Differentialpaar-Routing

Auf einen Blick

Dieser Artikel erläutert, wie das Routing differenzieller Paare in Altium Designer funktioniert, warum es für die Signalintegrität wichtig ist und wie Sie differenzielle Paare im gesamten Entwicklungsprozess definieren, übertragen, anzeigen und verwalten. Er behandelt die praktischen Entwurfsziele der differenziellen Signalübertragung, die wichtigsten Routing-Aspekte für abgestimmte Leitungslängen und Impedanzen sowie die beiden unterstützten Einrichtungsmethoden: über den Dialog „PCB Rules and Constraints Editor“ oder den „Constraint Manager“. So erfahren Sie, wie differenzielle Paare von der Schaltplanerfassung bis zum PCB-Editor erstellt und gehandhabt werden. Wenn Sie einen verständlichen Einstieg in die Einrichtung und Verwendung differenzieller Paare in Altium Designer suchen, hilft Ihnen dieser Artikel, sich zu orientieren und den nächsten Schritt sicher anzugehen.

- Lernen Sie den grundlegenden Zweck des Routings differenzieller Paare sowie die wichtigsten Routing-Prioritäten kennen, die zur Erhaltung der Signalqualität beitragen.
- Erfahren Sie, wie Sie differenzielle Paare bei der Schaltplanerfassung definieren – entweder mithilfe von Schaltplandirektiven und Netzbenennungen oder über den „Constraint Manager“.
- Verstehen Sie, wie differenzielle Paare auf die Leiterplatte übertragen und im PCB-Editor im Modus „Differential Pairs Editor“ verwaltet werden.
Mit KI tiefer einsteigen:

Explanatory diagram showing how differential signaling works

Bei einem differenziellen Signalübertragungssystem wird ein Signal über zwei eng gekoppelte Leiter übertragen. Einer dieser Leiter führt das Signal, der andere ein gleich großes, jedoch invertiertes Abbild des Signals. Die differenzielle Signalübertragung wurde für Situationen entwickelt, in denen sich die Logik-Bezugsmasse der Signalquelle nicht ausreichend gut mit der Logik-Bezugsmasse der Last verbinden lässt. Ein Vorteil der differenziellen Signalübertragung ist ihre inhärente Unempfindlichkeit gegenüber elektrischen Gleichtaktstörungen, der häufigsten Störungsart in elektronischen Produkten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die vom Signalpaar erzeugten elektromagnetischen Störungen (EMI) minimiert werden.

Routing differenzieller Paare auf Leiterplatten

Das Routing differenzieller Paare auf Leiterplatten ist eine Designtechnik, mit der ein symmetrisches Übertragungssystem zur Übertragung differenzieller (gleich großer und entgegengesetzter) Signale über eine Leiterplatte geschaffen wird. Üblicherweise stellt dieses differenzielle Routing die Verbindung zu einem externen differenziellen Übertragungssystem her, beispielsweise zu einem Steckverbinder mit Kabel.

Example of differential routing on a PCB

Wichtig ist dabei: Während der Kopplungsgrad in einem differenziellen Twisted-Pair-Kabel über 99 % liegen kann, beträgt er beim Routing differenzieller Paare üblicherweise weniger als 50 %. Nach aktueller Expertenmeinung besteht die Aufgabe beim Leiterplattenrouting nicht einfach darin, eine bestimmte differenzielle Impedanz sicherzustellen. Vielmehr sollte der Schwerpunkt darauf liegen, dass das differenzielle Signal von der externen Verkabelung aus in guter Qualität am Zielbauteil ankommt.

Laut Lee Ritchey, einem anerkannten Branchenexperten für High-Speed-Leiterplattendesign, erfordert eine erfolgreiche differenzielle Signalübertragung Folgendes:

  • Die Impedanz jeder einzelnen Signalleiterbahn muss auf die Hälfte der differenziellen Impedanz des ankommenden Kabels eingestellt werden.

  • Jede der beiden Signalleitungen muss am Empfängerende ordnungsgemäß mit ihrem jeweiligen Wellenwiderstand abgeschlossen werden.

  • Die beiden Leitungen sollten innerhalb der Toleranzen der im Design verwendeten Logikfamilie und Schaltungsfrequenz gleich lang sein. Der Schwerpunkt sollte auf der Einhaltung des Timings liegen; gleichen Sie die Längen so ab, dass das Skew-Budget des Designs eingehalten wird. Bei USB 3.x sollte die Längendifferenz beispielsweise nicht mehr als 10 mil betragen.

  • Nutzen Sie die Vorteile einer parallelen Führung der beiden Signale, um ein qualitativ hochwertiges Routing mit abgeglichenen Längen zu erzielen. Falls erforderlich, dürfen die Leitungen getrennt geführt werden, um Hindernisse zu umgehen.

  • Lagenwechsel sind zulässig, solange die Signalimpedanzen beibehalten werden.

Weitere Informationen finden Sie im Artikel Differential Signaling Doesn't Require Differential Impedance von Lee W. Ritchey, verfügbar unter https://speedingedge.com/home/related-articles/.

