Прокладка дифференциальных пар

Трассировка дифференциальных пар — это метод проектирования, применяемый для создания сбалансированной системы передачи, способной переносить дифференциальные (равные по величине и противоположные по знаку) сигналы по печатной плате. Обычно такая дифференциальная трассировка сопрягается с внешней дифференциальной системой передачи, например с разъемом и кабелем.

Система дифференциальной передачи сигналов — это система, в которой сигнал передается по паре тесно связанных проводников: один из них несет сигнал, другой — равный ему, но противоположный по знаку образ этого сигнала. Дифференциальная передача сигналов была разработана для ситуаций, когда опорная логическая земля источника сигнала не могла быть надежно соединена с опорной логической землей нагрузки. Дифференциальная передача сигналов по своей природе устойчива к синфазному электрическому шуму, который является наиболее распространенным видом помех в электронных устройствах. Еще одно важное преимущество дифференциальной передачи сигналов заключается в том, что она минимизирует электромагнитные помехи (EMI), создаваемые сигнальной парой.

Трассировка дифференциальных пар на PCB — это метод проектирования, применяемый для создания сбалансированной системы передачи, способной переносить дифференциальные (равные по величине и противоположные по знаку) сигналы по печатной плате. Обычно такая дифференциальная трассировка сопрягается с внешней дифференциальной системой передачи, например с разъемом и кабелем.

Важно отметить, что хотя коэффициент связи, достигаемый в витой паре дифференциального кабеля, может превышать 99%, связь, достигаемая при трассировке дифференциальных пар, обычно составляет менее 50%. Согласно текущему мнению экспертов, задача трассировки на PCB заключается не в том, чтобы пытаться обеспечить конкретный дифференциальный импеданс, а в том, чтобы гарантировать, что дифференциальный сигнал приходит к целевому компоненту в хорошем состоянии при прохождении от внешней кабельной системы.

По словам Lee Ritchey, известного отраслевого эксперта по высокоскоростному проектированию PCB, успешная дифференциальная передача сигналов требует:

• Установить импеданс каждого из трассируемых сигналов равным половине импеданса входящего дифференциального кабеля.
• Чтобы каждая из двух сигнальных линий была правильно согласована на приемном конце по своему собственному волновому импедансу.
• Чтобы две линии имели одинаковую длину в пределах допусков логического семейства и частоты схемы, используемой в проекте. Основное внимание следует уделять сохранению временных характеристик; длины должны быть согласованы достаточно точно, чтобы удовлетворять бюджету перекоса сигналов в проекте. Примеры допусков по длине: для высокоскоростного USB рассогласование длины не должно превышать 150 mil; для тактовых сигналов DDR2 согласование должно быть в пределах 25 mil.
• Использовать преимущество параллельной трассировки двух сигналов для достижения качественной трассировки с согласованными длинами. При необходимости допустимо разводить их в стороны для обхода препятствий.
• Смена слоев допустима при условии сохранения импедансов сигналов.

Передача дифференциальных пар в PCB Editor из схемы

Если вы разместили директивы Differential Pair на цепях в схеме, настройки параметров проекта по умолчанию приведут к созданию членов дифференциальных пар на PCB. Для этого используются следующие параметры в диалоговом окне Options for PCB Project:

• вкладка Comparator - Extra Differential Pairs (затем проверки Different Differential Pair для последующих обновлений, а также параметры Rules, если вы также создаете/изменяете правила проектирования)
• вкладка ECO Generation - Add Differential Pair (затем проверки Change Differential Pair для последующих обновлений, а также параметры Rules, если вы также создаете/изменяете правила проектирования)
• вкладка Class Generation - Generate Net Classes (если вы также создаете класс цепей для использования в области действия правила PCB Differential Pair Routing)

Просмотр и управление дифференциальными парами на PCB

Определения дифференциальных пар просматриваются и управляются в PCB panel, установленной в режим Differential Pairs Editor. На изображении ниже показаны пары, принадлежащие классу дифференциальных пар ROCKET_IO_LINES. Пара V_RX0 выделена; цепи в этой паре — V_RX0_N и V_RX0_P. Значки - и + , отображаемые рядом с именем цепи каждого члена, являются системными флагами, указывающими, является ли он положительным или отрицательным членом пары.

Дифференциальные пары можно просматривать и управлять ими в Differential Pair Editor. Щелкните правой кнопкой мыши в области Differential Pair Classes, чтобы создать новый класс.

В режиме Differential Pairs Editor панели PCB три ее основные области изменяются, чтобы отразить иерархию дифференциальных пар текущего проекта PCB (сверху вниз):

• Differential Pair Classes.
• Отдельные члены Differential Pairs внутри класса.
• Составляющие Nets (отрицательная и положительная), образующие дифференциальную пару.

Определение класса дифференциальных пар

Часто бывает, что более одной дифференциальной пары должны охватываться правилом проектирования. В такой ситуации можно определить классы дифференциальных пар, объединяя их в логические группы. Щелчок правой кнопкой мыши по записи класса дифференциальных пар с последующим выбором Properties (или двойной щелчок непосредственно по записи) откроет диалоговое окно Edit Object Class dialog, в котором можно переименовать класс или просмотреть/изменить состав входящих в него дифференциальных пар. Для полного управления и редактирования всех классов, включая классы дифференциальных пар, откройте диалоговое окно Object Class Explorer dialog, используя команду Design » Classes в главном меню.

Object Class Explorer позволяет создавать, просматривать и изменять все классы, включая Differential Pairs.

