Najlepszy system reguł projektowania PCB pozwala utrzymać płytkę wolną od błędów.

Oprogramowanie ECAD pomaga projektantom utrzymać dyscyplinę, egzekwując reguły i ograniczenia projektowe PCB w narzędziach do projektowania i trasowania. To projektant PCB odpowiada za utworzenie reguł projektowych dla każdego nowego projektu, a celem końcowym jest zapewnienie funkcjonalności i możliwości produkcji. Z biegiem czasu główni dostawcy oprogramowania ECAD opracowali dwa formaty definiowania reguł projektowych PCB: system wprowadzania oparty na kategoriach oraz system macierzowy do definiowania ograniczeń.

Oba formaty są akceptowalne i mogą dawać dokładnie takie same wyniki, a wybór między definicjami reguł projektowych opartymi na kategoriach lub ograniczeniach sprowadza się do osobistych preferencji. Niezależnie od tego, który z tych mechanizmów wybierzesz, wybierz pakiet oprogramowania do projektowania PCB, który zapewni Ci elastyczność potrzebną do pełnej kontroli nad definicjami reguł projektowych PCB.

Skąd biorą się reguły projektowe PCB?

Jakie czynniki wpływają na reguły projektowe PCB i dlaczego są one istotne? Reguły projektowe PCB są definiowane na podstawie kilku możliwych wymagań:

• Ograniczenia produkcyjne
• Ograniczenia montażowe
• Wymagania dotyczące integralności sygnału
• Wymagania EMI/EMC
• Definiowane jako czynnik umożliwiający projektowanie RF

To jedynie przekrój obszarów, z których wynikają reguły projektowe. Warto zauważyć, że reguły projektowe PCB nie opierają się na prostej funkcjonalności elektrycznej. Zamiast tego większość reguł i ograniczeń projektowych PCB jest definiowana na podstawie wymagań produkcyjnych. Jeśli płytki nie da się wyprodukować, to nie ma sensu jej projektować, dlatego reguły projektowania pod kątem produkcji (DFM) należą do najbardziej podstawowych reguł projektowych PCB w branżowych materiałach technicznych.

Reguły projektowe PCB a ograniczenia

Niektóre programy do projektowania PCB używają terminu „reguły”, podczas gdy inne używają terminu „ograniczenia”. W rzeczywistości różnica między regułą projektową a ograniczeniem projektowym jest bardzo niewielka; sprowadza się ona jedynie do słownictwa, jakiego używają różni dostawcy oprogramowania. Oba terminy są używane konkretnie w odniesieniu do interfejsu użytkownika służącego do tworzenia reguł projektowych PCB w oprogramowaniu ECAD.

Mając to na uwadze, dostawcy oprogramowania do projektowania PCB zwykle rozróżniają regułę i ograniczenie w następujący sposób:

• Reguła projektowa jest zazwyczaj definiowana w systemie opartym na kategoriach, w którym poszczególne reguły są uporządkowane w kategoriach hierarchicznych (takich jak Routing, Manufacturing, Electrical i Placement). Każda reguła jest konfigurowana z definicjami zakresu określającymi, do których obiektów lub sieci ma zastosowanie, a wartości są wprowadzane za pośrednictwem dedykowanych okien dialogowych konfiguracji. Regułom można przypisywać priorytety, tak aby bardziej szczegółowe reguły zastępowały ogólne ustawienia domyślne.
• Ograniczenie projektowe jest zazwyczaj definiowane w systemie macierzowym lub tabelarycznym, gdzie wartości wprowadza się bezpośrednio do komórek na przecięciu klas sieci, warstw lub typów obiektów. Takie podejście przedstawia wszystkie wartości ograniczeń w jednym widoku przypominającym arkusz kalkulacyjny, co ułatwia jednoczesne porównywanie wartości dla wielu sieci lub klas.

W praktyce oba podejścia wymuszają te same kontrole geometryczne i elektryczne podczas sprawdzania reguł projektowych (DRC). Rozróżnienie dotyczy wyłącznie preferowanego przepływu pracy: reguły oparte na kategoriach oferują szczegółowe określanie zakresu i logikę priorytetów, podczas gdy ograniczenia oparte na macierzy umożliwiają szybkie porównanie wizualne i zbiorczą edycję w całym projekcie.

