約束驅(qū)動型PCB設(shè)計工具簡化差分對布線

自最初開始設(shè)計 PCB 以來，約束一直是定義成品物理電路板所必要的元素。尺寸和銅重量是最早的約束。而現(xiàn)在，高速的設(shè)計對電子設(shè)備的諸多參數(shù)有約束要求，尤其是差分對。

定義約束的目的在于盡可能多地消除錯誤來源，即消除那些需要設(shè)計返工的錯誤。而且，設(shè)計錯誤發(fā)現(xiàn)得越晚，返工成本就會越高。理想狀況下，“設(shè)計即正確”的方法可使約束得到嚴格遵守，從而在設(shè)計過程中消除錯誤的可能性。但事實上，盡早驗證信號完整性對確保滿足所有約束至關(guān)重要。

設(shè)計不佳的用戶界面往往是令約束設(shè)置既繁瑣又耗時的原因之一。必須打開多個窗口，而且無法一次看到所有約束，這種設(shè)置方式往往令人暈頭轉(zhuǎn)向，極易出錯，而且迫使用戶一次只能手動更新一項約束。

更多如Mentor Graphics PADS 產(chǎn)品等更為現(xiàn)代化的設(shè)計工具，均使用基于電子表格的方法簡化了導(dǎo)入和評審約束的操作，相比基于對話框的傳統(tǒng)方法具有明顯的優(yōu)勢。

圖 1：約束管理可能非常復(fù)雜，尤其在使用基于對話框的傳統(tǒng)環(huán)境時。PADS 所使用的基于電子表格的方法簡化了整個過程

利用強大的電子表格編輯功能（例如，多行/多列復(fù)制/粘貼和自動填充），可以快速導(dǎo)入或修改大量約束值。通過打開 PADS Constraint Manager 的兩個實例，允許將約束值從一個項目復(fù)制到另一個項目，從而提供約束復(fù)用功能。

約束規(guī)范

一個特定的設(shè)計項目可能包含多個有用或無用的約束。常用的設(shè)計約束如下：

A.差分對約束包括：走線寬度、差分間距和最大分隔距離。最大分隔距離是一項層相關(guān)的約束，指定了走線在違反差分間距值的情況下能夠并行布線的長度。

圖 2：差分對約束

B.拓撲約束限制特定網(wǎng)絡(luò)的布線模式。它們用于控制布線結(jié)構(gòu)以及對網(wǎng)絡(luò)分支（管腳對）施加長度限制。拓撲類型和最大支線長度是兩類常見約束。拓撲類型可以不針對布線設(shè)置任何限制，或者以規(guī)定的方式限制布線。

最大支線長度約束應(yīng)用于使用受約束的拓撲的網(wǎng)絡(luò)類型。它限制了由鄰近網(wǎng)絡(luò)分支共用的走線長度。兩項約束均可在約束類級別指定，或在單獨的網(wǎng)絡(luò)上加以覆蓋。

C.長度約束針對網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)分支的布線長度施加限制，包括最小長度、最大長度和匹配長度。最小和最大長度約束可分配給約束類、單獨的網(wǎng)絡(luò)或單獨的網(wǎng)絡(luò)分支（管腳對）。

要定義差分對的匹配長度約束，需要使用匹配長度組。此方法針對組成員的相對長度設(shè)定限制，即任意兩個組成員之間的長度差不得超過指定的容差值。匹配長度組可能包含網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)分支（管腳對）。不允許在一個組內(nèi)混合網(wǎng)絡(luò)和管腳對。

D.布線約束針對布線層、過孔使用和走線寬度施加限制。布線約束在網(wǎng)絡(luò)類級別定義，并應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)類中的所有網(wǎng)絡(luò)。它們對布線層的使用、布線允許的過孔類型以及允許的走線寬度范圍施加限制。

圖 3：此份關(guān)于 Mentor Graphics PADS Standard 的樣例電子表格視圖顯示了可為具有自定義拓撲的單獨網(wǎng)絡(luò)分支指定的約束類型。此處顯示了匹配長度限制和支線長度違規(guī)

E.間距約束定義了特定布線層上兩個布線對象（例如走線、焊盤和銅皮區(qū)域）邊緣之間允許的最小間距。

F.電源網(wǎng)絡(luò)約束——諸如 PADS 之類的工具會基于預(yù)定義的標準名稱（例如 GND、VCC、+5V、-12V 等）自動識別電源網(wǎng)絡(luò)。

按類分組

在設(shè)計流程的早期階段對網(wǎng)絡(luò)類和約束類進行正確的分組和定義，可顯著簡化約束的定義和管理。分組約束可提高 PCB 設(shè)計效率，縮短設(shè)計時間，以及最終節(jié)省 PCB 設(shè)計成本。

差分對是由實施差分信號的兩個物理網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的組。隨著差分對數(shù)量的增加，一次定義一個差分對的做法變得極為繁瑣。而自動化可快速、輕松地創(chuàng)建差分對。網(wǎng)絡(luò)名稱通常遵循模式名稱。使用這些模式查找您想要分配為差分對的網(wǎng)絡(luò)名稱。隨即顯示建議的差分對列表；取消選中您不想分配的匹配項。

對于差分對，可以定義層相關(guān)的差分對間距。網(wǎng)絡(luò)類用于組織和加快具有類似特征的網(wǎng)絡(luò)的布線約束定義。對于網(wǎng)絡(luò)類，您可以定義允許布線的層、這些層對應(yīng)的走線寬度范圍，以及網(wǎng)絡(luò)類中的網(wǎng)絡(luò)所允許的過孔類型。

約束類用于組織和加快具有類似電氣和時序?qū)傩缘木W(wǎng)絡(luò)的長度、拓撲和其他約束定義。盡管分配給約束類的約束會自動應(yīng)用于類中的所有網(wǎng)絡(luò)，但也可以為單獨的網(wǎng)絡(luò)、管腳對和差分對自定義特殊的約束值。

圖 4：利用 PADS 的約束類，無需為單獨的網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建長度和拓撲約束

違規(guī)

傳統(tǒng)上，約束違規(guī)是在您的 PCB 設(shè)計工具中執(zhí)行檢查和評審。PADS 工具支持在 PCB 設(shè)計環(huán)境或在約束管理環(huán)境內(nèi)查看約束違規(guī)。通過在定義約束的環(huán)境內(nèi)查看違規(guī)，工程師和設(shè)計人員可采用類似的方法訪問此過程，這對工作流而言也更為自然。

查看并分析違規(guī)可使工程師在發(fā)現(xiàn)違規(guī)后即刻做出糾正。這是至關(guān)重要的一步，因為隨著設(shè)計的進一步執(zhí)行，修復(fù)問題所花費的成本會變得更高。通過在設(shè)計工具內(nèi)查看違規(guī)，錯誤可在最短的時間內(nèi)以最低的成本得到修復(fù)。

總結(jié)

約束管理應(yīng)專為滿足設(shè)計人員的日常工作過程需求而設(shè)計，具有直觀、快速和簡易的特點。采用統(tǒng)一的方法可確保實現(xiàn)“設(shè)計即正確”方法，并且消除在原理圖與 PCB 設(shè)計環(huán)境中使用單獨的約束管理工具所造成的錯誤。整個流程期間所有約束應(yīng)同步并可訪問。Mentor Graphics PADS 是約束驅(qū)動型 PCB 設(shè)計的理想工具。