Dostosowywanie reguł projektowania elektrycznego opartego na wydajności w Altium Designer

Określenie właściwych zasad projektowania elektrycznego w oprogramowaniu ECAD jest kluczowe dla skutecznego projektowania elektroniki. Prawidłowo ustalone zasady projektowania PCB zapewniają, że projekt może być wyprodukowany z wysoką wydajnością, a komponenty mogą być montowane. Wiele zasad projektowania elektrycznego pochodzi od producentów PCB i standardów IPC, ale zasady projektowania elektrycznego wykraczają poza produkcję i montaż. PCB wymagają również projektowania elektrycznego, które uwzględnia elektryczne zachowanie sygnałów. Krytyczne ścieżki mogą wymagać kilku niestandardowych zasad projektowania elektrycznego, aby zapewnić integralność sygnału i mocy, jak również możliwość produkcji.

Na przykład, PCB może mieć zasadę projektowania elektrycznego, gdzie większość trasowania ma wspólne wymagania dotyczące odstępu oparte na obliczonym dopuszczalnym przesłuchu. Może to również zawierać grupę innych ścieżek, które są wyjątkowo wrażliwe na wszelkie zakłócenia i dlatego wymagają szczególnej uwagi w odniesieniu do przesłuchu i sprzęgania zakłóceń. Dla tych ścieżek wrażliwych na zakłócenia potrzebujemy szerszego odstępu — innej zasady projektowania — niż wspólna zasada projektowania odstępu. Aby zapewnić, że kontrola zasad projektowania (DRC) dokładnie analizuje ten krytyczny obszar PCB, musimy mieć unikalne zasady projektowania elektrycznego oparte na wydajności dla tych wrażliwych ścieżek.

Altium Designer® oferuje opcje definiowania niestandardowych zasad projektowania dla określonych ścieżek. W tym artykule opisuję jedną z moich metod definiowania zasad projektowania, które opierają się na funkcji Klasy w Altium Designer. Przedstawiam krok po kroku proces przypisywania ścieżek do klasy oraz sposób ustawiania zasad projektowania dla utworzonej klasy.

Dostosowywanie zasad projektowania elektrycznego w Altium Designer

Najlepiej jest definiować zasady projektowania elektrycznego podczas projektowania schematów. Na podstawie schematu można zidentyfikować, które sieci przekazują ważne sygnały i wymagają określonych zasad projektowania elektrycznego. Mogą to być sygnały wysokiej prędkości, sygnały wymagające kontrolowanej impedancji, sygnały wymagające specjalnego odstępu od innych sieci, lub nawet komponenty wymagające określonych odstępów. W wielu moich projektach sensorów pojemnościowych potrzebuję dwóch różnych zasad odstępu dla sygnałów sensorów: jednej dla elektrody sensora, a drugiej dla ścieżek prowadzonych do sensora.

Przykład: Ustawianie odstępów

Bez względu na typ sygnału i wymaganą regułę projektowania elektrycznego, reguły projektowania najłatwiej jest organizować, tworząc indywidualną klasę dla sygnałów wymagających tych samych reguł projektowania. Jeśli masz kilka grup sygnałów, każda wymaga własnej klasy. Klasy sieci można tworzyć w Altium Designer, wybierając Zestaw Parametrów Dyrektyw Umieszczania. Teraz możesz umieścić tę dyrektywę dla sygnałów, ale zanim umieścisz ją gdziekolwiek, naciśnij klawisz tab, co otworzy okno Właściwości. W tym oknie możesz zdefiniować etykietę dla tej konkretnej klasy, którą zobaczysz tylko w schemacie. Aby utworzyć klasę, wybierz z dolnej części okna Właściwości, kliknij Dodaj, a stamtąd kliknij Klasa Sieci, jak pokazano na poniższym obrazku.

Następnie, w oknie Parametry, wprowadź unikalną nazwę dla tej nowej klasy, która zapewni dobry opis. Ta sama nazwa będzie widoczna później, podczas tworzenia reguły projektowania elektrycznego dotyczącej tej klasy, więc warto użyć nazwy, która pomoże Ci ją zidentyfikować.

