Przygotowanie PCB do trasowania

Czy jest gotowe do trasowania?

Istnieje powiedzenie, że projektowanie PCB to w 90% rozmieszczenie elementów i w 10% trasowanie. Choć można dyskutować o proporcjach, powszechnie przyjmuje się, że dobre rozmieszczenie komponentów jest najważniejszym aspektem dobrego projektu płytki. Pamiętaj, że podczas trasowania może być też konieczne dopracowanie rozmieszczenia — być może warto najpierw uruchomić testowy autorouting w gęstym obszarze, aby sprawdzić, czy da się go wytrasować. Jeśli autorouter jest w stanie ukończyć ponad 80% połączeń (nets), to powinieneś móc dokończyć trasowanie interaktywnie przy tej liczbie warstw.

Jeśli projekt zawiera sieci wysokiej prędkości, rozmieszczenie elementów staje się jeszcze bardziej krytyczne. Trzeba wtedy uwzględnić separację „głośnych” sieci, takich jak zegary, od „cichych” sieci, takich jak linie danych. Należy też rozważyć dystrybucję zasilania na płytce — określaną jako Power Distribution Network — oraz zaplanować, którędy będą przebiegały krytyczne ścieżki powrotu dla sygnałów wysokiej prędkości. W ramach tego procesu kluczowe jest rozmieszczenie kondensatorów bypass i odsprzęgających. W zakresie prowadzenia połączeń do i z komponentów producenci często zamieszczają wytyczne layoutu w nocie katalogowej układu — stosuj je, gdy są dostępne.

Ustalanie priorytetów trasowania

Od czego zacząć? Autorouter zwykle trasuje połączenia jedno po drugim, podczas gdy człowiek potrafi jednocześnie ocenić wpływ wielu połączeń. Żeby autorouter miał jakiekolwiek szanse, musi dobrze uporządkować kolejność połączeń do trasowania. Wykorzystuje czynniki takie jak długość połączenia, gęstość połączeń, przypisanie kierunku do warstw trasowania, zgodność kierunku połączenia z kierunkami trasowania itd. A jeśli jest dobry, będzie stale weryfikował kolejność w trakcie trasowania. Człowiek również bierze te czynniki pod uwagę, ale używa też umiejętności wyższego rzędu, takich jak will this set of 16 routes pass between those two components, should these noisy nets be routed on a separate pair of layers from these sensitive nets itd.

Najpierw wytrasuj lub wykonaj fanout sieci zasilania. Po sieciach zasilania zajmij się sygnałami krytycznymi, takimi jak oscylatory, pary różnicowe, interfejsy wysokiej prędkości, a następnie sieciami „cichymi”.

Znajdowanie sieci na płytce

Niewytrasowana płytka może wyglądać onieśmielająco — masa linii połączeń krzyżujących się na całej płytce. Dobrym podejściem do trasowania jest praca od schematu, gdzie łatwo zlokalizować ważne komponenty i krytyczne sieci. Możesz wykonywać cross-select i cross-probe bezpośrednio ze schematu (komponentów i sieci), podświetlając odpowiadający element na PCB. Aby dowiedzieć się więcej, zobacz stronę Working Between the Schematic and the Board.

Możesz też kontrolować wyświetlanie linii połączeń, maskując lub ukrywając sieci, które Cię nie interesują. Ustawienie koloru ważnych linii połączeń również pomoże w zarządzaniu procesem trasowania. Aby dowiedzieć się więcej, zobacz sekcję Managing the Display of the Connection Lines na stronie Understanding Connectivity on Your PCB .

Nadpisanie koloru sieci — wyświetlanie koloru sieci na wytrasowanych połączeniach

Możesz także używać koloru sieci dla wytrasowanych połączeń, włączając funkcję Net Override Color. Funkcja ta daje jeszcze większą kontrolę nad podświetlaniem sieci w dokumentach PCB dzięki własnemu, nadrzędnemu schematowi kolorów. Zamiast tego, by obiekt sieci był kolorowany wyłącznie kolorem swojej warstwy, możesz przypisać konkretny alternatywny kolor. Dodaj do tego zestaw wstępnie skonfigurowanych wzorców nadpisania kolorów, a otrzymasz potężne narzędzie do wizualizacji PCB.

Panel jest ustawiony na Mask bez zaznaczenia, a w panelu wybrano 2 sieci. Te sieci są pokazane w obszarze roboczym, a wszystkie pozostałe obiekty są zamaskowane. Dla sieci YOUT włączono funkcję nadpisania koloru, w wyniku czego obiekty tej sieci są wyświetlane jako szachownica.

