Прокладка дифференциальных пар

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

Дифференциальная система сигнализации — это система, в которой сигнал передаётся по паре тесно связанных проводников: один несёт сигнал, второй — его равное, но противоположное по знаку отображение. Дифференциальная передача была разработана для ситуаций, когда опорная логическая «земля» источника сигнала не может быть надёжно соединена с опорной логической «землёй» нагрузки. Дифференциальная передача по своей природе устойчива к синфазным электрическим помехам, которые являются наиболее распространённым видом помех в электронном изделии. Ещё одно важное преимущество дифференциальной передачи — минимизация электромагнитных помех (EMI), излучаемых парой сигналов.

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

Важно отметить, что хотя коэффициент связи, достигаемый в витой паре дифференциального кабеля, может быть лучше 99%, связь, достигаемая при трассировке дифференциальной пары на плате, обычно будет менее 50%. Текущее мнение экспертов таково: задача трассировки на PCB — не пытаться обеспечить строго заданный дифференциальный импеданс, а сосредоточиться на том, чтобы дифференциальный сигнал пришёл к целевому компоненту в хорошем состоянии, проходя путь от внешнего кабеля.

По словам Ли Ритчи (Lee Ritchey), известного отраслевого эксперта по высокоскоростному проектированию PCB, успешная дифференциальная передача требует:

• Установить импеданс каждой из трассируемых сигнальных линий равным половине импеданса входящего дифференциального кабеля.
• Чтобы каждая из двух сигнальных линий была корректно согласована на приёмном конце на свой собственный волновой (характеристический) импеданс.
• Чтобы две линии имели одинаковую длину — в пределах допусков используемого логического семейства и частоты схемы. Основной акцент — на сохранении временных соотношений; согласуйте длины достаточно близко, чтобы уложиться в бюджет перекоса (skew) проекта. Примеры допусков по длине: для high-speed USB рассогласование по длине должно быть не более 150 mil; тактовые линии DDR2 нужно согласовывать в пределах 25 mil.
• Используйте преимущество параллельной трассировки двух сигналов бок о бок, чтобы упростить получение качественной трассировки с согласованными длинами. При необходимости допустимо разносить линии, чтобы обойти препятствия.
• Переходы между слоями допустимы при условии сохранения импедансов линий.

Передача дифференциальных пар в PCB Editor из схем

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

• Вкладка Comparator — Extra Differential Pairs (затем проверки Different Differential Pair для последующих обновлений, а также параметры Rules, если вы также создаёте/изменяете правила проектирования)
• Вкладка ECO Generation — Add Differential Pair (затем проверки Change Differential Pair для последующих обновлений, а также параметры Rules, если вы также создаёте/изменяете правила проектирования)
• Вкладка Class Generation — Generate Net Classes (если вы также создаёте Net Class, чтобы использовать его для задания области действия правила PCB Differential Pair Routing)

Просмотр и управление дифференциальными парами на PCB

Определения дифференциальных пар просматриваются и управляются в панели PCB panel в режиме 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. Отображаемые рядом с именем цепи каждого участника - и + — это системные флаги, указывающие, является ли он положительным или отрицательным участником пары.

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

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

• Differential Pair Classes.
• Отдельный участник Differential Pairs внутри класса.
• Составляющие Nets (отрицательная и положительная), которые образуют дифференциальную пару.

Определение класса дифференциальных пар

Часто существует более одной дифференциальной пары, на которую должно распространяться правило проектирования. В такой ситуации можно определить классы дифференциальных пар, объединяя их в логические группы. Щелчок правой кнопкой по записи класса дифференциальных пар и выбор Properties (или двойной щелчок по записи) откроет диалог Edit Object Class dialog , в котором можно переименовать класс или просмотреть/изменить состав дифференциальных пар в этом классе. Для полного контроля и редактирования всех классов, включая Differential Pair Classes, откройте диалог Object Class Explorer dialog с помощью команды Design » Classes из главного меню.

