Трассировка

Главная страница: Подробнее о проектировании печатных узлов

Трассировка, наряду с размещением компонентов ЭРИ, является ключом к успешному конструированию печатного узла. Altium Designer включает в себя ряд интуитивно понятных интерактивных инструментов, которые позволяют эффективно и точно произвести трассировку любой платы: от простой двухслойной платы до многослойной быстродействующей конструкции с высокой плотностью монтажа. Эти инструменты также включают в себя трассировщик дифференциальных пар и средство интерактивной подстройки длины трассы , как для одиночных цепей, так и для дифференциальных пар. Если вы проектируете конструкции высокой плотности монтажа, которые включают в себя большое количество цепей, вам будет интересна ActiveRoute – технология автоматизированной интерактивной трассировки (не автотрассировщик!), который позволяет эффективно трассировать множество цепей или соединений, выбранных вами.

Перед тем как начать трассировку, важно убедиться, что плата подготовлена соответствующим образом. Используйте эту статью в качестве контрольного перечня, который позволит убедиться, что ваша плата готова, затем перейдите к статьям более низкого уровня в дереве документации, чтобы узнать подробнее о различных подходах к трассировке.

Готова ли плата к трассировке?

Говорят, что конструирование печатных узлов на 90% состоит из размещения и на 10% – из трассировки. Можно поспорить об этом соотношении, но как правило, все сходятся во мнении, что качественное размещение компонентов ЭРИ является самым важным аспектом конструирования. Помните, что хоть вы и можете скорректировать размещение в процессе трассировки, бывает полезно провести тестовую автотрассировку на плотном участке платы для проверки того, что трассировка здесь возможна. Если автотрассировщик смог успешно завершить более 80% цепей, вы можете приступать к интерактивной трассировке на заданном количестве слоев.

Если конструкция включает в себя быстродействующие цепи, то размещение компонентов ЭРИ становится еще более критичным. В этом случае, необходимо разделять шумные цепи, такие как тактовые сигналы, и менее шумные, такие как шины данных. Также необходимо учитывать доставку питания в плате – так называемую цепь доставки питания (Power Distribution Network – PDN) – и планировать, где будут проходить критические возвратные пути этих высокоскоростных сигналов. В рамках этого процесса также является важным размещение блокировочных и развязывающих конденсаторов. Для трассировки цепей этих компонентов, производители зачастую предлагают руководства в своих даташитах – используйте их, если они доступны.

Определение приоритетов трассировки

С чего же начать? Автотрассировщик, как правило, трассирует соединения одно за другим, в то время как человек одновременно определить влияние множества соединений. Чтобы автотрассировщик смог каким-либо образом выполнить свою задачу, ему необходимо сделать предварительные расчеты на основе таких факторов, как длина соединений, их плотность, назначенные слоям трассировки направления, выравнивание направлений соединений с направлениями трассировки и т.д., после чего автотрассировщик будет следовать рассчитанному порядку. Человек также будет учитывать эти факторы, но только наряду с другими аспектами более высокого уровня, такими как пройдут ли эти 16 трасс между этими двумя компонентами, есть ли необходимость проложить эти шумные цепи на отдельной от этих чувствительных цепей паре слоев и т.д.

Сначала трассируйте цепи питания. Затем перейдите к наиболее важным сигнальным цепям, таким как генераторы, дифференциальные пары, быстродействующие интерфейсы, затем к малошумящим цепям.

Поиск цепи на плате

Неразведенная плата может выглядеть пугающе – множество линий соединений, пересекающихся по всей плате. Хорошим подходом к трассировке является работа из схемы, где можно легко найти важные компоненты и цепи. Вы можете использовать перекрестное выделение компонентов и цепей прямо на схеме, чтобы подсвечивать их соответствующие объекты на плате. Чтобы узнать подробнее, перейдите на страницу Работа между схемой и платой.

Вы также можете управлять отображением линий соединений, скрывая и маскируя те цепи, которые вас в данный момент не интересуют. Задание цвета линиям соединений важных цепей также поможет при трассировке. В разделах ниже описано, как управлять настройками отображения и цвета цепей.

Использование панели PCB для определения цепи

Полезной возможностью редактора плат является функции маскирования и затенения объектов в рабочем пространстве. По сути, это фильтр, который гасит все, что не прошло критерии этого фильтра. На рисунке ниже показана цепь, выделенная при настройке затенения (Dim) всех объектов, которых не прошли через фильтр.

