Altium Designer: размещение компонентов и трассировка проводников.

Основным этапом разработки платы является процедура расположе­ния компонентов на плате с учетом технического задания и фор­мирование топологии печатных проводников. Указанная работа должна проводиться с учетом схемотехнических особенностей разработки. В программе Altium Designer имеются авто­матические и полуавтоматические инструменты размещения ком­понентов на плате. При передаче информации из схемы в плату AD всегда автоматически формирует на плате «комнаты» (Room) — область платы за которой закреплена некоторая группа компонентов. Комнаты формируются согласно листам схемы, и наиболее целесообразно применять комнаты в тех случа­ях, когда имеются одинаковые фрагменты схемы, которые на пла­те должны быть реализованы тоже одинаково. Эти комнаты необходимо расположить на плате с учетом распо­ложения групп компонентов, которые привязаны к этим областям. Причем располагать области в площади платы следует аккуратно. Стоит помнить, что при перемещении комнаты перемещаются и компоненты, закрепленные за ней. Поэтому для позиционирова­ния комнаты изменить её форму и положе­ние, а затем приступить к размещению компонентов. Первым действием перемещают компоненты, относящиеся к комнате в соответствующую комнату, затем более корректно размещают компоненты внутри нужного участка. Во время размещения можно пользоваться подсказкой в виде линии связи цвет которой меняется от красного к зеленому. Зеленый цвет говорит об уменьшении суммарной длины цепей, отходящих от вы­бранного компонента. После размещения компонентов, принадлежащих к комнате, можно автоматически разместить комнаты, состав ко­торых совпадает с той, которая была размешена вручную. Для этого используют команду Copy Room Format, кото­рая позволяет копировать параметры комнат. После выбора команды нужно последова­тельно задать комнату-образец и конечную комнату. После размещения компонентов по комнатам мож­но перемешать комнаты с расположенными в них объектами. Так же в AD существует возможность размешать компоненты на плате кластерами, по­штучно: на схеме выделяются компоненты, которые по схемотехническим соображениям на плате должны быть размещены определенным образом и заранее извест­ным, и затем на плате специальный инструмент будет предлагать размещать эти компоненты поштучно в едином цикле. После размещения эле­ментов их можно выровнять в указанном порядке или с заданным интервалом.

Оптимизация цепей путем перестановки эквивалентным выводов и ячеек. При размещении элементов на плате необходимо учесть схемотехническое решение, конструктивные особенности и минимизировать длину соедине­ний. Сваппирование выводов элементов - это процедура замены расположения элементов, имеющих одинаковое логическое значение, для минимизации длины и избе­жания перекрещивания соединений. К процедуре сваппирования можно перейти после описания эквивалентно­сти выводов и частей микросхем, и включении этих опций для соответ­ствующих компонентов на плате. Сваппирование может быть выпол­нено несколькими способами. Самый простой вариант — автоматическое сваппирование, в этом слу­чае программа будет оптимизировать расположение выводов и частей микросхем таким образом, чтобы максимально уменьшить суммарную длину связей и избежать перекрещивания. Автоматическое сваппирование переставляет местами и выводы и части микросхем, разрешенные для сваппирования. Так же можно выполнить сваппирование выводов одной указанной мик­росхемы и частей микросхемы. Используя операцию сваппирования можно не меняя располо­жения компонентов добиться значительного упрощения тополо­гии трассировки проводников на печатной плате.

Интерактивная трассировка. Режимы интерактив­ной трассировки:

1. Ignore Obstacle — игнорирование препятствий. Практически ручной режим, в котором не соблюдаются ранее созданные прави­ла проектирования.

2. Walkaround Obstacle — огибание препятствий. Программа огибает конфликтный объект с учетом минимальных зазоров и по оптимальной траектории.

3. Push Obstacle — расталкивание препятствий. В этом случае приоритет отлается прокладываемой дорожке и все встречающие­ся элементы топологии (трассы, переходные отверстия) расталки ваются с учетом правил.

4. Hug and Push Obstacle — огибание и расталкивание препятст­вий. В отличии от описанного режима Walkaround, программа огибает препятствия только в заданном направлении, а не предла­гает оптимальный вариант. Причем, в узких участках, при невоз­можности обогнуть конфликтный объект, дорожка отталкивает его в сторону.

Во время интерактивной трассировки можно использовать горячие клавиши, показанные в таблице 4.2. Интерактивная трассировка также может быть выполнена для нескольких параллельно идущих проводников (трассировка шин).

К интерактивной трассировке также относится трассировка дифференциальной пары. Дифференциальная передача сигналов, обеспечивает значи­тельно более низкий уровень излучения, сокращает количество выводов устройств и сигнальных шин и предоставляет возмож­ность передавать сигналы на относительно большие расстояния. Высокоскоростные тактовые сигналы компьютерных материнских плат и серверов передаются по дифференциальным линиям. Мно­гочисленные устройства, такие как принтеры, коммутаторы, мар­шрутизаторы и сигнал-процессоры используют технологию низко­уровневой дифференциальной передачи сигналов. Дифференциальная передача сигналов подразумевает передачу одинаковой информации по двум проводникам. При этом исполь­зуются две шины, как минимум один передатчик (драйвер) с вы­водами позитивного и негативного сигналов и по одному прием­нику (ресиверу) на каждый сигнал. Драйвер перелает сигналы ин­версно друг другу. В то время как позитивный выходной сигнал, совпадающий по фазе с входным сигналом драйвера, переходит из низкого уровня в высокий, негативный выходной сигнал, инверс­ный входному, переходит из высокого уровня в низкий. Пре­имущества:

-Защищенность от шума. Так как на оба дифференциальных сигнала действует одинаковый шум, то в результате получения разности позитивного и негативного сигнала этот шум будет ниве­лирован.