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

Управление дифференциальными парами

Дифференциальные пары можно определять на схеме и также в PCB Editor. Управление во втором случае выполняется из области Differential Pairs панели PCB при её настройке в режим Differential Pairs Editor. Для выбранного класса дифференциальных пар все уже определённые объекты дифференциальных пар, принадлежащие этому классу, будут перечислены в области Differential Pairs .

Используйте кнопки под этой областью, чтобы управлять дифференциальными парами по мере необходимости:

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

Быстро создавайте пары из именованных цепей.

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

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

Создание дифференциальных пар из цепей проекта

Если вы объединяете в пары цепи с согласованной схемой именования (т.е. с общим префиксом и постоянным суффиксом для положительной/отрицательной линии, например, TX0_P и TX0_N), можно использовать диалог Create Differential Pairs From Nets. Нажмите кнопку Create From Nets в панели PCB в режиме Differential Pairs Editor, чтобы открыть этот диалог.

Предполагаемые объекты дифференциальных пар перечисляются для создания в соответствии с фильтрами, заданными в верхней части диалога.

Эффективность этого автоматизированного метода напрямую зависит от соглашения об именовании, использованного для конкретных цепей, которые будут составлять дифференциальные пары. В идеале следует использовать соглашение, при котором общий корень имени дополняется постоянным индикатором положительной/отрицательной линии (P и N). Например, рассмотрим приёмный сигнал D_ETH_O.RX, который является дифференциальным сигналом в проекте. Две цепи, образующие этот сигнал, — ETH_O.RX_P и ETH_O.RX_N — они представляют положительную и отрицательную стороны сигнала соответственно.

Фильтры в верхней части диалога 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 задать префикс, который будет добавляться к создаваемым объектам дифференциальных пар, и определить, в какой класс дифференциальных пар они будут добавлены.

Для каждого объекта дифференциальной пары диалог перечисляет входящие в него положительную и отрицательную цепи. По умолчанию все предполагаемые объекты дифференциальных пар выбраны для создания, а отдельные можно исключить, сняв соответствующий флажок Create. 

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

Использование xSignals с дифференциальными парами

Main page: Определение высокоскоростных сигнальных трактов с помощью xSignals

Если в сигнальном тракте ваших дифференциальных пар присутствуют последовательные (series) компоненты, может быть полезно создать xSignals. xSignal — это определяемый разработчиком сигнальный путь между двумя узлами. Это могут быть два узла в пределах одной и той же цепи (net) или два узла в разных цепях. Используя xSignal, вы можете определить сигнальный путь так, чтобы он включал участки цепи по обе стороны последовательного компонента. Расчёты длины трассы для xSignals включают длину пути через последовательный компонент, как показано тонкой линией, которая отображается 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 диалоге PCB Rules and Constraints Editor dialog (Design » Rules):

• Differential Pairs Routing — определяет ширину трасс цепей в паре, расстояние (gap) между цепями в паре и общую длину участка без связи (uncoupled length) (пара считается «развязанной», когда зазор шире, чем значение Max Gap). Задайте область действия этого правила так, чтобы оно нацеливалось на объекты, являющиеся дифференциальной парой, например, IsDifferentialPair или InDifferentialPairClass('All Differential Pairs'). Обратите внимание: параметры Min/Preferred/Max Gap  можно использовать во время трассировки, но не при проверке правил (design rule checking). Во время проверки правил расстояние между цепями в паре проверяется применимым правилом Electrical Clearance, как объясняется в выделенном блоке ниже.

• Electrical Clearance — определяет минимальный зазор между любыми двумя примитивными объектами (например, pad-pad, track-pad) либо на любых цепях, либо в одной и той же цепи, либо между разными цепями. Задайте область действия этого правила так, чтобы оно нацеливалось на объекты, являющиеся членами дифференциальной пары, например, InDifferentialPair, и выберите соответствующие типы объектов в области ограничений (constraints) диалога, как показано ниже.

