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High-Speed-PCB-Design

Effektive Verwaltung der Designherausforderungen der heutigen Technologien

Design-unterstütztes Routing

Warum ist High Speed PCB Design heutzutage so wichtig? Bei den aktuellen und aufkommenden Technologien von heute benötigen Sie eine Lösung, die die Designherausforderungen einer großen Anzahl von Constraints, komplexer Platzierung und Net-Tuning, hochleistungsfähigem Differential-Paar-Routing und HDI/Micro-Via-Technologie effektiv bewältigt und gleichzeitig die Designqualität für die Fertigung optimiert.

Um die Anforderungen der High Speed Performance zu erfüllen, ist ein umfangreicher Set von Constraints erforderlich, unabhängig davon, ob Sie Ihr High-Speed-PCB-Design interaktiv oder automatisch routen. Die Verwendung eines kontextsensitiven Constraint-Editors, der direkt in die Schaltplan- und Layout-Umgebung eingebettet ist, um Constraints in jeder Designphase zu definieren, ist ein Schlüssel zum Erfolg. Zu den Constraints gehören Differentialpaare auf gleichen und benachbarten Lagen, kontrollierte Impedanz, Netzplanung, Match-Gruppen, komplexe und benutzerdefinierte Topologien, Pin-Paare und Pin-Set-Regeln, Mindest-/Maximal-/Match-Länge und -Verzögerung, Z-Achsenabstände und vieles mehr. Ein weiteres Plus ist die Möglichkeit, Gehäuse-zu-Gehäuse-Einschränkungen für 2D- oder 3D-Layouts zu definieren.

high speed pcb design

Auto-assisted Routing bietet die Geschwindigkeit und Effizienz von Auto-Routing im Bereich des High-Speed-PCB-Designs mit vollständiger Benutzerkontrolle und hoher Qualität. Ausgehend von einer Grundskizze der Leiterbahn kann ein Designer einen Skizzenpfad zeichnen, um die Position für die Verlegung der Anschlüsse festzulegen. Anschließend kann die Automatisierung einzelne, Dutzende oder sogar Hunderte von Netzleitungen um ein Vielfaches schneller verlegen als eine manuelle Verlegung. Der Schwerpunkt muss auf der Qualität liegen; es sind nur wenige oder sogar gar keine Bereinigungen erforderlich. Die hohe Routing-Abschlussrate (typischerweise >90%) kann durch die automatische Optimierung der Ausgänge von Bauteilen wie BGAs erreicht werden, so dass sie optimal für das Routing ohne zusätzliche Vias sind. Für nicht zu 100% abgeschlossene Routings kann ein feinerer Routing-Prozess eingesetzt werden, bei dem die Design-Intention extrahiert wird, um anhand des vorhandenen Routings einen lokalen Bias zu erzeugen, der den Routing-Prozess automatisiert.

Mit Hilfe eines solchen Ansatzes kann der Designer eine optimierte Routing-Strategie anhand von Skizzenplänen entwickeln. Diese Pläne können wie normale Leiterbahnen bearbeitet werden und besitzen die eben beschriebene Funktionalität.

Die Routing-Automatisierung mit einem Trace-Plow kann sehr nützlich sein, um das Routing mit dynamischem visuellem Feedback zu leiten, während Durchkontaktierungen und Leiterbahnen aus dem Weg geschoben werden und sogar Ebenenbereiche während des Routings gelöscht werden. Zusätzliche Kontrollfunktionen sollten in Erwägung gezogen werden, um dem Benutzer die Möglichkeit zu geben, Designtoleranzen hinzuzufügen, um eine höhere Qualität bei der Leiterplattenherstellung zu erzielen. Wenn eine große Anzahl von Leiterbahnen verschoben werden muss, sogar über Regelbereiche hinweg, ermöglicht eine dynamische Editierfunktion ein reibungsloses und schnelles Verschieben von Leiterbahnen, während zusätzliche Segmente automatisch entfernt werden und eine hohe Qualität erhalten bleibt. Bei nicht symmetrischen Pad-Arrays, bei denen eine 45-Grad-Verlegung nicht möglich ist, ist es außerdem erforderlich, zwischen Pads in ungeraden Winkeln und um Pads mit Kurven herum zu verlegen, um den schwierigsten BGA-Mustern zu entgehen.

auto routing before
Before routing
auto routing after
After routing

Net-Tuning im High-Speed-PCB-Design

Es stehen mehrere Methoden zur Optimierung von Leiterbahnen in Ihrem Design zur Verfügung, um Routingpläne zu reduzieren. Automatisches Tuning bietet dem Benutzer die Möglichkeit, dichte Bereiche einer Leiterplatte zu öffnen, um die Länge der Leiterbahnen bei Bedarf zu erhöhen. Netze können auch innerhalb eines Autoroute-Durchlaufs oder automatisch basierend auf einer Auswahl abgestimmt werden, um Längen- und elektrische Regeln zu erfüllen, die auch Gehäuselängen und Via-Verzögerungen/-Längen umfassen können. Darüber hinaus ist eine automatische Phasen- oder Sägezahnabstimmung von differentiellen Paaren unter Verwendung der Timing-Constraints möglich.

Sobald die Randbedingungen erfüllt sind, sollte das automatische Tuning dafür sorgen, dass die Netze auch bei Push- und Shove-Operationen abgestimmt bleiben. Während des interaktiven Routings können grafische Abstimmhilfen zur Orientierung angezeigt werden, und die Routen können automatisch abgestimmt werden, sobald die Verbindungen fertiggestellt sind. Die fortgeschrittene automatische Tuning-Funktion ermöglicht es dem Designer, interaktiver zu arbeiten und die Länge präzise hinzuzufügen, um auch die komplexesten Zwangsbedingungen zu meistern. Eine Dynamic Hazards-Funktion sollte verfügbar sein, um Aktualisierungen vorzunehmen, während der Nutzer die Netze bearbeitet, und so ein sofortiges Feedback in Bezug auf Ihre Randbedingungen zu geben.

Net Tuning in High Speed PCB Design

Differential-Paar-Routing

Für ein erfolgreiches High-Speed-PCB-Design muss das Routing und die Bearbeitung von differentiellen Paaren schnell und einfach durchgeführt werden können, was die Standardansicht des High-Speed Designs verändert. Impedanzen müssen durch Lagen- und Paarabstandsregeln leicht zu kontrollieren sein. Wenn eine Leiterbahn bearbeitet wird, sollte sich die andere Leiterbahn des Paares automatisch mitbewegen.

Das Routing von differentiellen Paaren durch versetzte Pins oder dichte Bereiche muss mit gekurvten und beliebig gewinkelten Leiterbahnen einfach zu bewerkstelligen sein. Die Pad-Eingabe und die Via-Steuerung sollten automatisiert werden, um eine symmetrische Pad-Eingabe mit kurzer Konvergenz zu ermöglichen. Die Möglichkeit, differentielle Paare auf der Breitseite oder in benachbarten Lagen zu verlegen, kann eine weitere wertvolle Option für die Verlegung kritischer Signale auf einer dichten Leiterplatte darstellen.

Sehen Sie sich im folgenden Video eine sehr kurze Demo des Differential-Pair-Routing mit Xpedition an:

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