Altium Designer розміщення компонентів та трасування провідників
Основним етапом розробки плати є процедура розташування компонентів на платі з урахуванням технічного завдання та формування топології друкованих провідників. Зазначена робота має проводитися з урахуванням схемотехнічних особливостей розробки. У програмі Altium Designer є автоматичні та напівавтоматичні інструменти розміщення компонентів на платі. При передачі інформації зі схеми до плати AD завжди автоматично формує на платі «кімнати» (Room) — область плати за якою закріплена деяка група компонентів. Кімнати формуються згідно з листами схеми, і найбільше доцільно застосовувати кімнати в тих випадках, коли є однакові фрагменти схеми, які на платі повинні бути реалізовані теж однаково. Ці кімнати необхідно розташувати на платі з урахуванням розташування груп компонентів, прив'язаних до цих областей. Причому розташовувати області площі плати слід акуратно. При переміщенні кімнати переміщаються і компоненти, закріплені за нею. Тому для позиціонування кімнати змінити її форму і положення, а потім розпочати розміщення компонентів. Першою дією переміщають компоненти, що відносяться до кімнати у відповідну кімнату, потім коректніше розміщують компоненти всередині потрібної ділянки. Під час розміщення можна користуватися підказкою у вигляді лінії зв'язку, колір якої змінюється від червоного до зеленого. Зелений колір говорить про зменшення сумарної довжини ланцюгів, що відходять від обраного компонента. Після розміщення компонентів, що належать до кімнати, можна автоматично розмістити кімнати, склад яких збігається з тим, що було розміщено вручну. Для цього використовують команду Copy Room Format, якадозволяє копіювати параметри кімнат. Після вибору команди потрібно послідовно задати кімнату-зразок та кінцеву кімнату. Після розміщення компонентів по кімнатах можна перемішати кімнати з об'єктами. Так само в AD існує можливість розмішати компоненти на платі кластерами, поштучно: на схемі виділяються компоненти, які з схемотехнічних міркувань на платі повинні бути розміщені певним чином і наперед відомим, і потім на платі спеціальний інструмент пропонуватиме розміщувати ці компоненти поштучно в єдиному циклі. Після розміщення елементів їх можна вирівняти у вказаному порядку або із заданим інтервалом.
Оптимізація ланцюгів шляхом перестановки еквівалентних висновків та осередків. При розміщенні елементів на платі необхідно врахувати схемотехнічне рішення, конструктивні особливості та мінімізувати довжину з'єднань. Свапування висновків елементів - це процедура заміни розташування елементів, що мають однакове логічне значення, для мінімізації довжини та уникнення перехрещення з'єднань. До процедури свапування можна перейти після опису еквівалентності висновків та частин мікросхем, та включення цих опцій для відповідних компонентів на платі. Свапування може бути виконано декількома способами. Найпростіший варіант - автоматичне свапування, у цьому випадку програма оптимізуватиме розташування висновків і частин мікросхем таким чином, щоб максимально зменшити сумарну довжину зв'язків і уникнути перехрещування. Автоматичне свапування переставляє місцями та висновки та частини мікросхем, дозволені для свапування. Так само можна виконати свапування висновків однієї зазначеної мікросхеми та частин мікросхеми. Використовуючи операцію свапування можна не змінюючи розташування компонентівдомогтися значного спрощення топології трасування провідників на друкованій платі.
Інтерактивне трасування. Режими інтерактивного трасування:
1. Ignore Obstacle – ігнорування перешкод. Практично ручний режим, в якому не дотримуються раніше створених правил проектування.
2. Walkaround Obstacle - обгинання перешкод. Програма огинає конфліктний об'єкт з урахуванням мінімальних зазорів та оптимальної траєкторії.
3. Push Obstacle – розштовхування перешкод. У цьому випадку пріоритет відлавається прокладається доріжці і всі елементи топології (траси, перехідні отвори), що зустрічаються, розштовхуються з урахуванням правил.
4. Hug and Push Obstacle - обгинання та розштовхування перешкод. На відміну від описаного режиму Walkaround, програма оминає перешкоди лише в заданому напрямку, а не пропонує оптимальний варіант. Причому у вузьких ділянках, за неможливості обігнути конфліктний об'єкт, доріжка відштовхує його убік.
Під час інтерактивного трасування можна використовувати гарячі клавіші, наведені в таблиці 4.2. Інтерактивне трасування також може бути виконане для декількох паралельно провідників (трасування шин).
До інтерактивного трасування також відноситься трасування диференціальної пари. Диференціальна передача сигналів забезпечує значно нижчий рівень випромінювання, скорочує кількість висновків пристроїв і сигнальних шин і надає можливість передавати сигнали на відносно великі відстані. Високошвидкісні тактові сигнали комп'ютерних материнських плат і серверів передаються диференційними лініями. Численні пристрої, такі як принтери, комутатори, маршрутизатори та сигнал-процесори використовують технологію низькорівневудиференційної передачі сигналів. Диференціальна передача сигналів має на увазі передачу однакової інформації з двох провідників. При цьому використовуються дві шини як мінімум один передавач (драйвер) з висновками позитивного і негативного сигналів і по одному приймачеві (ресиверу) на кожен сигнал. Драйвер надсилає сигнали інверсно один одному. У той час як позитивний вихідний сигнал, що збігається по фазі з вхідним сигналом драйвера, переходить з низького рівня у високий, негативний вихідний сигнал, вхідний інверсний, переходить з високого рівня в низький. Переваги:
-Захищеність від шуму. Так як на обидва диференціальні сигнали діє однаковий шум, то в результаті отримання різниці позитивного і негативного сигналу цей шум буде нівелювати.