Настройка области действия правил проектирования

Область действия (scope) правила проектирования определяет набор объектов, к которым вы хотите применить правило. Поскольку дифференциальная пара является объектом, можно использовать запросы (queries), как в следующих примерах:

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

Using the Differential Pair Rule Wizard to Define the Rules

Хотя правила можно создавать вручную с помощью PCB Rules and Constraints Editor (Design » Rules), панель PCB в режиме Differential Pairs Editor предоставляет удобство Differential Pair Rule Wizard. Используйте кнопку Rule Wizard (под областью Nets на панели PCB), чтобы открыть мастер (Wizard) и реализовать свойства правил согласно требованиям.

Differential Pair Rule Wizard проводит вас через процесс определения правил.

Обратите внимание: 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:

• Width — InDifferentialPair('PairName')
• Matched Net Lengths и Differential Pairs Routing — IsDifferentialPair And (Name = 'PairName'))

Если на панели выбрано несколько объектов дифференциальных пар, будут созданы отдельные записи области действия для каждого объекта пары, разделённые оператором 'Or'. Например, правило ширины трассировки (routing Width), нацеленное на отдельно выбранные объекты дифференциальных пар D_ETH_O.TX и D_ETH_O.RX, будет иметь 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 вы прокладываете две цепи 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, чтобы начать трассировку. Неважно, выбрана ли положительная или отрицательная дорожка в паре — система автоматически выберет и вторую. В видео ниже показана трассировка дифференциальной пары.

Во время трассировки дифференциальной пары вы можете выполнять следующие действия:

• Shift+R — переключаться между режимами трассировки разрешения конфликтов (Walkaround, Push, Hug and Push, Stop at First Obstacle, Ignore Obstacles).
• Shift+Spacebar — переключаться между доступными стилями углов (угол 45°, дуга 45° в углу, любой угол, угол 90°, дуга 90° в углу).
• При трассировке дифференциальной пары со стилем углов «любой угол» нажмите и удерживайте Shift, чтобы трассировать дифференциальную пару с использованием касательных дуг.
• Нажмите Spacebar для переключения между двумя подрежимами направления угла.
• Нажмите клавишу Backspace для удаления последней вершины.
• Нажмите 3, чтобы переключать возможные ширины трассировки дифференциальной пары (User Choice, Rule Min, Rule Preferred, Rule Max).
• Нажмите Shift+6, чтобы переключать возможные зазоры (gap) дифференциальной пары (Rule Min, Rule Preferred, Rule Max).
• Используйте клавиши + и - на цифровой клавиатуре для переключения слоёв трассировки.
• Чтобы переключить слой и вставить пару переходных отверстий (via pair): нажмите клавишу * на цифровой клавиатуре или используйте сочетание клавиш Ctrl+Shift+Wheel Scroll, затем
  • Нажмите 4, чтобы переключать возможные размеры via (User Choice, Rule Min, Rule Preferred, Rule Max)
  • Нажмите 5, чтобы переключаться между «шахматным» (staggered) и перпендикулярным (perpendicular) рисунком via при смене слоя, либо, как вариант, перемещайте курсор, чтобы переключать рисунок
  • Нажмите 6, чтобы переключать возможные стеки via, или нажмите 8, чтобы отобразить список для выбора (узнать больше о controlling the vias placed during interactive routing)
• Shift+F1 — отобразить все доступные сочетания клавиш, доступные в текущей команде.
• В режимах «дуга в углу» нажмите клавишу "," для уменьшения максимального радиуса дуги и клавишу "." для увеличения максимального радиуса дуги. Размер дуги можно изменять интерактивно, перемещая курсор. Этот параметр задаёт максимально допустимый радиус дуги, который отображается в строке состояния (Status bar) во время трассировки.

Configuring the Interactive Differential Pair Router

Многие настройки интерактивной трассировки дифференциальных пар можно изменять во время интерактивной трассировки дифференциальных пар, в режиме Interactive Differential Pair Routing панели Properties . Нажмите Tab во время трассировки, 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 длина выбранных сегментов.
  • Delay – суммарная задержка выбранных сегментов, включая нетрассированные.
• Total
  • Length – суммарная Signal Length. Signal Length — это точный расчет общего расстояния от узла к узлу. Размещенные объекты анализируются для выявления «стопок» или перекрывающихся объектов и извилистых путей внутри площадок, а также учитываются длины переходных отверстий. Если цепь проложена не полностью, также включается манхэттенская (X + Y) длина линии соединения.
  • Delay – задержка проложенных сегментов Total Length.

