Настройка правил электрического проектирования на основе производительности в Altium Designer

Определение правильных электрических правил проектирования в вашем программном обеспечении ECAD является ключевым для эффективного проектирования электроники. Правильно определенные правила проектирования печатных плат гарантируют, что дизайн может быть изготовлен с высоким выходом годных изделий и компоненты могут быть собраны. Многие электрические правила проектирования исходят от производителей печатных плат и стандартов IPC, но электрические правила проектирования выходят за рамки изготовления и сборки. Печатные платы также требуют электрического проектирования, учитывающего электрическое поведение сигналов. Критические трассы могут требовать нескольких специальных электрических правил проектирования для обеспечения целостности сигнала и питания, а также производимости.

Например, печатная плата может иметь электрическое правило проектирования, где для большинства трассировки существует общее требование к зазору, основанное на рассчитанном допустимом перекрестном помехе. Это также может включать группу других трасс, которые чрезвычайно чувствительны ко всем видам шума и, следовательно, требуют особого внимания к перекрестным помехам и связыванию шума. Для этих чувствительных к шуму трасс нам нужен более широкий зазор — другое правило проектирования, а не общее правило проектирования зазора. Чтобы обеспечить точный анализ этой критической области печатной платы с помощью проверки правил проектирования (DRC), нам нужны уникальные электрические правила проектирования, основанные на производительности, для этих чувствительных трасс.

Altium Designer® предлагает возможности для определения пользовательских правил проектирования для конкретных трасс. В этой статье я описываю один из моих методов определения правил проектирования, которые основаны на функции классов Altium Designer. Я рассказываю о пошаговом рабочем процессе назначения трасс в класс и о том, как установить правила проектирования для созданного класса.

Настройка электрических правил проектирования в Altium Designer

Определение электрических правил проектирования лучше всего производить на этапе разработки схем. Из схемы вы можете определить, какие сети переносят важные сигналы и требуют специфических электрических правил проектирования. Это могут быть сигналы высокой скорости, сигналы, требующие контролируемого импеданса, сигналы, требующие специального расстояния до других сетей, или даже компоненты, требующие определенных расстояний. Во многих моих проектах сенсоров емкостного типа мне нужны два разных правила расстояния для сигналов сенсора: одно для электрода сенсора и другое для трасс, идущих к сенсору.

Пример: Установка Расстояний

Независимо от типа сигнала и требуемого электрического правила проектирования, правила проектирования наиболее легко организовать, создав отдельный класс для сигналов, требующих одинаковых правил проектирования. Если у вас есть несколько групп сигналов, каждая из них требует своего класса. Классы сетей могут быть созданы в Altium Designer, выбрав набор параметров директив размещения. Теперь вы можете разместить эту директиву для сигналов, но перед размещением нажмите клавишу табуляции, которая открывает окно свойств. В этом окне вы можете определить метку для этого конкретного класса, которую увидите только в схематическом представлении. Чтобы создать класс, выберите в нижней части окна свойств, нажмите Добавить, а затем нажмите Класс сети, как показано на изображении ниже.

Далее, в окне параметров, введите уникальное имя для этого нового класса, которое дает хорошее описание. Это же имя будет видно позже при создании электрического правила проектирования, связанного с этим классом, поэтому стоит использовать имя, которое помогает вам его идентифицировать.

Теперь вы можете разместить эту определенную директиву для всех сигналов, требующих специфических правил проектирования. Классифицированные сигналы отмечены красным кругом с меткой, которую вы определили ранее.

После обновления схемы в разметке, цепи в разметке имеют такую же классификацию, как и было задано в схеме. Все физические и электрические правила проектирования определяются в диалоговом окне Редактор правил и ограничений печатной платы. Здесь мы выбираем правило, которое хотим определить, и в качестве примера выбираем правило электрического зазора. Мы создаем новое правило и даём ему подходящее имя. В поле, где объект соответствует, выбираем Класс цепи, и из списка классов выбираем тот, который был определен в схеме.

В вышеуказанном окне показано, что для этого конкретного класса существует правило зазора, которое применяется только к выбранному классу, и теперь мы можем установить правило зазора между цепями в этом классе и всеми другими правилами проектирования. В данном случае мы устанавливаем зазор 1 мм до других дорожек, и выбираем "Все" в поле "Где второй объект соответствует". Это определяет, что зазор от дорожек класса чувствительных сигналов должен быть не менее 1 мм от всех других элементов в этой разметке.

Обоснование данного конкретного правила проектирования может учитывать возможности производства или может быть связано с электрическим поведением. Правила проектирования должны стремиться к балансу между этими аспектами. Современные производители печатных плат могут изготавливать элементы с размерами гораздо меньше 1 мм в качестве стандартной возможности, поэтому электрическое правило проектирования в данном случае чисто для того, чтобы сигналы на этих сетях получали как можно меньше помех через перекрестные наводки.