Definieren differenzieller Paare während der Schaltplanerfassung

Wie Sie differenzielle Paare während der Schaltplanerfassung definieren, hängt davon ab, wie Sie die Designvorgaben für das Projekt umsetzen möchten. Altium Designer unterstützt hierfür zwei Ansätze. Beim ersten werden die Vorgaben als Leiterplatten-Designregeln im Leiterplatteneditor definiert. Beim zweiten wird der Constraint Manager verwendet, eine tabellenähnliche Oberfläche, mit der Sie bereits während der Schaltplanerfassung viele Vorgaben definieren können.

Die Vorgehensweise zur Definition der Designanforderungen – entweder mithilfe von Constraint Manager oder durch deren Definition als Design Rules – wird festgelegt, wenn Sie bei der Projekterstellung die Option Constraint Management im Dialog Create Project einstellen. Erfahren Sie mehr über das Definieren von Designanforderungen mit dem Constraint Manager. Alternativ erfahren Sie mehr über das Definieren, Festlegen des Geltungsbereichs und Verwalten von Designregeln. Außerdem wird die Umstellung eines auf Designregeln basierenden Projekts auf den Constraint Manager unterstützt; eine Umstellung in die Gegenrichtung ist nicht möglich.

Differenzpaare auf der Leiterplatte anzeigen und verwalten

PCB panel in Differential Pair Editor mode

Im PCB-Editor werden Differenzpaar-Definitionen im PCB-Panel im Modus Differential Pairs Editor angezeigt und verwaltet.

Im Modus Differential Pairs Editor werden die drei Hauptbereiche des Panels verwendet, um die Differenzpaare im aktuellen PCB-Design zu überprüfen und zu verwalten:

  1. Differential Pair Classes – eine Liste aller aktuell für diese Leiterplatte definierten Differenzpaarklassen. Die Klasse USB3_85 ist ausgewählt. Doppelklicken Sie auf die Klasse, um sie zu bearbeiten, oder klicken Sie mit der rechten Maustaste, um eine neue Klasse zu definieren. Differenzpaarklassen sind eine optionale Funktion zur Designverwaltung.

  2. Differential Pairs – alle Differenzpaare, die zur aktuell ausgewählten Differenzpaarklasse gehören (im ersten Bereich des Panels). In der Beispielabbildung ist das Differenzpaar USB3_D ausgewählt.

  3. Nets – die zugehörigen (negativen und positiven) Netze des aktuell ausgewählten Differenzpaars. Die Netze in diesem Paar sind USB3_D_N und USB3_D_P. Die neben dem Netznamen jedes Paarmitglieds angezeigten Kennzeichnungen - und + sind Systemkennzeichen, die angeben, ob es sich um das positive oder negative Mitglied des Paars handelt. Klicken Sie mit der rechten Maustaste, um festzulegen, welche Spalten in diesem Bereich des Panels sichtbar sind (). Eine Beschreibung der einzelnen Spalten finden Sie weiter unten. 

Mit Differenzpaaren im PCB-Panel arbeiten

Manually creating a new pair Um ein neues Differenzpaar-Objekt direkt im PCB-Editor manuell zu erstellen, klicken Sie im Bereich „Differential Pair“ des Panels PCB auf die Schaltfläche Add (). Der Dialog Differential Pair wird geöffnet (Differential Pair dialog, used in the PCB editor to define a differential pair). Wählen Sie vorhandene Netze für das positive und das negative Netz aus, benennen Sie das Paar und klicken Sie anschließend auf OK. Beachten Sie, dass nur verfügbare Netze zur Auswahl aufgelistet werden. Netze, die bereits als Teil eines bestehenden Differenzpaars definiert sind, werden nicht aufgeführt.
Edit a pair definition Um ein bestehendes Paar zu bearbeiten, doppelklicken Sie im Bereich „Differential Pair“ des Panels PCB auf dessen Namen oder wählen Sie es aus und klicken Sie auf die Schaltfläche Edit ().
Delete a pair Um ein bestehendes Differenzpaar zu löschen, wählen Sie dessen Eintrag aus und klicken Sie im Panel auf die Schaltfläche Delete ().
Creating pairs from the design nets Wenn Sie Netze mit einem einheitlichen Benennungsschema zu Paaren zusammenfassen möchten (d. h. mit einem gemeinsamen Präfix und einheitlichen positiven/negativen Suffixen wie TX0_P und TX0_N), können Sie den Dialog Create Differential Pairs From Nets verwenden (Differential Pair dialog, used in the PCB editor to define a differential pair). Klicken Sie im Panel PCB auf die Schaltfläche Create From Nets (Differential Pair dialog, used in the PCB editor to define a differential pair), um den Dialog zu öffnen. Der Dialog listet automatisch alle vorhandenen Netze auf, die den Filtereinstellungen oben im Dialog entsprechen. Passen Sie die Filtereinstellungen an und weisen Sie bei Bedarf die Differenzpaarklasse zu. Deaktivieren Sie bei jedem vorgeschlagenen Paar, das nicht benötigt wird, das Kontrollkästchen Create.
Creating pairs using the wizard Durch Klicken auf die Schaltfläche Rule Wizard () wird der Differential Pair Rule Wizard gestartet. Dieser wird weiter unten auf dieser Seite beschrieben.
Create a differential pair class in the panel Um eine neue Differenzpaarklasse zu erstellen, klicken Sie im Bereich „Differential Pair Classes“ des Panels mit der rechten Maustaste und wählen Sie im Kontextmenü Add Class aus (). Der Dialog Edit<ObjectKind>Class wird geöffnet. Dort können Sie einen Namen für die Klasse eingeben und Mitglieder hinzufügen.
Edit a differential pair class Doppelklicken Sie auf eine bestehende Klasse, um den Dialog Edit<ObjectKind>Class zu öffnen. Dort können Sie den Namen bearbeiten oder Mitglieder hinzufügen bzw. entfernen.
Manage classes in the Object Class Explorer Für die vollständige Verwaltung und Bearbeitung aller Klassen, einschließlich der Differenzpaarklassen, wählen Sie den Befehl Design » Classes , um den Dialog Object Class Explorer zu öffnen (). Erfahren Sie mehr über das Definieren von Klassen im PCB-Editor.