Teraz możesz umieścić tę określoną dyrektywę dla wszystkich sygnałów, które wymagają określonych reguł projektowania. Sygnały sklasyfikowane są oznaczone czerwonym kołem z etykietą, którą wcześniej określiłeś.

Po zaktualizowaniu schematu do układu, sieci w układzie mają taką samą klasyfikację, jaką ustalono w schemacie. Wszystkie fizyczne i elektryczne zasady projektowania są zdefiniowane w oknie dialogowym PCB Rules and Constraints Editor. Tutaj wybieramy zasadę, którą chcemy zdefiniować, i jako przykład wybieramy zasadę odstępu elektrycznego. Tworzymy nową zasadę i nadajemy jej odpowiednią nazwę. W polu, gdzie obiekt pasuje, wybieramy Klasę Sieci, a następnie z listy klas wybieramy tę, którą zdefiniowaliśmy w schemacie.

Powyższe okno pokazuje, że dla tej konkretnej klasy istnieje zasada odstępu, która dotyczy tylko wybranej klasy, i teraz możemy ustawić zasadę odstępu między sieciami w tej klasie a wszystkimi innymi zasadami projektowania. W tym przypadku ustawiamy odstęp 1 mm do innych ścieżek, i wybieramy "Wszystkie" w polu "Gdzie Drugi Obiekt Pasuje". To określa, że odstęp od ścieżek klasy sygnału wrażliwego musi wynosić co najmniej 1 mm od wszystkich innych elementów w tym układzie.

Uzasadnienie tej konkretnej zasady projektowej może dotyczyć możliwości wytwórczych lub zachowania elektrycznego. Zasady projektowania powinny starać się równoważyć oba te aspekty. Współcześni producenci PCB mogą standardowo wytwarzać elementy o rozmiarach znacznie mniejszych niż 1 mm, więc w tym przypadku elektryczna zasada projektowa ma na celu wyłącznie zapewnienie, aby sygnały na tych sieciach otrzymywały jak najmniej zakłóceń poprzez przeplot.

Następnie ustalam drugą zasadę odstępu dla tych samych wrażliwych sygnałów, oznaczając minimalny dozwolony odstęp między sygnałami należącymi do tej konkretnej klasy sieci. Tworzę drugą zasadę projektową i nadaję jej inną nazwę, Wrażliwe sygnały int. Ustalam "Gdzie pierwszy obiekt pasuje" w ten sam sposób co przy pierwszej zasadzie, następnie wybieram "Klasa sieci" ale w polu "Gdzie drugi obiekt pasuje", i z listy wybieram klasę "Wrażliwe sygnały" oraz ustawiam wartość Ograniczeń na 0,2 mm. Określa to minimalny odstęp 0,2 mm dla sygnałów należących do klasy Wrażliwe sygnały.

Ustawianie priorytetów

Teraz określiliśmy dwie zasady odstępów dla klasy sygnałów wrażliwych, którą zdefiniowaliśmy po stronie schematu. Aby reguły projektowania działały poprawnie, muszę ustawić priorytety dla tych zasad. Muszę ustawić priorytety tak, aby Altium najpierw sprawdzało odstępy między sygnałami wrażliwymi, następnie odstępy między sygnałami wrażliwymi a innymi obiektami, i w końcu ogólną zasadę odstępów dla innych obwodów. Ustaw priorytety zasad, klikając w Priorytety po lewej i na dole, co otworzy okno, w którym możliwa jest zmiana priorytetów zasad projektowania.

Obraz poniżej pokazuje, jak te zasady odstępów dla mojej ważnej klasy sygnałów wrażliwych wpłynęły na układ. Pięć najwyższych ścieżek należy do klasy sygnałów wrażliwych, którą zdefiniowałem na schemacie. Widzimy odstęp między sklasyfikowanymi sygnałami a poligonem masy dla pięciu najwyższych ścieżek, które są klasyfikowane jako sygnały wrażliwe, i wynosi on zgodnie z zasadą 1 mm. Odstęp między poligonem a innymi sygnałami wynosi zgodnie z zasadą 0,2 mm. Pięć ścieżek na dole okna nie jest częścią klasy sygnałów wrażliwych, więc podlegają one wspólnej zasadzie odstępów. Gdy poligon został wylany, silnik DRC programu Altium automatycznie sprawdził region wylania poligonu i zastosował wszystkie odpowiednie zasady odstępów do poligonu. Zauważ, że ta zasada została zastosowana, mimo że poligon został zdefiniowany na całym oknie pokazanym poniżej.

