Помощь студентам в учебе
РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 9
1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 11
1.1 Обзор литературы 11
1.2 Обзор известных САПР с точки зрения выбора для решения проблем топологической трассировки 15
2 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 33
2.1 Анализ проблем, возникающих при проектировании плат
быстродействующей аппаратуры 33
2.2 Повороты сигнальных проводников как источник неоднородностей в
линиях передачи в печатном монтаже 34
2.3 Дифференциальная пара в печатном монтаже 39
2.4 Металлизированные отверстия источники неоднородностей в линиях
передачи в печатном монтаже 42
2.5 Индуктивные неоднородности в печатном монтаже 46
2.6 Топологическая трассировка платы быстродействующей аппаратуры в
Altium Designer с точки зрения выбора решений 50
3 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ 56
3.1 Пример решения задачи. Повороты сигнальных проводников как
источник неоднородностей в линиях передачи в печатном монтаже 56
3.2 Пример решения задачи. Дифференциальная пара в печатном
монтаже 66
3.3 Пример решения задачи. Металлизированные отверстия источники
неоднородностей в линиях в печатном монтаже 81
3.4 Пример решения задачи. Индуктивные неоднородности в печатном
монтаже 91
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 96
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 98
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. «Набор правил для проектирования топологии печатной платы» 102
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Плакат «Повороты сигнальных проводников как
источники неоднородностей в линиях передачи 103
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Плакат «Дифференциальная пара в печатном монтаже» 104
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Плакат «Металлизированные отверстия как источники
неоднородностей в линиях передачи в печатном монтаже 105
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Плакат «Металлизированные отверстия как источники неоднородностей в линиях передачи в печатном монтаже, много переходных
отверстий 106
ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Плакат. Индуктивные неоднородности 107
ВВЕДЕНИЕ 9
1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 11
1.1 Обзор литературы 11
1.2 Обзор известных САПР с точки зрения выбора для решения проблем топологической трассировки 15
2 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 33
2.1 Анализ проблем, возникающих при проектировании плат
быстродействующей аппаратуры 33
2.2 Повороты сигнальных проводников как источник неоднородностей в
линиях передачи в печатном монтаже 34
2.3 Дифференциальная пара в печатном монтаже 39
2.4 Металлизированные отверстия источники неоднородностей в линиях
передачи в печатном монтаже 42
2.5 Индуктивные неоднородности в печатном монтаже 46
2.6 Топологическая трассировка платы быстродействующей аппаратуры в
Altium Designer с точки зрения выбора решений 50
3 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ 56
3.1 Пример решения задачи. Повороты сигнальных проводников как
источник неоднородностей в линиях передачи в печатном монтаже 56
3.2 Пример решения задачи. Дифференциальная пара в печатном
монтаже 66
3.3 Пример решения задачи. Металлизированные отверстия источники
неоднородностей в линиях в печатном монтаже 81
3.4 Пример решения задачи. Индуктивные неоднородности в печатном
монтаже 91
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 96
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 98
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. «Набор правил для проектирования топологии печатной платы» 102
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Плакат «Повороты сигнальных проводников как
источники неоднородностей в линиях передачи 103
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Плакат «Дифференциальная пара в печатном монтаже» 104
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Плакат «Металлизированные отверстия как источники
неоднородностей в линиях передачи в печатном монтаже 105
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Плакат «Металлизированные отверстия как источники неоднородностей в линиях передачи в печатном монтаже, много переходных
отверстий 106
ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Плакат. Индуктивные неоднородности 107
Стремительное развитие радиоэлектронной промышленности все больше приводит к повышению производительности современных устройств. Быстродействие и качество работы устройства в большей степени достигается за счет применения современной элементной базы и грамотного проектирования печатной платы. В отличие от плат низкочастотной аппаратуры, трассировка печатных плат быстродействующей аппаратуры требует решения определенных задач, которые направлены на минимизацию неоднородностей в печатном проводнике, повышение помехозащищенности печатной платы, обеспечение целостности передаваемого по цепям сигнала и устранения эффекта переотражения сигнала внутри линии передачи. Также большую трудность представляет большая плотность компоновки электронных компонентов в печатных платах быстродействующей аппаратуры. Данное обстоятельство существенно увеличивает объем выполняемых при проектировании работ, что приводит к неизбежному увеличению времени на разработку устройства, что недопустимо в условиях современного рынка.
