Концепции процесса проектирования печатных плат

Вы когда-нибудь видели архитектурный шедевр вроде Золотых Ворот или, может быть, историческое здание, как Собор Парижской Богоматери? И задумывались, как пришли к такой идее и как её реализовали? На ум приходят несколько слов: планирование, планирование и корректировка.

Дизайн печатных плат и упаковки СБИС это что-то вроде этого, то есть это действительно головоломка из частей, интерфейсов схем, силовых плоскостей, тысяч сигналов, переходов через переходные отверстия и множества правил проектирования, которые должны сойтись вместе и работать электрически надежно, иметь требуемую производительность, а также быть способными работать с ограничениями и ограничениями механических форм-факторов.

Основные элементы дизайна печатных плат

Важность следования хорошему контрольному списку ввода

Наличие контрольного списка заставляет инженера думать и создает форму коммуникации, которая документирована и, по сути, запускает процесс. Контрольный список может определить множество вещей и дает нам отправную точку для начала нашего путешествия по проектированию печатных плат. Это также время, чтобы заставить инженера задуматься о том, чего он ожидает от дизайна. До этого момента инженер, в большинстве случаев, думал электрически, будучи погруженным в схематическое проектирование и поиск компонентов (надеемся), теперь пришло время стать более приземленным, ЛОЛ. То есть начать думать о том, как электроны будут двигаться по печатной плате и что для этого требуется.

У меня есть контрольный список, который я использую, и он содержит основы. Чем больше проектов вы выполняете, тем больше это становится на автомате. Если вы инженер, выполняющий разметку, тем больше ваш разум будет склоняться к мышлению как дизайнер печатных плат. Например, теперь вы можете думать больше в терминах опорных обозначений, а не номеров деталей. На раннем этапе вы бы провели исследование выполнимости, и контрольный список запускает эту фазу. Основные необходимые элементы - это спецификация материалов (BOM), механические входные данные, правила трассировки/дизайна, общая толщина, требования к импедансу и наименьший шаг компонентов, которые следует учитывать для определения необходимой структуры переходных отверстий, выполнить расчеты для BGA.

Механические сотрудничества – ограничения по высоте и запретные зоны

Сотрудничество с MCAD является ключевым для начала проекта. Важно с самого начала быть на одной волне с механическими требованиями. Общая толщина платы, расположение/повороты разъемов, зоны запрета размещения и монтажные отверстия должны быть определены точно и учтены на раннем этапе проектирования печатной платы. Это основа здания, которое вы собираетесь построить. Каркасом являются физические ограничения и размеры, доступные для размещения дизайна, так что можно видеть, что точность критически важна для успеха дизайна. Я видел в прошлом, как механический контур платы, полученный из MCAD, показывающий вид снизу, переносился в ECad как вид сверху. Это повлияет на размещение компонентов, не делайте так. Убедитесь, что ваши виды корректны и по возможности делитесь файлами .idf или .idx, включая те же файлы моделей step, если у вас есть такая возможность. Это обеспечит успешное сотрудничество с MCAD. Также может наступить время для переговоров о том, куда можно переместить монтажные отверстия для радиаторов, но размещение компонентов также будет накладывать ограничения. Если, например, предлагается разместить ваш BGA с большим количеством контактов в углу, и он полностью заполнен сигналами, сейчас самое время возразить, потому что вам придется застрять, пытаясь проложить трассы из угла и потребуется больше слоев для сигналов.

Важность правил трассировки

Маршрутизация или правила проектирования - это то, что поддерживает дизайн печатной платы в рамках. Я часто сравниваю зафиксированные правила с железнодорожными путями, по которым должен двигаться поезд. С правилами, определенными в одном документе, в отличие от множества электронных писем, которые меняются каждый день или каждый час и за которыми трудно уследить, очень легко сбиться с пути и упустить или забыть элементы, критически важные для производительности дизайна. Это позволяет дизайнеру печатных плат общаться единообразно и обеспечивает наследие документации. Идея правил в форме документа используется для заполнения правил в инструментах САПР, которые часто называют ограничениями или правилами проектирования, к которым должен придерживаться дизайн. Это включает в себя физические и электрические правила, которым дизайн будет следовать, чтобы соответствовать требованиям по времени, шуму и производству.

Маршрутизация высокой скорости и симуляции - Концепции подачи питания

Теперь, когда дизайн начинает приобретать форму, правила установлены, и определяются места размещения и питающие плоскости, наступает подходящее время для размещения наиболее критичных интерфейсов и наиболее сложных высокоскоростных схем, если они присутствуют в вашем проекте. Хорошей идеей будет иметь в виду структуру слоев, которая подходит для всего дизайна. Используя стандартный размер переходных отверстий и стремясь достичь хорошего соотношения выхода, пришло время протестировать эту схему, разместить и проложить трассы, а затем симулировать. Да, симулировать сейчас, как только критические сети будут проложены, чтобы увидеть, соответствуете ли вы требованиям для оптимальной производительности. Именно в этот момент вы можете обнаружить, что вам нужна другая структура слоев или конфигурация переходных отверстий. Например, если вы пытаетесь достичь 12 Гбит/с, и используете сквозное переходное отверстие на 18-слойной плате толщиной .093 дюйма, вы можете обнаружить, что остаточные части переходных отверстий вызывают слишком много отражений для достижения производительности. Вам может потребоваться рассмотреть другой вариант, например, слепые и закрытые переходные отверстия или обратное сверление или другую структуру платы и выбор интерфейсов.

Эти четыре шага, которые я описал выше, должны служить краеугольными камнями для успешного создания основы проекта печатной платы. Мой опыт следования этим шагам помогал достигать постоянных результатов. Я считаю, что важно сначала заложить основу. Что дальше, была ли симуляция успешной? Нужно ли было изменить конфигурацию платы PCB или, возможно, структуру или размеры переходных отверстий или материалы изготовления с более низким Dk и меньшими потерями? Из симуляций можно многому научиться, и это поможет проложить дорогу вперед.

Все эти элементы должны проясниться после симуляций или расчетов и после первоначальной критической трассировки/настройки интерфейсов высокой скорости. Итак, если все работает, что дальше в процессе? Куда мы движемся дальше? Подтверждение стека? Организация дизайна?

Об этом я расскажу в Части 2:

• Определение стека в зависимости от технологии - Целевые ширины дорожек
• Организация ваших сетей и ограничений, правил для классов и избыточное ограничение.
• Планирование этажности в соответствии с правилами дизайна
• Использование шаблонов/расположения переходных отверстий для перехода и планирования трассировки
• Продвинутый дизайн чипов SOC и планирование дизайна PCB с использованием SIP или SOC.

Спасибо за ваше внимание. На этом я закончу, и я открыт к вашим комментариям и обратной связи.

Удачного проектирования печатных плат…