Designvorgaben

In Altium Designer werden die Eigenschaften der im Design platzierten Objekte durch Designvorgaben gesteuert. Vorgaben dienen sowohl zur Steuerung der Erstellungswerkzeuge, beispielsweise hinsichtlich der Leiterbahnbreite beim Routing und des Abstands zwischen den Leitungen beim Routing differenzieller Paare, als auch zur Überprüfung der Designregeln, um sicherzustellen, dass die platzierten Objekte die Designanforderungen erfüllen.

Wie bereits erwähnt, werden Designvorgaben entweder über den Constraint Manager oder als PCB-Designregeln definiert. Obwohl diese Methoden unterschiedliche Ansätze zum Erstellen und Verwalten der Vorgaben verwenden, sind die verfügbaren Vorgaben im Constraint Manager und in den PCB-Regeln identisch. Dasselbe gilt für den zugrunde liegenden Ansatz, mit dem die Designvorgaben den Objekten zugeordnet werden, für die sie gelten sollen.

Hinter der Benutzeroberfläche verwendet Altium Designer eine Filter-Engine, um die Objekte zu bestimmen, für die eine Designvorgabe gilt. Diese wird durch ein Abfragesystem gesteuert. Das Abfragesystem identifiziert Objekte mithilfe von Abfragefunktionen wie IsComponent('U1') oder InAnyDifferentialPair. Das Erstellen einer Abfrage zur Auswahl der gewünschten Objekte wird als setting the scope der Designvorgabe bezeichnet. An vielen Stellen, an denen der Geltungsbereich einer Vorgabe festgelegt wird, wählen Sie eine Option aus einer Dropdown-Liste aus, die der PCB-Editor in eine geeignete Abfrage umwandelt. Für eine spezifischere Vorgabe, beispielsweise all nets (except pairs) under this BGA, müssen Sie die Abfrage aus geeigneten Abfragefunktionen zusammenstellen, zum Beispiel WithinRoom('RoomDefinition_BGA') and Not InAnyDifferentialPair. 

In einem regelbasierten Projekt können Sie die Abfrage für jede Vorgabe einsehen, indem Sie den Geltungsbereich Object Matches in der Vorgabe auf Custom Query umstellen (im PCB Rules and Constraint Editor), wie in der dritten Abbildung unten gezeigt. Öffnen Sie in einem auf Constraint Manager- basierenden Projekt den Constraint Manager über den PCB-Editor und wechseln Sie zu „All Rules“, um die Abfrage hinter einer Vorgabe anzuzeigen ().

Zur Vereinfachung wird im weiteren Verlauf dieser Seite der Begriff „Vorgabe“ anstelle von „Regel“ verwendet. Die Softwareabbildungen zeigen sowohl den Constraint Manager als auch den PCB Rules and Constraints Editor. Wenn sich die Bedienung deutlich unterscheidet, werden beide Oberflächen abgebildet.

Im Constraint Manager werden Vorgaben in einer tabellenähnlichen Oberfläche definiert. Wenn Sie in eine Spalte klicken, werden die Details der Vorgabe im unteren Bereich angezeigt. 

Beim Ansatz mit Designregeln werden gängige Optionen für den Geltungsbereich über Dropdown-Listen festgelegt. Im Hintergrund wird automatisch eine Abfrage erstellt. Im PCB Rules and Constraint Editor können Sie den Geltungsbereich auf „Custom Query“ umstellen, um die Abfrage anzuzeigen.

Sowohl im Constraint Manager als auch beim Ansatz mit Designregeln muss für komplexere Geltungsbereiche eine Abfrage geschrieben werden. Die gezeigte Beispiel-Designregel legt fest, dass alle differenziellen Paare der Klasse 100R_FPGA, die sich im Raum RoomDefinition_BGA befinden, mit dem Impedanzprofil D100(BGA) geroutet werden müssen.

 

Erfahren Sie mehr über die Abfragesprache.

