Automatic PCB Routing

Transkript

1 Seminarvortrag HWS 2009 Computer Architecture Group University of Heidelberg

2 Überblick Einführung Entscheidungsfragen Restriktionen Motivation Specctra Autorouter Fazit: Manuell vs. Autorouter Quellenangaben 2

3 Einführung Printed Circuit Board (PCB) Design Experimentierschaltungen auf Lochrasterkarten gelangen schnell an Ihre Grenzen (HF-Designs nahezu unmöglich!) Komplexität steigt mit der Zeit Mehrere Revisionen Durch Preisentwicklung der letzten Jahre auch Prototypen erschwinglich 3

4 Einführung Anforderungen an PCB Designs Komplexität Höhere Bauteil-Dichte (beidseitige Bestückung) Höhere Pindichte durch neue Gehäusetypen (SOIC,BGA ) Feinere Leiterbahnstrukturen Hohe Frequenzen Große Anzahl von Versorgungsspannungen 4

5 Entscheidungsfragen - Layerzahl Multilayer ermöglichen Layer für GND & VCC Planes geeignet zur Abschirmung von Routing Layer >2 Layer ermöglichen zusätzliche Via Typen Altium Designer Tutorial 5

6 Entscheidungsfragen Vias Durchkontaktierungen verbinden stets alle Ebenen eines Multilayers Blind Vias verbinden immer eine Außenlage mit einer oder mehreren Innenlagen 6

7 Entscheidungsfragen Vias Buried Vias verbinden mindestens zwei Innenlagen eines Multilayers. Sie haben niemals Kontakt zu den Außenlagen einer Leiterplatte MultiPCB Designs Blind & Buried kostspieliger B&B Fehlerbehebung schwierig 7

8 Leiterbahnbreite Entscheidungsfragen Leiterbahnbreite & Abstand Abhängig von Impedanz, Strombedarf normal > 200 μm 0,2 mm = 8 mil Kleinere Leiterbahnbreiten bezeichnet man als Feinstleitertechnik Leiterbahnabstand Enge Leiterbahnabstände können zu unerwünschten Signalverkopplungen führen Isolationsabstand abhängig von Spannungen 8

9 Restriktionen - Timing Bei höheren Frequenzen kommt es zu Verzögerungen zwischen zwei Signalen (skew) Leiterbahnen müssen entsprechend angepasst werden 9

10 Restriktionen Signalintegrität Im HF-Bereich müssen parasitäre Induktivitäten und Kapazitäten einbezogen werden Leiterbahnen möglichst kurz halten Impedanzen einbeziehen um Reflektionen zu vermeiden 10

11 Restriktionen Signalintegrität Übersprechen unerwünschte gegenseitige Beeinflussung unabhängiger Signalkanäle 11

12 Restriktionen Übersprechen Gegenmaßnahmen: Maximieren des Leiterbahnabstandes X,Y Routing 12

13 Restriktionen Übersprechen Abschirmung Leiterbahn Planes Altium Designer Tutorial 13

14 Restriktionen Literatur Howard Johnson - High-Speed Digital Design: A handbook of black magic 14

15 Motivation HTX Board 15

16 Start Autorouter Specctra Autorouter Arbeitsweise Conflcits? yes Passes >5? no Ripup all & reroute; increase costs for conflicts no yes End Autorouter Ripup conflicts & reroute 16

17 Specctra Autorouter Vorbereitung Grid (Raster) festlegen (Package abhängig) Layerzahl bestimmen Restriktionen festlegen Kritische Pfade gesondert behandeln 17

18

19 Constraints Beispiel Differentielle Signale Allegro PCB Editor Tutorial - Cadence 19

20 Aktionen Specctra Autorouter Vorgaben Anzahl der Durchgänge Parameter Miter 90 /45 Pattern Fanout Busrouting Autorouting with Allegro PCB Editor Cadence 20

21 Specctra Autorouter Report Autorouting with Allegro PCB Editor Cadence 21

22 Versuchsbeispiel 22

23 23

24 Specctra Autorouter 1:1 miter 24

25 Specctra Autorouter 1:1 mit Hindernis Keepout Toplayer 25

26 Specctra Autorouter 1:1 mit Hindernis II Angepasste Länge Keepout Bottomlayer Keepout Toplayer 26

27 Specctra Autorouter 2:2 direkt 27

28 Specctra Autorouter 2:2 mit Hindernis 28

29 Specctra Autorouter 2:2 Differentiell 29

30 Specctra Autorouter HTX Board FPGA Virtex 4 HTX Schnittstelle 30

31 Specctra Autorouter HTX Board Routing Keepin 31

32 Specctra Autorouter HTX Board 32

33 Specctra Autorouter HTX Board 33

34 Manuell vs. Autorouter Manuelle Vorgehensweise 90% Placing, 10% Routing Vorgaben erfüllen Restriktionen erfüllen Anbindungen nach außen Komponentenanordnung Geschwindigkeitsabhängig Divide & Conquer 34

35 Fazit Ohne Einarbeitung und Erfahrung nicht umsetzbar Arbeitserleichterung für mehrere Revisionen Routing bestimmter Bereiche Zeitaufwand: Einarbeiten vs. manuelles routing Constraints müssen in beiden Fällen für den design rule check (DRC) definiert werden 35

36 Quellen PCB-Einführung Lehrstuhl Brüning Allegro PCB Editor Tutorial - Cadence Autorouting with Allegro PCB Editor Cadence PCB Design Tutorial D. Jones Vorlesungsskript Eingebettete Systeme A.Wurz UltraCAD Article: Crosstalk - D. Brooks Altium Designer Tutorial MultiPCB Designs 36