PCB设计优化PCB布局约束管理(lǐ)

2020-11-03

在PCB设计方面，许多(duō)设计人员在设计规则和约束管理(lǐ)方面仍在尝试使用(yòng)“一刀(dāo)切”的方法。虽然穿一双过大的袜子可(kě)能(néng)有(yǒu)些不适，但電(diàn)路板在其间距规则和其他(tā)设计约束方面承受不了足够的空间。要设计既能(néng)按预期工作又(yòu)易于制造的電(diàn)路板，则需要针对设计精确地调整布局约束管理(lǐ)。这里有(yǒu)一些关于如何最好地做到这一点的想法。

為(wèi)什么PCB布局约束管理(lǐ)很(hěn)重要

電(diàn)路板是電(diàn)子工程时代的奇迹，它们依靠设计的精确性来正常工作。尽管30年前对電(diàn)路板的電(diàn)气和制造要求允许在设计规范中进行更多(duō)的取舍，但如今已不再如此。因此，必须严格控制電(diàn)路板上金属部件之间以及板对象（如组件）之间的间隙。相同的控件也适用(yòng)于金属走線(xiàn)的宽度，连接方式以及PCB電(diàn)气连接的许多(duō)其他(tā)方面。 

布局约束管理(lǐ)的電(diàn)气注意事项

考虑以下電(diàn)气原因，控制電(diàn)路板的设计规则和约束很(hěn)重要：

電(diàn)源：设计中的某些金属走線(xiàn)将以比板上其他(tā)信号走線(xiàn)更高的電(diàn)流传导功率。这些走線(xiàn)需要更宽，以防止電(diàn)流通过走線(xiàn)燃烧。

阻抗：一些信号迹線(xiàn)必须保持在非常精确的阻抗水平，以实现最佳性能(néng)。这要求走線(xiàn)在電(diàn)路板的特定层上以特定宽度布線(xiàn)。

时序：其他(tā)轨迹将用(yòng)于在处理(lǐ)器芯片及其关联的存储设备之间路由数据，地址和时钟信号。為(wèi)了使这些部件正确运行，这些走線(xiàn)上的信号必须在特定时间到达其目的地。為(wèi)了控制这一点，必须将迹線(xiàn)布線(xiàn)到特定的長(cháng)度，以便彼此匹配。

信号完整性：電(diàn)路板上的许多(duō)走線(xiàn)会辐射能(néng)量，从而為(wèi)電(diàn)路板上的其他(tā)電(diàn)路甚至電(diàn)路板外部的其他(tā)设备产生噪声。為(wèi)了防止这种情况发生，并防止它们受到传入的EMI的影响，必须将它们内部连接在板上的地平面之间，以对其进行屏蔽。

高速：必须将高速信号路径中的许多(duō)信号按特定的模式布線(xiàn)。还必须对此进行控制，以使信号以规定的顺序到达其不同的目的地。

布局约束管理(lǐ)的制造注意事项

设计规则和约束的控制不仅适用(yòng)于電(diàn)路板的電(diàn)气方面。由于以下原因，它对于制造也很(hěn)重要：

组装：需要对電(diàn)路板上的组件进行排列，以便可(kě)以通过自动组装设备轻松地安装它们。另外，返工技术人员必须分(fēn)配足够的空间来手动组装较大和/或更多(duō)的非标准组件。

可(kě)焊性：制造商(shāng)使用(yòng)的自动焊接系统要求某些组件的方向和板上的间距才能(néng)获得高产量的焊接结果。组件如何连接到大面积金属对于防止热不平衡也很(hěn)重要，因為(wèi)热不平衡会影响焊接过程。

可(kě)访问性：还必须能(néng)够访问電(diàn)路板上的零件，以进行自动测试和手动返工。另外，技术人员必须可(kě)以使用(yòng)连接器和开关之类的组件。

如您所见，在電(diàn)路板设计期间控制電(diàn)路板的规则和约束非常重要。接下来，我们将研究如果不执行此控件，您可(kě)能(néng)会遇到的一些问题。