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

Properties

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

Interactive Routing Options

• Routing Mode – используйте выпадающий 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 подсвечиваются.
  • Walkaround Obstacles – выберите, чтобы Interactive Router прокладывал трассу в обход существующих дорожек, площадок и переходных отверстий. Если в этом режиме невозможно обойти препятствие без нарушения правил, появляется индикатор, показывающий, что маршрут заблокирован.
  • Push Obstacles – выберите, чтобы Interactive Router сдвигал существующие дорожки, освобождая место. Этот режим также может «толкать» переходные отверстия, чтобы освободить место для новой трассировки. Если в этом режиме невозможно сдвинуть препятствие без нарушения правил, появляется индикатор, показывающий, что маршрут заблокирован.
  • HugNPush Obstacles – выберите, чтобы Interactive Router «прижимался» к существующим дорожкам, площадкам и переходным отверстиям максимально близко и, при необходимости, сдвигал препятствия для продолжения трассы. Если в этом режиме невозможно «прижаться» или сдвинуть препятствие без нарушения правил, появляется индикатор, показывающий, что маршрут заблокирован.
  • Stop At First Obstacle – в этом режиме движок трассировки остановится на первом препятствии, которое окажется на пути.
  • AutoRoute Current Layer – выберите, чтобы включить автотрассировку только на текущем слое.
  • AutoRoute MultiLayer – выберите, чтобы включить автотрассировку на нескольких слоях.
• Corner Style – выберите желаемый 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 глоссинга на панели или используйте сочетание клавиш Shift+Ctrl+G, чтобы переключаться между следующими вариантами:
  • Off – в этом режиме глоссинг по сути отключен. Однако обратите внимание, что после трассировки/перетаскивания все равно выполняется очистка, чтобы устранить, например, перекрывающиеся сегменты дорожек. Этот режим обычно полезен на завершающем этапе разводки платы, когда требуется максимальный уровень тонкой настройки (например, при ручном перетаскивании дорожек, очистке входов в площадки и т. п.).
  • Weak – в этом режиме применяется низкий уровень глоссинга: Interactive Router учитывает только те дорожки, которые напрямую подключены к дорожкам, которые вы сейчас трассируете (или дорожкам/переходным отверстиям, которые перетаскиваются), либо находятся в их области. Этот режим глоссинга обычно полезен для тонкой настройки топологии дорожек или при работе с критичными трассами.
  • Strong – в этом режиме применяется высокий уровень глоссинга: Interactive Router ищет кратчайшие пути, сглаживает дорожки и т. п. Этот режим глоссинга обычно полезен на ранних этапах процесса разводки, когда цель — быстро проложить значительную часть платы.
• Gloss Effort (Neighbor) – выберите желаемый уровень глоссинга, применяемый к трассам, которые «выталкиваются» цепью, прокладываемой в данный момент, прямо на панели, из следующих вариантов:
  • Off – в этом режиме глоссинг по сути отключен. Однако обратите внимание, что после трассировки/перетаскивания все равно выполняется очистка, чтобы устранить, например, перекрывающиеся сегменты дорожек. Этот режим обычно полезен на завершающем этапе разводки платы, когда требуется максимальный уровень тонкой настройки (например, при ручном перетаскивании дорожек, очистке входов в площадки и т. п.).
  • Weak – в этом режиме применяется низкий уровень глоссинга: Interactive Router учитывает только те дорожки, которые напрямую подключены к дорожкам, которые вы сейчас трассируете (или дорожкам/переходным отверстиям, которые перетаскиваются), либо находятся в их области. Этот режим глоссинга обычно полезен для тонкой настройки топологии дорожек или при работе с критичными трассами.
  • Strong – в этом режиме применяется высокий уровень глоссинга: Interactive Router ищет кратчайшие пути, сглаживает дорожки и т. п. Этот режим глоссинга обычно полезен на ранних этапах процесса разводки, когда цель — быстро проложить значительную часть платы.
• Automatically Terminate Routing – если включено, то после завершения трассировки до целевой площадки инструмент не продолжает оставаться в режиме трассировки from целевой площадки, а сбрасывается и готов к тому, чтобы вы щелкнули по следующей исходной площадке, от которой нужно трассировать. Если эта опция отключена, после трассировки до целевой площадки инструмент останется в режиме трассировки и будет использовать предыдущую целевую площадку как источник для следующей трассы.
• Automatically Remove Loops – включите, чтобы автоматически удалять любые избыточные петли, создаваемые при ручной трассировке. Это позволяет перетрассировать соединение без необходимости вручную удалять лишние дорожки. Однако бывают случаи, когда нужно трассировать цепи, например силовые, и когда петли необходимы; вы можете переключать эту опцию для выбранной цепи, используя сочетание 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 (via). Отключите его, чтобы переходные отверстия сохранялись при удалении петель.
  • Remove Net Antennas – включите этот параметр, чтобы удалять любой конец дорожки или дуги, который не подключен ни к одному другому примитиву и образует «антенну».
• Allow Via Pushing – установите этот флажок, чтобы разрешить проталкивание переходного отверстия (Via) в режимах Push Obstacles или HugNPush Obstacles.
• Pin Swapping – установите этот флажок, чтобы включить перестановку выводов (pin swapping) или используйте сочетание клавиш Shift+C.
• Display Clearance Boundaries – включите этот параметр, чтобы запретная (no-go) область зазора, определяемая существующими объектами и применимым правилом зазора (clearance), отображалась в виде затенённых полигонов внутри локального круга просмотра. 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 включённом Display Clearance Boundaries option.
• Apply Trace Centering – включает функцию центрирования трассы (trace centering). Когда она включена, по возможности добавляется дополнительный зазор между трассируемой дифференциальной парой и существующими площадками/переходными отверстиями, и становятся доступны следующие параметры для настройки функции:

