Как Altium Designer 20 изменил мой подход к трассировке

Я только что завершил свой первый проект платы в Altium Designer 20®. Я также испытал некоторые новые возможности этой версии, и в этой статье я хотел бы поделиться своими соображениями о новых возможностях трассировки, которые произвели на меня наибольшее впечатление: перетаскивание и трассировка под произвольным углом. Посмотрев видео и прочитав об этих новых возможностях трассировки, мне очень захотелось попробовать их на практике.

Новые способы трассировки в Altium Designer 20

У меня был опыт в попытках провести трассировку в изогнутых областях с топологией под углом 45 градусов, но мне не удавалось разместить все трассы в нужной области. В Altium Designer 19 уже была как бы трассировка под произвольным углом, так как на самом деле был доступен выбор произвольного угла при трассировке, но при включении правил для зазоров было невозможно подобраться достаточно близко к краям или к скругленным объектам – зазоры оставались намного больше, чем было нужно. На уменьшение зазоров вручную уходило много времени, и результат всё равно меня не устраивал. Поэтому я возлагал большие надежды на возможности перетаскивания и трассировки под произвольным углом.

Перетаскивание трасс

Улучшенное перетаскивание изменило мой процесс трассировки для небольших групп цепей. Вместо того, чтобы сразу проложить идеальные трассы, я быстро создал черновую трассировку, не заботясь об углах, оптимальных зазорах и прочих деталях. Но после этого я выполнил финальное группирование и оптимизацию с помощью перетаскивания и, таким образом, разместил их в наиболее удобном месте. Я определил стек слоев, затем задал правила для ширины и зазоров трасс для достижения целевого импеданса и для минимизации перекрестных помех.

После этой черновой трассировки я сгруппировал трассы и переместил их в окончательное положение с помощью перетаскивания. Перетаскивание также хорошо работает для трасс, проложенных под произвольным углом. При перетаскивании трасс в направлении к “заблокированным” трассам (в режиме Walkaround Obstacles), перетаскиваемая трасса принимает ту же форму, при этом учитывая правило для минимального зазора. Для небольшой группы трасс такой подход позволяет быстро проводить трассировку с учетом правил. На рис. 1 вы можете увидеть примеры, показывающие, что существует множество вариантов размещения трасс с помощью одного только перетаскивания.

Когда перетаскиваемые трассы подходят близко к контуру платы или области выреза, трасса принимает форму края платы с учетом заданного правила для зазора от края платы, как показано на рис. 2. На мой взгляд, это очень полезно при проектировании печатной или структурной электроники, где форма платы никогда не бывает прямоугольной, а повторяет форму корпуса. С помощью перетаскивания я могу провести прямую трассу и просто перетащить ее к краю платы. Это позволяет размещать трассы на минимально допустимом расстоянии от края и, таким образом, мы можем использовать всё доступное для трассировки пространство, а не только области, где удается расположить трассы под углом 45 градусов. Altium Designer 20 позволяет перетаскивать отдельные трассы или их группы интеллектуальным образом, что очень полезно для упаковки трасс в оптимальной или, может, даже в минимальной области. Это преимущество особенно полезно для плат с нестандартными контурами.

Трассировка под произвольным углом

Трассировка под произвольным углом определяет кратчайший путь, необходимый, чтобы провести трассу между двумя точками. На рис. 3 приведен пример, где подсвеченная трасса проведена традиционным способом под углом 45 градусов, а более светлая трасса предложена трассировкой под произвольным углом. Видно, что трасса изменяет угол для обхода переходных отверстий. То же самое происходит с любыми препятствиями, такие как другие трассы или компоненты, и трассировка остается гладкой и аккуратной. Я провел множество трасс с помощью трассировки под произвольным углом, и мне всегда удавалось найти кратчайший путь, даже в сложных ситуациях с препятствиями различных форм и размеров. Это дало возможность использовать новый способ трассировки – по принципу минимальной длины трасс.

У проектирования по принципу минимальной длины трасс есть ряд преимуществ. Один из примеров – проектирование емкостных сенсоров. Такие сенсоры измеряют крайне малые емкости, даже менее одного пикофарада. Поэтому здесь важно создание трасс с минимальной паразитной емкостью. У каждой трассы на плате есть паразитная емкость (а также индуктивность), которая зависит как от структуры слоев платы, так и от длины трассы. Емкость на единицу длины можно быстро получить из профиля импеданса в менеджере структуры слоев, и общую емкость – просто умножив эту величину на длину трассы. Таким образом, для минимизации емкости трассы необходима минимизация длины трассы.