Festlegen des Geltungsbereichs der Designvorgabe

Der Geltungsbereich der Designregel definiert die Menge der Objekte, auf die die Regel angewendet werden soll. Da ein differenzielles Paar ein Objekt ist, können Sie Abfragen wie in den folgenden Beispielen verwenden:

Abfrageschlüsselwörter zur Auswahl differenzieller Paare

InAnyDifferentialPair Prüft, ob sich das Objekt in einem beliebigen differenziellen Paar befindet.
InDifferentialPair('D_V_TX1') Wählt beide Netze im differenziellen Paar mit dem Namen D_V_TX1 aus.
InDifferentialPairClass('ROCKET_IO_LINES') Wählt alle Netze in allen Paaren aus, die zur Klasse differenzieller Paare mit dem Namen ROCKET_IO_LINES gehören.
(IsDifferentialPair And (Name = 'D_V_TX1')) Wählt das Objekt des differenziellen Paars mit dem Namen D_V_TX1 aus.
(IsDifferentialPair And (Name Like 'D*')) Wählt alle Objekte differenzieller Paare aus, deren Name mit dem Buchstaben D beginnt.

Erfahren Sie mehr über die verfügbaren PCB-Abfragefunktionen.

Routing-Vorgabe für differenzielle Paare

Die wichtigsten Ziele beim Routing eines differenziellen Paars sind, jedes Netz des Paars mit der bevorzugten Breite zu routen und dabei den bevorzugten Abstand zwischen den beiden Netzen einzuhalten. Die folgenden Beispielabbildungen zeigen dies für alle differenziellen Paare: die erste mit dem Constraint Manager, die zweite mit dem PCB Rules and Constraints Editor. Breite und Abstand werden als numerische Werte definiert. Alternativ kann im Layer Stack Manager ein Impedanzprofil für differenzielle Paare definiert und dieses Profil in der Vorgabe ausgewählt werden, wie unten gezeigt. Diese Seite enthält eine Zusammenfassung der wichtigsten Elemente der Vorgabe. Über den folgenden Link erhalten Sie weitere Details zur Vorgabe.

Festlegen der Vorgaben für das Routing differenzieller Paare. In diesem Beispiel wurden die Ziel-PCB-Datei DifferentialPair_CM.PCBDOC und das in dieser PCB definierte Impedanzprofil D100(D100) ausgewählt. Dadurch werden die bevorzugte Routing-Breite und der bevorzugte Abstand automatisch konfiguriert.

Wenn der Ansatz mit Designregeln verwendet wird, wird die Routing-Vorgabe für differenzielle Paare konfiguriert. Die Option zur Verwendung eines definierten Impedanzprofils wurde ebenfalls aktiviert und das Profil D100(D100) ausgewählt.

 

Festlegen von Vorgaben für ein differenzielles Paar

Measurement units Standardmäßig werden die Einheiten der Leiterplatte verwendet. Verwenden Sie das Tastenkürzel Ctrl+Q, um im aktuell angezeigten Dialog bzw. Bearbeitungsfenster zwischen imperialen und metrischen Einheiten umzuschalten. Im Constraint Manager können die Einheiten auch über das Menü Tools umgeschaltet werden.
Routing width Geben Sie die minimale, bevorzugte und maximale Breite als numerische Werte ein. Verwenden Sie das Tastenkürzel 3, um während des interaktiven Routings differenzieller Paare zwischen diesen Einstellungen zu wechseln. Die aktuelle Einstellung wird in der Statusleiste und im Heads-up-Display angezeigt. 
Gap between nets in the pair Geben Sie den minimalen, bevorzugten und maximalen Abstand als numerische Werte ein. Verwenden Sie das Tastenkürzel Shift+6, um während des interaktiven Routings differenzieller Paare zwischen diesen Einstellungen zu wechseln. Die aktuelle Einstellung wird in der Statusleiste und im Heads-up-Display angezeigt. 
How the Gap is checked Der Wert für den bevorzugten Abstand wird vom Werkzeug für das interaktive Routing differenzieller Paare verwendet, wenn beim Routing Leiterbahnsegmente platziert werden. Der Abstand zwischen all elektrischen Objekten wird jedoch anhand der anwendbaren Mindestabstandsvorgabe geprüft. Im Dialog Design Rules wird dies als separate Designvorgabe konfiguriert (). Im Constraint Manager kann der Mindestabstand im selben Raster wie die Routing-Eigenschaften der differenziellen Paare definiert werden ().
Settings based on an Impedance profile 

Dieser Ansatz setzt voraus, dass das Impedanzprofil im Layer Stack Manager konfiguriert wurde. Wenn Impedanzprofile definiert sind, kann das Profil im Constraint Manager (erste Abbildung oben) oder im Regeldialog (zweite Abbildung oben) ausgewählt werden. Erfahren Sie mehr über das Konfigurieren eines Impedanzprofils.

Erfahren Sie mehr über die Routing-Vorgabe für differenzielle Paare.

Ein differentielles Paar routen

Differentielle Paare werden als Paar geroutet – das heißt, Sie routen die beiden Netze gleichzeitig. Um ein differentielles Paar zu routen, wählen Sie Interactive Differential Pair Routing im Menü Route oder im Active Bar. Sie werden aufgefordert, eines der Netze des Paars auszuwählen; klicken Sie auf eines der beiden Netze, um mit dem Routing zu beginnen. Es spielt keine Rolle, ob die positive oder negative Leiterbahn eines Paars ausgewählt wird, da das System die andere Leiterbahn automatisch ebenfalls auswählt. Das folgende Video zeigt ein einfaches Beispiel für das Routing differentieller Paare.

