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High Speed PCB Design

Gestisce efficacemente le sfide di progettazione delle tecnologie odierne

Sbroglio PCB assistito

Perché la progettazione di PCB ad alta velocità è così cruciale al giorno d'oggi? Nelle tecnologie attuali ed emergenti, è necessaria una soluzione che gestisca efficacemente un gran numero di vincoli: piazzamento complicato dei componenti, bilanciamento delle net, sbroglio di coppie differenziali, utilizzo di tecnologia HDI/micro-via; il tutto ottimizzando il progetto per la fase di produzione.

È necessario dunque uno strumento di gestione dei vincoli/constraint condiviso tra schema e PCB, che consenta di soddisfare la richiesta di prestazioni High Speed del progetto. La presenza di un unico strumento per la gestione dei vincoli/constraint all’interno dello schematico piuttosto che all’interno del PCB è un elemento chiave per la buona riuscita del progetto. I vincoli/constraints High Speed potrebbero includere per esempio: per le coppie differenziali, il poter definire se la coppia viaggia sullo stesso layer oppure se ogni net della coppia viaggia su layer adiacenti; oppure il controllo dell'impedenza delle net siano esse singole o differenziale, la schedulazione dello sbroglio, la definizione di match groups, la definizione di topologie standard (T, H, Star, ecc.) o personalizzate, la creazione di regole a livello pin-pair o pin-set, il controllo dei ritardi di propagazione (minimo, massimo, match), il controllo degli isolamenti sull’asse Z e molto altro. Un “di più” per esempio è la possibilità di controllare i vincoli di isolamento 2D e 3D tra i componenti.

high speed pcb design

La modalità di sbroglio “auto-assistito” può fornire la stessa celerità dell' “auto-routing” nei progetti High Speed, dando un controllo totale e di altissima qualità al progettista durante lo sbroglio. Sulla base di uno Scketch iniziale, il progettista può delineare il percorso che dovranno seguire le piste, dopo di che, l’automazione potrà sbrogliare velocemente, una, decine o centinaia di net molto più velocemente di quanto lo si farebbe manualmente. Focalizzandosi sulla qualità, è necessaria poca pulizia dopo lo sbroglio,  meglio ancora se nessuna pulizia è richiesta. L'alto tasso di completamento del routing (tipicamente >90%) può essere raggiunto con la capacità di ottimizzare automaticamente l’uscita da componenti come i BGA minimizzando il numero di via richiesti per il fan out. Se l’intento di routing non completa il 100% delle connessioni, si può avere un approccio molto fine, riutilizzando il risultato ottenuto come linea guida per lo sbroglio dei collegamenti mancanti. Questa tecnica Sketch Route. Il progettista può creare scketch di pianificazione per le piste e questa pianificazione può essere riutilizzata.

L’automazione dello sbroglio di tipo real trace plow guida la creazione di un collegamento mentre si dà un riscontro visuale dinamico mostrando per esempio lo spostamento di eventuali ostacoli quali via,  altre piste oppure lo svuotamento di aree di rame mentre si va avanti con lo sbroglio della pista. Si dovrebbero prendere in considerazione dei controlli aggiuntivi per permettere all'utente di aggiungere tolleranze di progettazione per aiutare una maggiore resa nella fabbricazione delle schede. Quando si deve spostare un numero elevato di piste, anche dentro aree di constraint speciali, le capacità di editing dinamico permettono lo spostamento veloce delle piste mentre si rimuovono segmenti in eccesso per mantenere alta la qualità dello sbroglio. Inoltre, nelle matrici non simmetriche di piazzole, dove non si può utilizzare lo sbroglio a 45°, è necessario sbrogliare le piste tra i pad ad angoli particolari (non multipli di 45°) magari usando piste curve per allontanarsi da matrici complesse quali sono i BGA più complicati.

auto routing before
Before routing
auto routing after
After routing

Bilanciamento delle net in un progetto High Speed PCB

Le capacità di progettazione HighSpeed forniscono diversi metodi per il bilanciamento delle piste. L’Automatic Tuning può fornire al progettista gli strumenti per liberare spazio e allungare le piste. Le net possono essere bilanciate durante un ciclo di autoroute, oppure si possono bilanciare automaticamente le net selezionate in modo tale da rispettare i vincoli di lunghezza e i vincoli elettrici che possono includere i ritardi aggiunti dai via e dalla lunghezza dei pin all’interno dei package. In più, sulla base dei vincoli di timing si può bilanciare la differenza di fase all’interno della coppia allungando le piste con geometrie di tipo seghettato.

Al completamento dei collegamenti, si deve mantenere il bilanciamento delle piste anche durante le operazioni di spostamento degli ostacoli.  Mentre si fa sbroglio manuale, si avranno a disposizione aiuti grafici che guidano l’utente nel mantenimento o raggiungimento del bilancio del collegamento. L’Advanced auto-assisted tuning da il controllo dello sbroglio al progettista aiutandolo a rispettare i vincoli anche quelli più esigenti.  Si ha a disposizione una funzione dinamica di controllo degli errori che mantiene al progettista informato costantemente durante lo sbroglio delle net.

Net Tuning in High Speed PCB Design

Sbroglio delle coppie differenziali

Per affrontare con successo la progettazione di PCB ad alta velocità, il routing e la modifica delle coppie differenziali devono essere eseguiti con velocità e facilità, cambiando la visione standard della progettazione High Speed. Si tiene conto del layer dove si sbroglia la coppia differenziale così come del suo isolamento interno per controllare facilmente la sua impedenza.  Se si edita una una delle piste della coppia differenziale, l'altra pista nella coppia si modifica automaticamente.

Sbrogliare una coppia differenziale in mezzo a pin sfalsati o aree molto dense si facilita tracciando piste curve oppure con qualsiasi angolo di orientamento. La convergenza tra le due piste della coppia differenziale deve garantire il più possibile la simmetria e dei percorsi disaccoppiati molto brevi. I controlli High Speed consentono controllare l'accoppiamento delle piste differenziali quando esse viaggiano sullo stesso layer oppure quando ogni pista viaggia su layer adiacenti.

Guardate una breve demo di sbroglio di coppie differenziali con Xpedition qui sotto:

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