Podobnie mogę zdefiniować zasadę szerokości dla sygnałów wrażliwych. Wybieram zasadę szerokości, tworzę nową zasadę i tak jak w przypadku zasad projektowania odstępów, określam tę zasadę szerokości dla klasy sygnałów wrażliwych. Teraz szerokość tych ścieżek będzie ściśle podążać za zasadą 0,15 mm, a ta konfiguracja stosuje tę zasadę tylko dla ścieżek należących do klasy sygnałów wrażliwych. Wszystkie inne trasowania podążają za ogólną zasadą szerokości.

Po zastosowaniu tej reguły widzimy naruszenia zasad projektowania, a aby usunąć naruszenia, musimy zmienić szerokość ścieżek sygnałów wrażliwych zgodnie z regułą szerokości 0,15 mm, którą właśnie utworzyliśmy. Ponownie, pięć dolnych ścieżek po stronie nie należy do sygnałów sklasyfikowanych, i specyficzna reguła szerokości nie jest dla nich ważna.

Teraz określiliśmy krytyczne sygnały po stronie schematu, zaktualizowaliśmy te informacje po stronie układu i zdefiniowaliśmy specjalne zasady dotyczące odstępów i szerokości dla naszych krytycznych sygnałów. Ta metoda jest łatwa do wdrożenia i efektywna w specjalnych przypadkach, gdy zasady projektowania różnią się od ogólnych zasad. Dla poligonów nie używam żadnych innych metod, takich jak ręczne dodawanie obszarów odcięcia. Ponadto, dzięki temu podejściu, możesz określić unikalne odstępy dla komponentów połączonych z ścieżkami oraz unikalny odstęp dla samej ścieżki. Niedawno uczestniczyłem w webinarze Altium na temat dopasowywania długości w magistralach wysokiej prędkości. Na tym webinarze zastosowano tę samą zasadę do dopasowywania długości sygnałów różnicowych magistrali poprzez określenie krytycznych ścieżek po stronie schematu przy użyciu podobnej klasyfikacji, a następnie określenie zasad projektowania układu. Polecam obejrzenie tego webinaru, aby zobaczyć, jak wykonać praktyczne czynności i dowiedzieć się kilku dodatkowych sztuczek, które nie zostały przedstawione w tym artykule, nawet jeśli nie projektujesz magistral wysokiej prędkości.

Podsumowanie

Zazwyczaj stosuję zarówno reguły projektowania oparte na wymaganiach produkcyjnych, jak i elektrycznych reguł projektowania. Producenci PCB zawsze mają minimalną szerokość i zasady dotyczące odstępów dla wszystkich dostępnych grubości miedzi, które ustalają skrajne minimalne limity dla projektu. Znalezienie się w oknie produkcyjnym zapewnia najwyższą wydajność produkcji. Jednak, aby uzyskać najlepszą wydajność, należy podążać za fizyką elektroniki i upewnić się, że złożony obwód elektryczny spełnia docelowe parametry wydajności, należy przekształcić prawa fizyki w podstawowe reguły projektowania, takie jak odstępy, szerokość i długość. Przestrzeganie tych zasad wydaje się oczywiste, ale gdy złożoność PCB wzrasta, ręczne przestrzeganie tych wymagań i wizualna kontrola stają się wyzwaniem i wkrótce jedyną opcją jest użycie funkcji DRC. Poprzez właściwe określenie reguł projektowania, możesz upewnić się, że są one przestrzegane we wszystkich miejscach na PCB.

Chcesz dowiedzieć się więcej o tym, jak Altium może pomóc Ci w Twoim następnym projekcie PCB? Porozmawiaj z ekspertem w Altium.