Управление дифференциальными парами

Дифференциальные пары могут быть определены как на схеме, так и в PCB Editor. Управление во втором случае выполняется из области Differential Pairs панели PCB, когда она настроена в режим Differential Pairs Editor. Для выбранного класса дифференциальных пар все определенные в данный момент объекты дифференциальных пар, принадлежащие этому классу, будут перечислены в области Differential Pairs.

Используйте кнопки под этой областью для управления дифференциальными парами по мере необходимости:

• Чтобы создать новый объект дифференциальной пары, нажмите кнопку Add. В открывшемся диалоговом окне Differential Pair выберите существующие цепи для положительной и отрицательной цепей, задайте имя пары и нажмите OK.

Быстрое создание пар из именованных цепей.

• Чтобы изменить существующую дифференциальную пару, выберите ее запись и нажмите кнопку Edit. Откроется диалоговое окно Differential Pair, в котором текущие выбранные цепи пары будут указаны в раскрывающихся полях Positive Net и Negative Net. При необходимости измените одну или обе цепи пары или переименуйте пару.

• Чтобы удалить существующую дифференциальную пару, выберите ее запись и нажмите кнопку Delete .

Создание дифференциальных пар из цепей проекта

Если вы объединяете в пары цепи с согласованной схемой именования (то есть они имеют общий префикс и согласованные положительный/отрицательный суффиксы, например, TX0_P и TX0_N), можно использовать диалоговое окно Create Differential Pairs From Nets. Нажмите кнопку Create From Nets на панели PCB в режиме Differential Pairs Editor, чтобы открыть это диалоговое окно.

Предполагаемые объекты дифференциальных пар перечисляются для создания в соответствии с параметрами фильтра в верхней части диалогового окна.

Эффективность этого автоматизированного метода напрямую зависит от соглашения об именовании, использованного для конкретных цепей, которые будут образовывать дифференциальные пары. В идеале должно использоваться такое соглашение об именовании, при котором за общим корнем следует согласованный индикатор положительной/отрицательной цепи (P и N). Например, рассмотрим сигнал приемника D_ETH_O.RX, который является дифференциальным сигналом в проекте. Две цепи, образующие этот сигнал, — это ETH_O.RX_P и ETH_O.RX_N — они представляют соответственно положительную и отрицательную стороны сигнала.

Фильтры в верхней части диалогового окна позволяют быстро выбрать эти цепи по классу цепей, к которому они принадлежат, и по конкретному отличительному признаку, использованному для различения положительной и отрицательной цепей в предполагаемой паре, например, _P и _N. Также можно определить префикс, который будет добавлен к создаваемым объектам дифференциальных пар, и указать, в какой класс дифференциальных пар они должны быть добавлены.

Для каждого объекта дифференциальной пары в диалоговом окне перечислены составляющие его положительная и отрицательная цепи. По умолчанию все предполагаемые объекты дифференциальных пар выбраны для создания, и отдельные из них можно исключить, сняв соответствующий флажок Create. 

Когда все параметры заданы должным образом, нажмите кнопку Execute — объекты дифференциальных пар будут созданы, а панель PCB обновится соответствующим образом.

Использование xSignals с дифференциальными парами

Main page: Определение высокоскоростных сигнальных путей с помощью xSignals

Если в сигнальном пути ваших дифференциальных пар есть последовательные компоненты, возможно, имеет смысл создать xSignals. xSignal — это определяемый разработчиком сигнальный путь между двумя узлами. Это могут быть два узла в одной и той же цепи или два узла в разных цепях. Используя xSignal, можно определить сигнальный путь так, чтобы он включал цепь по обе стороны последовательного компонента. Расчеты длины трассы для xSignals включают длину пути через последовательный компонент, как показано тонкой линией, отображаемой при выборе xSignal в режиме xSignals панели PCB.

Эти дифференциальные пары определены как xSignals; длина трассы включает последовательный компонент. 

Применимые правила проектирования

Чтобы интерактивно трассировать дифференциальную пару, создайте и настройте следующие два правила проектирования в диалоговом окне PCB Rules and Constraints Editor dialog (Design » Rules):

• Трассировка дифференциальных пар — определяет ширину трассировки цепей в паре, расстояние (зазор) между цепями в паре и общую длину без связи (пара считается несвязанной, когда зазор больше значения Max Gap). Установите область действия этого правила так, чтобы оно применялось к объектам, являющимся дифференциальной парой, например, IsDifferentialPair или InDifferentialPairClass('All Differential Pairs'). Обратите внимание, что настройки Min/Preferred/Max Gap  можно использовать во время трассировки, но не при проверке правил проектирования. Во время проверки правил проектирования расстояние между цепями в паре проверяется применимым правилом проектирования Electrical Clearance, как объясняется в выделенном блоке ниже.

• Electrical Clearance — определяет минимальный зазор между любыми двумя примитивными объектами (например, контактная площадка–контактная площадка, дорожка–контактная площадка) либо на любых цепях, либо на одной и той же цепи, либо между разными цепями. Установите область действия этого правила так, чтобы оно применялось к объектам, являющимся членами дифференциальной пары, например, InDifferentialPair, и выберите соответствующие типы объектов в области ограничений диалогового окна, как показано ниже.

