Лучшая система правил проектирования PCB помогает поддерживать вашу плату без ошибок

ECAD-программы помогают проектировщикам соблюдать требования, обеспечивая применение правил и ограничений проектирования PCB в инструментах схемотехники и трассировки. Ответственность за создание правил проектирования для любого нового проекта лежит на проектировщике PCB, а конечная цель состоит в обеспечении работоспособности и технологичности. Со временем ведущие поставщики ECAD-программ разработали два формата задания правил проектирования PCB: систему ввода на основе категорий и систему на основе матрицы для задания ограничений.

Оба формата допустимы и могут давать совершенно одинаковые результаты; выбор между определением правил проектирования на основе категорий или ограничений в конечном счете сводится к личным предпочтениям. Какой бы из этих механизмов вы ни выбрали, используйте пакет ПО для проектирования PCB, который дает вам необходимую гибкость для полного контроля над определениями правил проектирования PCB.

Откуда берутся правила проектирования PCB?

Какие факторы определяют правила проектирования PCB и почему это важно? Правила проектирования PCB формируются на основе нескольких возможных требований:

• Ограничения технологичности производства
• Ограничения сборки
• Требования к целостности сигнала
• Требования EMI/EMC
• Определяются как средство обеспечения RF-проектирования

Это лишь часть областей, в которых возникают правила проектирования. Обратите внимание, что правила проектирования PCB не основываются только на простой электрической функциональности. Напротив, большинство правил и ограничений проектирования PCB определяются производственными требованиями. Если плату невозможно изготовить, то проектировать ее не имеет смысла, поэтому правила проектирования для производства (DFM) являются одними из самых базовых правил проектирования PCB в технических материалах отрасли.

Правила проектирования PCB и ограничения

В некоторых программах для проектирования PCB используется термин «rules», тогда как в других — термин «constraints». На практике между правилом проектирования и ограничением проектирования очень мало различий; разница заключается лишь в терминологии, которую предпочитают разные поставщики ПО. Эти два термина используются главным образом в контексте пользовательского интерфейса для создания правил проектирования PCB в ECAD-программах.

С учетом этого, поставщики программного обеспечения для проектирования PCB обычно проводят различие между правилом и ограничением следующим образом:

• Правило проектирования обычно задается в системе на основе категорий, где отдельные правила организованы по иерархическим категориям (например, Routing, Manufacturing, Electrical и Placement). Каждое правило настраивается с определением области действия, которое задает, к каким объектам или цепям применяется правило, а значения вводятся через специальные диалоговые окна настройки. Правила могут иметь приоритеты, чтобы более специфичные правила переопределяли общие значения по умолчанию.
• Ограничение проектирования обычно задается в системе на основе матрицы или таблицы, где значения вводятся непосредственно в ячейки на пересечении классов цепей, слоев или типов объектов. Такой подход представляет все значения ограничений в едином табличном виде, похожем на электронную таблицу, что упрощает сравнение значений сразу для нескольких цепей или классов.

На практике оба подхода обеспечивают одинаковые геометрические и электрические проверки при проверке правил проектирования (DRC). Различие заключается исключительно в предпочтениях по рабочему процессу: правила на основе категорий обеспечивают точную настройку области действия и логику приоритизации, тогда как ограничения на основе матрицы позволяют быстро визуально сравнивать значения и массово редактировать параметры по всему проекту.

Altium Designer уникален тем, что это единственная платформа для проектирования PCB, которая позволяет пользователям полностью задавать требования к проектированию и производству как в виде правил проектирования, так и в виде ограничений проектирования. Основной метод использует редактор PCB Rules and Constraints Editor на основе категорий, где все поддерживаемые категории правил проектирования перечислены иерархически. Каждое правило настраивается отдельно с определением области действия, которое задает, к каким объектам, цепям или классам цепей применяется правило.

PCB Rules and Constraints Editor в Altium Designer

Altium Designer также предоставляет Constraint Manager, использующий матричный подход для задания требований к проектированию. Этот интерфейс отображает все ограничения проектирования в табличном формате, напоминающем электронную таблицу, который будет сразу знаком пользователям других ECAD-платформ, включая устаревшие платформы, такие как Cadence Allegro и Mentor Graphics. Матричное представление позволяет проектировщикам одновременно видеть все значения ограничений, мгновенно сравнивать настройки между классами цепей и вносить массовые правки без перехода по отдельным диалоговым окнам правил.

Constraint Manager в Altium Designer

При любом из этих подходов проектировщики получают полный контроль над спецификациями своего проекта, что помогает предотвратить многие простые проблемы, способные привести к дефектам при производстве. Чтобы получить доступ к основным правилам проектирования в любом из подходов, в таблице ниже приведены полезные справочные инструкции и сведения о доступе. Следуйте этим инструкциям или ознакомьтесь с документацией Altium, чтобы узнать больше.

