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技術(shù)專(zhuān)題
PCB設(shè)計(jì)優(yōu)化PCB布局約束管理
在PCB設(shè)計(jì)方面，許多設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)規(guī)則和約束管理方面仍在嘗試使用“一刀切”的方法。雖然穿一雙過(guò)大的襪子可能有些不適，但電路板在其間距規(guī)則和其他設(shè)計(jì)約束方面承受不了足夠的空間。要設(shè)計(jì)既能按預(yù)期工作又易于制造的電路板，則需要針對(duì)設(shè)計(jì)精確地調(diào)整布局約束管理。這里有一些關(guān)于如何最好地做到這一點(diǎn)的想法。
為什么PCB布局約束管理很重要
電路板是電子工程時(shí)代的奇跡，它們依靠設(shè)計(jì)的精確性來(lái)正常工作。盡管30年前對(duì)電路板的電氣和制造要求允許在設(shè)計(jì)規(guī)范中進(jìn)行更多的取舍，但如今已不再如此。因此，必須嚴(yán)格控制電路板上金屬部件之間以及板對(duì)象（如組件）之間的間隙。相同的控件也適用于金屬走線的寬度，連接方式以及PCB電氣連接的許多其他方面。
布局約束管理的電氣注意事項(xiàng)
考慮以下電氣原因，控制電路板的設(shè)計(jì)規(guī)則和約束很重要：
電源：設(shè)計(jì)中的某些金屬走線將以比板上其他信號(hào)走線更高的電流傳導(dǎo)功率。這些走線需要更寬，以防止電流通過(guò)走線燃燒。
阻抗：一些信號(hào)跡線必須保持在非常精確的阻抗水平，以實(shí)現(xiàn)最佳性能。這要求走線在電路板的特定層上以特定寬度布線。
時(shí)序：其他軌跡將用于在處理器芯片及其關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)設(shè)備之間路由數(shù)據(jù)，地址和時(shí)鐘信號(hào)。為了使這些部件正確運(yùn)行，這些走線上的信號(hào)必須在特定時(shí)間到達(dá)其目的地。為了控制這一點(diǎn)，必須將跡線布線到特定的長(zhǎng)度，以便彼此匹配。
信號(hào)完整性：電路板上的許多走線會(huì)輻射能量，從而為電路板上的其他電路甚至電路板外部的其他設(shè)備產(chǎn)生噪聲。為了防止這種情況發(fā)生，并防止它們受到傳入的EMI的影響，必須將它們內(nèi)部連接在板上的地平面之間，以對(duì)其進(jìn)行屏蔽。
高速：必須將高速信號(hào)路徑中的許多信號(hào)按特定的模式布線。還必須對(duì)此進(jìn)行控制，以使信號(hào)以規(guī)定的順序到達(dá)其不同的目的地。
布局約束管理的制造注意事項(xiàng)
設(shè)計(jì)規(guī)則和約束的控制不僅適用于電路板的電氣方面。由于以下原因，它對(duì)于制造也很重要：
組裝：需要對(duì)電路板上的組件進(jìn)行排列，以便可以通過(guò)自動(dòng)組裝設(shè)備輕松地安裝它們。另外，返工技術(shù)人員必須分配足夠的空間來(lái)手動(dòng)組裝較大和/或更多的非標(biāo)準(zhǔn)組件。
可焊性：制造商使用的自動(dòng)焊接系統(tǒng)要求某些組件的方向和板上的間距才能獲得高產(chǎn)量的焊接結(jié)果。組件如何連接到大面積金屬對(duì)于防止熱不平衡也很重要，因?yàn)闊岵黄胶鈺?huì)影響焊接過(guò)程。
可訪問(wèn)性：還必須能夠訪問(wèn)電路板上的零件，以進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試和手動(dòng)返工。另外，技術(shù)人員必須可以使用連接器和開(kāi)關(guān)之類(lèi)的組件。
如您所見(jiàn)，在電路板設(shè)計(jì)期間控制電路板的規(guī)則和約束非常重要。接下來(lái)，我們將研究如果不執(zhí)行此控件，您可能會(huì)遇到的一些問(wèn)題。
如我們所見(jiàn)，對(duì)PCB設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)規(guī)則和約束進(jìn)行精確控制非常重要，原因有很多。因此，PCB設(shè)計(jì)工具通常配備有多個(gè)規(guī)則和約束，以在電路板布局期間指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員。但是，如果不使用這些約束，則會(huì)發(fā)生問(wèn)題，這通常是因?yàn)樵O(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)沒(méi)有花時(shí)間安裝應(yīng)有的規(guī)則。