Настройка области действия правил проектирования

Область действия правила проектирования определяет набор объектов, к которым должно применяться правило. Поскольку дифференциальная пара является объектом, можно использовать запросы, подобные следующим примерам:

• InAnyDifferentialPair - объект находится в любой дифференциальной паре.
• InDifferentialPair('D_V_TX1') - нацелено на обе цепи в дифференциальной паре с именем D_V_TX1.
• InDifferentialPairClass('ROCKET_IO_LINES') - нацелено на все цепи во всех парах, принадлежащих классу дифференциальных пар с именем ROCKET_IO_LINES.
• (IsDifferentialPair And (Name = 'D_V_TX1')) - нацелено на объект дифференциальной пары с именем D_V_TX1.
• (IsDifferentialPair And (Name Like 'D*')) - нацелено на все объекты дифференциальных пар, имя которых начинается с буквы D.

Использование мастера правил дифференциальных пар для определения правил

Хотя правила можно создавать вручную с помощью PCB Rules and Constraints Editor (Design » Rules), панель PCB в режиме Differential Pairs Editor предоставляет удобный доступ к Differential Pair Rule Wizard. Используйте кнопку Rule Wizard (под областью Nets на панели PCB), чтобы открыть мастер и задать свойства правил по мере необходимости.

Differential Pair Rule Wizard помогает пройти процесс определения правил.

Обратите внимание, что область действия правил будет зависеть от выбора на панели PCB перед запуском мастера, следующим образом:

Differential Pair Class

Если выбран класс All Differential Pairs, область действия для каждого правила будет All.

Если выбран конкретный класс дифференциальных пар, область действия для каждого правила будет InDifferentialPairClass('ClassName').

Differential Pair

Если на панели выбран один объект дифференциальной пары, области действия будут следующими:

• Ширина — InDifferentialPair('PairName')
• Согласованные длины цепей и трассировка дифференциальных пар — IsDifferentialPair And (Name = 'PairName'))

Если на панели выбрано несколько объектов дифференциальных пар, для каждого объекта пары будут отдельные записи области действия, разделенные оператором 'Or'. Например, правило Width для трассировки, нацеленное на отдельно выбранные объекты дифференциальных пар D_ETH_O.TX и D_ETH_O.RX, будет иметь следующую область действия:
InDifferentialPair('D_ETH_O.TX') Or InDifferentialPair('D_ETH_O.RX')

Трассировка дифференциальной пары

Related page: Интерактивная трассировка

Дифференциальные пары трассируются как пара — то есть две цепи трассируются одновременно. Чтобы трассировать дифференциальную пару, выберите Interactive Differential Pair Routing в меню Route или Active Bar. Вам будет предложено выбрать одну из цепей в паре; щелкните по любой из них, чтобы начать трассировку. Не имеет значения, выбрана ли положительная или отрицательная трасса в паре, так как система автоматически выберет и вторую трассу. На видео ниже показана трассировка дифференциальной пары.

Во время трассировки дифференциальной пары можно выполнять следующие действия:

• Shift+R для переключения между режимами трассировки с разрешением конфликтов (Walkaround, Push, Hug and Push, Stop at First Obstacle, Ignore Obstacles).
• Shift+Spacebar для переключения между доступными стилями углов (угол 45 градусов, дуга 45 градусов в углу, любой угол, угол 90 градусов, дуга 90 градусов в углу).
• При трассировке дифференциальной пары со стилем углов «любой угол» нажмите и удерживайте Shift, чтобы трассировать пару с использованием касательных дуг.
• Нажмите Spacebar для переключения между двумя подрежимами направления угла.
• Нажмите клавишу Backspace, чтобы удалить последнюю вершину.
• Нажмите 3, чтобы переключаться между возможными значениями ширины трассировки дифференциальной пары (User Choice, Rule Min, Rule Preferred, Rule Max).
• Нажмите Shift+6, чтобы переключаться между возможными значениями зазора дифференциальной пары (Rule Min, Rule Preferred, Rule Max).
• Используйте клавиши + и - на цифровой клавиатуре для переключения слоев трассировки.
• Чтобы переключить слой и вставить пару переходных отверстий: нажмите клавишу * на цифровой клавиатуре или используйте сочетание клавиш Ctrl+Shift+Wheel Scroll, затем
  • Нажмите 4, чтобы переключаться между возможными размерами переходных отверстий (User Choice, Rule Min, Rule Preferred, Rule Max)
  • Нажмите 5, чтобы переключаться между шахматным и перпендикулярным шаблонами переходных отверстий при смене слоя, либо просто перемещайте курсор для переключения шаблона
  • Нажмите 6, чтобы переключаться между возможными стеками переходных отверстий, или нажмите 8, чтобы отобразить список для выбора (подробнее о controlling the vias placed during interactive routing)
• Shift+F1 для отображения всех доступных сочетаний клавиш в текущей команде.
• В режимах «дуга в углу» нажмите клавишу ",", чтобы уменьшить максимальный радиус дуги, и клавишу ".", чтобы увеличить максимальный радиус дуги. Размер дуги можно изменять интерактивно, перемещая курсор. Этот параметр задает максимально допустимый радиус дуги, который отображается в строке состояния во время трассировки.

Настройка интерактивного трассировщика дифференциальных пар

Многие параметры интерактивной трассировки дифференциальных пар можно изменять во время интерактивной трассировки дифференциальных пар в режиме Interactive Differential Pair Routing панели Properties. Во время трассировки нажмите Tab, чтобы отобразить панель.