Altium Designer jest wyjątkowy, ponieważ jest jedyną platformą do projektowania PCB, która pozwala użytkownikom w pełni określić wymagania projektowe i produkcyjne zarówno jako reguły projektowe, jak i ograniczenia projektowe. Podstawową metodą jest oparty na kategoriach edytor PCB Rules and Constraints Editor, w którym wszystkie obsługiwane kategorie reguł projektowych są wymienione hierarchicznie. Każda reguła jest konfigurowana indywidualnie z definicją zakresu określającą, do których obiektów, sieci lub klas sieci ma zastosowanie.

PCB Rules and Constraints Editor w Altium Designer

Altium Designer udostępnia również menedżer ograniczeń, który wykorzystuje podejście macierzowe do określania wymagań projektowych. Ten interfejs przedstawia wszystkie ograniczenia projektowe w tabelarycznym formacie arkusza kalkulacyjnego, który będzie od razu znajomy użytkownikom innych platform oprogramowania ECAD, w tym starszych platform, takich jak Cadence Allegro i Mentor Graphics. Widok macierzowy pozwala projektantom jednocześnie zobaczyć wszystkie wartości ograniczeń, porównać ustawienia między klasami sieci na pierwszy rzut oka oraz wprowadzać zbiorcze zmiany bez przechodzenia przez poszczególne okna dialogowe reguł.

Constraint Manager w Altium Designer

Niezależnie od wybranego podejścia projektanci zyskują pełną kontrolę nad specyfikacją swojego projektu, co pomaga zapobiegać wielu prostszym problemom, które mogą prowadzić do wad produkcyjnych. Aby uzyskać dostęp do głównych reguł projektowych w obu podejściach, poniższa tabela zawiera przydatne instrukcje referencyjne i szczegóły dostępu. Postępuj zgodnie z tymi instrukcjami lub zapoznaj się z dokumentacją Altium, aby dowiedzieć się więcej.

Typy i kategorie reguł projektowych PCB

Główne reguły projektowe dla każdego nowego projektu można określić na podstawie specyfikacji produktu i możliwości producenta obwodów drukowanych. Niektóre wartości reguł projektowych mogą wymagać ręcznego obliczenia, w zależności od kilku możliwych czynników:

• Zaleceń lub celów wydajnościowych określonych w niektórych standardach branżowych
• Bezpośrednio ze specyfikacji możliwości zakładu produkcji PCB
• Ograniczeń mechanicznych, takich jak wynikające z obudowy urządzenia
• Ograniczeń integralności sygnału, takich jak impedancja lub odstęp między ścieżkami
• Wymagań integralności zasilania, takich jak wynikające z obliczeń minimalnego rozmiaru szyny miedzianej

Proste wartości reguł projektowych można wprowadzać liczbowo, szczególnie w przypadku podejścia do zarządzania ograniczeniami z macierzą liczbową. Najczęściej dotyczy to wartości odstępów między elementami miedzianymi, komponentami, elementami mechanicznymi, otworami wierconymi, szczelinami i krawędzią PCB.

Poniższa tabela zawiera podsumowanie najczęściej spotykanych reguł projektowych PCB, które mają zastosowanie w niemal każdym projekcie. Reguły te obejmują wiele kategorii (trasowanie, produkcyjność itp.) i stanowią użyteczną listę kontrolną do definiowania reguł w nowym projekcie.

Sprawdzanie reguł projektowych PCB (DRC)

Kontrole reguł projektowych PCB są uruchamiane automatycznie (online) oraz grupowo (batch), aby upewnić się, że elementy na PCB są zgodne z Twoimi regułami i ograniczeniami projektowymi. Kontrole online będą sygnalizować błędy podczas tworzenia układu PCB, natomiast kontrole batch są uruchamiane względem wszystkich odpowiednich reguł projektowych na PCB.

Po zgłoszeniu naruszeń projektant będzie musiał nadać priorytet niektórym z nich do korekty, co doprowadzi do zmian w układzie PCB. Celem każdego projektu jest osiągnięcie zera naruszeń DRC, a to często wymaga pewnej liczby zmian w układzie PCB po uruchomieniu początkowego DRC.