公平地說(shuō)，在PCB設(shè)計(jì)CAD工具中使用設(shè)計(jì)規(guī)則歷來(lái)很復(fù)雜。由于設(shè)計(jì)人員通常不希望因采取任何額外的步驟而放慢腳步，以便盡快開(kāi)始工作，因此他們將僅依賴(lài)默認(rèn)約束設(shè)置。但是，這是一把雙刃劍，因?yàn)樵O(shè)計(jì)師現(xiàn)在不得不依靠自己的記憶來(lái)記住哪些跡線必須增加寬度，或者哪些組件需要額外的間距。如果設(shè)計(jì)足夠小，這可能會(huì)起作用，但是即使是較小的設(shè)計(jì)也具有不可忽略的重要規(guī)則和約束。
另一個(gè)問(wèn)題是，隨著設(shè)計(jì)的進(jìn)行，手動(dòng)更改可能不會(huì)生效。例如，如果以后使用路由工具編輯了寬度已增加的跡線，則可能會(huì)恢復(fù)為原始大小。如果另一個(gè)設(shè)計(jì)師在同一個(gè)設(shè)計(jì)上做一些工作，也會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。他們可能沒(méi)有與原始設(shè)計(jì)者相同的知識(shí)，并且可能會(huì)引入錯(cuò)誤或撤消某些不應(yīng)該涉及的手動(dòng)更改。
為避免此類(lèi)問(wèn)題，最好使用配備了高級(jí)約束管理系統(tǒng)的PCB設(shè)計(jì)工具集。這將簡(jiǎn)化設(shè)置約束，并鼓勵(lì)PCB設(shè)計(jì)人員使用它們。
由于使用較舊的PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)存在困難，因此設(shè)計(jì)師習(xí)慣了沒(méi)有設(shè)計(jì)規(guī)則和約束的情況也就不足為奇了。以下是約束系統(tǒng)中的一些功能，可以幫助您提高工作效率：
電子表格格式，可輕松進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入以及復(fù)制和粘貼，多個(gè)單元格輸入和搜索功能
可配置電子表格單元格以根據(jù)需要顯示數(shù)據(jù)
從原理圖或布局中輸入規(guī)則和約束的能力，如上圖所示
用戶(hù)定義的類(lèi)可根據(jù)需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)和組件進(jìn)行分組
涵蓋設(shè)計(jì)的電氣，物理和制造方面的不同類(lèi)別的規(guī)則
可以為組件間距，走線寬度和間距，走線長(zhǎng)度和拓?fù)洌ㄟ^(guò)類(lèi)型等設(shè)置的特定規(guī)則。
將規(guī)則附加到單個(gè)項(xiàng)目和類(lèi)別以及單個(gè)或多個(gè)板層的能力
導(dǎo)入和導(dǎo)出功能可幫助管理約束集
正如設(shè)計(jì)工具中的多種路由功能可以幫助您在布線PCB網(wǎng)絡(luò)時(shí)提高生產(chǎn)率一樣，約束管理系統(tǒng)中的多種功能也可以幫助您提高生產(chǎn)率。關(guān)鍵是要使用這些功能，接下來(lái)我們將看一個(gè)示例。
在上圖中，您可以看到一些分組在一起的時(shí)鐘網(wǎng)。這些網(wǎng)絡(luò)具有需要使用的特定通孔，這些通孔在“
Vias”列下分配。將這些通孔分配給這些網(wǎng)絡(luò)后，您將在布線過(guò)程中獲得指定的通孔，而不必記住手動(dòng)更改為其他通孔。但是，Allegro的約束管理器使您不僅可以控制跡線寬度，還可以通過(guò)分配進(jìn)行控制。可以設(shè)置多種電氣約束設(shè)置，包括反射和邊緣失真，串?dāng)_，時(shí)序，阻抗和傳播延遲，這些僅適用于啟動(dòng)器。
如果您沒(méi)有使用PCB布局管理來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)，那么您應(yīng)該了解一下該技術(shù)將為您帶來(lái)的所有好處。除了幫助您布置更好地為制造做好準(zhǔn)備的電路板之外，您還將擁有在設(shè)計(jì)中具有更好的信號(hào)完整性和系統(tǒng)性能所需的工具。