Подстройка длины

Главная страница: Трассировка

Двумя ключевыми задачами проектирования быстродействующих устройств являются контроль импеданса трасс и согласование длин критически важных цепей. Трассировка с контролируемым импедансом обеспечивает корректную передачу сигнала от выходного вывода к целевому входному. Согласование длины трасс обеспечивает синхронизацию приема чувствительных ко времени сигналов их целевыми выводами. Подстройка и согласование длины трасс также является важным элементом трассировки дифференциальных пар.

Для согласования длины дифференциальных пар в трассировку были добавлены аккордеоны.

Команды Interactive Length Tuning и Interactive Diff Pair Length Tuning (доступны в меню Route) предоставляют динамические средства оптимизации и контроля длины цепей и дифференциальных пар, позволяя добавлять паттерны переменной амплитуды (аккордеоны) в соответствии с доступным пространством, правилами и препятствиями в конструкции.

Свойства подстройки длины могут быть основаны на правилах проектирования, свойствах цепи или указанных конструктором значениях. Управление этими аккордеонами осуществляется через панель Properties в режиме Interactive Length Tuning – нажмите Tab в процессе подстройки длины, чтобы открыть панель в этом режиме.

Подстройка длины цепи

Преимуществом подстройки длины является интеллектуальное сочетание сложных программных алгоритмов с интуитивно-понятными элементами управления. Добавление сегментов для подстройки длины осуществляется простым проведением курсора мыши вдоль пути трассы, а размеры и положение различных сегментов и дуг, которые составляют подстроечные сегменты, рассчитываются и добавляются алгоритмом подстройки длины автоматически. Сочетания клавиш позволяют управлять стилем и свойствами подстроечных сегментов при их добавлении.

При запуске из меню Route, команда Interactive Length Tuning запрашивает выбор трассы. После щелчка ЛКМ по цепи или дифференциальной паре (или любой свободной линии или трассе) вы просто проводите курсором вдоль пути трассы. Если вы сошли с курса, просто переместите курсор обратно на трассу – алгоритм добавит подстроечные сегменты до этой точки.

Подстроечные сегменты добавляются автоматически при движении курсора вдоль пути трассы.

Управление стилем и размером подстройки длины

Есть два ключевых элемента на пути к успешной работе с инструментом подстройки длины: освоение сочетаний клавиш и понимание индикатора длины цепи.

Доступные в процессе подстройки длины сочетания:

Использование сочетаний клавиш для управления формой и амплитудой подстроечных аккордеонов в процессе их размещения.

Управление целевой длиной

Существует три подхода к указанию целевой длины: определение вручную, на основе уже растрассированной цепи и определение по правилам проектирования.

Для выбора того, какой из этих методов будет использоваться, нажмите Tab в процессе подстройки длины, чтобы открыть панель Properties в режиме Interactive Length Tuning. В разделе Target Length панели находятся опции для выбора нужного режима целевой длины. В нижней части панели находятся опции, определяющие форму и размеры аккордеона, которыми также можно управлять с помощью сочетаний клавиш, обозначенных выше.

• Manual (Вручную) – введите длину в поле Target Length. В случае если вы захотите использовать одно из последних примененных значений, они сохраняются в списке Recently Used Lengths.
• From Net (Из цепи) – выберите цепь из списка цепей в проекте. Длина этой цепи станет целевой, но это значение будет переопределено, если существуют более строгие правила. О том, как применяются правила, сказано ниже.
• From Rules (Из правил) – применяемые правила Length и Matched Length. Система будет следовать наиболее строгой комбинации этих правил. Дважды щелкните ЛКМ по правилу в списке в панели, чтобы подробно изучить его свойства.

Нажмите Tab в процессе подстройки длины, чтобы открыть панель в режиме Interactive Length Tuning, где можно выбрать режим целевой длины и настроить параметры аккордеона.

Почему подстроечные аккордеоны иногда пропадают?