Другим примером являются ситуации, когда малое время переключения сигнала вызывает проблемы целостности сигнала. При трассировке под углом 45 градусов длина трасс может быть настолько большой, что это вызовет проблемы, но выравнивание трасс с помощью трассировки под произвольным углом может уменьшить их длину ниже критической отметки. Я не хочу сказать, что одна только трассировка под произвольным углом решит эту проблему, поскольку все равно необходимо проектировать оконечные устройства, если время переключения сигнала очень мало. Трассировка под произвольным углом – это инструмент для поиска трассы минимальной длины. Она может помочь или не помочь, и после укорачивания трасс необходимо определить, нужны ли оконечные устройства.

В печатной электронике уменьшение длины трасс сокращает их сопротивление. Для подобных устройств уменьшение длины трасс всегда выгодно, поскольку сопротивление печатных трасс, полученных с помощью проводящих чернил, играет важную роль. Уменьшение сопротивления на каждый ом стоит усилий.

Трассировка под произвольным углом отлично подходит для конструкций высокой плотности. Для быстрой трассировки стиль под углом 45 градусов может быть помехой, но это простая задача для трассировки под произвольным углом. Трассировку в плотных областях, где на небольшой площади размещено много переходных отверстий, компонентов, запрещенных зон и других препятствий, проще всего провести под произвольным углом. Там, где трасса не может найти путь под углом 45 градусов, трассировка под произвольным углом определяет наиболее подходящий угол для трассы и затем обходит препятствие, при этом учитывая правило для зазора. Трассировка под произвольным углом позволяет “обогнуть” препятствие с минимальным зазором. Вы можете увидеть пример на рис. 4.

При конструировании также необходимо помнить о перекрестных помехах. Одной из причин перекрестных помех является слишком малый зазор между трассами по сравнению с диэлектриком между трассой и опорной плоскостью. При трассировке под произвольным углом я обратил внимание, что трассы редко идут параллельно друг другу с минимально допустимым зазором. Вместо этого, трассы идут немного в разных направлениях, поскольку кратчайшие расстояния между двумя наборами точек редко имеют одинаковое направление, как видно на рис. 5. Поэтому во многих случаях зазоры между трассами больше минимально допустимых, что означает меньшие перекрестные помехи. Для трассировки под произвольным углом это получается, по сути, случайно. Кому-то такая трассировка может показаться некрасивой, но, в конечном итоге, имеет ли это значение, если она работает лучше?

Заключение

После завершения проекта я могу подытожить, что перетаскивание и трассировка под произвольным углом обеспечивает следующие преимущества:

1. Перетаскивание позволяет быстро группировать трассы. Угол не имеет значение – группирование происходит гладко и с учетом правил для зазоров.
2. С возможностью перетаскивания вы можете использовать для трассировки всю площадь печатной платы или устройства печатной электроники, что особенно ценно в тех случаях, когда область трассировки имеет нестандартную форму.
3. Трассировка под произвольным углом определяет кратчайший путь трассы. Благодаря этому, вы можете использовать проектирование по принципу минимальной длины трасс, который позволяет уменьшить паразитную емкость и индуктивность, а также сопротивление в устройствах печатной электроники.
4. Трассировка под произвольным углом очень полезна на участках высокой плотности трассировки. Это определенно ускоряет трассировку, поскольку дает намного больше свободы при выборе направлений трассировки.
5. Использование принципа минимальной длины трасс с помощью трассировки под произвольным углом уменьшает перекрестные помехи, поскольку трассы не будут идти параллельно друг другу с минимальным зазором.

Перетаскивание и трассировка под произвольным углом в совокупности изменили мой подход к созданию трасс в печатных платах и устройствах печатной электроники. Эти возможности позволяют по-новому создавать трассировку и делать это быстрее и проще. Кроме того, эти возможности также делают доступными совершенно новые принципы трассировки, такие как трассировка с минимальной длиной трасс. Когда я начинал конструирование, у меня были большие ожидания, и после использования этих функций я вижу, что они окажутся невероятно полезными при конструировании любых плат.

Остались вопросы? Позвоните эксперту Altium или перейдите к урокам по конструированию плат, чтобы узнать больше о расширенных возможностях конструирования плат.