česky english Vítejte, dnes je sobota 04. prosinec 2021

Zajímavé možnosti definování pravidel návrhu desek plošných spojů

DPS 3/2013 | CAD/CAE/CAM - články
Autor: Ing. Milan Klauz, CADware

Každý návrhový systém DPS umožňuje nějakým způsobem definovat potřebná návrhová pravidla. Přinejmenším se jedná o stanovení šířek spojů a jejich izolačních mezer jak pro celou desku, tak i pro jednotlivé sítě spojů (nets). To ovšem pro seriózní práci na desce nestačí, a tak se návrhová pravidla u různých programů rozšiřují o celou řadu dalších možností. Podívejme se na to, jak je tato situace řešena u programu PADS – ten používá tzv. hierarchická návrhová pravidla na více úrovních, kdy vybráním některého z hlavního tématu se lze postupně dostat až na velmi detailní záležitosti.

Zajímavé možnosti definování pravidel návrhu desek plošných spojů 1

Obr. 1 PADS – hlavní nabídka možností definování pravidel

Návrhová pravidla se liší podle toho, jestli se jedná o pravidla pro celou desku, nebo jednotlivé sítě spojů, či třeba diferenciální páry atd. Proto se v prvním kroku vybírá z nabídky hlavní téma návrhových pravidel (obr. 1). Jednotlivé položky nabídky umožňují definovat pravidla pro:

  • Celou desku (Default)
  • Skupinu spojů se stejnými pravidly (Class)
  • Jednotlivé sítě spojů (Net)
  • Skupinu spojů vývod-vývod se stejnými pravidly (Group)
  • Spoje od vývodu k vývodu (Pin Pairs)
  • Pouzdra součástek (Decal)
  • Součástky (Components)
  • Podmíněná pravidla (Conditional Rules)
  • Diferenciální páry (Differencial Pairs)
  • Navazující sítě spojů (Associated Nets)

Zajímavé možnosti definování pravidel návrhu desek plošných spojů 2

Obr. 2 Příklad nabídky pravidel pro celou desku

Vybráním potřebné položky se dostáváme k druhému kroku, kterým je definování konkrétních návrhových pravidel určitého typu. Tak např. vybráním celé desky nebo spojů (skupiny, nety, vývod-vývod atd) naskočí další nabídka, kde lze definovat následující typy pravidel (obr. 2):

  • Šířky a izolační mezery mezi různými objekty (Clearance)
  • Způsob routování, vrstva, via (Routing)
  • Pravidla pro high-speed design (High Speed)
  • Provedení fanoutů (Fanout)
  • Napojení spoje na pájecí plošky (Pad Entry)

Zde se vybráním určitého typu pravidla (např. routování) přivolají dialogová okna pro zadávání potřebných hodnot. Pochopitelně, že nabídky se mění s ohledem na smysl definování návrhových pravidel pro danou problematiku. Takové a podobné možnosti má více programů pro návrh desek, a proto se podíváme blíže na některé zajímavější možnosti definování pravidel, které nabízí program PADS.

Podmíněná pravidla (Conditional Rules)

Jedná se o návrhová pravidla mezi vybranými spoji (všechny, skupiny, jednotlivé, od vývodu k vývodu a jejich skupiny) a vrstvou nebo spoji (všechny, skupiny, jednotlivé, od vývodu k vývodu a jejich skupiny). Zadávají se šířka a izolační mezery vůči různým objektům desky a u high-speed volby také společná paralelní délka, mezera atd. Nastavená pravidla jsou navíc podmíněna vybranou vrstvou desky, na které potom platí (lze nastavit všechny nebo konkrétní). Na obr. 3 je vidět nastavení šířky a izolačních mezer mezi spoji CLK_3584MEG a PRNT_CTS, které platí pro horní stranu desky. Šířka spoje a izolační mezery jsou nastaveny v matrici údajů dostupné pod tlačítkem Matrix, kde jsou zapsané mezery jednotlivých objektů vůči ostatním (spoj-spoj, spoj-via, spoj-pad, spoj- -obrys desky, spoj-měď atd., ale také via-via, via-obrys desky, via-měď atd., stejně jako pad-obrys desky, pad-měď atd.).