Функции подстройки длины позволяют создавать аккордеоны в соответствии с текущими настройками максимальной амплитуды (Max Amplitude), зазора (Space), скоса (Miter) и стиля (Style). Есть сочетания этих настроек и текущего значения ширины трассы, с которыми невозможно создать форму аккордеона. Если вы хотите осуществить подстройку длины, и аккордеоны не появляются, попробуйте следующее:

1. В процессе работы откройте панель Properties, чтобы отобразить различные настройки. В процессе интерактивной подстройки длины будет автоматически открыт режим Interactive Length Tuning панели.
2. Нажимайте Пробел, пока не переключитесь в режим Mitered Lines.
3. Несколько раз нажмите клавишу 1, чтобы уменьшить скос до нуля.
4. При первом щелчке ЛКМ по трассе для подстройки ее длины будет отображен прямоугольник выделения. Если он очень большой (выходит за пределы соседних трасс на большое расстояние), несколько раз нажмите клавишу , чтобы уменьшить амплитуду. При каждом нажатии клавиши амплитуда будет уменьшена на текущее значение Max Amplitude Step. Разумное значение этого шага составляет примерно 1/10 от значения Max Amplitude. Если значение шага слишком велико, нажмите клавишу Tab, чтобы приостановить подстройку длины, введите подходящее значение шага и нажмите кнопку , чтобы вернуться к подстройке длины.
5. Если белый граничный прямоугольник слишком мал, когда вы начали подстройку длины, нажимайте клавишу , чтобы увеличить амплитуду.

После выполнения этих шагов, при подстройке должны появиться прямоугольные подстроечные сегменты. В процессе работы также помните о следующем:

• Функциям подстройки длины проще всего создавать аккордеоны со стилем Mitered Lines.
• При использовании стиля Mitered Arcs, текущее значение скоса также работает вместе с настройками амплитуды и зазора. Если вы используете этот стиль, может помочь использование малого значения скоса, пока вы не подберете подходящие значения амплитуды и зазора, с последующим увеличением скоса до нужного значения.
• Наиболее сложным в создании является стиль Rounded, поскольку возможность создания полукруглых концов напрямую связана с текущими значениями амплитуды и зазора. Как правило, аккордеоны могут быть созданы, когда Амплитуда > Радиус + Ширина трасс.

Настройка правил проектирования

Существует два правила, которым следует процесс подстройки длины: правило Matched Length и правило Length – оба находятся в категории High Speed диалогового окна PCB Rules and Constraints Editor. Одно или оба этих правила могут быть важны для проекта – это зависит от того, насколько ваш проект критичен к потенциальным проблемам синхронизации (сигналы приходят в разное время – используйте правило Matched Length) и общей задержки сигналов (используйте правило Length).

Правило проектирования Matched Length

Правило проектирования Matched Length позволяет указать, что целевые цепи должны иметь длину самой длинной цепи в наборе, в указанном допуске ( показать изображение). Набор целевых цепей определяется областью действия правила, т.е. запросом.

Инструмент подстройки длины затем найдет наиболее длинную цепь в наборе целевых цепей и задаст допустимый диапазон и целевое значение (Value):

• Целевая длина = Самая длинная растрассированная цепь в наборе (вертикальная зеленая полоска в индикаторе)
• Нижний предел = Самая длинная цепь - Допуск правила Matched Length (левая желтая полоска в индикаторе)
• Верхний предел = Целевая длина (правая желтая полоска в индикаторе, на изображении выше закрыта зеленой полоской)
• Красный/зеленый ползунок = текущая общая длина трассировки

Правило проектирования Length

Правило проектирования Length позволяет указать общую проложенную длину цепи или набора цепей. Целевые цепи должны иметь длину в диапазоне между указанными значениями Minimum и Maximum ( показать изображение).

Средство подстройки длины определит самую длинную цепь в наборе целевых цепей и предложит следующий допустимый диапазон и целевую длину (Value):

• Целевая длина = Самая длинная растрассированная цепь в наборе (вертикальная зеленая полоска в индикаторе)
• Нижний предел = Минимум правила (левая желтая полоска в индикаторе)
• Верхний предел = Максимум правила (правая желтая полоска в индикаторе)
• Красный/зеленый ползунок = текущая общая длина трассировки

Как применяются перекрывающиеся правила

Если существует применяемое правило Length и правило Matched Length, средство подстройки длины будет учитывать оба правила и обрабатывать самый строгий набор ограничений.

Допустимый диапазон и целевая длина (Value) определяются следующим образом:

• Целевая длина = Самая длинная растрассированная цепь в наборе или наименьший верхний предел из правил (вертикальная зеленая полоска в индикаторе, на изображении выше закрыта правой желтой полоской)
• Нижний предел = (Самая длинная цепь - Допуск правила Matched Length) или наибольший нижний предел из правил (левая желтая полоска в индикаторе)
• Верхний предел = Целевая длина (правая желтая полоска в индикаторе)
• Допустимый диапазон = от наибольшего нижнего предела до наименьшего верхнего предела (самое строгое сочетание правил Length и Matched Length)
• Красный/зеленый ползунок = текущая общая длина трассировки

Например, если максимальная длина, заданная правилом Length, меньше длины самой длинной существующей трассы, найденной правилом Matched Length, то правило Length будет иметь более высокий приоритет, и в процессе подстройки будет использоваться эта меньшая длина. В панели отображены вычисленные значения Min Limit (Нижний предел) и Max Limit (Верхний предел) для каждого правила – используйте их для проверки того, что целевые значения длины соответствуют ожидаемым.

