Подготовка печатной платы к трассировке

Готово ли к трассировке?

Есть выражение, что проектирование печатной платы на 90% состоит из размещения и на 10% — из трассировки. Хотя о доле каждого можно спорить, в целом принято считать, что хорошее размещение компонентов — самый важный аспект качественного проектирования платы. Имейте в виду, что по мере трассировки может потребоваться подстроить размещение; например, сначала можно запустить пробную автотрассировку на плотном участке, чтобы понять, можно ли его вообще развести. Если автотрассировщик способен завершить более 80% цепей, то вы, как правило, сможете интерактивно дотрассировать плату при таком количестве слоёв.

Если в проекте есть высокоскоростные цепи, то размещение компонентов становится ещё более критичным. Теперь нужно учитывать разделение «шумных» цепей, например тактовых, и «тихих» цепей, например линий данных. Также необходимо учитывать распределение питания по плате — так называемую Power Distribution Network — и планировать, где будут проходить критические обратные пути (return paths) для высокоскоростных сигналов. В рамках этого процесса критично размещение байпасных и развязывающих конденсаторов. Для трассировки входов/выходов компонентов производители часто приводят рекомендации по разводке в даташите устройства — следуйте им, когда они доступны.

Приоритизация трассировки

С чего начать, спросите вы? Автотрассировщик обычно прокладывает соединения по одному, тогда как человек может одновременно учитывать влияние множества соединений. Чтобы у автотрассировщика был хоть какой-то шанс, он должен хорошо упорядочивать соединения для трассировки. Он будет использовать такие факторы, как длина соединения, плотность соединений, назначение направления для слоёв трассировки, согласование направления соединения с направлениями трассировки и т. п. И если он действительно хорош, он будет постоянно пересматривать порядок по мере трассировки. Человек тоже учитывает эти факторы, но также использует навыки более высокого уровня, такие как 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 и т. д.

Сначала трассируйте или выполняйте fanout цепей питания. После цепей питания займитесь критическими сигналами, такими как генераторы, дифференциальные пары, высокоскоростные интерфейсы, затем — «тихими» цепями.

Поиск цепи на плате

Неразведённая плата может выглядеть пугающе — масса линий соединений, пересекающихся по всей плате. Хороший подход к трассировке — работать от схемы, где легко найти важные компоненты и критические цепи. Можно выполнять перекрёстный выбор и перекрёстную подсветку (cross-select и cross-probe) прямо со схемных компонентов и цепей, подсвечивая соответствующий объект на PCB. Подробнее см. на странице Working Between the Schematic and the Board.

Также можно управлять отображением линий соединений, маскируя или скрывая цепи, которые вас не интересуют. Назначение цвета важным линиям соединений тоже поможет управлять процессом трассировки. Подробнее см. в разделе Managing the Display of the Connection Lines на странице Understanding Connectivity on Your PCB .

Переопределение цвета цепи — отображение цвета цепи на уже разведённых цепях

Также можно использовать цвет цепи для уже разведённых цепей, включив функцию Net Override Color. Эта функция даёт ещё больший контроль над подсветкой цепей в документах PCB за счёт собственной схемы переопределения цветов. Вместо того чтобы объект цепи окрашивался только цветом соответствующего слоя, можно назначить конкретный альтернативный цвет. Добавьте к этому набор предварительно настроенных шаблонов переопределения цвета — и вы получите мощный инструмент визуализации PCB.

Панель настроена на Mask без выбора, и в панели выбраны 2 цепи. Эти цепи показаны в рабочей области, все остальные объекты замаскированы. Для цепи YOUT включена функция переопределения цвета, в результате объекты этой цепи отображаются «шахматкой».

