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技術(shù)專題
PCB設(shè)計(jì)優(yōu)化PCB布局約束管理
在PCB設(shè)計(jì)方面，許多設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)規(guī)則和約束管理方面仍在嘗試使用“一刀切”的方法。雖然穿一雙過大的襪子可能有些不適，但電路板在其間距規(guī)則和其他設(shè)計(jì)約束方面承受不了足夠的空間。要設(shè)計(jì)既能按預(yù)期工作又易于制造的電路板，則需要針對設(shè)計(jì)精確地調(diào)整布局約束管理。這里有一些關(guān)于如何最好地做到這一點(diǎn)的想法。
為什么PCB布局約束管理很重要
電路板是電子工程時代的奇跡，它們依靠設(shè)計(jì)的精確性來正常工作。盡管30年前對電路板的電氣和制造要求允許在設(shè)計(jì)規(guī)范中進(jìn)行更多的取舍，但如今已不再如此。因此，必須嚴(yán)格控制電路板上金屬部件之間以及板對象（如組件）之間的間隙。相同的控件也適用于金屬走線的寬度，連接方式以及PCB電氣連接的許多其他方面。
布局約束管理的電氣注意事項(xiàng)
考慮以下電氣原因，控制電路板的設(shè)計(jì)規(guī)則和約束很重要：
電源：設(shè)計(jì)中的某些金屬走線將以比板上其他信號走線更高的電流傳導(dǎo)功率。這些走線需要更寬，以防止電流通過走線燃燒。
阻抗：一些信號跡線必須保持在非常精確的阻抗水平，以實(shí)現(xiàn)最佳性能。這要求走線在電路板的特定層上以特定寬度布線。
時序：其他軌跡將用于在處理器芯片及其關(guān)聯(lián)的存儲設(shè)備之間路由數(shù)據(jù)，地址和時鐘信號。為了使這些部件正確運(yùn)行，這些走線上的信號必須在特定時間到達(dá)其目的地。為了控制這一點(diǎn)，必須將跡線布線到特定的長度，以便彼此匹配。
信號完整性：電路板上的許多走線會輻射能量，從而為電路板上的其他電路甚至電路板外部的其他設(shè)備產(chǎn)生噪聲。為了防止這種情況發(fā)生，并防止它們受到傳入的EMI的影響，必須將它們內(nèi)部連接在板上的地平面之間，以對其進(jìn)行屏蔽。
高速：必須將高速信號路徑中的許多信號按特定的模式布線。還必須對此進(jìn)行控制，以使信號以規(guī)定的順序到達(dá)其不同的目的地。
布局約束管理的制造注意事項(xiàng)
設(shè)計(jì)規(guī)則和約束的控制不僅適用于電路板的電氣方面。由于以下原因，它對于制造也很重要：
組裝：需要對電路板上的組件進(jìn)行排列，以便可以通過自動組裝設(shè)備輕松地安裝它們。另外，返工技術(shù)人員必須分配足夠的空間來手動組裝較大和/或更多的非標(biāo)準(zhǔn)組件。
可焊性：制造商使用的自動焊接系統(tǒng)要求某些組件的方向和板上的間距才能獲得高產(chǎn)量的焊接結(jié)果。組件如何連接到大面積金屬對于防止熱不平衡也很重要，因?yàn)闊岵黄胶鈺绊懞附舆^程。
可訪問性：還必須能夠訪問電路板上的零件，以進(jìn)行自動測試和手動返工。另外，技術(shù)人員必須可以使用連接器和開關(guān)之類的組件。
如您所見，在電路板設(shè)計(jì)期間控制電路板的規(guī)則和約束非常重要。接下來，我們將研究如果不執(zhí)行此控件，您可能會遇到的一些問題。
如我們所見，對PCB設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)規(guī)則和約束進(jìn)行精確控制非常重要，原因有很多。因此，PCB設(shè)計(jì)工具通常配備有多個規(guī)則和約束，以在電路板布局期間指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員。但是，如果不使用這些約束，則會發(fā)生問題，這通常是因?yàn)樵O(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)沒有花時間安裝應(yīng)有的規(guī)則。