Следующие сворачиваемые разделы содержат информацию о доступных параметрах и элементах управления:

Net Information

• DP Name – отображает имя дифференциальной пары.
• DP Class – отображает класс дифференциальной пары, к которому относится трассировка (если она является членом класса дифференциальных пар).
• Selected
  • Length – суммарная общая длина выбранных сегментов.
  • Delay – общая задержка выбранных сегментов, включая нетрассированные.
• Total
  • Length – общее значение Signal Length. Signal Length — это точный расчет полного расстояния от узла до узла. Размещенные объекты анализируются для выявления наложенных или перекрывающихся объектов и извилистых путей внутри контактных площадок, а длины переходных отверстий включаются в расчет. Если цепь трассирована не полностью, также включается манхэттенская (X + Y) длина линии соединения.
  • Delay – задержка трассированных сегментов Total Length.

Выберите кликабельные ссылки DP Name, DP Class, Length и Delay в режиме Differential Pair Routing панели Properties, чтобы перейти к панели PCB – Differential Pairs Editor, где можно просматривать и изменять сведения о связанных цепях.

Properties

• Layer – используйте раскрывающийся список, чтобы указать слой, на котором расположена трассировка.
• Gap – используйте раскрывающийся список или сочетание клавиш Shift+6, чтобы переключаться между допустимыми зазорами.
  • Min – выберите, чтобы указать минимально допустимый зазор между примитивами разных цепей в пределах одной дифференциальной пары.
  • Preferred – выберите, чтобы указать предпочтительный зазор между примитивами разных цепей в пределах одной дифференциальной пары.
  • Max – выберите, чтобы указать максимально допустимый зазор между примитивами разных цепей в пределах одной дифференциальной пары.
• Via – если переходное отверстие связано с шаблоном, здесь отображается имя шаблона.
• Via Diameter – укажите диаметр переходного отверстия.
• Via Hole Size – укажите размер отверстия переходного отверстия.
• Width – используйте раскрывающийся список, чтобы указать ширину.
  • Min – означает, что будет использоваться минимальная ширина, заданная правилом проектирования для текущей цепи
  • Preferred – означает, что будет использоваться предпочтительная ширина, заданная правилом проектирования для текущей цепи.
  • Max – означает, что будет использоваться максимальная ширина, заданная правилом проектирования для текущей цепи.

Interactive Routing Options

• Routing Mode – используйте раскрывающийся список или сочетание клавиш Shift+R, чтобы переключаться между нужными режимами трассировки. Доступны следующие варианты:
  • Ignore Obstacles – выберите, чтобы игнорировать существующие объекты (трассировку можно размещать свободно). Нарушения будут подсвечиваться.
  • Walkaround Obstacles – выберите, чтобы Interactive Router прокладывал трассу в обход существующих дорожек, контактных площадок и переходных отверстий. Если в этом режиме невозможно обойти препятствие без нарушения правил, появится индикатор, показывающий, что маршрут заблокирован.
  • Push Obstacles – выберите, чтобы Interactive Router сдвигал существующие дорожки с пути. Этот режим также может сдвигать переходные отверстия, освобождая место для новой трассировки. Если в этом режиме невозможно сдвинуть препятствие без нарушения правил, появится индикатор, показывающий, что маршрут заблокирован.
  • HugNPush Obstacles – выберите, чтобы Interactive Router прокладывал трассу как можно ближе к существующим дорожкам, контактным площадкам и переходным отверстиям и, при необходимости, сдвигал препятствия для продолжения трассировки. Если в этом режиме невозможно приблизиться к препятствию или сдвинуть его без нарушения правил, появится индикатор, показывающий, что маршрут заблокирован.
  • Stop At First Obstacle – в этом режиме механизм трассировки остановится на первом встретившемся препятствии.
  • AutoRoute Current Layer – выберите, чтобы включить автотрассировку только на текущем слое.
  • AutoRoute MultiLayer – выберите, чтобы включить автотрассировку на нескольких слоях.
• Corner Style – выберите нужный стиль углов трассировки или используйте сочетание клавиш Shift+Spacebar, чтобы переключаться между стилями углов.
  • Restrict to 90/45 – включите, чтобы ограничить трассировку только углами 90 и 45 градусов.
• Gloss Effort (Routed) – выберите нужный уровень сглаживания на панели или используйте сочетание клавиш Shift+Ctrl+G, чтобы переключаться между следующими вариантами:
  • Off – в этом режиме сглаживание фактически отключено. Однако обратите внимание, что после трассировки/перетаскивания все равно выполняется очистка, чтобы устранить, например, перекрывающиеся сегменты дорожек. Этот режим обычно полезен на завершающем этапе компоновки платы, когда требуется максимальный уровень тонкой настройки (например, при ручном перетаскивании дорожек, очистке входов в контактные площадки и т. д.).
  • Weak – в этом режиме применяется низкий уровень сглаживания, при котором Interactive Router учитывает только те дорожки, которые непосредственно подключены к дорожкам, трассируемым в данный момент (или к дорожкам/переходным отверстиям, которые перетаскиваются), либо находятся в их области. Этот режим сглаживания обычно полезен для тонкой настройки разводки дорожек или при работе с критически важными трассами.
  • Strong – в этом режиме применяется высокий уровень сглаживания, при котором Interactive Router ищет кратчайшие пути, выравнивает дорожки и т. д. Этот режим сглаживания обычно полезен на ранних этапах компоновки, когда цель состоит в том, чтобы быстро выполнить трассировку значительной части платы.
• Gloss Effort (Neighbor) – выберите на панели нужный уровень сглаживания, который будет применяться к трассам, сдвигаемым цепью, трассируемой в данный момент, из следующих вариантов:
  • Off – в этом режиме сглаживание фактически отключено. Однако обратите внимание, что после трассировки/перетаскивания все равно выполняется очистка, чтобы устранить, например, перекрывающиеся сегменты дорожек. Этот режим обычно полезен на завершающем этапе компоновки платы, когда требуется максимальный уровень тонкой настройки (например, при ручном перетаскивании дорожек, очистке входов в контактные площадки и т. д.).
  • Weak – в этом режиме применяется низкий уровень сглаживания, при котором Interactive Router учитывает только те дорожки, которые непосредственно подключены к дорожкам, трассируемым в данный момент (или к дорожкам/переходным отверстиям, которые перетаскиваются), либо находятся в их области. Этот режим сглаживания обычно полезен для тонкой настройки разводки дорожек или при работе с критически важными трассами.
  • Strong – в этом режиме применяется высокий уровень сглаживания, при котором Interactive Router ищет кратчайшие пути, выравнивает дорожки и т. д. Этот режим сглаживания обычно полезен на ранних этапах компоновки, когда цель состоит в том, чтобы быстро выполнить трассировку значительной части платы.
• Automatically Terminate Routing – если включено, то после завершения трассировки до целевой контактной площадки инструмент трассировки не продолжает работу в режиме трассировки from целевой контактной площадки, а сбрасывается и готов к тому, чтобы вы щелкнули следующую исходную контактную площадку, от которой будет выполняться трассировка. Если этот параметр отключен, после трассировки до целевой контактной площадки инструмент останется в режиме трассировки и будет использовать предыдущую целевую контактную площадку как источник для следующего маршрута.
• Automatically Remove Loops – включите, чтобы автоматически удалять любые избыточные петли, создаваемые во время ручной трассировки. Это позволяет повторно трассировать соединение без необходимости вручную удалять лишние дорожки. Однако бывают случаи, когда необходимо трассировать цепи, например силовые цепи, и когда петли нужны; для выбранной цепи этот параметр можно переключить с помощью сочетания клавиш Shift+D, чтобы переопределить эту глобальную настройку для той же цепи.
  • Remove Loops With Vias –  включите этот параметр, чтобы автоматически удалять петли с переходными отверстиями. Отключите этот параметр, чтобы переходные отверстия сохранялись при удалении петель.
  • Remove Net Antennas – включите этот параметр, чтобы удалять любой конец дорожки или дуги, который не соединен ни с каким другим примитивом и образует антенну.
• Allow Via Pushing – установите этот флажок, чтобы разрешить перемещение переходного отверстия в режиме Push Obstacles или HugNPush Obstacles.
• Pin Swapping – установите этот флажок, чтобы включить перестановку выводов или использовать сочетание клавиш Shift+C.
• Display Clearance Boundaries – включите этот параметр, чтобы область запрещенного зазора, определяемая существующими объектами и применимым правилом зазора, отображалась в виде затененных полигонов внутри локального круга обзора. Этот параметр недоступен в режиме трассировки Ignore Obstacles.
  • Reduce Clearance Display Area – включите этот параметр, чтобы использовать меньшую границу зазора. Этот параметр доступен только при включенном Display Clearance Boundaries option.
• Apply Trace Centering – включает функцию центрирования трассы. Когда параметр включен, между трассируемой дифференциальной парой и существующими контактными площадками/переходными отверстиями по возможности добавляется дополнительный зазор, и для настройки этой функции доступны следующие параметры:

