Effiziente Regelverwaltung im PCB-Design

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Bo ard unte r Kontrolle
Effiziente Regelverwaltung
im PCB-Design
Ein typisches Leiterplattendesign beinhaltet heutzutage mehr und
komplexere Regeln als früher. Eine effiziente und vereinheitlichte
Verwaltungsoberfläche wird damit zum unverzichtbaren Werkzeug.
» Simon Zubler
Wo früher das ganze Design wenige Regeln
enthielt, die zudem für jedes Netz einzeln definiert wurden, sind es heute ungleich mehr
Regeln. Diese werden über einen hierarchischen Ansatz zuerst netzunabhängig definiert, verwaltet und anschliessend den Netzen zugeordnet. Cadence Design Systems hat
diesen Trend schon vor Jahren erkannt und
als erstes den damals in seiner Art einzigartigen Constraint-Manager für alle PCB-EditorProdukte eingeführt (Bild 1).
In seiner neusten Version können darin
alle Regeln (Constraints) zentral verwaltet
werden. Dabei wird alles übersichtlich in die
verschiedenen Disziplinen unterteilt: physikalische Regeln (Leiterbahnbreiten, Lagen,
Durchkontaktierungen usw.), Abstandsregeln zwischen den verschiedenen Objekten
(bedrahtete Pins, SMD-Pins Leiterbahnen,
Flächen usw.) und elektrische Regeln (Topologie, absolute und relative Längenvorgaben,
Impedanzen, differenzielle Leitungspaare,
Übersprechen usw.).
Regeln werden auf verschiedenen
Ebenen hierarchisch definiert
Neben den Vorgabewerten (blau) wird online angezeigt, ob die Regel erfüllt wird
(grün) oder ein Konflikt besteht (rot). Neben
dieser rein «digitalen» Prüfung (Konflikt ja
oder nein) wird jederzeit auch der vorhandene, noch erlaubte Toleranzbereich (grüner Margin-Wert) angezeigt oder umgekehrt, wie stark die Regel überschritten
wird (roter Margin-Wert). Der PCB-Layouter
verfügt damit über eine Cockpitlösung, mit
der er jederzeit sein Board unter Kontrolle
hat (Bild 2).
Bild 1: Der PCB-Editor von Cadence ist skalierbar von OrCAD bis Allegro GXL und weist ein
einheitliches Datenformat auf
Regeln werden je nach Bedarf auf verschiedenen Ebenen hierarchisch definiert:
Busse, differenzielle Leitungspaare, Netze
über passive Bauelemente hinaus (Xnet)
oder Netze. Regeln, welche der Board-Designer an mehreren Stellen verwenden
will, speichert er zentral als Regelsatz
(Constraint-Set) ab und weist sie auf den
verschiedenen hierarchischen Ebenen
(System, Design, Bus, Diff-Pair, Xnet, Net,
Match-Group oder Pin-Pair) zu. Nötige Änderungen werden zentral eingegeben und
automatisch überall nachgeführt. Jederzeit
ist auch nachvollziehbar, wo ein bestimmter Regelsatz überall angewendet wird.
Wenn die zentral definierte Regel an einer
bestimmten Stelle in einer unteren Hierarchiestufe überschrieben wird, dann gilt der
nachgetragene Wert. Es wird protokolliert,
dass es dort eine manuelle Änderung gab.
Damit ist die Regelverwaltung zentral und
schnell sowie lokal und flexibel.
Man kann die Basisregeln variabel
definieren
Der Funktionsumfang im Constraint-Manager
ist auf die Bedürfnisse des Anwenders skalierbar. Basisfunktionen sind Abstände zwischen den einzelnen Objekten und Leiterbahnbreiten. Diese Regeln lassen sich für das
ganze Board definieren oder nach Bedarf
auch für jede Lage einzeln.
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Bild 2: Der Funktionsumfang im AllegroConstraint-Manager ist auf die Bedürfnisse des
Anwenders skalierbar
Erweitern lässt sich dies mit den Bereichsregeln (Area-Rules). In dichten Packages
wie BGAs können andere Einstellungen erwünscht sein als auf dem Rest der Leiterplatte. Übertritt eine Leiterbahn die Bereichsgrenze, werden automatisch die Leiterbahnbreiten
und/oder deren Abstände zu benachbarten
Objekten entsprechend den anderen Regeln
geändert.
