Технологии в электронной промышленности №3'2011

Управление параметрами сигналов при проектировании высокоскоростных печатных плат. Часть 2

Махлин Евгений


В предыдущей части мы научились создавать группы сигналов и определять для них законы по расстоянию между объектами [1].

Подобным образом определяются и физические параметры для группы сигналов (рис. 26). Под физическими параметрами мы подразумеваем:

  • ширину сигнала;
  • ширину «шейки» сигнала и ее длину;
  • параметры дифференциальной пары;
  • назначение типа переходного отверстия;
  • разрешение размещения переходных отверстий внутри вывода;
  • разрешение размещения глухих/слепых переходных отверстий одно над другим и расстояние между ними.
Вид рабочего листа

Рис. 26. Вид рабочего листа для физических параметров сигналов

Сначала мы определяем список законов для физических параметров сигналов (Physical Constraint Set) (рис. 27).

Определение нового набора физических параметров

Рис. 27. Определение нового набора физических параметров (Physical Constraint Set)

Как показано на рис. 27, параметры устанавливаются сразу для всех слоев МПП. При необходимости значение можно изменить для каждого слоя в отдельности. После этого в Worksheet Selector мы выделяем папку Net и в рабочем листе присваиваем созданной группе сигналов CDR свод ограничений CDR (рис. 28). Аналогичным образом поступают с отдельными сигналами. Используя клавиши Ctrl или Shift, можно выбирать несколько сигналов из рабочего листа и присваивать им заданный ранее закон.

Присваивание набора физических параметров группе сигналов

Рис. 28. Присваивание набора физических параметров (Physical Constraint Set) группе сигналов

На МПП существуют области, в которых желательно было бы определить законы по расстоянию и физические законы, отличающиеся от заданных для всего поля (Constraint Region). Речь идет, прежде всего, об области BGA-компонентов, где плотность расположения выводов в матрице не всегда позволяет выдержать заданные толщины линий и расстояния между сигналами (рис. 29). В Worksheet Selector в папке Spacing выбираем Constraint Region и определяем закон по расстоянию для заданной области (рис. 30). Затем присваиваем ей те соотношения между группами, которые были заданы для всей области МПП (рис. 31). В результате получаем соотношение законов между собой в пределах созданной новой области ограничений по расстоянию (рис. 32). На рис. 32 видно, что сейчас в области BGA_BGA все законы взаимодействуют друг с другом по правилам, определенным в наборе ограничений BGA. Выделяем область Constraint Region на поле МПП и устанавливаем контуры региона либо на всех слоях МПП, либо только на некоторых, и присваиваем этой области новый набор ограничений (рис. 33, 34). Подобным же образом определяется закон по физическим параметрам для данного Constraint Region (рис. 35). Определенные области Constraint Region можно копировать в другие места МПП, переносить с места на место, менять их геометрию и переназначать для них другие законы по расстоянию и физическим параметрам.

Расположение Constraint Region в диалоговом окне

Рис. 29. Расположение Constraint Region в диалоговом окне включения видимости подклассов


Определение набора ограничений по расстоянию

Рис. 30. Определение набора ограничений по расстоянию для Constraint Region


Выбор закона по расстоянию между классами

Рис. 31. Выбор закона по расстоянию между классами в Constraint Region


Взаимодействие ранее определенных законов согласно закону  для Constraint Region

Рис. 32. Взаимодействие ранее определенных законов согласно закону для Constraint Region


Определение границ Constraint Region

Рис. 33. Определение границ Constraint Region


Присваивание закона для Constraint Region

Рис. 34. Присваивание закона для Constraint Region


Определение физических параметров Constraint Region

Рис. 35. Определение физических параметров Constraint Region

Ранее в [1] были описаны способы задания дифференциальных пар (ДП). Напомню лишь, что их можно задавать как на уровне схемы, так и непосредственно в самой среде Allegro. В данном случае происходит только назначение сигналов как членов в дифференциальной паре. Параметры ДП определяются в Constraint Manager. В зависимости от технического задания на плате может быть несколько типов ДП (например, 100, 90 и 75 Ом). Естественно, и значения для каждого типа должны быть разные.

Согласно иерархии, определенной для рабочего листа в Constraint Manager, ДП (DPr) идут следом за шинами сигналов (Bus) (рис. 36).

Расположение дифференциальных пар  в иерархии на рабочем листе

Рис. 36. Расположение дифференциальных пар в иерархии на рабочем листе (после шин)

Для создания закона, предназначенного определенному типу ДП, в Worksheet Selector в папке Physical Constraint Set выбираем раздел Diff Pair и в рабочем листе уже известным нам способом создаем «физический набор ограничений» (Physical CSet). В каждой такой группе устанавливаем соответствующие ей параметры согласно расчетам волнового сопротивления — либо для всей платы в целом, либо по слоям, если значения отличаются в разных слоях МПП (рис. 37).