Для этого необходимо перейти в режим Nets панели PCB – будет отображен список цепей платы. С помощью выпадающего списка можно задать режим затенения (Dim) или маскирования (Mask), а также включить параметры выделения (Select) и масштабирования (Zoom), как показано на рисунке ниже.

Если нажать по имени цепи в панели, то отображение в рабочем пространстве изменится – будут крупным планом отображены узлы цепи, а все объекты, кроме контактных площадок и линий соединений цепи, будут затенены. Таким образом, эта цепь будет выделена на фоне остальных объектов платы. Обратите внимание, что даже если вы нажмете где-либо в рабочем пространстве редактора, фильтр останется активным – это упрощает исследование и трассировку цепи.

Используйте возможности фильтрации, чтобы упростить поиск цепи или класса цепей.

Нажмите кнопку Clear в верхней части панели PCB, чтобы очистить фильтр и восстановить яркость объектов в рабочем пространстве (сочетание клавиш Shift+C).

Обратите внимание, что таким же образом вы можете применить фильтр к классу цепей (если класс определен) в области Net Classes панели, а также выбрать множество цепей (зажмите CTRL при выборе имени цепи в панели PCB).

В верхней части панели PCB находится выпадающий список с возможными вариантами Normal (Нормальное отображение), Dim (Затенение) и Mask (Маскирование). Режимы Dim и Mask являются режимами фильтрации, при которых все объекты, кроме необходимых, будут погашены, а выбранные объекты будут отображаться как обычно. Режим затенения Dim применяет фильтр, но позволяет редактировать все объекты в рабочем пространстве (затененные объекты сохраняют свой цвет), в то время как режим маскирования Mask отфильтровывает все прочие объекты рабочего пространства и позволяет редактировать только выбранные объекты (маскированные объекты отображаются в оттенках серого).

Степенью гашения объектов управляют ползунки Dim и Mask , которые находятся в области Mask and Dim Settings на вкладке View Options панели View Configuration. Нажмите горячую клавишу L, чтобы отобразить панель.

Чтобы очистить фильтр, используйте сочетание клавиш Shift+C. Возможности фильтра могут быть очень полезными в рабочем пространстве со множеством объектов. Их так же можно применять в панелях PCB Rules and Violations и PCB Filter.

Изменение цвета линий соединения

При передаче данных проекта из схемы на плату применяются настройки слоев и цветов по умолчанию. Линиям соединений также применяется цвет Connection Lines по умолчанию, заданный в области System Colors вкладки Layers & Colors панели View Configuration (горячая клавиша L). Настройки отображения можно примять как к 2D-, так и к 3D пространству, и вы можете сохранить и повторно использовать их в будущем (вкладка View Options панели View Configuration).

Простой способ выделить важные цепи в процессе трассировки – это изменить цвет из линий соединений. Для этого дважды щелкните по названию цепи в панели PCB – будет открыто диалоговое окно Edit Net, где вы можете изменить цвет линий соединений (переведите панель в режим Nets). Либо вы можете изменить цвет одной или нескольких цепей, выбрав требуемые цепи в панели PCB, после чего использовать команду Change Net Color одной из выбранных цепей.

Щелкните правой кнопкой мыши по выбранным цепям, чтобы изменить цвет их линий соединения.

Отображение линий соединения в цветах слоев

Помимо того, что вы можете назначить цвета линиям соединения отдельных цепей, вы можете отображать эти линии в цветах тех слоев, между которыми проходит соединение. Если соединение начинается и заканчивается на объектах на различных слоях, то начало линии будет иметь цвет слоя первого объекта, а на конце ее цвет будет преобразован в цвет слоя второго объекта, как показано на рисунке ниже.

Эта возможность полезна при трассировке многослойной платы, поскольку она визуализирует, на какой слой идет трассируемое соединение. Обратите внимание, что такое преобразование цвета применимо только в том случае, когда соединение переходит между слоями, – если соединение начинается и заканчивается на одном слое, оно будет отображено в цвете, назначенном цепи.

Чтобы использовать эту возможность, включите параметр Use Layer Colors for Connection Drawing на вкладке View Options панели View Configurations, как показано ниже.

 
Линии соединения можно отобразить в цветах их начального и конечного слоя. На изображении справа показаны несколько цепей с удаленными сегментами для демонстрации их линий соединения.

Отображение линий соединения в режиме одного слоя

Графическое представление многослойных платы может оказаться перегружено информацией, что затрудняет ее восприятие. Чтобы преодолеть эту трудность, есть возможность быстро перейти в режим отображения одного слоя с помощью сочетания клавиш Shift+S.