Чтобы использовать функцию Net Color Override:

1. Apply the required color to the net(s) - дважды щёлкните по цепи в панели PCB (в режиме Nets), чтобы открыть диалог Edit Net dialog, где Connection Color можно настроить по необходимости. Либо щёлкните правой кнопкой по цепи (или выбранным цепям) в панели PCB и используйте команду Change Net Color, как объяснялось ранее в разделе Changing the Connection Line Color на этой странице.
2. Enable Color Override for the net(s) - переопределение цвета включается для каждой цепи с помощью флажка рядом с её именем в панели PCB, как показано для цепи YOUT на изображении ниже. Флажки можно переключать для нескольких выбранных цепей через команды Right-click » Display Override » Selected On/Off.
3. Configure the Color Override options - цвет цепи переопределяет цвет слоя в соответствии с настройками Color Override, заданными на странице PCB Editor - Board Insight Color Overrides page диалога Preferences, как показано ниже.
4. Enable the Net Color Override feature - нажмите F5, чтобы глобально включать/выключать функцию Net Color Override, или используйте кнопку на вкладке View Options панели View Configurations panel. Обратите внимание: использование этой команды не переключает состояние включения переопределения цвета для конкретной цепи; это глобальный визуальный переключатель для рабочего пространства проекта.

Используйте функцию Color Override, чтобы разведённые цепи лучше выделялись.

То, как каждая цепь с включённым флажком Net Color Override отображается в рабочем пространстве, зависит от текущих настроек Color Override, как показано выше.

• При увеличении масштаба любая цепь с включённым флажком Override Color будет отображаться выбранным Base Pattern. В примере выше это «шахматная» смесь цвета слоя и цвета цепи.
• При уменьшении масштаба Zoom Out Behavior на изображении выше настроен так, чтобы доминировал цвет переопределения (цвет цепи), как показано на меньшем изображении справа.

Отличный пример использования функции переопределения цвета цепей для простого определения классов цепей в высокоскоростном проекте; наведите курсор, чтобы отключить функцию переопределения.
(image courtesy FEDEVEL Open Source, www.fedevel.com)

Определены ли правила проектирования?

Main articles: Определение, задание области действия и управление правилами проектирования PCB, Типы правил проектирования PCB

Перед началом трассировки необходимо настроить применимые правила трассировки. Выберите Design » Rules в меню, чтобы открыть диалог PCB Rules and Constraints Editor. Дерево слева в диалоге показывает 10 категорий правил (от Electrical до Signal Integrity). В каждой категории есть несколько типов правил; например, можно определить восемь различных типов правил трассировки.

Выбор типа правила отобразит все правила этого типа, которые сейчас определены. На изображении ниже показаны три правила ширины трасс, определённые для платы. Обратите внимание на приоритет правила — он задаёт порядок применения правил, где 1 — самый высокий. Движок правил ищет правило с наивысшим приоритетом, применимое к объекту, когда проверяет его на соответствие правилам.

Для этой платы определены три правила ширины трасс.

Щёлкните по имени конкретного правила в дереве слева, чтобы отобразить его настройки. В каждом правиле проектирования есть две отдельные части: ограничение (constraint) — what are my requirements?, и область действия (scope) — what do I want this rule to target?. На примере правила ширины трасс рассмотрим это подробнее.

Ограничения правила

Main article: Ограничение проекта — правила проектирования

Ограничения правила задают параметры или пределы, которые вы хотите применить к объектам, на которые нацелено это правило.

Для правила Width ограничения определяют минимальную, предпочтительную и максимальную ширину сегментов дорожек, из которых состоит трассировка. Обратите внимание: параметры min / preferred / max также можно задать для каждого слоя платы — важная возможность для трассировки с контролируемым импедансом. Удобная функция — возможность менять ширину трассировки по мере прокладки, в пределах между минимальным и максимальным значениями; подробнее об этом можно прочитать в статье Interactive Routing.

Ограничения правила определяют требования этого правила. Это правило задаёт, что ширина трассировки для цепей, на которые нацелено правило,
должна быть в диапазоне от 0,1 мм до 3 мм.

