Seminarvortrag HWS 2009 Computer Architecture Group University of Heidelberg
Überblick Einführung Entscheidungsfragen Restriktionen Motivation Specctra Autorouter Fazit: Manuell vs. Autorouter Quellenangaben 2
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
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
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
Entscheidungsfragen Vias Durchkontaktierungen verbinden stets alle Ebenen eines Multilayers Blind Vias verbinden immer eine Außenlage mit einer oder mehreren Innenlagen 6
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
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
Restriktionen - Timing Bei höheren Frequenzen kommt es zu Verzögerungen zwischen zwei Signalen (skew) Leiterbahnen müssen entsprechend angepasst werden 9
Restriktionen Signalintegrität Im HF-Bereich müssen parasitäre Induktivitäten und Kapazitäten einbezogen werden Leiterbahnen möglichst kurz halten Impedanzen einbeziehen um Reflektionen zu vermeiden 10
Restriktionen Signalintegrität Übersprechen unerwünschte gegenseitige Beeinflussung unabhängiger Signalkanäle 11
Restriktionen Übersprechen Gegenmaßnahmen: Maximieren des Leiterbahnabstandes X,Y Routing 12
Restriktionen Übersprechen Abschirmung Leiterbahn Planes Altium Designer Tutorial 13
Restriktionen Literatur Howard Johnson - High-Speed Digital Design: A handbook of black magic 14
Motivation HTX Board 15
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
Specctra Autorouter Vorbereitung Grid (Raster) festlegen (Package abhängig) Layerzahl bestimmen Restriktionen festlegen Kritische Pfade gesondert behandeln 17
Constraints Beispiel Differentielle Signale Allegro PCB Editor Tutorial - Cadence 19
Aktionen Specctra Autorouter Vorgaben Anzahl der Durchgänge Parameter Miter 90 /45 Pattern Fanout Busrouting Autorouting with Allegro PCB Editor Cadence 20
Specctra Autorouter Report Autorouting with Allegro PCB Editor Cadence 21
Versuchsbeispiel 22
23
Specctra Autorouter 1:1 miter 24
Specctra Autorouter 1:1 mit Hindernis Keepout Toplayer 25
Specctra Autorouter 1:1 mit Hindernis II Angepasste Länge Keepout Bottomlayer Keepout Toplayer 26
Specctra Autorouter 2:2 direkt 27
Specctra Autorouter 2:2 mit Hindernis 28
Specctra Autorouter 2:2 Differentiell 29
Specctra Autorouter HTX Board FPGA Virtex 4 HTX Schnittstelle 30
Specctra Autorouter HTX Board Routing Keepin 31
Specctra Autorouter HTX Board 32
Specctra Autorouter HTX Board 33
Manuell vs. Autorouter Manuelle Vorgehensweise 90% Placing, 10% Routing Vorgaben erfüllen Restriktionen erfüllen Anbindungen nach außen Komponentenanordnung Geschwindigkeitsabhängig Divide & Conquer 34
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
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