Для эффективного проектирования электронных устройств целесообразно применять специализированные ECAD (Electronic Computer-Aided Design) или EDA (Electronic Design Automation) САПР. С их помощью можно решить ряд задач, среди которых проектирование топологии печатной платы. В таких САПР проектирование топологии печатной платы может производиться как в ручном, так и автоматическом режимах. При проектировании топологии печатной платы в ручном режиме особых проблем не наблюдается, важно соблюдение определенных правил при проектировании, но данный процесс слишком долгий и ресурсоемкий. Ускорить проектирование топологии печатной платы можно в автоматическом режиме проектирования. Для проектирования топологии в автоматическом режиме, САПР должна включать в себя встроенный топологический автотрассировщик который позволяет автоматически создавать топологию печатного рисунка по определенному алгоритму. При этом качество
печатного рисунка, созданного при помощи топологического автрассировщика, во
многом зависит от набора настроек (правил) которые, устанавливает проектировщик. Поэтому основной проблемой при автоматическом проектировании является грамотная настройка правил проектирования. Посредством этих задают приоритеты трассировки, максимальную и минимальную ширину проводников, угол поворота проводников, размеры переходных отверстий и т.д.
При правильной настройке топологического автотрассировщика, его применение позволит значительно сократить время и ресурсы, затрачиваемые на проектирование платы быстродействующей аппаратуры.
Для эффективного проектирования электронных устройств целесообразно применять специализированные ECAD (Electronic Computer-Aided Design) или EDA (Electronic Design Automation) САПР. С их помощью можно решить ряд задач, среди которых проектирование топологии печатной платы. В таких САПР проектирование топологии печатной платы может производиться как в ручном, так и автоматическом режимах. При проектировании топологии печатной платы в ручном режиме особых проблем не наблюдается, важно соблюдение определенных правил при проектировании, но данный процесс слишком долгий и ресурсоемкий. Ускорить проектирование топологии печатной платы можно в автоматическом режиме проектирования. Для проектирования топологии в автоматическом режиме, САПР должна включать в себя встроенный топологический автотрассировщик который позволяет автоматически создавать топологию печатного рисунка по определенному алгоритму. При этом качество
печатного рисунка, созданного при помощи топологического автрассировщика, во
многом зависит от набора настроек (правил) которые, устанавливает проектировщик. Поэтому основной проблемой при автоматическом проектировании является грамотная настройка правил проектирования. Посредством этих задают приоритеты трассировки, максимальную и минимальную ширину проводников, угол поворота проводников, размеры переходных отверстий и т.д.
При правильной настройке топологического автотрассировщика, его применение позволит значительно сократить время и ресурсы, затрачиваемые на проектирование платы быстродействующей аппаратуры.
В ходе работы были рассмотрены некоторые из множества проблем, возникающие при проектировании плат быстродействующей аппаратуры. Показана методика их решения при помощи средств САПР Altium Designer. В методике пошагово описана последовательность действий, для решения поставленной задачи топологического проектирования.
Для решения проблем, связанных с поворотом проводника, рекомендуется:
1) Всегда производить повороты проводников под углом 45 градусов;
2) Не использовать правило Routing Corners;
3) После трассировки производить сглаживание проводников при помощи инструмента Gloss Selected;
4) Включать стратегию трассировки Straight;
5) После трассировки проводников все углы проводников рекомендуется сглаживать при помощи инструмента Gloss Selected;
Для решения проблем, возникающих при трассировке дифференциальных пар, рекомендуется:
1. Рекомендуется выделять все проводники дифференциальной пары в отдельный класс проводников;
2. Ширину проводников дифференциальной пары, а также зазор между проводниками дифференциальной пары рекомендуется задавать в правиле Differential Pairs Routing и не использовать для этого правила Width и Clearance;
3. Не рекомендуется устанавливать параметры проводников вручную, для этого рекомендуется пользоваться размерами, из редактора стека слоев;
4. Для согласования импеданса в дифференциальной линии рекомендуется пользоваться стеком слоев, в котором можно создать желаемый профиль импеданса, который позволит правильно рассчитать ширину и зазор между проводниками в дифференциальной паре;
5. При согласовании длин проводников меандром, рекомендуется в качестве вспомогательных инструментов использовать правила MatchedLengths и Length;
6. Для согласования линий по длине рекомендуется использовать стиль Rounded.