Während des Routings differentieller Paare können Sie folgende Funktionen ausführen:

 
 
 
 
 

Ein differentielles Paar routen

Configuring the router

Um die Einstellungen für das interaktive Routing differentieller Paare während des Routings zu ändern, drücken Sie Tab, um das Panel Properties anzuzeigen. Das Routing wird unterbrochen und der Cursor vom Routing gelöst. Sie können nun die Optionen im Panel ändern. Klicken Sie auf die Schaltfläche , um zum Routing zurückzukehren, oder drücken Sie Esc. Das Panel Properties umfasst vier Abschnitte. Über diese Links erfahren Sie mehr über: Informationen zum differentiellen Paar, Eigenschaften, Optionen für interaktives Routing und Regeln.

How the routing reacts to existing objects

Dies wird durch die aktuelle Einstellung von Conflict Resolution Mode bestimmt (Hindernisse umgehen, Verschieben, Anschmiegen und Verschieben, Am ersten Hindernis anhalten, Hindernisse ignorieren). Der aktuelle Konfliktlösungsmodus wird während des Routings oder Verschiebens in der Statusleiste (), im Heads-up-Display () und im Panel Properties angezeigt. Drücken Sie Shift+R, um zwischen den verfügbaren Routing-Modi zur Konfliktlösung zu wechseln.

Erfahren Sie mehr über den Konfliktlösungsmodus beim interaktiven Routing.

The shape of the corners

Beim interaktiven Routing differentieller Paare wird die Form, die durch die eine Ecke bildenden Leiterbahnen und Bögen entsteht, als corner style bezeichnet. Diagonale Ecken sind am gebräuchlichsten, aber auch abgerundete Ecken (durch Platzieren von Bögen erstellt) sind beliebt. Es stehen 5 Eckenstile zur Verfügung, von denen 4 zusätzlich Untermodi für die Eckenrichtung bieten.

  • Drücken Sie während des Routings Shift+Spacebar, um zwischen den Eckenstilen zu wechseln. Der aktuelle Stil wird in der Statusleiste () und im Heads-up-Display angezeigt.

  • Alternativ können Sie Tab drücken, um das Panel Properties zu öffnen und den Eckenstil dort zu ändern ().

  • Drücken Sie Spacebar, um die Eckenrichtung umzuschalten.

  • Wenn Sie ein Paar mit dem Eckenstil any angle routen, halten Sie Shift gedrückt, um das differentielle Paar mit tangentialen Bögen zu routen. Dadurch werden die Leiterbahnverläufe an vorhandene Kurven angepasst.

  • Drücken Sie in den Modi arc in corner die Taste ,, um den maximalen Bogenradius zu verringern, und die Taste ., um den maximalen Bogenradius zu erhöhen (halten Sie Shift gedrückt, um die Änderung um den Faktor 10 zu beschleunigen). Die Bogengröße kann auch interaktiv durch Bewegen des Cursors geändert werden. Die Einstellung definiert den maximal zulässigen Bogenradius, der während des Routings in der Statusleiste angezeigt wird.

Controlling the routing width and pair gap 

Beim interaktiven Routing differentieller Paare:

  • Drücken Sie 3, um zwischen den verfügbaren Routing-Breiten (User Choice, Rule Min, Rule Preferred, Rule Max) zu wechseln. Die aktuelle Auswahl wird in der Statusleiste und im Heads-up-Display angezeigt.

  • Drücken Sie Shift+6, um zwischen den verfügbaren Abständen (User Choice, Rule Min, Rule Preferred, Rule Max) zu wechseln. Die aktuelle Auswahl wird in der Statusleiste und im Heads-up-Display angezeigt.

Placing the hatched track segments Klicken Sie mit der linken Maustaste, um alle vorgeschlagenen (schraffierten) Leiterbahn- und Bogensegmente zu platzieren.
Unwind the placed routing Drücken Sie die Taste Backspace, um den zuletzt platzierten Eckpunkt zu entfernen.
Switch layers and insert a via pair

Um beim Routing die Lage zu wechseln, verwenden Sie die Tastenkombination Ctrl+Shift+Wheel Scroll (oder drücken Sie die Taste * auf dem Ziffernblock), anschließend ( ):

  • Drücken Sie 4, um die verfügbaren Via-Größen (in der X-Y-Ebene) durchzuschalten: User Choice, Rule Min, Rule Preferred, Rule Max. Die aktuelle Auswahl wird in der Statusleiste und im Heads-up-Display angezeigt.

  • Drücken Sie 5, um bei einem Lagenwechsel zwischen den Via-Mustern staggered und perpendicular umzuschalten. Alternativ können Sie das Muster durch Bewegen des Cursors umschalten.

  • Drücken Sie 6, um die möglichen Via-Stapel (Via-Spannweite in der Z-Ebene) durchzuschalten, oder drücken Sie 8, um eine Auswahlliste anzuzeigen (erfahren Sie mehr über die Steuerung der beim interaktiven Routing platzierten Vias).