Далее, я определяю второе правило зазора для тех же Чувствительных сигналов, подразумевая минимально допустимый зазор между сигналами, принадлежащими к этому конкретному классу сетей. Я создаю второе правило проектирования и даю ему другое название, Чувствительные сигналы int. Я определяю "Где первый объект соответствует" таким же образом, как и с первым правилом, затем выбираю "Класс сети", но в поле "Где второй объект соответствует", и из списка выбираю класс "Чувствительные сигналы" и устанавливаю значение Ограничений в 0.2 мм. Это определяет минимальный зазор в 0.2 мм для сигналов, принадлежащих к классу Чувствительные сигналы.

Установка приоритетов

Теперь мы определили два правила зазора для класса Чувствительных сигналов, который мы определили на стороне схемы. Чтобы правила проектирования работали правильно, мне нужно установить приоритеты для этих правил. Мне нужно установить приоритеты таким образом, чтобы Altium сначала проверял зазор между Чувствительными сигналами, затем зазор между Чувствительными сигналами и другими объектами, и, наконец, общее правило зазора для других цепей. Установите приоритеты правил, нажав на кнопку Приоритеты слева внизу, что откроет вам окно, в котором можно изменить приоритеты правил проектирования.

На изображении ниже показано, как правила зазора для моего важного класса Чувствительных сигналов повлияли на компоновку. Пять верхних дорожек принадлежат к классу Чувствительных сигналов, который я определил на схеме. Мы видим зазор между классифицированными сигналами и полигоном земли для пяти верхних дорожек, которые классифицируются как Чувствительные сигналы, следует правилу зазора 1 мм. Зазор между полигоном и другими сигналами следует правилу 0,2 мм. Пять дорожек в нижней части окна не являются частью класса Чувствительных сигналов, поэтому они подчиняются общему правилу зазора. Когда полигон был залит, движок DRC Altium автоматически проверил область заливки полигона и применил все соответствующие правила зазора к полигону. Обратите внимание, что это правило было применено, даже несмотря на то, что полигон был определен на всем показанном ниже окне.

Аналогично, я могу определить правило ширины дорожки для Чувствительных сигналов. Я выбираю правило Ширины, создаю новое правило и, как я делал в правилах дизайна зазора, определяю это правило ширины для класса Чувствительных сигналов. Теперь ширина этих дорожек строго следует правилу 0,15 мм, и эта конфигурация применяет это правило только для дорожек, принадлежащих к классу Чувствительных сигналов. Все остальное трассирование следует общему правилу Ширины.

Мы видим нарушения правил проектирования после применения этого правила, и для устранения нарушений нам необходимо изменить ширину дорожек чувствительных сигналов в соответствии с правилом ширины 0,15 мм, которое мы только что создали. Опять же, пять нижних дорожек не относятся к классифицированным сигналам, и конкретное правило ширины для них не действует.

Теперь мы определили критические сигналы на схематической стороне, обновили эту информацию на стороне размещения и определили специальные правила проектирования для зазоров и ширины наших критических сигналов. Этот метод легко реализуется и эффективен для специальных случаев, когда правила проектирования отличаются от общих правил. Для полигонов я не использую другие методы, например, вручную добавление областей отсечения. Также, с этим подходом, вы можете определить уникальные зазоры для компонентов, подключенных к дорожкам, и уникальный зазор для самой дорожки. Недавно я участвовал в вебинаре Altium о согласовании длины в высокоскоростных шинах. На этом вебинаре использовался тот же принцип для согласования длины сигналов дифференциальной шины путем определения критических дорожек на схематической стороне с использованием аналогичной классификации, а затем определения правил проектирования размещения. Я рекомендую вам посмотреть этот вебинар, чтобы увидеть, как это делается на практике, и узнать пару дополнительных трюков, не представленных в этой статье, даже если вы не занимаетесь проектированием высокоскоростных шин.

Заключение

Я обычно использую как правила проектирования, основанные на требованиях производства, так и электрические правила проектирования. Производители печатных плат всегда имеют минимальные требования к ширине и зазорам для всех доступных толщин меди, и эти требования устанавливают крайние минимальные пределы для дизайна. Нахождение в пределах производственного окна гарантирует, что вы получите максимально возможный выход годных изделий. Однако, чтобы добиться наилучшей производительности, вам нужно следовать физике электроники и убедиться, что сложная электрическая схема соответствует целевой производительности, вам нужно преобразовать законы физики в базовые правила проектирования, такие как зазор, ширина и длина. Следование этим кажется самоочевидным, но когда сложность печатной платы увеличивается, следование этим требованиям вручную и с помощью визуального осмотра становится сложной задачей, и вскоре единственным вариантом становится использование функций DRC. Определяя правила проектирования правильно, вы можете убедиться, что эти правила соблюдаются во всех местах печатной платы.

Хотите узнать больше о том, как Altium может помочь вам с вашим следующим проектом печатной платы? Обратитесь к эксперту в Altium.