Как правило, при использовании этого режима все соединительные линии, которые не начинаются и заканчиваются на выбранном слое, также скрываются, поскольку предполагается, что в данный момент нет необходимости их отображать. Чтобы соединительные линии отображались постоянно, включите параметр All Connections in Single Layer Mode на вкладке View Options панели View Configurations, как показано на рисунке ниже.

Управление отображением линий соединения в режиме одного слоя.

Отображение/скрытие линий соединения

Вы можете скрыть одну, несколько или все соединительные линии не только с помощью фильтрации цепей в панели PCB. Существует ряд команд для управления отображением соединительных линий в меню View » Connections. Вы можете открыть эти команды с помощью горячей клавиши N.

Переопределение цвета цепи – Отображение цвета цепи на ее трассах

Вы также можете использовать цвет цепи на ее трассах, включив параметр переопределения ее цвета.

В панели настроено маскирование без выделения, и здесь было выбрано две цепи – соответственно, они отображены в рабочем пространстве, остальные объекты маскированы. У цепи YOUT включен параметр переопределения цвета, и объекты ее цепи отображаются подобно шахматной доске.

Чтобы использовать функцию переопределения цвета цепи, необходимо:

1. Применить нужный цвет к цепи (или цепям) – дважды щелкните по цепи в панели PCB (в режиме Nets), чтобы открыть диалоговое окно Edit Net, где можно задать необходимый цвет Connection Color. Либо щелкните правой кнопкой мыши по цепи (или выделенным цепям) в панели PCB и выберите команду Change Net Color, как было описано ранее в разделе Изменение цвета соединительных линий этой страницы.
2. Включите переопределение цвета для этих цепей – включение переопределения цвета каждой цепи, поставив флажок слева от их названий в панели PCB, как показано на рисунке выше для цепи YOUT. Флажки можно поставить и для множества цепей с помощью команды ПКМ » Display Override » Selected On/Off.
3. Настройте параметры переопределения цветов – цвет цепи переопределяет цвет слоя в соответствии с настройками на странице PCB Editor - Board Insight Color Overrides диалогового окна Preferences, как показано ниже.
4. Включите параметр Net Color Override – нажмите F5 для глобального включения или отключения параметра Net Color Override, либо используйте кнопку в панели View Configurations на вкладке View Options.

Используйте опцию переопределения цвета, чтобы выделить трассированные цепи.

Каждая цепь, у которой включен параметр переопределения цвета цепи, будет отображена в зависимости от настроек переопределения цвета, как показано на рисунке выше.

• При приближении вида, цепь с включенным параметром переопределения цвета будет отображена с выбранным параметром Base Pattern. В примере на рисунке выше цепь отображается с чередованием цветных областей в шахматном порядке.
• При отдалении вида, будет преобладать цвет, заданный параметром Zoom Out Behavior. На рисунке выше задано преобладание цвета цепи, и это видно на малом рисунке справа.

использования функции переопределения цвета цепи для простой идентификации классов цепей в быстродействующем проекте. Наведите курсор мыши, чтобы увидеть эту же плату с отключенной функцией переопределения цепи (изображение предоставлено FEDEVEL Open Source, www.fedevel.com)

Заданы ли правила проектирования?

Главные страницы: Ограничения проекта - Правила проектирования, Справочник по правилам проектирования

Перед тем, как начать трассировку, необходимо настроить применимые к трассировке правила проектирования. Выберите команду Design » Rules, чтобы открыть диалоговое окно PCB Rules and Constraints Editor. В этом диалоговом окне слева отображено дерево 10 категорий правил: от электрических правил (Electrical) до правил целостности сигналов (Signal Integrity). В каждой категории находится ряд правил различных типов, например, для трассировки вы можете задать правила восьми различных типов.

При выборе типа правила будет отображен список все заданных в данный момент правил этого типа. На рисунке ниже показано три правила для ширины трасс, заданных для платы. Обратите внимание на приоритеты правил, которые задают очередность их применения – приоритет 1 является наивысшим. В ходе проверки объекта на соответствие правилам система ищет правило с наивысшим приоритетом.

Три правила для ширины трасс, заданных в плате.

В дереве в левой части диалогового окна нажмите на имя отдельного правила, чтобы отобразить настройки этого правила. У каждого правила есть две отдельные части – его ограничения (каковы требования?) и его область действия (к каким объектам будет применено это правило?). На примере правила для ширины трасс, рассмотрим эти части более подробно.