Aby użyć funkcji Net Color Override:

1. Apply the required color to the net(s) - kliknij dwukrotnie sieć w panelu PCB (w trybie Nets), aby otworzyć okno Edit Net dialog, gdzie Connection Color można skonfigurować zgodnie z potrzebami. Alternatywnie kliknij prawym przyciskiem myszy sieć (lub zaznaczone sieci) w panelu PCB i użyj polecenia Change Net Color, jak wyjaśniono wcześniej w sekcji Changing the Connection Line Color na tej stronie.
2. Enable Color Override for the net(s) - nadpisanie koloru jest włączane dla każdej sieci za pomocą pola wyboru obok jej nazwy w panelu PCB, jak pokazano dla sieci YOUT na obrazie poniżej. Pola wyboru można przełączać dla wielu zaznaczonych sieci za pomocą poleceń Right-click » Display Override » Selected On/Off.
3. Configure the Color Override options - kolor sieci nadpisuje kolor warstwy zgodnie z ustawieniami Color Override skonfigurowanymi na stronie PCB Editor - Board Insight Color Overrides page  w oknie Preferences, jak pokazano poniżej.
4. Enable the Net Color Override feature - naciśnij F5, aby globalnie przełączać funkcję Net Color Override włącz/wyłącz, lub użyj przycisku w zakładce View Options panelu View Configurations panel. Zwróć uwagę, że użycie tego polecenia nie przełącza stanu włączenia nadpisania koloru dla danej sieci — jest to globalne przełączenie wizualne dla przestrzeni projektu.

Użyj funkcji Color Override, aby wytrasowane sieci bardziej się wyróżniały.

Sposób wyświetlania w przestrzeni projektu każdej sieci, dla której zaznaczono pole Net Color Override, zależy od bieżących ustawień Color Override, jak pokazano powyżej.

• Gdy widok jest przybliżony, każda sieć z włączonym polem Override Color będzie wyświetlana w wybranym Base Pattern. W przykładowym obrazie powyżej jest to szachownicowa mieszanka koloru warstwy i koloru sieci.
• Gdy widok jest oddalony, Zoom Out Behavior na obrazie powyżej powoduje, że dominuje kolor nadpisania (kolor sieci), jak pokazano na mniejszym obrazie po prawej.

Doskonały przykład użycia funkcji nadpisania koloru sieci do łatwej identyfikacji klas sieci w projekcie wysokiej prędkości; najedź kursorem, aby wyłączyć funkcję nadpisania.
(obraz dzięki uprzejmości FEDEVEL Open Source, www.fedevel.com)

Czy reguły projektowe są zdefiniowane?

Main articles: Definiowanie, zakresowanie i zarządzanie regułami projektowymi PCB, Typy reguł projektowych PCB

Zanim zaczniesz trasowanie, musisz skonfigurować odpowiednie reguły projektowe dla trasowania. Wybierz Design » Rules z menu, aby wyświetlić okno PCB Rules and Constraints Editor. Drzewo po lewej stronie okna pokazuje 10 kategorii reguł (od Electrical do Signal Integrity). W każdej kategorii znajduje się wiele typów reguł — na przykład możesz zdefiniować osiem różnych typów reguł trasowania.

Wybranie typu reguły spowoduje wyświetlenie wszystkich reguł tego typu, które są aktualnie zdefiniowane. Obraz poniżej pokazuje trzy reguły szerokości trasowania zdefiniowane dla płytki. Zwróć uwagę na priorytet reguły — określa on kolejność stosowania reguł, gdzie 1 jest najwyższym. Silnik reguł wyszukuje regułę o najwyższym priorytecie, która ma zastosowanie, gdy obiekt jest sprawdzany pod kątem zgodności z regułami.

Dla tej płytki zdefiniowano trzy reguły szerokości trasowania.

Kliknij nazwę pojedynczej reguły w drzewie po lewej stronie okna, aby wyświetlić jej ustawienia. Każda reguła projektowa składa się z dwóch odrębnych części: ograniczenia (constraint) — what are my requirements?, oraz zakresu (scope) — what do I want this rule to target? Posługując się regułą szerokości trasowania jako przykładem, przyjrzyjmy się temu dokładniej.

Ograniczenia reguły

Main article: Ograniczanie projektu — reguły projektowe

Ograniczenia reguły określają ustawienia lub limity, które chcesz zastosować do obiektów objętych tą regułą.

Dla reguły Width ograniczenia definiują minimalną, preferowaną i maksymalną szerokość segmentów ścieżek składających się na trasowanie. Zwróć uwagę, że ustawienia min / preferred / max mogą być również zdefiniowane osobno dla każdej warstwy płytki — to ważna funkcja przy trasowaniu o kontrolowanej impedancji. Przydatną funkcją jest możliwość zmiany szerokości ścieżki w trakcie trasowania, w zakresie między ustawieniami minimalnym i maksymalnym; więcej na ten temat przeczytasz w artykule Interactive Routing.