Displaying the available clearance Sie fragen sich, warum die Leiterbahn nicht durch diese Lücke passt? Drücken Sie während des Routings Ctrl+W, um die dynamische Anzeige der Abstandsgrenzen zu aktivieren. Der durch die vorhandenen Objekte und die geltende Abstandsregel definierte Sperrbereich wird als schattierte Polygone angezeigt (). Drücken Sie Ctrl+W, um die Funktion wieder auszuschalten.
Panel – Differential Pair Information

Zeigt den Namen des gerade gerouteten differenziellen Paars und die Klasse des differenziellen Paars an (sofern das Paar einer Klasse angehört). Außerdem werden die Signallänge und die Laufzeit jedes Netzes im Paar angezeigt. Diese Angaben werden bei jedem Klick während des Routings aktualisiert. Die blauen Texte im Panel sind Links. Drücken Sie Tab, um während des Routings auf das Panel zuzugreifen ().

Erfahren Sie mehr über die Panel-Informationen zum differenziellen Paar.

Panel – Properties

Während des Routings differenzieller Paare können die Eigenschaften der Routing-Objekte im Abschnitt Routing Properties des Panels Properties bearbeitet werden.

Erfahren Sie mehr über die Informationen im Properties-Panel für differenzielle Paare.

Panel – Interactive Routing Options

 

Erfahren Sie mehr über die Informationen im Routing Options-Panel für differenzielle Paare.

Panel – Rules

Zeigt die Designvorgaben für Routing-Breite und Routing-Via-Stil an, die für das gerade geroutete Paar gelten ().

Erfahren Sie mehr über die Informationen im Rules-Panel für differenzielle Paare.

Get help on shortcuts Drücken Sie Shift+F1, um alle im aktuellen Befehl verfügbaren Tastenkombinationen anzuzeigen.

Improving the Quality of the Routing

Der PCB-Editor bietet leistungsstarke Werkzeuge zur Verbesserung der Qualität vorhandener Leiterbahnführungen. Diese Werkzeuge heißen Glossing und Retracing und sind beide im Menü Route verfügbar.

  • Gloss - konzentriert sich auf die Verbesserung der Leiterbahngeometrie und versucht dabei, die Anzahl der Ecken zu reduzieren und die Gesamtlänge der Leiterbahnführung zu verkürzen. Gloss behält die vorhandene Leiterbahnbreite und den Abstand des differentiellen Paars bei. Glossing berücksichtigt die aktuelle Einstellung Gloss Effort (Routed), die auf der Seite PCB - Interactive Routing des Dialogs Preferences konfiguriert ist.

    Erfahren Sie mehr über Glossing während des Routings.

  • Retrace – geht davon aus, dass die Gesamtgeometrie zufriedenstellend ist, und konzentriert sich stattdessen darauf, zu überprüfen, ob die Leiterbahnführung den Designregeln entspricht. Während Gloss die vorhandene Leiterbahnbreite und den Paarabstand beibehält, setzt Retrace diese auf die bevorzugten Werte. Retrace ist ein hervorragendes Werkzeug, wenn eine Designregel für das Routing differentieller Paare geändert wurde und diese Änderung auf vorhandene Leiterbahnführungen angewendet werden muss.

    Erfahren Sie mehr über Glossing und Retracing vorhandener Leiterbahnführungen.

  • Das Werkzeug Interactive Differential Pair Routing räumt der Paarkopplung eine hohe Priorität ein, sodass die Designregeln SMD zu Ecke und SMD-Anbindung möglicherweise nicht wie erwartet funktionieren. Wenn diese Regeln beim Routing eines differentiellen Paars strikt eingehalten werden müssen, verwenden Sie das Werkzeug Quick Differential Pair Routing.

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    Für das Routing differentieller Paare mit beliebigen Winkeln gelten derzeit folgende Einschränkungen:

    • Routing über die Grenze eines Rooms hinweg, an der sich die Designvorgaben ändern, wird derzeit nicht unterstützt. Das Routing wird mit denselben Vorgaben fortgesetzt.

    • Die Designvorgabe für die SMD-Anbindung wird derzeit nicht unterstützt.

  • Das automatische Entfernen von Schleifen bei differentiellen Paaren mit beliebigen Winkeln wird unterstützt. Diese Funktion befindet sich in der Open Beta und ist verfügbar, wenn die Option Legacy.PCB.Routing.LoopRemoval im Dialog Erweiterte Einstellungen deaktiviert ist.

Interaktives Ändern des Differenzpaar-Routings

Während des Routings müssen Sie häufig Teile der bestehenden Leiterbahnführung ändern. Sie können die Leiterbahnführung durch Anklicken und Ziehen eines Leiterbahnsegments oder einer Durchkontaktierung auf zeichnerische Weise ändern – dies wird als interactive sliding bezeichnet. Um die zusammengehörigen Leiterbahnen des Paars beim Verschieben zu erkennen, wird das Konzept coupling verwendet. Die Bedienelemente für das interaktive Verschieben werden während des Verschiebens im Panel Properties angezeigt (). Beim Verschieben versucht die interaktive Routing-Engine, die Qualität der Leiterbahnführung zu erhalten und gleichzeitig die geltenden Designvorgaben einzuhalten. Zu den wesentlichen Funktionen, die den Verschiebevorgang beeinflussen, gehören: routing conflict resolution mode (Reaktion auf Hindernisse), gloss strength (Aufwand für die Bereinigung der Ergebnisse) und hugging (wie eng die Leiterbahnen um Hindernisse geführt und wie Ecken ausgebildet werden).