如我们所见，对PCB设计中的设计规则和约束进行精确控制非常重要，原因有(yǒu)很(hěn)多(duō)。因此，PCB设计工具通常配备有(yǒu)多(duō)个规则和约束，以在電(diàn)路板布局期间指导设计人员。但是，如果不使用(yòng)这些约束，则会发生问题，这通常是因為(wèi)设计团队没有(yǒu)花(huā)时间安装应有(yǒu)的规则。

公平地说，在PCB设计CAD工具中使用(yòng)设计规则历来很(hěn)复杂。由于设计人员通常不希望因采取任何额外的步骤而放慢脚步，以便尽快开始工作，因此他(tā)们将仅依赖默认约束设置。但是，这是一把双刃剑，因為(wèi)设计师现在不得不依靠自己的记忆来记住哪些迹線(xiàn)必须增加宽度，或者哪些组件需要额外的间距。如果设计足够小(xiǎo)，这可(kě)能(néng)会起作用(yòng)，但是即使是较小(xiǎo)的设计也具有(yǒu)不可(kě)忽略的重要规则和约束。

另一个问题是，随着设计的进行，手动更改可(kě)能(néng)不会生效。例如，如果以后使用(yòng)路由工具编辑了宽度已增加的迹線(xiàn)，则可(kě)能(néng)会恢复為(wèi)原始大小(xiǎo)。如果另一个设计师在同一个设计上做一些工作，也会产生问题。他(tā)们可(kě)能(néng)没有(yǒu)与原始设计者相同的知识，并且可(kě)能(néng)会引入错误或撤消某些不应该涉及的手动更改。

為(wèi)避免此类问题，最好使用(yòng)配备了高级约束管理(lǐ)系统的PCB设计工具集。这将简化设置约束，并鼓励PCB设计人员使用(yòng)它们。

由于使用(yòng)较旧的PCB设计系统存在困难，因此设计师习惯了没有(yǒu)设计规则和约束的情况也就不足為(wèi)奇了。以下是约束系统中的一些功能(néng)，可(kě)以帮助您提高工作效率：

電(diàn)子表格格式，可(kě)轻松进行数据输入以及复制和粘贴，多(duō)个单元格输入和搜索功能(néng)

可(kě)配置電(diàn)子表格单元格以根据需要显示数据

从原理(lǐ)图或布局中输入规则和约束的能(néng)力，如上图所示

用(yòng)户定义的类可(kě)根据需要对网络和组件进行分(fēn)组

涵盖设计的電(diàn)气，物(wù)理(lǐ)和制造方面的不同类别的规则

可(kě)以為(wèi)组件间距，走線(xiàn)宽度和间距，走線(xiàn)長(cháng)度和拓扑，通过类型等设置的特定规则。

将规则附加到单个项目和类别以及单个或多(duō)个板层的能(néng)力

导入和导出功能(néng)可(kě)帮助管理(lǐ)约束集

正如设计工具中的多(duō)种路由功能(néng)可(kě)以帮助您在布線(xiàn)PCB网络时提高生产率一样，约束管理(lǐ)系统中的多(duō)种功能(néng)也可(kě)以帮助您提高生产率。关键是要使用(yòng)这些功能(néng)，接下来我们将看一个示例。

在上图中，您可(kě)以看到一些分(fēn)组在一起的时钟网。这些网络具有(yǒu)需要使用(yòng)的特定通孔，这些通孔在“ Vias”列下分(fēn)配。将这些通孔分(fēn)配给这些网络后，您将在布線(xiàn)过程中获得指定的通孔，而不必记住手动更改為(wèi)其他(tā)通孔。但是，Allegro的约束管理(lǐ)器使您不仅可(kě)以控制迹線(xiàn)宽度，还可(kě)以通过分(fēn)配进行控制。可(kě)以设置多(duō)种電(diàn)气约束设置，包括反射和边缘失真，串扰，时序，阻抗和传播延迟，这些仅适用(yòng)于启动器。

如果您没有(yǒu)使用(yòng)PCB布局管理(lǐ)来优化设计，那么您应该了解一下该技术将為(wèi)您带来的所有(yǒu)好处。除了帮助您布置更好地為(wèi)制造做好准备的電(diàn)路板之外，您还将拥有(yǒu)在设计中具有(yǒu)更好的信号完整性和系统性能(néng)所需的工具。