На изображении выше показано, что к целевым цепям применено правило Length и правило Matched Length. Обратите внимание, что наиболее строгие значения пришли из правила Matched Length (tolerance 0.5mm), значение Max Limit показывает, что текущая длина наиболее длинной цепи в наборе целевых цепей составляет 46.836mm (что меньше максимального значения, допустимого правилом Length). В этом примере, наиболее строгим допуском в диапазоне длин является допуск, определенный правилом Matched Length (0.5mm), поэтому это значение применяется для вычисления допустимого диапазона. Целевая длина всегда является наиболее строгим значением максимальной длины.

Использование индикатора длины цепи

Если определено правило Length и/или Matched Length, вы можете отслеживать длину в процессе интерактивной трассировки или интерактивной подстройки длины с помощью индикатора длины цепи. В процессе трассировки или подстройки длины нажмите Shift+G для включения и отключения индикатора.

Индикатор показывает текущую проложенную длину в виде числа, а красный/желтый ползунок показывает оцениваемую длину. Если вы осуществляете подстройку длины существующей трассы, то оцениваемой длиной будет сумма всех размещенных трасс и дуг (фактическая физическая длина). Если вы используете индикатор длины при интерактивной трассировке цепи, то оцениваемой длиной будет сумма всех размещенных объектов плюс оставшееся расстояние до целевой контактной площадки (длина линии соединения).

В процессе интерактивной трассировки может показаться запутанным, что проложенная длина еще даже не достигла минимального значения правила, а ползунок индикатора уже находится в диапазоне между минимумом и максимумом, как это показано на изображении ниже. Так происходит, поскольку при интерактивной трассировке ползунок отображает оцениваемую длину, где:

Оцениваемая длина = Проложенная длина + расстояние до цели (длина линии соединения).

Индикатор, отображаемый для правила Length, учитываемого при интерактивной трассировке. Текущая проложенная длина отображается в виде числа, ползунок показывает текущую оцениваемую длину.

Индикатор работает следующим образом:

• Прямоугольник определяет границы индикатора.
• Две вертикальные желтые полосы обозначают минимальную и максимальную допустимую длину. Эти значения определяются наиболее строгим сочетанием правил проектирования, как описано выше.
• Красный или зеленый ползунок показывает текущую проложенную длину цепи (при интерактивной подстройке длины) или оцениваемую длину (при интерактивной трассировке). Индикатор меняет цвет с красного на зеленый, когда текущая длина переходит в допустимый диапазон.
• Текущая проложенная длина (длина размещенных трасс и дуг) отображается как числовое значение поверх ползунка индикатора (62.781 мм на изображении в примере).
• Прямоугольные границы индикатора показывают общий диапазон допустимых значений длины, смысл верхнего и нижнего пределов зависит от выбранного режима целевой длины.
  • Если выбран режим целевой длины Manual или From Net и нет применяемого правила Length, нижним пределом ползунка будет длина текущей цепи, а верхним пределом будет указанная максимальная длина.
  • Если выбран режим Manual или From Net и существует применяемое правило Length, нижний предел ползунка берется из правила или текущей длины трассировки (в зависимости от того, что меньше), верхний предел определяется пользователем.
  • Если выбран режим From Rule и существует применяемое правило Length или применяемое правило Matched Length или их сочетание, нижний предел ползунка определяется правилом или текущей длиной трассировки (в зависимости от того, что меньше), а верхний предел определяется максимальным пределом правила.

Пример индикатора длины

Настройки индикатора вычисляются из ограничений, определенных правилами проектирования.

• Минимум индикатора (левая граница) равен 45 (наименьший Нижний предел)
• Максимум индикатора (правая граница) равен 48 (наибольший Верхний предел)
• Левая желтая полоска (наибольший Нижний предел) равна 46.58
• Правая желтая полоска (наименьший Верхний предел) равна 47.58 (на изображении выше закрыта зеленой полоской)
• Зеленая полоска (Целевая длина) равна 47.58 (длина трассировки самой длинной цепи в наборе, равна Верхнему пределу)
• Зеленый ползунок и наложенное числовое значение (текущая длина трассировки) равны 47.197.