  • Adjust Vias – когда этот параметр включен, переходные отверстия будут сдвигаться для сохранения дополнительного зазора, где это возможно.

    Чтобы предотвратить сдвиг переходных отверстий функцией центрирования трассы, можно либо:

    • отключить параметр Adjust Vias. В этом случае центрирование не будет применяться между незаблокированными переходными отверстиями, или
    • отключить параметр Allow Via Pushing. В этом случае переходные отверстия не будут сдвигаться (даже для обеспечения минимального зазора согласно правилу Clearance).
  • Added Clearance Ratio – множитель применимого зазора, который затем добавляется к зазору. Например, если применимый зазор равен 0.15 mm, установка параметра в 2 даст указание механизму трассировки по возможности выдерживать зазор от существующих контактных площадок и переходных отверстий в 0.15 + 2*0.15 = 0.45 mm. При необходимости механизм трассировки затем может уменьшить этот зазор до указанного значения.

  Подробнее о Trace Centering.

• Miter Ratio – управляет минимальной плотностью угла. Коэффициент Miter Ratio, умноженный на текущую ширину дорожки, равен расстоянию между стенками самой плотной U-образной формы, которую можно проложить при данном коэффициенте. Введите положительное значение, равное нулю или больше (множитель x добавляется автоматически).

• Subnet Jumper Length – укажите требуемую длину перемычки подсети.

  Перемычки, которые также называют проволочными перемычками, позволяют разработчику заменить трассировку компонентом Jumper. Подробнее см. Working with Jumper Components.

Rules

Ограничения, определенные применимыми правилами проектирования, будут перечислены в разделе Rules панели Properties.

• Via Constraint – нажмите, чтобы открыть диалоговое окно Edit PCB Rule, в котором можно определить правила PCB для переходного отверстия.
• Differential Pair Constraint – нажмите, чтобы открыть диалоговое окно Edit PCB Rule, в котором можно определить правила PCB для дифференциальной пары.

Повышение качества трассировки

Main article: Glossing & Retracing существующих трасс

Редактор PCB включает мощные инструменты для повышения качества существующей трассировки. Эти инструменты называются Glossing и Retracing и оба доступны в меню Route.

• Gloss - направлен на улучшение геометрии трассы, пытаясь уменьшить количество углов и сократить общую длину трассы. Gloss сохраняет существующую ширину трассы и зазор дифференциальной пары. Glossing учитывает текущую настройку Gloss Effort (Routed), заданную на странице PCB - Interactive Routing диалогового окна Preferences (показать изображение).