Область действия правила

Main article: Задание области действия правил проектирования

Altium Designer имеет мощную и гибкую систему определения правил, позволяющую точно задавать требования к проекту, какими бы сложными они ни были. Вместо того чтобы задавать требования трассировки как атрибуты объектов, правила проектирования определяются отдельно, а затем нацеливаются на применимые объекты через область действия правила — в духе «я хочу, чтобы this rule применялось к those objects».

Область действия правила задаётся вводом запроса, определяющего, на какие объекты будет нацелено это правило.

Система задания области действия правил использует механизм фильтрации, лежащий в основе редактора PCB, чтобы нацеливаться на объекты, к которым правило применяется. В конечном итоге каждая область действия правила становится запросом, но для многих областей действия её можно определить, выбирая варианты из выпадающих списков. Например, на изображении выше запрос нацелен на цепь GND — фактически это превращается в запрос вида InNet('GND'). Когда в выпадающем списке нет подходящего варианта, выберите опцию Custom Query, а затем используйте Query Builder, чтобы пройти процесс создания запроса, или напишите его напрямую самостоятельно, при необходимости используя Query Helper. 

Именно возможность точно задавать область действия каждого правила в сочетании с возможностью назначать приоритет каждого правила даёт вам полный контроль над требованиями к проектированию PCB.

Правило ширины

Rule reference: Width

Самое базовое правило трассировки — это правило Routing Width, которое определяет ширину, с которой будут проложены цепи. Как минимум в вашем проекте будет одно правило ширины, применяемое ко всем цепям на плате.

Нехорошей практикой проектирования является наличие для платы только одного правила ширины, где минимальная ширина задана как самая маленькая ширина трассировки, которая вам нужна на плате, а максимальная — как самая широкая дорожка, которая вам нужна. Лучший подход — иметь одно правило, которое охватывает наибольшее количество цепей, со scope All. Затем добавьте дополнительные правила, нацеленные на отдельные цепи или классы цепей, например цепь GND или класс цепей PowerNets (если такой класс был создан). Задайте этим правилам более высокий приоритет, чтобы всякий раз, когда вы начинаете трассировать одну из этих цепей, правило с более высоким приоритетом переопределяло правило «All nets», обеспечивая корректную ширину трассировки. Подходящие правила Width необходимо определить до начала трассировки.

Ограничение зазора

Rules reference: Clearance Constraint

Парой к правилу ширины является ограничение зазора (clearance constraint), которое определяет, насколько близко прокладываемая цепь может подходить к другим объектам на плате. Аналогично можно определить несколько ограничений зазора — чтобы держать цепи с более высоким напряжением или дифференциальные пары на расстоянии от другой трассировки, чтобы выдерживать заданную дистанцию между полигонными заливками и дорожками и т. д. Подходящие ограничения Clearance Constraints необходимо определить до начала трассировки.

Обратитесь к PCB Design Rule Types, чтобы узнать больше о правилах проектирования.

Настройка слоёв трассировки

Main article: Определение стека слоёв

Слои трассировки, также называемые сигнальными слоями, настраиваются в Layer Stack Manager (Design » Layer Stack Manager), как показано ниже. Используйте команды контекстного меню (правый клик) или главного меню, чтобы добавлять слои и задавать их положение в стеке слоёв.

Электрические слои добавляются в диалоге Layer Stack Manager.

Ознакомьтесь со страницей Layer Stack Manager, чтобы узнать больше о настройке слоёв для изготовления.

Отображение всех слоёв, а также добавление механических слоёв, управляется в панели View Configurations (горячая клавиша L), показанной ниже.

Отображение всех слоёв управляется в панели View Configurations.

Ознакомьтесь с панелью View Configurations panel, чтобы узнать больше о настройке отображения слоёв, а также со страницей Working with Mechanical Layers, чтобы подробнее разобраться во всех нюансах использования механических слоёв.