Для решения проблем, связанных с металлизированными отверстиями, рекомендуется:
1. В настройках стратегии автотрассировщика устанавливать ползунок ограничителя переходных отверстий в максимальное положение;
2. Для сигнальных цепей и для шин питания рекомендуется использовать разные типы переходных отверстий, для этого все цепи нужно объединить в классы. Классы цепей создаются на вкладке PCB;
3. Параметры переходных отверстий для сигнальных цепей рекомендуется подбирать таким образом, чтобы паразитные составляющие имели меньшее влияние. В Altium Designer параметры переходного отверстия устанавливается в правиле Routing Via Style;
4. Для многослойных печатных плат в редакторе Layer Stack Manager рекомендуется устанавливать в качестве межслойных переходных отверстий глухие переходные отверстия.
Для решения проблем, связанных с индуктивными неоднородностями, рекомендуется:
1. Согласовать все сигнальные линии передачи по импедансу через редактор стека слоев Layer Stack Manager, вкладка Impedance, далее, активировать профиль импеданса в правиле Width;
2. Уменьшить значение паразитной индуктивности. Если в качестве индуктивной неоднородности выступает переходное отверстие, то необходимо подобрать его диаметр, таким образом, чтобы паразитная индуктивность имела наименьшее значение;
3. Для компонентов поверхностного монтажа выбирать такой стиль контактной площадки, при которой индуктивная составляющая будет минимальна, стиль настраивается на вкладке Properties.
Для решения проблем, связанных с поворотом проводника, рекомендуется:
1) Всегда производить повороты проводников под углом 45 градусов;
2) Не использовать правило Routing Corners;
3) После трассировки производить сглаживание проводников при помощи инструмента Gloss Selected;
4) Включать стратегию трассировки Straight;
5) После трассировки проводников все углы проводников рекомендуется сглаживать при помощи инструмента Gloss Selected;
Для решения проблем, возникающих при трассировке дифференциальных пар, рекомендуется:
1. Рекомендуется выделять все проводники дифференциальной пары в отдельный класс проводников;
2. Ширину проводников дифференциальной пары, а также зазор между проводниками дифференциальной пары рекомендуется задавать в правиле Differential Pairs Routing и не использовать для этого правила Width и Clearance;
3. Не рекомендуется устанавливать параметры проводников вручную, для этого рекомендуется пользоваться размерами, из редактора стека слоев;
4. Для согласования импеданса в дифференциальной линии рекомендуется пользоваться стеком слоев, в котором можно создать желаемый профиль импеданса, который позволит правильно рассчитать ширину и зазор между проводниками в дифференциальной паре;
5. При согласовании длин проводников меандром, рекомендуется в качестве вспомогательных инструментов использовать правила MatchedLengths и Length;
6. Для согласования линий по длине рекомендуется использовать стиль Rounded.
Для решения проблем, связанных с металлизированными отверстиями, рекомендуется:
1. В настройках стратегии автотрассировщика устанавливать ползунок ограничителя переходных отверстий в максимальное положение;
2. Для сигнальных цепей и для шин питания рекомендуется использовать разные типы переходных отверстий, для этого все цепи нужно объединить в классы. Классы цепей создаются на вкладке PCB;
3. Параметры переходных отверстий для сигнальных цепей рекомендуется подбирать таким образом, чтобы паразитные составляющие имели меньшее влияние. В Altium Designer параметры переходного отверстия устанавливается в правиле Routing Via Style;
4. Для многослойных печатных плат в редакторе Layer Stack Manager рекомендуется устанавливать в качестве межслойных переходных отверстий глухие переходные отверстия.
Для решения проблем, связанных с индуктивными неоднородностями, рекомендуется:
1. Согласовать все сигнальные линии передачи по импедансу через редактор стека слоев Layer Stack Manager, вкладка Impedance, далее, активировать профиль импеданса в правиле Width;
2. Уменьшить значение паразитной индуктивности. Если в качестве индуктивной неоднородности выступает переходное отверстие, то необходимо подобрать его диаметр, таким образом, чтобы паразитная индуктивность имела наименьшее значение;
3. Для компонентов поверхностного монтажа выбирать такой стиль контактной площадки, при которой индуктивная составляющая будет минимальна, стиль настраивается на вкладке Properties.