Proces redukcji naruszeń DRC do zera polega na starannym aktualizowaniu układu PCB w celu usunięcia tych błędów, często poprzez wprowadzanie wielu drobnych korekt do projektu aż do ich rozwiązania. Najczęściej błędy te obejmują niewielkie zmiany położenia różnych obiektów w układzie PCB, ewentualnie ponowne trasowanie niektórych ścieżek lub aktualizacje rysunku poligonów. Na końcu tego procesu projektant uzyskuje całkowicie oczyszczony układ PCB, zgodny z ograniczeniami zdefiniowanymi na początku projektu.

Czy zero naruszeń DRC = zero defektów?

Odpowiedź na to pytanie brzmi zdecydowanie „nie”.

Dzieje się tak, ponieważ istnieje wiele przyczyn defektów, które wykraczają poza kontrolę projektanta lub na które układ PCB nie ma wpływu. Na przykład projekt stackupu i proces technologiczny mogą wpływać na defekty produkcyjne w niektórych projektach, mimo że układ PCB nie zawiera żadnych naruszeń DRC. Zapewnienie, że projekt jest wolny od defektów, wykracza daleko poza sam układ PCB i wymaga holistycznego zrozumienia projektowania PCB — od stackupu po określenie rysunków nadrzędnych do produkcji.

Aby dowiedzieć się więcej o niektórych typowych przyczynach defektów wykraczających poza układ PCB, obejrzyj poniższy film. Sprawdź, czy potrafisz rozpoznać, na które z tych problemów mogą wpływać decyzje podejmowane podczas projektowania układu PCB oraz definiowania reguł/ograniczeń projektowych w oprogramowaniu ECAD.

Niezależnie od tego, czy musisz tworzyć niezawodną elektronikę mocy, czy zaawansowane systemy cyfrowe, skorzystaj z kompletnego zestawu funkcji projektowania PCB i światowej klasy narzędzi CAD od Altium. Altium zapewnia wiodącą na świecie platformę do rozwoju produktów elektronicznych, wyposażoną w najlepsze w branży narzędzia do projektowania PCB oraz funkcje współpracy międzydyscyplinarnej dla zaawansowanych zespołów projektowych. Skontaktuj się już dziś z ekspertem Altium!

Często zadawane pytania

Skąd pochodzą reguły projektowania PCB w nowym projekcie PCB?

Reguły projektowania PCB wynikają z ograniczeń produkcyjnych, wymagań montażowych, założeń SI/PI, potrzeb EMI/EMC, ograniczeń RF oraz wymagań mechanicznych. Wiele podstawowych reguł, takich jak szerokość ścieżki, odstęp, rozmiar otworu, szerokość pierścienia annular ring oraz rozszerzenie maski lutowniczej, pochodzi bezpośrednio z możliwości producenta PCB.

Jaka jest różnica między regułami projektowania PCB a ograniczeniami projektowymi PCB?

Różnica dotyczy głównie sposobu pracy. Reguły są zwykle konfigurowane w edytorach opartych na kategoriach, natomiast ograniczenia zazwyczaj wprowadza się w tabelach lub macierzach. Oba podejścia mogą egzekwować te same wymagania dotyczące układu podczas DRC.

Czy reguły projektowe oparte na kategoriach są lepsze niż ograniczenia oparte na macierzach?

Nie. Reguły oparte na kategoriach są lepsze do szczegółowego definiowania zakresu i priorytetów, natomiast ograniczenia oparte na macierzach lepiej sprawdzają się przy porównywaniu i zbiorczej edycji. Najlepszy wybór zależy od projektu i sposobu pracy projektanta.

Co dokładnie weryfikuje sprawdzanie reguł projektowych PCB?

DRC weryfikuje, czy układ jest zgodny ze zdefiniowanymi regułami i ograniczeniami. Może wykrywać naruszenia dotyczące odstępów, szerokości, rozmiaru otworów, pierścienia annular ring, maski lutowniczej, odstępów między komponentami oraz trasowania sygnałów wysokiej prędkości.

Czy przejście kontroli DRC oznacza, że PCB będzie całkowicie wolne od defektów produkcyjnych?

Nie. Przejście DRC oznacza jedynie, że układ jest zgodny z regułami, które zostały zdefiniowane. Defekty mogą nadal wynikać z wyborów dotyczących stackupu, zmienności procesu produkcyjnego, słabej dokumentacji, problemów montażowych lub nieprawidłowych wartości reguł.