Zajímavé možnosti definování pravidel návrhu desek plošných spojů 3

Obr. 3 Příklad nastavení podmíněných pravidel mezi dvěma spoji

Podobně lze nastavit pravidlo (šířka a izolační mezera) např. pro skupinu spojů vůči určité vrstvě desky atd.

Fanout

Zajímavé možnosti definování pravidel návrhu desek plošných spojů 4

Obr. 4 Možnosti definování fanoutu

Fanouty jsou krátké spoje vyvedené z SMT plošky a zakončené via otvorem, které autorouter položí automaticky hned na začátku. Z via otvoru fanoutu je potom možné táhnout plošný spoj z/do SMT plošky na jakékoliv vrstvě desky. Pokud se později ukáže, že některý fanout byl proveden zbytečně, protože bylo možné danou pájecí plošku propojit na stejné vrstvě desky, vytvořený via otvor se automaticky zruší. Návrhová pravidla určují, jak se má fanout provést, a to buď na celé desce, nebo pro vybrané typy pouzder či součástek a jejich kombinace. Přitom se mohou nadefinovat tyto možná provedení fanoutů (viz obr. 4):

  • Ven z obrysu pouzdra (A)
  • Dovnitř obrysu pouzdra (B)
  • Ven i dovnitř (C)
  • Připojením na pájecí plošku (D)
  • Připojením na jinou SMT plošku (E)
  • Připojením na via otvor (F)
  • Připojením na jiný spoj (G)

Napojení na pájecí plošku (Pad E ntry)

Zajímavé možnosti definování pravidel návrhu desek plošných spojů 5

Obr. 5 Možnosti napojení plošného spoje na pájecí plošku

Plošný spoj se může napojit na pájecí plošku různým způsobem, ale ne vždy je žádoucí, aby to bylo jakkoliv. Proto jedna z možností definování návrhových pravidel v programu PADS umožňuje zadat, jakým způsobem může plošný spoj do plošky vstoupit nebo z ní být vytažen, a to pro všechny součástky (celá deska), jednotlivá pouzdra či jednotlivé součástky. V podstatě je možné volit mezi 5 situacemi (obr. 5).

  • Vždy možné napojení (1)
  • Kolmé boční napojení (2)
  • Diagonální napojení v rohu (3)
  • Napojení pod jakýmkoliv úhlem (4)
  • Zahnuté boční napojení (5)

Zajímavá je volba číslo 5, která je v programu PADS uvedena pod označením „Soft first corner exit“. V podstatě se jedná o to, že plošný spoj navazuje zahnutím na pájecí plošku z paralelního spoje, kdy minimální mezera mezi ploškou a spojem je definovaná v pravidlech. Pochopitelně je zde jisté nebezpečí podleptání spoje v místě jeho průniku do plošky (tzv. acid trap).

Zajímavé možnosti definování pravidel návrhu desek plošných spojů 6

Obr. 6 Via otvory v pájecí plošce SMT

Via otvory v pájecí plošce

U hustě osazených desek někdy nezbývá než položit via otvor i do SMT pájecí plošky. O tom, jestli to je dovoleno a jakým způsobem, rozhodují také návrhová pravidla ve společném dialogu Pad Entry. Na obr. 7 jsou zachyceny možné volby pro umístění via otvoru v pájecí plošce SMT, kdy mohou nastat tyto situace:

  • Žádný via otvor (A)
  • Via otvor uprostřed (B)
  • Via otvory automaticky vyplní plošku (C)
  • Via otvory na krajích plošky (D)

Diferenciální páry – obcházení překážek

Zajímavé možnosti definování pravidel návrhu desek plošných spojů 7

Obr. 7 Obcházení překážek diferenciálním párem

Jedním z návrhových pravidel programu PADS u diferenciálních párů je i definice možnosti obcházení překážek. Pochopitelně, ideální situace vyžaduje, aby tyto spoje zůstaly vždy při sobě na požadovanou izolační mezeru, ale tuto podmínku nelze někdy splnit. Proto je možné povolit plošným spojům diferenciálního páru rozestoupit se, tak, jak je zachyceno na obr. 7, přičemž se definuje:

  • Povolení obcházení překážet
  • Povolený počet překážek
  • Maximální rozměr překážek (A)

Partneři

eipc
epci
imaps
ryston-logo-RGB-web
mikrozone
mcu
projectik