• Retrace - предполагает, что общая геометрия удовлетворительна, и вместо этого сосредоточен на проверке соответствия трассировки правилам проектирования. Если Gloss сохраняет существующую ширину трассы и зазор пары, то Retrace изменяет их на Preferred. Retrace — отличный инструмент, когда правило проектирования Differential Pair Routing было изменено и это изменение нужно применить к существующей трассировке.

Анимация в предыдущем разделе, Routing a Differential Pair, включает простую демонстрацию glossing с параметром Gloss Effort (Routed), установленным в Strong.

Интерактивное изменение трассировки дифференциальной пары

Main page: Изменение существующих трасс

Во время трассировки часто возникают ситуации, когда необходимо изменить часть существующей трассировки; например, вас может не устраивать выход из контактных площадок, и вы захотите изменить их форму (как показано в видео ниже). Хотя существующую трассировку можно изменить, используя подход черчения с щелчком и перетаскиванием сегментов дорожки, зачастую проще просто выполнить повторную трассировку.

Для этого выберите команду Route » Interactive Differential Pair Routing, затем щелкните в любом месте существующей трассировки. Продолжайте прокладывать новый путь, возвращаясь к существующей трассировке там, где это необходимо. Это создаст петлю между старым и новым путем. Когда вы щелкнете правой кнопкой мыши или нажмете Esc, чтобы завершить трассировку, избыточные сегменты будут автоматически удалены, включая все лишние переходные отверстия.

Трассировка дифференциальной пары немного отличается от трассировки одиночной цепи. Трассировку одиночной цепи можно настроить так, чтобы последний сегмент был полым (сегмент предварительного просмотра); этот сегмент не размещается при щелчке. Трассировка дифференциальной пары не включает сегменты предварительного просмотра, поэтому при щелчке будут размещены все видимые сегменты. Располагайте курсор так, чтобы не было избыточных сегментов.

Если вы корректируете дифференциальные пары вручную, перетаскивая сегменты дорожек, можно либо сдвигать один проводник пары другим, либо перетаскивать каждый независимо.

Используйте функцию удаления петель, чтобы интерактивно повторно проложить дифференциальную пару по новому пути — старая петля трассировки будет автоматически удалена. Пары также можно изменять, перетаскивая одну трассу так, чтобы она сдвигала другую.

Интерактивное перетаскивание переходных отверстий

Разработчики PCB могут тратить много времени на корректировку трассировки, возможно, из-за позднего изменения проекта или для завершения разработки. Это может включать сдвиг и расталкивание существующей трассировки, перетаскивание переходных отверстий и подталкивание компонентов.

Настройте поведение перетаскивания переходных отверстий на панели Properties.

В дополнение к поддержке glossing соседних трасс также поддерживается перетаскивание переходных отверстий. Перетаскивание переходных отверстий поддерживает Neighbor Glossing, настраиваемый через режим Interactive Via Dragging панели Properties редактора PCB. Нажмите Tab во время перетаскивания переходного отверстия, чтобы открыть панель и изменить настройки.

Перетаскивание дифференциальной пары

Для распознавания проводников в дифференциальной паре используется концепция Coupling. Когда программное обеспечение распознает объекты, принадлежащие дифференциальной паре, оно попытается перетащить сопряженную дорожку или переходное отверстие пары, если параметр Keep Coupled включен в режимах Interactive Sliding или Interactive Via Dragging панели Properties.

Нажмите X во время перетаскивания пары переходных отверстий, чтобы повернуть пару на 90 градусов.

Чтобы подтвердить, что сопряженные объекты связаны, программное обеспечение проверяет, что объекты:

• Для пар переходных отверстий — принадлежат паре и находятся ближе, чем 2 * Preferred Gap
• Для пар дорожек - принадлежат паре, находятся на одном слое, разделены не более чем на Preferred Gap

Отображение доступного зазора

Вы когда-нибудь застревали во время трассировки, не понимая, почему трасса не проходит через этот зазор? Эта проблема еще более вероятна при трассировке дифференциальной пары. Altium Designer включает функцию, помогающую в таких случаях, под названием dynamic display of clearance boundaries. Когда она включена, область запрещенного зазора, определяемая existing objects + the applicable clearance rule, отображается в виде затененных полигонов внутри локального круга обзора, как показано в видео ниже. Нажмите Ctrl+W, чтобы включать и выключать эту функцию.

Динамически отображать границы зазора во время трассировки дифференциальной пары.

Область отображения может быть ограничена областью вокруг текущего положения курсора или охватывать весь экран. Это управляется подпараметром Reduce Clearance Display Area на странице PCB Editor - Interactive Routing диалогового окна Preferences.

Инструмент быстрой трассировки дифференциальной пары

Команда Quick Differential Pair Routing (доступная из главного меню и Active Bar) предлагает упрощенную трассировку с меньшим количеством настроек и возможностей, подходящую для более простых проектов. Ее общее поведение и сочетания клавиш такие же, как у стандартной команды Interactive Differential Pair Routing.

Возможности включают:

• Несколько режимов трассировки, например: остановка у первого препятствия, обход и push and shove.
• Мощные возможности перетаскивания с сохранением углов дорожек и ортогональности.
• Функцию удаления петель, которая делает повторную трассировку быстрым и простым процессом.