Различные типы групп дифференциальных пар

Рис. 37. Различные типы групп дифференциальных пар

Устанавливаются следующие параметры:

  • ширина сигнала;
  • ширина «шейки» сигнала;
  • расстояние между крайними точками сигналов в ДП (Air Gap);
  • расстояние между крайними точками «шейки» сигналов в ДП (Air Gap);
  • разница по длине между сигналами в ДП (Tolerance);
  • выбор переходного отверстия;
  • разрешение установки переходного отверстия одно над другим;
  • разрешение установки переходного отверстия внутри ножки компонента.

Значение ширины сигнала в ДП назначаются как глобально, так и по слоям. Проверить правильность значений можно, используя встроенный калькулятор (рис. 38). После этого в рабочем листе для дифференциальной пары устанавливаем подходящий ей закон (рис. 39). Добавлю, что ДП также можно объединять в шины и группы по расстоянию (рис. 40).

Назначение ширины сигнала в дифференциальных парах

Рис. 38. Назначение ширины сигнала в дифференциальных парах


Присваивание закона для дифференциальных пар

Рис. 39. Присваивание закона для дифференциальных пар


Создание BUS для дифференциальных пар

Рис. 40. Создание BUS для дифференциальных пар

Папка Property (Свойства) в Worksheet Selector для конструктора МПП является скорей информационной (рис. 41), поскольку отражает свойства сигналов и компонентов, заведенные на уровне схемы. Но и здесь можно найти полезные функции для конструктора. Например, в папке Pin Property можно менять параметры термального подсоединения вывода к полигону (рис. 42).

Папка Properties в Worksheet Selector

Рис. 41. Папка Properties в Worksheet Selector


Параметры термального подсоединения вывода к полигону

Рис. 42. Параметры термального подсоединения вывода к полигону

Папка списка ошибок (рис. 43), появляющихся при разработке МПП (DRC), в Worksheet Selector разбита на разделы, характеризующие типы ошибок по их параметрам:

  • электрические;
  • физические;
  • ошибки по расстояниям;
  • ошибки по расстояниям для одного и того же сигнала;
  • конструктивные;
  • внешние.
Папка DRC в селекторе выбора рабочего листа

Рис. 43. Папка DRC в селекторе выбора рабочего листа

Рабочий лист для каждого типа DRC представлен в виде отчета «только для чтения», то есть внести изменения тут невозможно. Можно лишь найти на МПП местонахождение данной ошибки, выбрав курсором необходимую координату (рис. 44).

Определение DRC на МПП согласно координатам

Рис. 44. Определение DRC на МПП согласно координатам

Выравнивание длин сигналов в группе

Одним из основных достоинств Constraint Manager является удобство в определении и работе с группами сигналов, объединенных общим требованием как по длине в целом (Total Etch Length, Min/Max Propagation Delay), так и по разнице длин между сигналами в группе (Relative Propagation Delay) (рис. 45).

Папки ограничений по длине в Worksheet Selector

Рис. 45. Папки ограничений по длине в Worksheet Selector

Если необходимо проверить длину всего сигнала или группы, то удобнее всего пользоваться папкой Total Etch Length. В этом случае мы создаем в рабочем листе папки Total Etch Length набор ограничений по длине (ECS CDR_TOTAL_ETCH) и определяем минимальное и максимальное значение длин сигналов для данного закона. Затем просто присваиваем этот закон для отдельного сигнала или целой их группы (рис. 46). Отметим, что проверку по длине можно задавать непосредственно в рабочем листе даже без определения закона. Просто в этом случае придется заносить значение каждый раз для каждого объекта, будь то сигнал или группа сигналов (например, на рис. 47 Bus FPGA_FRTCT_OUT).

Набор ограничений по длине

Рис. 46. Набор ограничений по длине


Присваивание закона по длине шине сигналов

Рис. 47. Присваивание закона по длине шине сигналов

Иногда конструктору необходимо задать и, соответственно, проверить длину или разницу по длине не всего сигнала целиком, а только его фрагмента или нескольких фрагментов, так называемых Pin Pairs. Для этого надо нажать на необходимый нам сигнал правой кнопкой мыши, вызвать меню задания пар выводов и указать ту пару выводов, расстояние между которыми нас интересует (рис. 48). Данную операцию необходимо проделать для каждого сигнала в группе.