Manchmal ist es einfacher, den Verlauf des Differenzpaars neu zu routen. Die interaktive Routing-Engine unterstützt dies mit einer Funktion namens Loop Removal. Diese Funktion überwacht den interaktiven Routing-Vorgang. Erkennt sie, dass ein neuer Verlauf parallel zu einem bestehenden Verlauf geroutet wurde, entfernt sie automatisch die alten, überflüssigen Segmente. Um den Verlauf eines Differenzpaars neu zu routen, wählen Sie den Befehl Route » Interactive Differential Pair Routing, klicken Sie auf eine beliebige Stelle der bestehenden Leiterbahnführung und routen Sie den neuen Verlauf. Führen Sie diesen anschließend an der gewünschten Stelle wieder mit der bestehenden Leiterbahnführung zusammen. Die Software erkennt die Schleife, die zwischen dem alten und dem neuen Verlauf entstanden ist. Wenn Sie mit der rechten Maustaste klicken oder Esc drücken, um das Routing zu beenden, werden die überflüssigen Segmente einschließlich aller überflüssigen Durchkontaktierungen automatisch entfernt.

Ändern Sie das bestehende Differenzpaar-Routing durch eine Kombination aus Neurouten und Verschieben.

Ändern des Differenzpaar-Routings

Sliding (dragging) the pair

Klicken Sie auf ein Leiterbahnsegment in einem der beiden Netze des Paares und halten Sie die Maustaste gedrückt. Bewegen Sie dann die Maus, um die Leiterbahnführung des Paares zu verschieben ( ). Wie der interaktive Router die Leiterbahnführung bei der Cursorbewegung verändert, hängt von den aktuellen Eigenschaftseinstellungen im Panel Properties ab (). Drücken Sie die Taste Tab, um das Verschieben zu unterbrechen und die Einstellungen im Panel zu ändern. Die Verschiebeoptionen sollten zum Routingstil der Leiterplatte passen – beispielsweise sollte Hugging Style auf 45 Degree eingestellt sein, wenn Ihre Leiterbahnführung diagonale Ecken aufweist. Drücken Sie die Tastenkombination Shift+Spacebar, um während des Verschiebens zwischen den Hugging Style-Modi zu wechseln.

Um die zu einem differenziellen Paar gehörenden Elemente zu erkennen, wird das Konzept coupling verwendet. Wenn die Software Objekte erkennt, die zu einem differenziellen Paar gehören, versucht sie, die zugehörige Partnerleiterbahn oder Partner-Durchkontaktierung mitzuverschieben, sofern die Option Keep Coupled im Panel Properties während des interaktiven Verschiebens () oder des interaktiven Ziehens von Durchkontaktierungen () aktiviert ist.

Um zu bestätigen, dass die Partnerobjekte gekoppelt sind, prüft die Software, ob die Objekte folgende Bedingungen erfüllen:

  • Bei Durchkontaktierungspaaren: Sie gehören zum Paar und ihr Abstand ist kleiner als 2 * Preferred Gap

  • Bei Leiterbahnpaaren: Sie gehören zum Paar, befinden sich auf derselben Lage und ihr Abstand beträgt höchstens Preferred Gap

What you snap to during sliding

Die Leiterbahnführung, die Sie verschieben, rastet nicht nur am aktuellen Fangraster ein, sondern kann auch an anderen Objekten einrasten. Dies hängt von den Einstellungen für den Objektfang und den Lagenfang sowie davon ab, ob die Fanghilfslinien und der Achsenfang aktiviert sind. Drücken Sie Ctrl+E, um diese Einstellungen während des Verschiebens zu ändern. Um die Fangfunktion während des interaktiven Verschiebens vorübergehend zu unterdrücken, halten Sie die Taste Ctrl gedrückt.

Erfahren Sie mehr über das Cursor-Fangverhalten.

How the sliding routes are glossed

Wie stark die bewegten Leiterbahnen beim Verschieben umgeformt werden, wird durch die aktuelle Einstellung Gloss Effort (Routed) gesteuert. Drücken Sie die Tastenkombinationen Ctrl+Shift+G, um während des Verschiebens zwischen den Modi zu wechseln. Beachten Sie, dass die Glättung beim interaktiven Verschieben automatisch auf Weak reduziert wird, damit die Glättungsfunktion den Versuchen des Entwicklers, die Leiterbahnführung zu verlagern, nicht entgegenwirkt. Wenn sich die Leiterbahnführung dennoch nicht wie gewünscht verschieben lässt, versuchen Sie, Gloss Effort (Routed) auf Off einzustellen.

Erfahren Sie mehr über die Einstellungen für den Glättungsaufwand (verlegte Leiterbahnen).

How the sliding route responds to existing objects

Während des Verschiebens ist einer der Routing Conflict Resolution-Modi (Ignore, Push, HugNPush) aktiv (). Drücken Sie Shift+R, um beim Ziehen eines Leiterbahnsegments zwischen den Modi zu wechseln.

Erfahren Sie mehr über die Einstellungen für den Konfliktlösungsmodus.

How neighboring routes are impacted

Wie sich die bewegten Leiterbahnen auf die benachbarte Leiterbahnführung auswirken, wird durch die aktuelle Einstellung Gloss Effort (Neighbor) gesteuert (). Drücken Sie während des Verschiebens die Tabulatortaste, um die Einstellung zu ändern.