Инструмент Quick Differential Pair Routing помогает максимально повысить эффективность и гибкость трассировки интуитивным способом, включая следование по траектории курсора при прокладке участков маршрута, завершение трассировки одним щелчком, проталкивание или обход препятствий, а также автоматическое следование существующим соединениям — все в соответствии с применимыми правилами проектирования.

Этот трассировщик называется Quick потому, что он предлагает сокращенный набор функций. Функции, которые не входят в Quick Differential Pair Router:

• Без сглаживания поворотов
• Ограниченная поддержка трассировки Any Angle
• Без проталкивания T-образных соединений
• Упрощенная поддержка Push&Shove
• Без Miter Ratio, Min Arc и Pad Entry Stability
• Упрощенный Gloss Effort, без поддержки Gloss Neighbor
• Без сведения дифференциальной пары при боковом выходе из стартовых выводов
• Без прижатия уже проложенных дифференциальных пар
• Без поддержания дифференциальной пары при проталкивании соседней дифференциальной пары

Если вам нужна любая из этих функций, используйте инструмент Interactive Differential Pair Routing.

Следующие сворачиваемые разделы содержат информацию о доступных параметрах и элементах управления Quick Differential Pair Routing:

Net Information

• DP Name – отображает имя дифференциальной пары.
• DP Class – отображает класс дифференциальной пары, к которому относится трассировка (если она является участником класса дифференциальных пар).
• Selected
  • Length – суммарная общая длина выбранных сегментов.
  • Delay – суммарная общая задержка выбранных сегментов, включая нетрассированные.
• Total
  • Length – общая Signal Length. Signal Length — это точный расчет полного расстояния от узла до узла. Размещенные объекты анализируются для выявления наложенных или перекрывающихся объектов и извилистых путей внутри контактных площадок, а длины переходных отверстий также учитываются. Если цепь трассирована не полностью, также включается манхэттенская длина (X + Y) линии соединения.
  • Delay – задержка трассированных сегментов Total Length.

Выберите кликабельные ссылки DP Name, DP Class, Length и Delay в режиме Differential Pair Routing панели Properties, чтобы перейти к панели PCB – Nets panel, где можно просматривать и изменять сведения о связанных цепях.

Properties

• Layer – используйте раскрывающийся список, чтобы указать слой, на котором расположена трассировка.
• Gap – используйте раскрывающийся список или сочетание клавиш Shift+6, чтобы переключаться между допустимыми зазорами.
  • Min – выберите, чтобы указать минимально допустимый зазор между примитивами разных цепей в пределах одной дифференциальной пары.
  • Preferred – выберите, чтобы указать предпочтительный зазор между примитивами разных цепей в пределах одной дифференциальной пары.
  • Max – выберите, чтобы указать максимально допустимый зазор между примитивами разных цепей в пределах одной дифференциальной пары.
• Via – если переходное отверстие связано с шаблоном, здесь отображается имя шаблона.
• Via Diameter – укажите диаметр переходного отверстия.
• Via Hole Size – укажите размер отверстия переходного отверстия.
• Width – используйте раскрывающийся список, чтобы указать ширину.
  • Min – означает, что будет использоваться минимальная ширина, заданная правилом проектирования для текущей цепи
  • Preferred – означает, что будет использоваться предпочтительная ширина, заданная правилом проектирования для текущей цепи.
  • Max – означает, что будет использоваться максимальная ширина, заданная правилом проектирования для текущей цепи.

Interactive Routing Options

• Routing Mode – используйте раскрывающийся список или сочетание клавиш Shift+R, чтобы переключаться между нужными режимами трассировки. Доступны следующие варианты:
  • Ignore Obstacles – выберите, чтобы игнорировать существующие объекты (трассу можно размещать свободно). Нарушения будут подсвечены.
  • Walkaround Obstacles – выберите, чтобы Interactive Router прокладывал трассу в обход существующих дорожек, контактных площадок и переходных отверстий. Если в этом режиме невозможно обойти препятствие без нарушения правил, появится индикатор, показывающий, что маршрут заблокирован.
  • Push Obstacles – выберите, чтобы Interactive Router сдвигал существующие дорожки с пути. В этом режиме также можно сдвигать переходные отверстия, освобождая место для новой трассировки. Если в этом режиме невозможно сдвинуть препятствие без нарушения правил, появится индикатор, показывающий, что маршрут заблокирован.
  • HugNPush Obstacles – выберите, чтобы Interactive Router максимально плотно огибал существующие дорожки, контактные площадки и переходные отверстия и, при необходимости, сдвигал препятствия для продолжения трассировки. Если в этом режиме невозможно огибать или сдвигать препятствие без нарушения правил, появится индикатор, показывающий, что маршрут заблокирован.
  • Stop At First Obstacle – в этом режиме механизм трассировки остановится у первого встретившегося препятствия.
  • AutoRoute Current Layer – выберите, чтобы включить автотрассировку только на текущем слое.
  • AutoRoute MultiLayer – выберите, чтобы включить автотрассировку на нескольких слоях.
• Corner Style – выберите нужный стиль углов трассировки или используйте сочетание клавиш Shift+Spacebar, чтобы переключаться между стилями углов.
  • Restrict to 90/45 – включите, чтобы ограничить трассировку только углами 90 и 45 градусов.
• Automatically Remove Loops – включите, чтобы автоматически удалять любые избыточные петли, создаваемые во время ручной трассировки. Это позволяет повторно трассировать соединение без необходимости вручную удалять лишние дорожки. Однако бывают случаи, когда петли нужны, например для силовых цепей; для выбранной цепи этот параметр можно переключить с помощью сочетания клавиш Shift+D, чтобы переопределить эту глобальную настройку для той же цепи.
  • Remove Loops With Vias – включите, чтобы автоматически удалять петли с переходными отверстиями. Отключите этот параметр, чтобы переходные отверстия сохранялись при удалении петель.
  • Remove Net Antennas – включите этот параметр, чтобы удалять любой конец дорожки или дуги, который не соединен ни с каким другим примитивом и образует антенну.
• Display Clearance Boundaries – включите этот параметр, чтобы запретная зона зазора, определяемая существующими объектами и применимым правилом зазора, отображалась в виде затененных полигонов внутри локального круга обзора. Этот параметр недоступен в режиме трассировки Ignore Obstacles.
  • Reduce Clearance Display Area – включите этот параметр, чтобы использовать меньшую границу зазора. Этот параметр доступен только при включенном Display Clearance Boundaries option.