Mehr Effizienz mit elektrischen Regeln
Bei komplexeren Strukturen, zum Beispiel innerhalb von Bussen, wird die Topologie eines
Netzes automatisch extrahiert. Die eingegebenen Regeln werden anschliessend automatisch für den ganzen Bus angewendet. Genauso lassen sich Regeln aus anderen Designs
importieren. Bei identischer Topologie lassen
sich Regeln (Sternpunkte, Pin-Pair-Regeln
usw.) übertragen. Diese Regeln lassen sich
auch skalierbar definieren, sodass sie sich der
neuen Topologie anpassen.
Topologische Regeln sind: Definition der
Verbindungsreihenfolge innerhalb eines
Netzes, Sternpunkte, Einschränkungen der
Verbindungen auf interne, zwischen Planes
liegende Innenlagen, Kontrolle der Parallelität zu anderen Netzen auf der gleichen Lage
oder auf benachbarten Lagen.
Unter elektrische Regeln fallen auch jegliche Arten von Längenvorgaben – absolut
oder relativ, differenzielle Leitungspaare und
Leitungen mit Zielimpedanzen. Bauteilinterne
Signalverzögerungen (Pin-Delay) werden optional in die Leitungslängen mit einbezogen.
Genauso können so genannte Z-Achsen-Verzögerungen berücksichtig werden. Denn auch
beim Lagenwechsel im PCB wird eine gewisse
Distanz zurückgelegt. Bei vorgegebenen Impedanzen rechnet der integrierte Fieldsolver
die nötige Breite der Leiterbahn für jede Verbindung und jeden Layer aus.
Bei der dargestellten Netztopologie in Bild
3 handelt es sich um ein so genanntes Xnet.
Das Tool identifiziert automatisch serielle Terminierungswiderstände und stellt die zwei
daran angeschlossenen Netze gleichzeitig dar.
Dem PCB-Designer ermöglicht dies die Definition von Regeln über das erweiterte Xnet.
Eine Längenvorgabe unabhängig von der
Platzierung des Terminierungswiderstands
stellt damit kein Problem dar.
PCB-Editor erlaubt die Definition
von Systemregeln
Der PCB-Editor erlaubt durch die Erstellung
eines Design-Links die Definition von Systemregeln. Längenvorgaben können so vom Lay-
outer nicht nur innerhalb einer Leiterplatte
kontrolliert werden. Viel mehr kann er die
Längenvorgabe der Verbindung vom Sender
über Stecker, Kabel bis zum Empfänger auf
einem anderen Board prüfen. Stecker und Kabel werden über spezifische RLGC-MatrizenModelle (Resistance, Inductance, Conductance
and Capacitance) beschrieben.
Kauf oder Miete spart Kosten
Bei Investitionen in jegliche Art von Werkzeugen stellt sich die Frage nach der Rentabilität. Einerseits können durch die Skalierbarkeit der Produkte schon Kosten optimiert
werden. Um aber für selten genutzte Funktionen keine Abstriche machen zu müssen,
hat Cadence ein neuartiges Lizenzierungsmodell geschaffen. Ähnlich wie beim PrepaidHandy können alle Produkte auch projektbezogen kurzfristig gemietet werden.
Vorteile durch skalierbare
Produktfamilie
Der in allen PCB-Editor-Produkten (OrCAD und
Allegro) verfügbare Constraint-Manager vereinfacht die Arbeit des PCB-Designers, indem
er alle Regeln in einer vereinheitlichten Benutzeroberfläche verwaltet. Mit dem einheitlichen
Datenformat entsteht die erste echte skalierbare Produktfamilie. Mit verschiedenen Lizenzmechanismen können Auslastungsspitzen
abgefangen werden und der Mietansatz ist
auch für selten genutzte Funktionen höherwertiger Ausbaustufen sehr geeignet. Damit
macht der Einsatz eines professionellen Tools
effizientes Arbeiten möglich und reduziert die
Kosten auf ein Minimum.
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Bild 3: Extraktion eines
PCIx-Netzes
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Infoservice
FlowCAD Schweiz AG
Simon Zubler, Geschäftsleiter
Mellingerstrasse 12, 5443 Niederrohrdorf
Tel. 056 485 91 91, Fax 056 485 91 95
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