Типы и категории правил проектирования PCB

Основные правила проектирования для любого нового проекта можно определить на основе спецификации изделия и возможностей производителя печатных плат. Некоторые значения правил проектирования может потребоваться вычислять вручную, исходя из нескольких возможных факторов:

• Рекомендации или целевые показатели производительности в определенных отраслевых стандартах
• Непосредственно из заявленных технологических возможностей производителя PCB
• Механические ограничения, например со стороны корпуса устройства
• Ограничения по целостности сигнала, такие как импеданс или расстояние между проводниками
• Требования к целостности питания, например на основе расчетов минимального размера медных шин

Простые значения правил проектирования можно вводить численно, особенно при подходе к управлению ограничениями с использованием числовой матрицы. Наиболее распространенные из них — это значения зазоров между медными элементами, компонентами, механическими элементами, просверленными отверстиями, прорезями и краем PCB.

В таблице ниже приведено краткое описание наиболее распространенных правил проектирования PCB, которые применимы почти к любому проекту. Эти правила охватывают несколько категорий (трассировка, технологичность и т. д.) и служат полезным контрольным списком при определении правил для нового проекта.

Проверки правил проектирования PCB (DRC)

Проверки правил проектирования PCB выполняются автоматически (в режиме online) и пакетно (batch), чтобы гарантировать соответствие элементов на PCB вашим правилам и ограничениям проектирования. Online-проверки будут отмечать ошибки по мере создания топологии PCB, тогда как batch-проверки выполняются по всем соответствующим правилам проектирования на PCB.

После обнаружения нарушений проектировщику потребуется расставить приоритеты для исправления части из них, что приведет к изменениям в топологии PCB. Цель любого проекта — добиться нулевого количества нарушений DRC, и для этого часто требуется внести определенные изменения в топологию PCB после первого запуска DRC.

Процесс сведения нарушений DRC к нулю включает тщательное обновление топологии PCB для устранения этих ошибок, зачастую с внесением множества небольших корректировок в проект, пока ошибки не будут устранены. Чаще всего такие ошибки связаны с небольшими изменениями положения различных объектов в топологии PCB, а также, возможно, с перетрассировкой некоторых проводников или обновлением полигонов. В конце этого процесса проектировщик получает полностью очищенную топологию PCB, соответствующую ограничениям, заданным в начале проекта.

Означают ли нулевые DRC нулевое количество дефектов?

Ответ на этот вопрос — однозначное «нет».

Это связано с тем, что существует множество причин дефектов, которые находятся вне контроля проектировщика или не зависят от разводки PCB. Например, проектирование стека слоев и технологический процесс могут влиять на производственные дефекты в некоторых конструкциях, несмотря на то, что разводка PCB не содержит ни одной ошибки DRC. Обеспечение бездефектности конструкции выходит далеко за рамки разводки PCB и требует целостного понимания проектирования печатных плат — от стека слоев до подготовки мастер-чертежей для производства.

Чтобы подробнее узнать о некоторых распространенных причинах дефектов, не связанных напрямую с разводкой PCB, посмотрите видео ниже. Попробуйте определить, на какие из этих проблем можно повлиять за счет решений в разводке PCB и задания правил/ограничений проектирования в вашем ECAD-программном обеспечении.

Независимо от того, разрабатываете ли вы надежную силовую электронику или современные цифровые системы, используйте полный набор функций проектирования PCB и CAD-инструменты мирового уровня от Altium. Altium предоставляет ведущую в мире платформу для разработки электронных изделий, включающую лучшие в отрасли инструменты проектирования PCB и функции междисциплинарного взаимодействия для передовых команд разработчиков. Свяжитесь со специалистом Altium уже сегодня!

Часто задаваемые вопросы

Откуда берутся правила проектирования PCB в новом проекте PCB?

Правила проектирования PCB формируются на основе ограничений производства, требований к сборке, целевых показателей SI/PI, требований EMI/EMC, RF-ограничений и механических требований. Многие базовые правила, такие как ширина проводников, зазоры, размер отверстий, ширина кольцевой площадки и расширение паяльной маски, напрямую определяются возможностями производителя.

В чем разница между правилами проектирования PCB и ограничениями проектирования PCB?

Разница в основном заключается в рабочем процессе. Правила обычно настраиваются в редакторах, сгруппированных по категориям, тогда как ограничения обычно задаются в таблицах или матрицах. Оба подхода позволяют контролировать одни и те же требования к разводке во время DRC.

Лучше ли правила проектирования на основе категорий, чем ограничения на основе матриц?

Нет. Правила на основе категорий лучше подходят для детальной настройки области действия и приоритетов, тогда как ограничения на основе матриц удобнее для сравнения и массового редактирования. Лучший выбор зависит от конкретной конструкции и рабочего процесса проектировщика.

Что именно проверяет проверка правил проектирования PCB?

DRC проверяет, соответствует ли разводка заданным правилам и ограничениям. Она может выявлять нарушения зазоров, ширины проводников, размера отверстий, ширины кольцевой площадки, паяльной маски, расстояния между компонентами и требований к высокоскоростной трассировке.

Означает ли успешное прохождение DRC, что PCB будет полностью свободна от производственных дефектов?

Нет. Успешное прохождение DRC означает только то, что разводка соответствует заданным правилам. Дефекты все равно могут быть вызваны выбором стека слоев, технологическими вариациями производства, недостаточно проработанной документацией, проблемами сборки или неверно заданными значениями правил.