Rules

Ограничения, определенные применимыми правилами проектирования, будут перечислены в разделе Rules панели Properties.

• Via Constraint – нажмите, чтобы открыть диалоговое окно Edit PCB Rule, в котором можно определить правила PCB для переходного отверстия.
• Differential Pair Constraint – нажмите, чтобы открыть диалоговое окно Edit PCB Rule, в котором можно определить правила PCB для дифференциальной пары.

Согласование длин дифференциальных пар

Дифференциальные пары часто используются в высокоскоростных проектах благодаря их естественной помехоустойчивости, а также тому, что они упрощают задачу обеспечения качественного обратного пути для сигналов. Однако, как и в случае с одиночными сигналами, их длины необходимо контролировать, чтобы обеспечить выполнение требований по временным характеристикам сигналов.

Во время трассировки дифференциальной пары длина каждой из двух цепей в паре отображается в строке состояния, а также во всплывающем информационном окне (Shift+H для включения/выключения). Значения длины, отображаемые на панели PCB, обновляются после завершения трассировки пары.

Текущая длина трассы каждой цепи в паре отображается во всплывающем информационном окне (Shift+H для включения/выключения).

Правила проектирования Matched Length и Length

Правила проектирования Length и Matched Length можно определить, чтобы обеспечить выполнение требований ко времени распространения сигнала и временному рассогласованию. Помимо использования при проверке правил проектирования (DRC), эти правила также применяются при интерактивной подстройке длины.

Правило проектирования Matched Length определяет самую длинную пару, на которую распространяется область действия правила, и использует значение Average Length этой пары в качестве эталона для сравнения с другими целевыми парами, требуя, чтобы их длины находились в пределах ± допуска Tolerance, заданного в правиле. Значение Average Length отображается в режиме Differential Pairs Editor  панели PCB.

Правила проектирования Within-Pair и Between Pair

Вероятно, вам потребуется согласование длин как между парами, так и внутри каждой пары.

Для этого создайте подходящие правила проектирования Matched Length:

1. Определите правило проектирования Matched Length, которое применяется ко всем парам (между парами) — это достигается выбором параметра Group Matched Lengths. Ограничьте область действия правила нужными парами (или xSignals), как показано на изображении ниже.

Создайте правило matched length, чтобы определить требования к длине между дифференциальными парами или, в данном примере, между xSignals.

2. Определите другое правило проектирования Matched Length, которое применяется внутри пары — это достигается выбором параметра Within Differential Pair Length. Это правило гарантирует, что длины двух цепей в каждой паре находятся в пределах допуска. Обратите внимание, что область действия этого правила должна задаваться с помощью параметра Where the Object Matches, нацеленного на дифференциальные пары, как показано ниже. Это правило должно иметь более высокий приоритет, чем правило между парами.

Создайте второе правило matched length, чтобы определить требования к длине внутри пар.

Настройка длины дифференциальной пары

Main article: Настройка длины

Длина пар и цепей внутри каждой пары настраивается с помощью двух команд настройки длины. Чтобы настроить длины:

1. Длину дифференциальной пары можно точно настроить с помощью команды Interactive Diff Pair Length Tuning в меню Route. Во время настройки длины можно использовать сочетания клавиш для интерактивной регулировки стиля и размера «гармошки» либо нажать Tab, чтобы открыть панель Properties в режиме Differential Pair Length Tuning. На панели целевая длина задается следующим образом:

   • Из применимых правил проектирования Length и/или Matched Length

   • Из выбранной пользователем уже разведенной дифференциальной пары

   • Вручную, введя значение в поле Target Length

2. Чтобы настроить цепь внутри пары, используйте команду Interactive Length Tuning в меню Route. Если вы попытаетесь настроить более длинную цепь в паре, появится сообщение Target Length Shorter than Old Length.

Сначала настройте длины дифференциальных пар, затем настройте длину более короткой цепи внутри пары.

Демонстрация настройки длины и изменения «гармошек»

В видео показано, как длины пар настраиваются относительно других пар (на основе длин xSignal) путем добавления «гармошек» настройки длины. Затем более короткий проводник в каждой паре настраивается по длине относительно более длинного проводника этой пары. Далее в видео показано, как пары можно интерактивно перемещать и изменять их форму, как можно удалить «гармошку» настройки и как можно формировать новую «гармошку» во время размещения с помощью сочетаний клавиш.

Длину дифференциальной пары можно настроить, добавляя «гармошки» настройки длины. «Гармошка» — это объект, который можно перемещать, изменять по форме и удалять.

См. также

• Interactive Routing

• Length Tuning

• Controlled Impedance Routing

• Modifying Existing Routes

• Glossing & Retracing of Existing Routes

• High Speed Design in Altium Designer

• Defining High Speed Signal Paths with xSignals