습니다. 이는 또한 모든 노이즈에 매우 민감한 다른 트레이스 그룹을 포함할 수 있으며, 이러한 트레이스에 대해서는 크로스토크 및 노이즈 커플링에 대해 특별한 주의가 필요합니다. 이러한 노이즈에 민감한 트레이스의 경우, 공통 클리어런스 설계 규칙이 아닌 다른 설계 규칙—더 넓은 클리어런스가 필요합니다. PCB의 이 중요한 영역을 설계 규칙 검사(DRC)가 정확하게 분석할 수 있도록 하려면, 이러한 민감한 트레이스에 대해 고유한 성능 기반 전기 설계 규칙을 가져야 합니다.

Altium Designer®는 특정 트레이스에 대한 사용자 정의 설계 규칙을 정의할 수 있는 옵션을 제공합니다. 이 글에서는 Altium Designer 클래스 기능을 기반으로 설계 규칙을 정의하는 내 방법 중 하나를 설명합니다. 클래스에 트레이스를 할당하는 단계별 워크플로우와 생성된 클래스에 대한 설계 규칙을 설정하는 방법을 설명합니다.

Altium Designer에서의 전기 설계 규칙 사용자 정의

전기 설계 규칙은 회로도를 설계할 때 가장 잘 정의됩니다. 회로도에서 중요한 신호를 전달하는 넷을 식별하고 특정 전기 설계 규칙이 필요한지 확인할 수 있습니다. 이러한 규칙에는 고속 신호, 제어된 임피던스가 필요한 신호, 다른 넷에 대한 특별한 클리어런스가 필요한 신호 또는 특정 클리어런스가 필요한 구성 요소가 포함될 수 있습니다. 내 많은 정전 용량 센서 설계에서는 센서 신호에 대해 두 가지 다른 클리어런스 규칙이 필요합니다: 하나는 센서 전극용이고 다른 하나는 센서로 라우팅되는 트레이스용입니다.

예시: 클리어런스 설정

신호 유형과 전기 설계 규칙에 관계없이, 동일한 설계 규칙이 필요한 신호에 대해 개별 클래스를 생성함으로써 설계 규칙을 가장 쉽게 정리할 수 있습니다. 여러 그룹의 신호가 있을 경우, 각각 자신의 클래스가 필요합니다. Altium Designer에서 넷 클래스는 장소 지시문 매개변수 세트를 선택하여 생성할 수 있습니다. 이제 이 지시문을 신호에 배치할 수 있지만, 어디에나 배치하기 전에 탭 키를 누르면 속성 창이 열립니다. 그 창에서 이 특정 클래스에 대한 레이블을 정의할 수 있으며, 이 레이블은 회로도에서만 볼 수 있습니다. 클래스를 생성하려면 속성 창 하단에서 추가를 선택하고 거기서 아래 이미지와 같이 넷 클래스를 클릭하십시오.

다음으로, 매개변수 창에서 이 새 클래스에 대해 좋은 설명을 제공하는 고유한 이름을 입력합니다. 이 이름은 나중에 이 클래스를 포함하는 전기 설계 규칙을 생성할 때 보게 되므로, 식별하기 쉬운 이름을 사용하는 것이 좋습니다.

이제 특정 설계 규칙이 필요한 모든 신호에 대해 이 결정된 지시문을 배치할 수 있습니다. 분류된 신호는 앞서 결정한 레이블이 있는 빨간 원으로 표시됩니다.

스키마틱을 레이아웃으로 업데이트한 후, 레이아웃의 넷은 스키마틱에서 정의된 것과 동일한 분류를 가집니다. 모든 물리적 및 전기적 설계 규칙은 PCB 규칙 및 제약 조건 편집기 대화 상자에서 정의됩니다. 여기서 우리는 정의하고자 하는 규칙을 선택하며, 예를 들어, 전기적 클리어런스 규칙을 선택합니다. 새 규칙을 생성하고 적절한 이름을 부여합니다. 객체가 일치하는 필드에서는 넷 클래스를 선택하고, 스키마틱에서 정의한 클래스 목록에서 하나를 선택합니다.