  • Adjust Vias – когда параметр включён, переходные отверстия будут проталкиваться, чтобы по возможности сохранять дополнительный зазор.

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

    • отключить параметр Adjust Vias. В этом случае центрирование не будет применяться между незаблокированными переходными отверстиями, либо
    • отключить параметр Allow Via Pushing. В этом случае переходные отверстия не будут проталкиваться (даже для обеспечения минимального зазора по 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 укажет движку трассировки по возможности выдерживать отступ от существующих площадок и переходных отверстий на 0.15 + 2*0.15 = 0.45 mm. Затем при необходимости движок трассировки может уменьшить этот зазор до заданного значения.

  Узнайте больше о Trace Centering.

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

• Subnet Jumper Length – задайте требуемую длину Subnet Jumper.

  Джамперы (Jumpers), также называемые проволочными перемычками (wire links), позволяют разработчику заменить трассировку компонентом Jumper. Подробнее см. Working with Jumper Components.

Rules

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

• Via Constraint – нажмите, чтобы открыть диалог Edit PCB Rule, в котором можно определить правила PCB для переходных отверстий (via).
• Differential Pair Constraint – нажмите, чтобы открыть диалог Edit PCB Rule, в котором можно определить правила PCB для дифференциальной пары.

Повышение качества трассировки

Main article: Глянцевание (Glossing) и перетрассировка (Retracing) существующих маршрутов

PCB-редактор включает мощные инструменты для улучшения качества существующей трассировки. Эти инструменты называются Glossing и Retracing и оба доступны в меню Route.

• Gloss - направлен на улучшение геометрии дорожек, пытаясь уменьшить количество углов и сократить общую длину маршрута. Gloss сохраняет существующую ширину дорожки и зазор дифференциальной пары. Glossing учитывает текущую настройку Gloss Effort (Routed), заданную на странице PCB - Interactive Routing диалога Preferences (show image).

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

Анимация в предыдущем разделе, Routing a Differential Pair, включает простую демонстрацию glossing при значении Gloss Effort (Routed), установленном в Strong.