а) Создание Pin Pairs;

Рис. 48. а) Создание Pin Pairs; б) создание Pin Pairs для нескольких сигналов

Существует опция автоматического назначения пар выводов по трем вариантам (рис. 49):

  • максимальное/минимальное расстояние между вариантами пар выводов в сигнале (Longest/Shortest Pin Pair);
  • максимальное/минимальное расстояние между драйвером и ресивером (Longest/ Shortest Driver/Receiver);
  • общая длина (All Drivers/Receivers);
  • очистка параметров (Clear).
Опции автоматического назначения пар выводов

Рис. 49. Опции автоматического назначения пар выводов по трем вариантам


Автоматическое задание Pin Pairs

Рис. 50. Автоматическое задание Pin Pairs

Недостаток автоматического способа задания пар выводов в том, что система автоматически проверяет расстояние не согласно необходимой топологии, а по расстоянию между объектами, что не всегда одно и то же.

Аналогичным образом поступаем, когда требуется задать и проверить разницу по длине в группе сигналов (Relative Propagation Delay). Отличие лишь в том, что тут мы задаем Match Group, с которой потом будем работать (рис. 51), и определяем цепь, которая будет принята за «абсолютный ноль» в группе (Target). Относительно этой цепи и будет проверяться каждый сигнал в пределах установленного предела длины (Tolerance) (рис. 52).

Match Group

Рис. 51. Определение группы цепей с одинаковой длиной (Match Group)


Задание главной цепи (Target)

Рис. 52. Задание главной цепи (Target) для группы цепей с выравниванием

После задания необходимых групп сигналов для проверки параметров для ДП, длин сигналов и т. д. приступаем к трассировке платы и доведению длин сигналов до необходимых значений. В процессе работы включается режим online-проверки (о нем говорилось в [1]), и по наличию красного или зеленого окна рядом с сигналом конструктор видит, попал ли он в заданную область параметров (рис. 53). Если в рабочем листе в колонках параметров указан желтый цвет, это значит, что сигналы либо не проведены, либо отключена проверка на DRC. Красный цвет свидетельствует о том, что какой-либо сигнал не удовлетворяет заданным условиям, а зеленый — что все в порядке. Кроме того, в рабочем листе представлены реальные значения длин сигналов и величин, по которым сигнал не удовлетворяет условиям, наложенным на данную группу (рис. 54).

Проверка параметров в режиме реального времени

Рис. 53. Проверка параметров в режиме реального времени


Режим проверок групп сигналов

Рис. 54. Режим проверок групп сигналов в Constraint Manager

Логично было бы предположить, что должна существовать возможность проверки проделанной работы и сохранения заданных параметров для переноса их в другие проекты с аналогичной структурой либо для распространения параметров на все части проекта в случаях, когда выполняется параллельное проектирование. И такая возможность действительно существует. Чтобы проверить правильность выполнения задания, инженеру-схемотехнику не обязательно иметь PCB-редактор (тут можно говорить об экономии средств на приобретение САПР и техническую поддержку). МПП в целом и отдельные компоненты проекта в частности, включая информацию об объектах проектирования, можно посмотреть при помощи программы просмотра (Free Allegro PCB Viewer), которая распространяется бесплатно. Результат работы конструктора можно проверить при помощи отчета в формате Excel, который выводится непосредственно из программы Constraint Manager (рис. 55). Таким же образом можно экспортировать файл с параметрами, технологический файл и другую информацию. Соответственно, все это можно импортировать в другую плату, не тратя время на повторное внесение условий и ограничений (рис. 56).

Отчет  в формате .xls

Рис. 55. Отчет Constraint Manager в формате .xls


Экспорт из Constraint Manager

Рис. 56. Экспорт из Constraint Manager

Заключение

Являясь интегральной составляющей всей платформы Cadence, программа внесения правил и ограничений Constraint Manager служит связующим звеном в сквозном проектировании. Это создает возможность для более тесного взаимодействия схемотехников и инженеров-конструкторов как на стадии разработки электронной схемы, так и в процессе проверки результатов работы по трассировке электрических сигналов.

Constraint Manager в составе САПР печатных плат Cadence Allegro является отличным инструментом, функциональные возможности которого позволяют значительно ускорить процесс проектирования МПП, повысить эффективность и качество разработки сложных печатных плат.

Литература

  1. Махлин Е. Управление параметрами сигналов при проектировании высокоскоростных печатных плат. Часть 1 // Технологии в электронной промышленности. 2011. № 2.

Другие статьи по этой теме


 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

Оцените, пожалуйста, удобство и практичность (usability) сайта:
Хорошо
Нормально
Плохо