-Нечувствительность к опорному напряжению. В дифференци­альном сигнале всегда присутствует некоторый опорный уровень, позволяющий использовать его в случае, когда передатчик и при­емник имеют различные общие напряжения питания (различные земли). Это также позволяет решить проблемы, связанные с не­стабильностью напряжений общих выводов, и улучшить целост­ность сигналов.

-Уменьшение излучаемых электромагнитных помех. Такие по­мехи возникают, в основном, во время переключения сигнала из одного состояния в другое. Поскольку оба дифференциальных сигнала переключаются одновременно, но противофазно, то воз­никающие излучения взаимно компенсируются. Кроме того, каж­дый из дифференциальных сигналов обычно имеет небольшую амплитуду, поэтому уровень излучения также небольшой.

При трассировке дифференциальной пары рекомендуется руко­водствоваться следующими правилами:

-Zoo = 100 Ом ±10 %. Дифференциальный импеданс, являю­щийся одним из основных факторов. Индивидуальный импе­данс каждого проводника также может быть специфицирован и обычно близок к 50 Ом. Расстояние между проводниками и/или ширина проводников тоже могут быть определены, но если не оговорен стек дифференциальных пар, то всегда по умолчанию используется значение дифференциального им­педанса.

-Проводники пары должны быть подобраны по длине с точно­стью 0,635 мм. Более точное значение не играет особой роли, но может быть уменьшено при передаче сигналов с большой скоростью.

-Расстояние между разными сигналами должно быть не менее 508 мм. Это расстояние между одним из проводников диф­ференциальной пары и проводником, по которому передаст­ся другой сигнал. Необходимо увеличивать расстояние меж­ду двумя дифференциальными парами настолько, насколько возможно.

-Проводники тактового сигнала и группового сигнала данных должны быть подобраны по длине с точностью 6,35 мм. Болсс точное значение также не играет особой роли и зависит от скорости передачи.

Поддержание постоянного опорного напряжения. Это означает удержание группового сигнала на одном слое с одним опорным на­пряжением. Дополнительные требования могут также предполагать ограничения в переходах на другие слои. (Под групповым сигналом здесь понимается несколько дифференциальных пар, объединен­ные одним тактовым сигналом и передающие схожую информа­цию).

Кроме вышеперечисленных правил следует уделить внимание следующим особенностям трассировки дифференциальных пар:

1.Проводники позитивного и негативного сигнала должны быть не только согласованы по длине, но и должны быть располо­жены максимально симметрично.

2.Симметрия разводки относится не только к проводникам, но и к переходным отверстиям.

3.Встречаются случаи, когда слой, отведенный под питание схемы, содержит несколько различных полигонов. Нежелательно, чтобы проводники высокоскоростных сигналов пересекали разры- вы между полигонами, поскольку это может разорвать путь воз­вратного тока синфазного сигнала, ухудшить качественные пока­затели сигнала и увеличить электромагнитные помехи и «дрожа­ние» потенциала питаний и земли.

4.Рекомендуется предотвращать создание отводов от основного проводника, когда это осуществимо, потому что они могут также ухудшать качество сигнала и создавать дополнительные электро­магнитные помехи.

5.Рекомендуется преобладание диагональной трассировки, так как при вертикальной и горизонтальной трассировке проводники будут параллельны текстуре текстолита. При этом появляется возможность попадания негативного и позитивного проводника на разные слон текстолита, которые обладают различной диэлектрической проницаемостью, что создаст различие в действии помех.

Разводка дифференциальных пар накладывает новые, довольно таки сложные правила при проектировании печатных плат. Прсж де всего эти правила предъявляются к САПР печатных плат и буют расширения их инструментария для реализации вышеоп санных требований.

В программе Altium Designer имеется инструментарий, позво­ляющий размешать дифференциальные пары с учетом всех выше­изложенных требований. Причем, прежде чем этот инструмента­рий использовать, необходимо создать дифференциальные пары и указать правила, согласно которым они должны быть выполнены.

Автоматическая трассировка (Situs)

Инструментарий автотрассировки в AD позволяет выполнить следующие операции: трассировать все проводники; трассировать одну цепь; трассировать класс цепей; трассировать все цепи подсоединенные к данно­му выводу; трассировать все проводники соединяющие выводы в выделенной области; трассировать все проводники, между компонентами в выбранной области размещения; трассировать все проводники, подходящие к вы­бранному компоненту; трассировать все проводники, подходящие к выбранному классу цепей; трассировать все провод­ники внутри выбранных компонентов; трассировать все проводники между выбранными компонентами; трассировать Fanout для выбранного элемента (цепь, КП, компонент и т. д.).

Автоматическая трассировка отдельных элементов дает не очень удовлетворительный результат, т. к. нет возможности на­стройки ее алгоритма, который может быть указан только для трассировки всей платы.