xSignals 的设计规则支持

设计规则用于将 你的需求转换为一组 PCB 编辑器能够理解并遵循的指令。规则既可以在对象放置过程中进行检查(称为 Online DRC,在线 DRC),也可以作为后处理进行检查(称为 Batch DRC,批量 DRC)。xSignals 可用于定义必须应用某条设计规则的对象。

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匹配长度规则

匹配长度设计规则用于确保指定网络的长度处于指定范围内。该规则在高速设计中至关重要,因为挑战不仅在于信号到达所需的时间(由其总长度决定),还在于指定信号以相同时间到达的重要性。根据信号翻转速度、信号功能以及板材材料的不同,允许的差值可能大到 500mils,也可能小到 1mil。

下图展示了一个匹配长度设计规则示例:该规则被配置为针对 xSignal 类 PCIE 中的 xSignals,并检测该 xSignals 类中每个差分对内部的长度差。类中的每一对都必须具有布线长度,使得该对中两条网络之间的 Delay Tolerance 不超过 2ps 的延迟。

请注意,匹配长度设计规则的约束(Constraints)要求你在以下两者之间进行选择:匹配所有目标网络的长度(Group Matched Lengths,组匹配长度),或在目标网络中的每个差分对内匹配两条网络。
请注意,匹配长度设计规则的约束(Constraints)要求你在以下两者之间进行选择:匹配所有目标网络的长度(Group Matched Lengths,组匹配长度),或在目标网络中的每个差分对内匹配两条网络。

下图显示在面板中选择了 PCIE_TX xSignal 类,并在设计空间中选中了这些 xSignals。

除了 PCIE 类之外,还为 TX 和 RX 对定义了类。注意,其中一个 TX xSignal 未通过适用的匹配长度规则。 ##
除了 PCIE 类之外,还为 TX 和 RX 对定义了类。注意,其中一个 TX xSignal 未通过适用的匹配长度规则。 ##

如果你计划对同时包含单根网络和 差分对的 xSignals 进行长度调谐,请创建以下规则:

  • 一条匹配长度规则,用于定义长度匹配需求 between nets and differential pairs in xSignals。要将规则配置为测试一条网络/一对网络的长度与另一条网络/另一对网络的长度之间的匹配,请启用 Group Matched Lengths 选项。
  • 第二条优先级更高的匹配长度规则,用于定义 within-pair 长度匹配需求。要将规则配置为测试某个差分对成员与该对中另一个成员之间的匹配,请启用 Within Differential Pair Length 选项。

对这类 xSignals 进行长度调谐的一个良好方法是:

  1. 对 xSignal 的网络与差分对进行布线。
  2. 使用 Interactive Length Tuning 命令对单根网络进行长度调谐。
  3. 使用 Interactive Differential Pair Length Tuning 命令对 between 差分对进行长度调谐。长度调谐会将最长差分对中的最长信号长度作为目标长度(Target Length),并将该对中最长的网络调谐到此长度。
  4. 使用 Interactive Length Tuning 命令,将每个差分对中较短的网络 within 相对于该对中的另一条网络进行长度调谐。
  5. 现在你可以使用 PCB Rules and Violations 面板检查 within-pair 匹配网络长度(Matched Net Length)规则。操作方法:在面板的 Rule Classes 部分选择 Matched Net Lengths ,然后在所需的 Matched Length 规则上右键,从上下文菜单中选择 Run DRC Rule <RuleName> 命令。如有需要,调整单网络调谐的折叠项(accordions)。
  6. 然后使用 PCB Rules and Violations 面板检查 between-pair 匹配网络长度规则,流程同上。如有需要,调整差分对调谐的折叠项。

长度规则

长度设计规则用于确保整体布线长度处于指定范围内。该规则通常用于确保目标网络不超过指定长度,例如确保满足电路时序要求。长度规则会遵循上面列出的 xSignal 类型查询(queries)。

回流路径规则

回流路径设计规则用于检查:在规则所针对信号的上方或下方指定参考层上,是否存在连续的信号回流路径。回流路径可以由放置在信号层上的填充(fills)、区域(regions)和多边形铺铜(polygon pours)构成,也可以是平面层(plane layer)。

回流路径层是所选阻抗配置文件(Impedance Profile)中定义的参考层。在 High Speed 规则类别中添加一条新的 Return Path 设计规则。

下图显示了一个回流路径规则违规示例:xSignal 回流路径多边形上有一个孔,用于让过孔(via)穿过。

使用 PCB Rules and Violations 面板定位回流路径规则违规。 ##使用 PCB Rules and Violations 面板定位回流路径规则违规。 ##

精确的长度计算

定义高速设计规则的一个关键要求,是对布线长度进行精确计算。传统的信号长度计算方法是:将布线路径中所有线段的中心线长度相加,并加上由于过孔高度带来的垂直距离(最初通常由板厚决定)。

由于多种原因,这种方法对高速设计并不充分,包括:

  • 堆叠与重叠对象——仅简单相加网络中所有对象中心线长度的算法,无法处理对象堆叠或重叠的情况。
  • 对象内部的曲折走线——经常存在完全位于焊盘或过孔内部的布线对象,这会错误地增加长度,如下方第一张图所示。第二张图 展示了当填充对象是布线的一部分时,正确的长度计算方式。
  • 过孔长度——盲孔与埋孔不会贯穿电路板的所有层,因此仅用板厚不足以准确确定垂直长度。必须使用实际过孔高度,并考虑过孔穿过的铜层与绝缘层厚度。

PCB 编辑器的长度计算器会返回尽可能精确的布线长度。

长度会沿最短路径的中心线进行精确计算,如这两张图所示。
长度会沿最短路径的中心线进行精确计算,如这两张图所示。

过孔的精确长度会基于其穿越的层以及叠层(stackup)尺寸来计算。图片来自 PCB 面板的 Nets 模式。
过孔的精确长度会基于其穿越的层以及叠层(stackup)尺寸来计算。图片来自 PCB 面板的 Nets 模式。

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