Erfahren Sie mehr über die Einstellungen für den Glättungsaufwand (benachbarte Leiterbahnen).

Hugging - how glossing wraps around other objects and forms corners

Die Art und Weise, wie die Glättungsfunktion die Leiterbahn um andere Objekte herumführt und die Ecken formt, wird als hugging bezeichnet. Die verfügbaren Einstellungen für den Umfahrungsstil umfassen:

  • 45 Degree – verwendet zum Erstellen von Ecken immer gerade orthogonale/diagonale Segmente (verwenden Sie diesen Modus für das herkömmliche orthogonale/diagonale Routingverhalten).

  • Mixed – verwendet gerade Leiterbahnsegmente, wenn die Objekte, an die herangeschoben bzw. gegen die gedrückt wird, gerade sind, und Kreisbögen, wenn sie gekrümmt sind.

  • Rounded – verwendet an jedem zu glättenden Eckpunkt Kreisbögen. Verwenden Sie diesen Modus für mäanderförmiges Routing sowie für Leiterbahnführungen mit Kreisbögen und beliebigen Winkeln beim Glätten (während des interaktiven Routings und beim manuellen Glätten).

Erfahren Sie mehr über die Einstellungen für den Umfahrungsstil.

Controlling Loop Removal

Wenn Sie ein vorhandenes Paar neu routen, wird die Schleifenentfernung angewendet. Die Schleifenentfernung ist standardmäßig aktiviert () und wird auf alle Netze angewendet. Sie kann als Funktion ein- und ausgeschaltet () oder bei Bedarf gezielt für einzelne Netze deaktiviert werden (mehr erfahren). Eine Funktion, die mit der Schleifenentfernung zusammenarbeitet, ist Automatically Terminate Routing. Sie ist ebenfalls standardmäßig aktiviert (). Diese Funktion beendet das erneute Routen des Paares automatisch, wenn die Position des nächsten Routing-Klicks auf der vorhandenen Leiterbahnführung liegt. Wenn diese Funktion aktiviert ist, kann es schwierig sein, entlang eines Pfads neu zu routen, der eng dem vorhandenen Verlauf folgt. Deaktivieren Sie in diesem Fall vorübergehend die Option Automatically Terminate Routing.

Erfahren Sie mehr über die Einstellungen für die Schleifenentfernung.

Verschieben einer Leiterbahnecke

Die interaktive Verschiebefunktion umfasst spezielle Algorithmen zum Ziehen eines Eckpunkts.

  • Die Option Vertex Action (Dialog „Voreinstellungen“ Panel „Eigenschaften für interaktives Verschieben“) steuert, wie die interaktive Verschiebefunktion die Ecke beim Ziehen umformt. Drücken Sie Spacebar, um beim Ziehen eines Eckpunkts zwischen den Modi zu wechseln.

  • Um eine 90-Grad-Ecke in eine 45-Grad-Leiterbahnführung umzuwandeln, beginnen Sie mit dem Ziehen am Eckpunkt, während die Einstellung Vertex Action auf den Modus Deform gesetzt ist.

Erfahren Sie mehr über die Einstellungen für die Eckpunktaktion.

Erfahren Sie mehr über das Ändern vorhandener Leiterbahnführungen.

Längenabgleich differenzieller Paare und Ändern der Mäander

Der Längenabgleich differenzieller Paare umfasst zwei Aspekte: Zunächst werden die Längen der einzelnen Paare innerhalb einer Gruppe so angepasst, dass alle Paare gleich lang sind. Anschließend wird die Länge des kürzeren Netzes innerhalb jedes Paares angepasst. Dieser Vorgang wird als phase matching bezeichnet. 

Erstellen Sie für den Längenabgleich differenzieller Paare die folgenden Vorgaben für die betreffende Gruppe differenzieller Paare:

  • Eine matched lengths constraint, die die Anforderungen an den Längenabgleich between pairs festlegt. Um die Länge eines Paares mit der eines anderen Paares zu vergleichen, aktivieren Sie die Option Group Matched Lengths.

  • Eine zweite matched lengths constraint, die die Anforderungen an den within-pair-Längenabgleich festlegt. Um die Länge eines Paarmitglieds mit der des anderen zu vergleichen, aktivieren Sie in der Vorgabe die Option Within Differential Pair Length.

Demonstration des Längenabgleichs zwischen den Paaren und anschließend innerhalb jedes Paares.

Das Video zeigt, wie die Längen der Paare durch Hinzufügen von Längenabgleichsmäandern an andere Paare angepasst werden (basierend auf xSignal-Längen). Anschließend wird das kürzere Mitglied jedes Paares in seiner Länge an das längere Mitglied dieses Paares angepasst. Danach zeigt das Video, wie Paare interaktiv verschoben und umgeformt werden können, wie ein Abgleichsmäander gelöscht wird und wie ein neuer Mäander während der Platzierung mithilfe von Tastenkombinationen geformt werden kann.

Erfahren Sie mehr über den Längenabgleich differenzieller Paare.

## Vielen Dank an Robert Feranec von der FEDEVEL Academy (www.fedevel.com) für die Verwendung des iMX6 Rex-Entwicklungsboards in den Abbildungen auf dieser Seite (http://www.imx6rex.com/).

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