위 창은 특정 클래스에 대해 선택된 클래스에만 적용되는 클리어런스 규칙이 있음을 보여줍니다. 이제 이 클래스의 넷과 모든 다른 설계 규칙 사이의 클리어런스 규칙을 설정할 수 있습니다. 이 경우, 다른 트레이스에 대해 1mm 클리어런스를 설정하고 "두 번째 객체가 일치하는 곳" 필드에서 "모두"를 선택합니다. 이는 민감한 신호 클래스의 트레이스 클리어런스가 이 레이아웃의 모든 다른 기능으로부터 최소 1mm 이상이어야 함을 결정합니다.

이 특정 설계 규칙의 이유는 제조 가능성을 고려할 수도 있고, 전기적 행동을 고려할 수도 있습니다. 설계 규칙은 두 가지를 모두 균형 있게 고려해야 합니다. 현대 PCB 제조업체는 표준 기능으로 1mm보다 훨씬 작은 특징 크기를 제작할 수 있으므로, 이 경우 전기 설계 규칙은 순전히 이러한 네트워크의 신호가 가능한 한 적은 노이즈를 받도록 하기 위한 것입니다.

다음으로, 동일한 민감한 신호에 대한 두 번째 클리어런스 규칙을 결정합니다. 즉, 이 특정 넷 클래스에 속하는 신호 간 허용되는 최소 클리어런스를 의미합니다. 두 번째 설계 규칙을 생성하고 다른 이름, 민감한 신호 int를 부여합니다. 첫 번째 규칙과 동일한 방식으로 "첫 번째 객체가 일치하는 곳"을 결정한 다음, "넷 클래스"를 선택하지만 "두 번째 객체가 일치하는 곳" 필드에서 "민감한 신호" 클래스를 목록에서 선택하고 제약 조건 값을 0.2mm로 설정합니다. 이는 민감한 신호 클래스에 속하는 신호에 대해 최소 0.2mm의 클리어런스를 지정합니다.

우선 순위 설정

이제 우리는 스키마틱 측에서 정의한 민감한 신호 클래스에 대해 두 가지 클리어런스 규칙을 정했습니다. 설계 규칙이 제대로 작동하려면, 이 규칙들의 우선순위를 설정해야 합니다. Altium이 먼저 민감한 신호들 사이의 클리어런스를 확인하고, 그 다음에는 민감한 신호와 다른 객체들 사이의 클리어런스, 마지막으로 다른 회로들에 대한 일반적인 클리어런스 규칙을 확인하도록 우선순위를 설정해야 합니다. 왼쪽 아래에 있는 Priorities를 클릭하여 우선순위를 변경할 수 있는 창이 열리는데, 여기서 설계 규칙의 우선순위를 변경할 수 있습니다.

아래 이미지는 중요한 민감 신호 클래스에 대한 이러한 클리어런스 규칙이 레이아웃에 어떤 영향을 미쳤는지 보여줍니다. 가장 위쪽의 다섯 개의 트레이스는 회로도에서 정의한 민감 신호 클래스에 속합니다. 우리는 민감 신호로 분류된 가장 위쪽의 다섯 개의 트레이스와 접지 폴리곤 사이의 클리어런스가 1mm 클리어런스 규칙을 따르는 것을 볼 수 있습니다. 폴리곤과 다른 신호들 사이의 클리어런스는 0.2mm 규칙을 따릅니다. 창의 하단에 있는 5개의 트레이스는 민감 신호 클래스에 속하지 않으므로 일반 클리어런스 규칙을 따릅니다. 폴리곤이 채워졌을 때, Altium의 DRC 엔진은 자동으로 폴리곤 채움 영역을 검사하고 폴리곤에 관련된 모든 클리어런스 규칙을 적용했습니다. 이 규칙은 아래에 표시된 전체 창을 통해 폴리곤이 정의되었음에도 불구하고 적용되었습니다.

