Najlepszy system reguł projektowania PCB pozwala uniknąć błędów na płytce drukowanej.

Oprogramowanie ECAD pomaga projektantom zachować dyscyplinę, wymuszając stosowanie reguł i ograniczeń projektowych 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 wytworzenia. Z biegiem czasu czołowi 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 kształtują reguły projektowe PCB i dlaczego mają one znaczenie? 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 tylko przekrój obszarów, z których wynikają reguły projektowe. Warto zauważyć, że reguły projektowe PCB nie opierają się na samej funkcjonalności elektrycznej. Zamiast tego większość reguł i ograniczeń projektowych PCB jest definiowana na podstawie wymagań produkcyjnych. Jeśli płytki nie da się wyprodukować, nie ma sensu jej projektować, dlatego reguły projektowania pod kątem produkcji (DFM) należą do najbardziej podstawowych reguł projektowych PCB w treściach technicznych branży.

Reguły projektowe PCB a ograniczenia

Niektóre programy do projektowania PCB używają terminu „reguły”, podczas gdy inne stosują termin „ograniczenia”. W praktyce różnica między regułą projektową a ograniczeniem projektowym jest bardzo niewielka; sprowadza się ona jedynie do słownictwa wybranego przez różnych dostawców 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, gdzie poszczególne reguły są uporządkowane w ramach hierarchicznych kategorii (takich jak Routing, Manufacturing, Electrical i Placement). Każda reguła jest konfigurowana z definicjami zakresu określającymi, do jakich obiektów lub sieci ma zastosowanie, a wartości są wprowadzane w dedykowanych oknach konfiguracyjnych. Regułom można nadawać priorytety, dzięki czemu bardziej szczegółowe reguły zastępują 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 prezentuje 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). Różnica dotyczy wyłącznie preferowanego sposobu pracy: reguły oparte na kategoriach oferują szczegółowe definiowanie zakresu i logikę priorytetów, natomiast ograniczenia oparte na macierzy umożliwiają szybkie porównania wizualne i zbiorczą edycję w całym projekcie.

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

PCB Rules and Constraints Editor w Altium Designer

Altium Designer udostępnia także menedżer ograniczeń wykorzystujący podejście macierzowe do określania wymagań projektowych. Interfejs ten prezentuje wszystkie ograniczenia projektowe w tabelarycznym formacie arkusza kalkulacyjnego, który będzie od razu znajomy użytkownikom innych platform ECAD, w tym starszych platform, takich jak Cadence Allegro i Mentor Graphics. Widok macierzowy pozwala projektantom jednocześnie zobaczyć wszystkie wartości ograniczeń, porównywać ustawienia klas sieci na pierwszy rzut oka oraz wprowadzać zmiany zbiorcze bez przechodzenia przez poszczególne okna reguł.

Constraint Manager w Altium Designer

Niezależnie od wybranego podejścia projektanci zyskują pełną kontrolę nad specyfikacją swojego projektu, co pomaga zapobiegać wielu prostszym problemom mogącym prowadzić do defektów w produkcji. 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 oraz możliwości producenta płytek drukowanych. Niektóre wartości reguł projektowych mogą wymagać ręcznych obliczeń, opartych na kilku możliwych czynnikach:

• Zalecenia lub cele wydajnościowe zawarte w określonych normach branżowych
• Bezpośrednio z deklaracji możliwości zakładu produkującego PCB
• Ograniczenia mechaniczne, na przykład wynikające z obudowy urządzenia
• Ograniczenia integralności sygnału, takie jak impedancja lub odstęp między ścieżkami
• Wymagania dotyczące integralności zasilania, takie jak wynikające z obliczeń minimalnego rozmiaru szyny miedzianej

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

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

Kontrole 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 regułami i ograniczeniami projektowymi. Kontrole online sygnalizują błędy podczas tworzenia layoutu PCB, natomiast kontrole batch są wykonywane względem wszystkich odpowiednich reguł projektowych na PCB.

Po zgłoszeniu naruszeń projektant musi nadać priorytet niektórym z nich do poprawy, co prowadzi do zmian w layoucie PCB. Celem każdego projektu jest osiągnięcie zera naruszeń DRC, a to często wymaga pewnej liczby zmian w layoucie PCB po uruchomieniu wstępnego DRC.

Proces redukcji naruszeń DRC do zera polega na starannej aktualizacji layoutu PCB w celu usunięcia tych błędów, często poprzez wprowadzanie wielu drobnych korekt w projekcie aż do ich rozwiązania. Najczęściej błędy te obejmują niewielkie zmiany położenia różnych obiektów w layoucie PCB, ewentualnie ponowne poprowadzenie niektórych ścieżek lub aktualizację obrysów polygonów. Na końcu tego procesu projektant otrzymuje całkowicie oczyszczony layout PCB, zgodny z ograniczeniami zdefiniowanymi na początku projektu.

Czy zero 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 jego wytwarzania mogą wpływać na defekty produkcyjne w niektórych projektach, mimo że układ PCB nie zawiera żadnych błędów DRC. Zapewnienie, że projekt jest wolny od defektów, wykracza daleko poza sam układ PCB i wymaga całościowego zrozumienia projektowania PCB — od stackupu po definiowanie rysunków wykonawczych na potrzeby produkcji.

Aby dowiedzieć się więcej o niektórych typowych przyczynach defektów wykraczających poza układ PCB, obejrzyj poniższy film. Sprawdź, czy potrafisz wskazać, na które z tych problemów można wpłynąć poprzez wybory dokonane w układzie PCB oraz definiowanie reguł/ograniczeń projektowych w Twoim oprogramowaniu ECAD.

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

Często zadawane pytania

Skąd pochodzą reguły projektowe PCB w nowym projekcie PCB?

Reguły projektowe 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, średnica otworu, pierścień annularny i rozszerzenie maski lutowniczej, wynika bezpośrednio z możliwości producenta PCB.

Jaka jest różnica między regułami projektowymi 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 macierzy?

Nie. Reguły oparte na kategoriach lepiej sprawdzają się przy szczegółowym określaniu zakresu i priorytetów, natomiast ograniczenia oparte na macierzy są lepsze do porównań i zbiorczej edycji. Najlepszy wybór zależy od projektu i sposobu pracy projektanta.

Co faktycznie sprawdza kontrola reguł projektowych PCB?

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

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

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