Лучшая система правил проектирования PCB помогает создавать платы без ошибок

Программное обеспечение ECAD помогает 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 разработчике PCB, при этом конечная цель — обеспечить работоспособность и технологичность конструкции. Со временем ведущие поставщики ECAD-разработали два формата для определения правил проектирования PCB: систему ввода по категориям и матричную систему для задания ограничений.

Оба формата допустимы и могут давать абсолютно одинаковые результаты; выбор между определением правил проектирования по категориям и через ограничения в конечном счете сводится к личным предпочтениям. Независимо от того, какой из этих механизмов вы выберете, выбирайте пакет программного обеспечения для проектирования PCB, который обеспечивает необходимую гибкость для полного контроля над определениями ваших правил проектирования PCB.

Откуда берутся правила проектирования PCB?

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

• Ограничения технологичности производства
• Ограничения сборки
• Требования по целостности сигналов
• Требования по 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 на простой электрической работоспособности. Напротив, большинство правил и ограничений проектирования PCB определяется производственными требованиями. Если плату невозможно изготовить, то проектировать ее не имеет смысла, поэтому правила проектирования для производства (DFM) относятся к числу 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 разница между правилом проектирования и ограничением проектирования минимальна; отличие заключается лишь в терминологии, которую выбирают разные поставщики ПО. Эти два термина используются главным образом применительно к пользовательскому интерфейсу 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 определяется 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 можно приоритизировать, чтобы более специфичные правила переопределяли общие значения по умолчанию.
• Ограничение проектирования обычно определяется в матричной или табличной системе, где значения вводятся непосредственно в ячейки на пересечении классов цепей, слоев или типов объектов. Такой подход отображает все значения ограничений в едином табличном представлении, похожем на электронную таблицу, что упрощает одновременное сравнение значений для нескольких цепей или классов.

На практике оба подхода обеспечивают одинаковые геометрические и электрические проверки при контроле правил проектирования (DRC). Различие заключается исключительно в предпочтениях по рабочему процессу: правила на основе категорий обеспечивают более гибкое задание области действия и логику приоритизации, тогда как матричные ограничения дают возможность быстро визуально сравнивать значения и массово редактировать параметры по всему проекту.

Altium Designer уникален тем, что это единственная платформа для проектирования PCB, позволяющая 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 индивидуально 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 проектирования. В этом интерфейсе все проектные ограничения представлены в табличном формате электронной таблицы, который будет сразу знаком пользователям других платформ ECAD, включая устаревшие платформы, такие как Cadence Allegro и Mentor Graphics. Матричное представление позволяет проектировщикам одновременно видеть все значения ограничений, с первого взгляда сравнивать настройки между классами цепей и выполнять массовое редактирование без перехода по отдельным диалоговым окнам правил.

Constraint Manager в Altium Designer

При любом из подходов проектировщики получают полный контроль над спецификациями своего проекта, что помогает предотвратить многие из более простых проблем, способных 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 обратитесь к документации 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 печатной платы. Некоторые значения правил проектирования, возможно, придется рассчитывать 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 сигналов, такие как импеданс или расстояние между дорожками
• Требования по целостности питания, например на основе расчетов минимального размера медных шин

Простые значения правил проектирования можно вводить численно, особенно при подходе управления ограничениями с числовой матрицей. Наиболее распространенными из них являются значения зазоров между медными элементами, компонентами, механическими элементами, сверлеными отверстиями, пазами и краем PCB.

В таблице ниже приведено краткое описание наиболее распространенных правил проектирования PCB, которые применимы почти к каждому проекту. Эти правила охватывают несколько категорий (трассировка, технологичность производства и т. д.) и образуют полезный контрольный список для определения правил в новом проекте.

Проверки правил проектирования PCB (DRC)

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

После выявления нарушений проектировщику потребуется определить приоритет исправления некоторых 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 выполнения первоначальной проверки DRC.

Процесс сокращения числа нарушений DRC до нуля включает тщательное обновление топологии PCB для устранения этих ошибок, часто с внесением множества незначительных корректировок в проект до полного устранения нарушений. Чаще всего такие ошибки связаны с небольшими изменениями положения различных объектов в топологии PCB, а также, возможно, с повторной трассировкой некоторых дорожек или обновлением полигонов. В конце этого процесса проектировщик получает полностью очищенную топологию PCB, соответствующую ограничениям, заданным в начале проекта.

Означают ли нулевые DRC = нулевые дефекты?

Ответ на этот вопрос — однозначное «нет».

Это связано с тем, что существует множество причин дефектов, которые находятся вне контроля разработчика или на которые компоновка PCB не влияет. Например, проектирование стека слоев и технологическая обработка могут повлиять на производственные дефекты в некоторых конструкциях, несмотря на то, что компоновка PCB не содержит ни одной ошибки DRC. Обеспечение бездефектности конструкции выходит далеко за рамки компоновки PCB и требует целостного понимания проектирования печатных плат — от стека слоев до подготовки основных производственных чертежей.

Чтобы узнать больше о некоторых распространенных причинах дефектов, не связанных напрямую с компоновкой PCB, посмотрите видео ниже. Попробуйте определить, на какие из этих проблем можно повлиять выбором решений в компоновке PCB и заданием правил/ограничений проектирования в вашем ECAD-программном обеспечении.

Независимо от того, нужно ли вам создавать надежную силовую электронику или передовые цифровые системы, используйте полный набор функций проектирования PCB и CAD-инструменты мирового класса 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 дорожек, зазоры, размер отверстий, ширина кольцевой площадки и расширение паяльной маски, напрямую определяются технологическими 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, организованных по категориям, тогда как ограничения обычно задаются в таблицах или матрицах. И те и другие позволяют контролировать одни и те же требования к компоновке во время DRC.

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

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

Что именно проверяет проверка правил проектирования PCB?

DRC проверяет, соответствует ли компоновка заданным правилам и ограничениям. Она может выявлять нарушения, связанные с зазорами, шириной, размером отверстий, кольцевыми площадками, паяльной маской, расстоянием между компонентами и высокоскоростной трассировкой.

Означает ли успешное прохождение DRC, что у PCB не будет производственных дефектов?

Нет. Успешное прохождение DRC означает только то, что компоновка соответствует заданным правилам. Дефекты по-прежнему могут возникать из-за выбора стека слоев, вариаций производства, недостаточно проработанной документации, проблем при сборке или некорректных значений правил.