Ограничения правила

Ограничения правила задают набор настроек или граничных значений, которые необходимо применить к объектам.

Ограничения правила для ширины трасс Width задает минимальную, предпочтительную и максимальную ширину сегментов, которые составляют трассу цепи. Обратите внимание, что такой набор значений можно задать для каждого слоя платы – важный аспект с точки зрения трассировки с контролируемым импедансом. Полезной функцией является возможность изменения ширины трассы в процессе трассировки – подробнее об этом смотрите в статье Интерактивная трассировка.

Ограничения правила задают требования, определяемые этим правилом. Это правило задает ширину трасс цепей, к которым это правило применено – она должна быть от 0,1 до 3,0 мм.

Область действия правила

Altium Designer позволяет гибко и эффективно задавать правила для точной фиксации требований к проекту, насколько бы сложными они ни были. Вместо задания требований к трассировке в качестве атрибутов объектов, отдельно происходит задание правил проектирования, затем указание, к каким объектам они должны применяться, в соответствии с формулой: «Я хочу, чтобы это правило применялось к этим объектам».

Область действия правила задается вводом запроса, который определяет, к каким объектам это правило будет применено.

В основе системы определения области действия правил лежит модуль фильтрации редактора плат. На самом деле, каждая область действия правила – это запрос, но для многих правил вы можете задать с помощью выпадающего списка. Например, на рисунке выше запрос указывает на цепь GND, который на самом деле является запросом в виде InNet('GND'). При отсутствии нужного варианта следует выбрать Custom Query в выпадающем списке и затем использовать Query Builder, чтобы пройти через процесс создания запроса, либо ввести запрос самостоятельно, используя Query Helper при необходимости.

Таким образом, благодаря точному заданию области действия правила и возможности назначить приоритет каждому правилу, у вас есть полный контроль над требованиями к конструкции.

Правило для ширины трасс цепей Width

Справка по правилу: Width

Самым базовым правилом трассировки является правило для ширины трасс цепей Width. Ваш проект должен содержать по крайней мере одно правило для ширины трасс всех цепей на плате.

Но определение только одного правила, в котором определяется необходимая минимальная и максимальная ширина трасс для всей платы, является не самым лучшим подходом. Более оптимально задать одно правило, которое будет применено к большинству цепей, с областью действия All, и затем добавлять дополнительные правила для отдельных цепей и их классов, например цепь GND или класс цепей PowerNets (если такой класс был создан). Задайте этим правилам более высокий приоритет, и когда вы будете трассировать одну из этих цепей, их правило с более высоким приоритетом будет переопределять общее правило с областью действия All – таким образом, вы получите трассировку корректной ширины. Необходимые правила Width должны быть определены перед началом трассировки.

Правило для расстояния между проводящими объектами Clearance Constraint

Справка по правилу: Clearance Constraint

Бок о бок с правилом для ширины идет правило, ограничивающее расстояние между проводящими объектами. Здесь вы также можете задать множество ограничений, чтобы держать силовые цепи или дифференциальные пары на большем расстоянии от остальных цепей, определить специфическое расстояние от трасс до полигонов, и т.д. Необходимые правила Clearance Constraints должны быть определены перед началом трассировки.

Перейдите в Справочник по правилам проектирования, чтобы получить более подробную информацию о правилах.

Настройка слоев для трассировки

Главная страница: Определение структуры слоев

Настройка слоев для трассировки, или сигнальных слоев, осуществляется в диалоговом окне Layer Stack Manager (Design » Layer Stack Manager), как показано ниже. Добавляйте слои и настраивайте их расположение в структуре платы с помощью этого диалогового окна.

Добавленные электрические слои в диалоговом окне Layer Stack Manager.

Управление отображением всех слоев, а также добавление механических слоев, осуществляется в панели View Configurations (клавиша L), которая изображена ниже.

Управление отображением всех слоев осуществляется в панели View Configurations.

Что дальше?

Готовы к трассировке? Altium Designer включает в себя ряд инструментов интерактивной трассировки, в том числе инструменты интерактивной трассировки одиночных цепей и дифференциальных пар.

Также изучите ActiveRoute – технологию автоматизированной интерактивной трассировки цепей или соединений, выбранных проектировщиком. Технология ActiveRoute позволяет задать путь, вдоль которого будут проходить новые трассы цепей.