Интерактивное изменение трассировки дифференциальной пары

Main page: Изменение существующих маршрутов

Во время трассировки будет много случаев, когда нужно изменить часть существующей трассировки; например, вас могут не устраивать выходы из площадок, и вы захотите изменить их форму (как показано в видео ниже). Хотя можно изменять существующую трассировку «чертёжным» способом — кликая и перетаскивая сегменты дорожек, — часто проще просто проложить маршрут заново.

Для этого выберите команду Route » Interactive Differential Pair Routing, затем щёлкните в любом месте по существующей трассировке. Продолжайте прокладывать новый путь, возвращаясь к существующей трассировке там, где требуется. Это создаст петлю между старым и новым путём. Когда вы щёлкнете правой кнопкой мыши или нажмёте Esc, чтобы завершить трассировку, избыточные сегменты будут автоматически удалены, включая любые избыточные переходные отверстия.

Трассировка дифференциальной пары немного отличается от трассировки одиночной цепи. Трассировку одиночной цепи можно настроить так, чтобы последний сегмент был полым (look-ahead segment); этот сегмент не размещается при щелчке. В трассировке дифференциальной пары look-ahead сегменты отсутствуют, поэтому при щелчке вы размещаете все видимые сегменты. Расположите курсор так, чтобы не было избыточных сегментов.

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

Используйте функцию удаления петель, чтобы интерактивно перетрассировать дифф. пару по новому пути — старая петля трассировки будет автоматически удалена. Пары также можно изменять, перетаскивая один маршрут так, чтобы он проталкивал другой.

Интерактивное перетаскивание переходных отверстий

Разработчики PCB могут тратить много времени на корректировку трассировки — например, из‑за позднего изменения проекта или чтобы довести проект до завершения. Это может означать проталкивание и сдвиг существующей трассировки, перетаскивание переходных отверстий и подталкивание компонентов.

Настройте поведение перетаскивания переходных отверстий в панели Properties panel.

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

Перетаскивание дифференциальной пары

Для распознавания участников дифференциальной пары используется концепция Coupling. Когда ПО распознаёт объекты, принадлежащие дифференциальной паре, оно попытается перетаскивать парную дорожку или переходное отверстие, если параметр Keep Coupled включён в режимах Interactive Sliding или Interactive Via Dragging панели Properties.

Нажмите X при перетаскивании пары переходных отверстий (via-pair), чтобы повернуть пару на 90 градусов.

Чтобы подтвердить, что парные объекты связаны (coupled), ПО 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 и разделены не более чем на Preferred Gap

Отображение доступного зазора

Бывало ли, что вы застревали при трассировке, не понимая, почему маршрут не проходит через этот зазор? При трассировке дифференциальных пар такая ситуация ещё вероятнее. В Altium Designer есть функция, которая помогает с этим, — dynamic display of clearance boundaries. Когда она включена, запретная область зазора, определяемая existing objects + the applicable clearance rule, отображается в виде затенённых полигонов внутри локального круга просмотра, 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 можно ограничить регионом вокруг текущего положения курсора или сделать её на весь экран. Это управляется подпараметром Reduce Clearance Display Area на странице PCB Editor - Interactive Routing диалога Preferences.

Инструмент быстрой трассировки дифференциальной пары

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

Возможности включают:

• Несколько режимов трассировки, например: остановка на первом препятствии, обход (walkaround) и push and shove.
• Мощные возможности перетаскивания, сохраняющие углы дорожек и ортогональность.
• Функцию удаления петель, которая делает повторную трассировку быстрым и простым процессом.