-Нечутливість до опорної напруги. У диференціальному сигналі завжди є певний опорний рівень, що дозволяє використовувати його у разі, коли передавач і приймач мають різні загальні напруги живлення (різні землі). Це також дозволяє вирішити проблеми, пов'язані з нестабільністю напруги загальних висновків, і поліпшити цілісність сигналів.
-Зменшення випромінюваних електромагнітних перешкод. Такі перешкоди виникають в основному під час перемикання сигналу з одного стану до іншого. Оскільки обидва диференціальні сигнали перемикаються одночасно, але протифазно, то випромінювання, що виникають, взаємно компенсуються. Крім того, кожен із диференціальних сигналів зазвичай має невелику амплітуду, тому рівень випромінювання також невеликий.
При трасуванні диференціальної пари рекомендується керуватися такими правилами:
-Zoo = 100 Ом ±10%. Диференціальний імпеданс є одним з основних факторів. Індивідуальний імпеданскожного провідника може бути специфікований і зазвичай близький до 50 Ом. Відстань між провідниками та/або ширина провідників теж можуть бути визначені, але якщо не обумовлено стек диференціальних пар, то за умовчанням використовується значення диференціального імпедансу.
-Провідники пари повинні бути підібрані за довжиною з точністю 0,635 мм. Більш точне значення не має особливої ролі, але може бути зменшено при передачі сигналів з великою швидкістю.
-відстань між різними сигналами повинна бути не менше 508 мм. Ця відстань між одним із провідників диференціальної пари та провідником, яким передасться інший сигнал. Необхідно збільшувати відстань між двома диференціальними парами настільки, наскільки можливо.
-Провідники тактового і групового сигналу даних повинні бути підібрані по довжині з точністю 6,35 мм. Точне значення Болсс також не відіграє особливої ролі і залежить від швидкості передачі.
Підтримка постійної опорної напруги. Це означає утримання групового сигналу одному шарі з одним опорним напругою. Додаткові вимоги можуть передбачати обмеження в переходах на інші шари. (Під груповим сигналом тут розуміється кілька диференціальних пар, об'єднані одним тактовим сигналом і передають подібну інформацію).
Крім вищезазначених правил слід приділити увагу наступнимособливостям трасування диференціальних пар:
1.Провідники позитивного та негативного сигналу повинні бути не тільки узгоджені по довжині, але і повинні бути розташовані максимально симетрично.
2.Симетрія розведення відноситься не тільки до провідників, але і до перехідних отворів.
3.Зустрічаються випадки, коли шар, відведений під харчування схеми, міститькілька різних полігонів. Небажано, щоб провідники високошвидкісних сигналів перетинали розриви між полігонами, оскільки це може розірвати шлях зворотного струму синфазного сигналу, погіршити якісні показники сигналу та збільшити електромагнітні перешкоди та «тремтіння» потенціалу живлення та землі.
4.Рекомендується запобігати створення відводів від основного провідника, коли це можливо, тому що вони можуть також погіршувати якість сигналу і створювати додаткові електромагнітні перешкоди.
5.Рекомендується переважання діагонального трасування, так як при вертикальному та горизонтальному трасуванні провідники будуть паралельні текстурі текстоліту. При цьому з'являється можливість попадання негативного та позитивного провідника на різні слон текстоліту, які мають різну діелектричну проникність, що створить відмінність у дії перешкод.
Розведення диференціальних пар накладає нові, складні правила при проектуванні друкованих плат. Перш за все ці правила пред'являються до САПР друкованих плат і бувають розширення їх інструментарію для реалізації вищеописаних вимог.
У програмі Altium Designer є інструментарій, що дозволяє розмішати диференціальні пари з урахуванням усіх вимог. Причому, перш ніж використовувати цей інструментарій, необхідно створити диференціальні пари і вказати правила, згідно з якими вони повинні бути виконані.
Автоматичне трасування (Situs)
Інструментарій автотрасування AD дозволяє виконати такі операції: трасувати всі провідники; трасувати один ланцюг; трасувати клас ланцюгів; трасувати всі ланцюги приєднані до цього висновку; трасувати всі провідники, що з'єднують висновки у виділеній області;трасувати всі провідники між компонентами у вибраній області розміщення; трасувати всі провідники, що підходять до обраного компонента; трасувати всі провідники, які підходять до обраного класу ланцюгів; трасувати всі провідники усередині обраних компонентів; трасувати всі провідники між вибраними компонентами; трасувати Fanout для вибраного елемента (ланцюг, КП, компонент тощо).
Автоматичне трасування окремих елементів дає не дуже задовільний результат, тому що немає можливості налаштування її алгоритму, який може бути вказаний тільки для трасування всієї плати.