Использование панели PCB

Панель PCB в режиме Nets показывает текущую длину трассированных сигналов. Этот режим панели по умолчанию также показывает название, количество узлов, проложенную длину и непроложенную (манхэттенскую) длину. Щелкните ПКМ в области заголовков столбцов в панели, чтобы вызвать меню, где можно выбрать дополнительные столбцы и скрыть имеющиеся.

Если существуют заданные правила Length, то статус трассировки каждой цепи, попадающей в область действия правила, также отображается цветом – выделение желтым означает, что длина трассировки меньше минимума правила; нет выделения, если цепь соответствует правилу; красным, если длина трассировки больше максимума правила.

Три цепи соответствуют правилу Length, две – слишком короткие, одна – слишком длинная.

Подстройка длины дифференциальных пар

Длину дифференциальных пар также можно подстроить в соответствии с длиной других дифференциальных пар с помощью команды Interactive Differential Pair Length Tuning (меню Route). Как и при трассировке дифференциальных пар, эта команда работает с двумя цепями одновременно.

Если вы планируете осуществлять подстройку длины дифференциальных пар, создайте следующие правила для набора дифференциальных пар:

• Одно правило Matched Length, которое определяет требования к согласованию длины между парами. Чтобы настроить правило для проверки длины одной пары в соответствии с длиной другой пары, включите опцию Group Matched Lengths.
• Второе правило, с более высоким приоритетом, которое определяет требования к согласованию длин цепей внутри пары. Чтобы настроить правило для проверки длины одной цепи в паре в соответствии с другой цепью в паре, включите опцию Within Differential Pair Length.

Хорошим подходом к согласованию длин дифференциальных пар является следующая последовательность действий:

1. Трассировка дифференциальных пар.
2. Первая подстройка длины между парами с помощью команды Interactive Differential Pair Length Tuning. Подстройка длины использует наибольшую длину сигнала в самой длинной паре в качестве целевой длины и подстраивает самую длинную цепь в паре в соответствии с этой длиной.
3. Последующая подстройка длины более короткой цепи внутри каждой пары по другой цепи в паре с помощью команды Interactive Length Tuning.
4. Теперь вы можете использовать панель PCB Rules and Violations для проверки правил Matched Net Length внутри пар. Для этого выберите Matched Net Lengths в разделе панели Rule Classes, затем щелкните ПКМ по нужному правилу Matched Length и выберите команду Run DRC Rule <НазваниеПравила> из контекстного меню. Измените подстроечные аккордеоны отдельных цепей необходимым образом.
5. Затем используйте панель PCB Rules and Violations для проверки правил Matched Net Length между парами, используя тот же процесс. Измените подстроечные аккордеоны дифференциальных пар необходимым образом.

Изменение формы размещенного аккордеона

Для изменения размещенного аккордеона выделите его щелчком ЛКМ – будут отображены ручки управления, как показано на анимации ниже. Зажмите ЛКМ и перетащите край или вершину, чтобы изменить границу области аккордеона – размер частей аккордеона будет автоматически изменен в соответствии с обновленными границами области.

Измените границы области для создания аккордеона требуемой формы.

Преобразование аккордеона в примитивы

Подстроечный аккордеон, будучи объединением (Union), является групповым объектом, состоящим из отдельных сегментов трасс и/или дуг. Как и другие групповые объекты, такие как компоненты, координаты, размеры и полигоны, вы можете разбивать подстроечные аккордеоны. Иными словами, аккордеон можно преобразовать в составляющие его свободные примитивы, каждый из которых можно изменять независимо. Для этого используйте команду Explode Length Tuning, доступную в главном меню (Tools » Convert) или в контекстном меню (Unions). Обратите внимание, что это действие работает только в одну сторону – разбитый объект нельзя преобразовать обратно в объект этого типа.

Что дальше?

• Трассировка
• Интерактивная трассировка
• Трассировка дифференциальных пар
• Трассировка с контролируемым импедансом
• Изменение трассировки
• Быстродействующие проекты
• Веб-сайт Эрика Богатина (Eric Bogatin) – лектора и эксперта в области целостности сигналов: http://www.bethesignal.com/
• Веб-сайт д-ра Говарда Джонсона (Dr Howard Johnson) – лектора и эксперта в области быстродействующих проектов: http://www.signalintegrity.com/
• Веб-сайт Ли Ритчи (Lee Ritchey) – лектора и эксперта в области проектирования быстродействующих печатных плат: http://www.speedingedge.com/