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

Этот трассировщик называется Quick потому что он предлагает сокращённый набор функций. К функциям, отсутствующим в Quick Differential Pair Router, относятся:

• Нет сглаживания поворотов
• Ограниченная поддержка трассировки Any Angle
• Нет проталкивания T-образных соединений
• Упрощённая поддержка Push&Shove
• Нет Miter Ratio, Min Arc или Pad Entry Stability
• Упрощённый Gloss Effort, без поддержки Gloss Neighbor
• Нет сведения дифференциальной пары при боковом выходе из стартовых выводов
• Нет «прилипания» (hugging) для уже проложенных дифференциальных пар
• Нет поддержания дифференциальной пары, когда проталкивается соседняя дифференциальная пара

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 членом класса дифференциальных пар).
• Selected
  • Length – суммарная длина выбранных сегментов.
  • Delay – суммарная задержка выбранных сегментов, включая нетрассированные.
• Total
  • Length – общая Signal Length. Signal Length — это точный расчёт общего расстояния «узел-узел». Размещённые объекты анализируются для выявления наложенных/перекрывающихся объектов и извилистых путей внутри площадок, а также учитываются длины переходных отверстий. Если цепь (net) проложена не полностью, также учитывается манхэттенская (X + Y) длина линии соединения.
  • Delay – задержка проложенных сегментов Total Length.

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

Properties

• Layer – используйте выпадающий список, чтобы указать слой, на котором выполняется трассировка.
• Gap – используйте выпадающий список или сочетание Shift+6, чтобы переключаться между допустимыми зазорами.
  • Min – выберите, чтобы задать минимально допустимый зазор между примитивами разных цепей внутри одной дифференциальной пары.
  • Preferred – выберите, чтобы задать предпочтительный зазор между примитивами разных цепей внутри одной дифференциальной пары.
  • Max – выберите, чтобы задать максимально допустимый зазор между примитивами разных цепей внутри одной дифференциальной пары.
• Via – если via связано с шаблоном, здесь отображается имя шаблона.
• Via Diameter – задайте диаметр via.
• Via Hole Size – задайте размер отверстия via.
• Width – используйте выпадающий список, чтобы задать ширину.
  • Min – означает, что будет использована минимальная ширина по правилам проектирования, заданная для текущей цепи
  • Preferred – означает, что будет использована предпочтительная ширина по правилам проектирования, заданная для текущей цепи.
  • Max – означает, что будет использована максимальная ширина по правилам проектирования, заданная для текущей цепи.

Interactive Routing Options

• Routing Mode – используйте выпадающий список или сочетание Shift+R, чтобы переключаться между нужными режимами трассировки. Доступны следующие варианты:
  • Ignore Obstacles – выберите, чтобы игнорировать существующие объекты (трассу можно прокладывать свободно). Нарушения подсвечиваются.
  • Walkaround Obstacles – выберите, чтобы Interactive Router прокладывал трассу в обход существующих дорожек, площадок и via. Если в этом режиме невозможно обойти препятствие без нарушения правил, появляется индикатор, показывающий, что маршрут заблокирован.
  • Push Obstacles – выберите, чтобы Interactive Router сдвигал существующие дорожки, освобождая место. Этот режим также может проталкивать via, чтобы освободить место для новой трассировки. Если в этом режиме невозможно протолкнуть препятствие без нарушения правил, появляется индикатор, показывающий, что маршрут заблокирован.
  • HugNPush Obstacles – выберите, чтобы Interactive Router «прижимался» к существующим дорожкам, площадкам и via настолько близко, насколько возможно, и при необходимости проталкивал препятствия для продолжения трассы. Если в этом режиме невозможно «прижаться» или протолкнуть препятствие без нарушения правил, появляется индикатор, показывающий, что маршрут заблокирован.
  • Stop At First Obstacle – в этом режиме движок трассировки остановится на первом препятствии, которое окажется на пути.
  • AutoRoute Current Layer – выберите, чтобы включить автотрассировку только на текущем слое.
  • AutoRoute MultiLayer – выберите, чтобы включить автотрассировку на нескольких слоях.
• Corner Style – выберите желаемый стиль углов трассировки или используйте сочетание 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 при ручной трассировке. Это позволяет перетрассировать соединение без необходимости вручную удалять лишние дорожки. Однако бывают случаи, когда нужно трассировать цепи (например, силовые) с петлями; вы можете переключать эту опцию для выбранной цепи, используя сочетание Shift+D, чтобы переопределить эту глобальную настройку для той же цепи.
  • Remove Loops With Vias – включите, чтобы автоматически удалять петли с via. Отключите эту опцию, чтобы via сохранялись при удалении петель.
  • Remove Net Antennas – включите эту опцию, чтобы удалять любой конец дорожки или дуги, который не соединён ни с каким другим примитивом и образует «антенну».
• Display Clearance Boundaries – включите эту опцию, чтобы область запретного зазора (no-go), определяемая существующими объектами и применимым правилом зазора, отображалась в виде затенённых полигонов внутри локального круга обзора. Эта опция недоступна в режиме трассировки Ignore Obstacles.
  • Reduce Clearance Display Area – включите эту опцию, чтобы использовать меньшую границу зазора. Эта опция доступна только когда включён Display Clearance Boundaries option.