마찬가지로, 민감 신호에 대한 너비 디자인 규칙을 정의할 수 있습니다. 너비 규칙을 선택하고, 새로운 규칙을 생성하며, 클리어런스 디자인 규칙에서 했던 것처럼 민감 신호 클래스에 대해 이 너비 규칙을 결정합니다. 이제 이 트레이스들의 너비는 엄격하게 0.15mm 규칙을 따라야 하며, 이 설정은 민감 신호 클래스에 속하는 트레이스에만 해당 규칙을 적용합니다. 모든 다른 라우팅은 일반 너비 규칙을 따릅니다.

이 규칙을 적용한 후 설계 규칙 위반 사항이 발생했으며, 위반 사항을 해결하기 위해서는 방금 생성한 0.15mm 폭 규칙에 따라 민감한 신호 트레이스의 폭을 변경해야 합니다. 다시 말하지만, 하단의 다섯 개 트레이스는 분류된 신호에 속하지 않으며, 특정 폭 규칙은 그들에게 유효하지 않습니다.

이제 회로도 측에서 중요 신호를 결정하고, 이 정보를 레이아웃 측에 업데이트하며, 중요 신호에 대해 특별한 클리어런스와 폭 설계 규칙을 정의했습니다. 이 방법은 설계 규칙이 일반 규칙과 다른 특별한 경우에 쉽게 구현하고 효율적입니다. 다각형의 경우, 수동으로 컷오프 영역을 추가하는 등의 다른 방법은 사용하지 않습니다. 또한, 이 접근 방식을 통해 트레이스에 연결된 구성 요소에 대한 고유 클리어런스와 트레이스 자체에 대한 고유 클리어런스를 결정할 수 있습니다. 최근에 저는 Altium의 고속 버스에서의 길이 매칭 웨비나에 참여했습니다. 이 웨비나에서는 회로도 측에서 유사한 분류를 사용하여 중요 트레이스를 정의하고, 그 다음 레이아웃 설계 규칙을 결정함으로써 차동 버스 신호의 길이를 맞추기 위해 동일한 원칙이 사용되었습니다. 고속 버스를 설계하지 않더라도 실제로 어떻게 하는지 보고, 이 글에서 제시되지 않은 몇 가지 더 많은 요령을 배우기 위해 이 웨비나를 시청할 것을 추천합니다.

결론

저는 일반적으로 제조 기반 설계 규칙과 전기 설계 규칙을 모두 사용합니다. PCB 제조업체는 항상 사용 가능한 모든 구리 두께에 대해 최소 폭과 클리어런스 규칙을 가지고 있으며, 이러한 규칙이 설계의 극단적인 최소 한계를 설정합니다. 제조 창 내에 있으면 최고의 제조 수율을 얻을 수 있습니다. 그러나 최고의 성능을 얻으려면 전자의 물리학을 따라야 하며, 복잡한 전기 회로가 목표 성능을 충족하도록 하려면 물리 법칙을 클리어런스, 폭 및 길이와 같은 기본 설계 규칙으로 변환해야 합니다. 이러한 사항을 따르는 것은 자명해 보이지만, PCB의 복잡성이 증가함에 따라 이러한 요구 사항을 수동으로 및 시각적 검사를 통해 따르는 것이 어려워지고 곧, DRC 기능을 사용하는 것이 유일한 옵션이 됩니다. 설계 규칙을 올바르게 결정함으로써 PCB의 모든 위치에서 이러한 규칙이 따라지도록 할 수 있습니다.

다음 PCB 설계에서 Altium이 어떻게 도움을 줄 수 있는지 자세히 알아보고 싶으신가요? Altium의 전문가와 상담하세요.