Ograniczenia reguły definiują wymagania tej reguły. Ta reguła określa, że szerokość trasowania dla sieci, do których reguła ma zastosowanie,
musi mieścić się w zakresie od 0,1 mm do 3 mm.

Zakres reguły

Main article: Określanie zakresu reguł projektowych

Altium Designer ma potężny i elastyczny system definiowania reguł, dzięki czemu można precyzyjnie określić wymagania projektowe, niezależnie od ich złożoności. Zamiast definiować wymagania trasowania jako atrybuty obiektów, reguły projektowe definiuje się oddzielnie, a następnie wskazują one obiekty, do których mają zastosowanie, poprzez zakres reguły — w stylu „chcę, aby this rule miało zastosowanie do those objects”.

Zakres reguły określa się poprzez wprowadzenie zapytania (query), które definiuje, jakie obiekty będą objęte tą regułą.

System zakresowania reguł wykorzystuje silnik filtrowania, który stanowi podstawę edytora PCB, aby wskazać obiekty, do których reguła ma zastosowanie. Ostatecznie każdy zakres reguły staje się zapytaniem, ale dla wielu zakresów można go zdefiniować, wybierając opcje z list rozwijanych. Na przykład na obrazie powyżej zapytanie wskazuje sieć GND — w praktyce staje się to zapytaniem w postaci InNet('GND'). Gdy na liście rozwijanej nie ma odpowiedniej opcji, wybierasz opcję Custom Query, a następnie używasz Query Builder, aby przejść przez proces tworzenia zapytania, albo piszesz je samodzielnie, korzystając w razie potrzeby z Query Helper. 

To właśnie możliwość precyzyjnego określenia zakresu każdej reguły, w połączeniu z możliwością nadania priorytetu każdej regule, daje pełną kontrolę nad wymaganiami projektu PCB.

Reguła szerokości

Rule reference: Szerokość

Najbardziej podstawową regułą prowadzenia ścieżek jest reguła Routing Width, która określa szerokość, z jaką będą prowadzone sieci. Co najmniej w projekcie będzie jedna reguła szerokości, obejmująca wszystkie sieci na płytce.

Nie jest dobrą praktyką projektową posiadanie tylko jednej reguły szerokości dla płytki, z minimalną szerokością ustawioną na najmniejszą szerokość ścieżki potrzebną na płytce, a maksymalną ustawioną na najszerszą ścieżkę, jakiej potrzebujesz. Lepszym podejściem jest posiadanie jednej reguły, która obejmuje największą liczbę sieci, o zakresie All. Następnie dodajesz dodatkowe reguły, które obejmują pojedyncze sieci lub klasy sieci, takie jak sieć GND albo klasa sieci PowerNets (jeśli taka klasa została utworzona). Ustaw te reguły z wyższym priorytetem, aby za każdym razem, gdy zaczniesz prowadzić jedną z tych sieci, reguła o wyższym priorytecie nadpisywała regułę All nets, zapewniając właściwą szerokość ścieżki. Odpowiednie reguły szerokości należy zdefiniować przed rozpoczęciem trasowania.

Ograniczenie odstępu

Rules reference: Ograniczenie odstępu

Regułą towarzyszącą regule szerokości jest ograniczenie odstępu (clearance constraint), które definiuje, jak blisko sieć, którą trasujesz, może zbliżyć się do innych obiektów na płytce. Ponownie możesz zdefiniować wiele ograniczeń odstępu, aby trzymać sieci o wyższym napięciu lub pary różnicowe z dala od innych ścieżek, utrzymywać wylewki poligonów w określonej odległości od trasowania itd. Odpowiednie ograniczenia odstępu należy zdefiniować przed rozpoczęciem trasowania.

Zapoznaj się z PCB Design Rule Types, aby dowiedzieć się więcej o regułach projektowych.

Konfigurowanie warstw trasowania

Main article: Definiowanie stosu warstw

Warstwy trasowania, nazywane też warstwami sygnałowymi, konfiguruje się w Layer Stack Manager (Design » Layer Stack Manager), jak pokazano poniżej. Użyj poleceń z menu kontekstowego (prawy przycisk myszy) lub z menu głównego, aby dodawać warstwy i ustawiać ich położenie w stosie warstw.

Warstwy elektryczne dodaje się w oknie dialogowym Layer Stack Manager.

Zobacz stronę Layer Stack Manager, aby dowiedzieć się więcej o konfigurowaniu warstw produkcyjnych.

Wyświetlanie wszystkich warstw oraz dodawanie warstw mechanicznych jest kontrolowane w panelu View Configurations (skrót L) pokazanym poniżej.

Wyświetlanie wszystkich warstw jest kontrolowane w panelu View Configurations.

Zobacz panel View Configurations panel, aby dowiedzieć się więcej o konfigurowaniu wyświetlania warstw, oraz stronę Working with Mechanical Layers, aby lepiej poznać tajniki pracy z warstwami mechanicznymi.