Rules

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

• Via Constraint – нажмите, чтобы открыть диалог Edit PCB Rule, в котором можно определить правила PCB для via.
• Differential Pair Constraint – нажмите, чтобы открыть диалог Edit PCB Rule, в котором можно определить правила PCB для дифференциальной пары.

Согласование длин дифференциальных пар

Дифференциальные пары часто используются в высокоскоростных проектах благодаря присущей им помехоустойчивости и тому, что они упрощают задачу обеспечения качественного обратного пути (return path) для сигналов. Однако, как и для одиночных сигналов, их длины необходимо контролировать, чтобы выполнялись требования по таймингу.

Во время трассировки дифференциальной пары длина каждой из двух цепей пары отображается в строке состояния, а также в Heads-up display (переключение вкл./выкл. — Shift+H). Значения длины, отображаемые в панели PCB, обновляются, когда вы выходите из режима трассировки пары.

Текущая длина маршрута каждой цепи в паре отображается в Heads-up display (переключение вкл./выкл. — Shift+H).

Правила проектирования Matched Length и Length

Правила проектирования Length и Matched Length можно определить, чтобы обеспечить выполнение требований по времени пролёта (flight time) и перекосу (skew). Помимо использования при проверке правил проектирования (DRC), эти правила также применяются при интерактивной подстройке длины.

Правило проектирования Matched Length определяет самую длинную пару, попадающую в область действия правила, и использует значение Average Length этой пары в качестве эталона для сравнения остальных целевых пар, 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

Скорее всего, у вас будут требования к согласованию длины как между парами, так и внутри каждой пары.

Чтобы управлять этим, создайте подходящие правила проектирования Matched Length:

1. Определите правило Matched Length, которое применяется поперёк (между) парами (это достигается выбором опции Group Matched Lengths). Ограничьте правило так, чтобы оно применялось к нужным парам (или xSignals), как показано на изображении ниже.

Создайте правило согласования длины, чтобы задать требования по длине между дифференциальными парами или, как в этом примере, между xSignals.

2. Определите ещё одно правило Matched Length, которое применяется внутри пары (это достигается выбором опции Within Differential Pair Length). Это правило гарантирует, что длины двух цепей (nets) внутри каждой пары находятся в пределах допуска. Обратите внимание: это правило должно быть ограничено с использованием настройки Where the Object Matches, нацеленной на дифференциальные пары, как показано ниже. Это правило должно иметь более высокий приоритет, чем правило «между парами».

Создайте второе правило согласования длины, чтобы задать требования по 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 горячие клавиши для интерактивной регулировки стиля и размера «гармошки» (accordion) либо нажать Tab, чтобы открыть панель Properties в режиме Differential Pair Length Tuning. На панели задаётся целевая длина:

   • Из применимых правил проектирования Length и/или Matched Length

   • Из выбранной пользователем уже проложенной дифференциальной пары

   • Вручную — введите значение в поле Target Length

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

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

Демонстрация настройки длины и изменения «гармошек»

В видео показано, как длины пар подгоняются относительно других пар (на основе длин xSignal) путём добавления «гармошек» настройки длины. Затем более короткий проводник каждой пары 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 длины и как можно сформировать новую «гармошку» во время размещения с помощью горячих 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