公平地說，在PCB設(shè)計(jì)CAD工具中使用設(shè)計(jì)規(guī)則歷來很復(fù)雜。由于設(shè)計(jì)人員通常不希望因采取任何額外的步驟而放慢腳步，以便盡快開始工作，因此他們將僅依賴默認(rèn)約束設(shè)置。但是，這是一把雙刃劍，因?yàn)樵O(shè)計(jì)師現(xiàn)在不得不依靠自己的記憶來記住哪些跡線必須增加寬度，或者哪些組件需要額外的間距。如果設(shè)計(jì)足夠小，這可能會起作用，但是即使是較小的設(shè)計(jì)也具有不可忽略的重要規(guī)則和約束。
另一個問題是，隨著設(shè)計(jì)的進(jìn)行，手動更改可能不會生效。例如，如果以后使用路由工具編輯了寬度已增加的跡線，則可能會恢復(fù)為原始大小。如果另一個設(shè)計(jì)師在同一個設(shè)計(jì)上做一些工作，也會產(chǎn)生問題。他們可能沒有與原始設(shè)計(jì)者相同的知識，并且可能會引入錯誤或撤消某些不應(yīng)該涉及的手動更改。
為避免此類問題，最好使用配備了高級約束管理系統(tǒng)的PCB設(shè)計(jì)工具集。這將簡化設(shè)置約束，并鼓勵PCB設(shè)計(jì)人員使用它們。
由于使用較舊的PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)存在困難，因此設(shè)計(jì)師習(xí)慣了沒有設(shè)計(jì)規(guī)則和約束的情況也就不足為奇了。以下是約束系統(tǒng)中的一些功能，可以幫助您提高工作效率：
電子表格格式，可輕松進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入以及復(fù)制和粘貼，多個單元格輸入和搜索功能
可配置電子表格單元格以根據(jù)需要顯示數(shù)據(jù)
從原理圖或布局中輸入規(guī)則和約束的能力，如上圖所示
用戶定義的類可根據(jù)需要對網(wǎng)絡(luò)和組件進(jìn)行分組
涵蓋設(shè)計(jì)的電氣，物理和制造方面的不同類別的規(guī)則
可以為組件間距，走線寬度和間距，走線長度和拓?fù)?，通過類型等設(shè)置的特定規(guī)則。
將規(guī)則附加到單個項(xiàng)目和類別以及單個或多個板層的能力
導(dǎo)入和導(dǎo)出功能可幫助管理約束集
正如設(shè)計(jì)工具中的多種路由功能可以幫助您在布線PCB網(wǎng)絡(luò)時提高生產(chǎn)率一樣，約束管理系統(tǒng)中的多種功能也可以幫助您提高生產(chǎn)率。關(guān)鍵是要使用這些功能，接下來我們將看一個示例。
在上圖中，您可以看到一些分組在一起的時鐘網(wǎng)。這些網(wǎng)絡(luò)具有需要使用的特定通孔，這些通孔在“
Vias”列下分配。將這些通孔分配給這些網(wǎng)絡(luò)后，您將在布線過程中獲得指定的通孔，而不必記住手動更改為其他通孔。但是，Allegro的約束管理器使您不僅可以控制跡線寬度，還可以通過分配進(jìn)行控制。可以設(shè)置多種電氣約束設(shè)置，包括反射和邊緣失真，串?dāng)_，時序，阻抗和傳播延遲，這些僅適用于啟動器。
如果您沒有使用PCB布局管理來優(yōu)化設(shè)計(jì)，那么您應(yīng)該了解一下該技術(shù)將為您帶來的所有好處。除了幫助您布置更好地為制造做好準(zhǔn)備的電路板之外，您還將擁有在設(shè)計(jì)中具有更好的信號完整性和系統(tǒng)性能所需的工具。