約束驅(qū)動(dòng)型PCB設(shè)計(jì)工具簡化差分對(duì)布線

自最初開始設(shè)計(jì) PCB 以來，約束一直是定義成品物理電路板所必要的元素。尺寸和銅重量是最早的約束。而現(xiàn)在，高速的設(shè)計(jì)對(duì)電子設(shè)備的諸多參數(shù)有約束要求，尤其是差分對(duì)。

定義約束的目的在于盡可能多地消除錯(cuò)誤來源，即消除那些需要設(shè)計(jì)返工的錯(cuò)誤。而且，設(shè)計(jì)錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)得越晚，返工成本就會(huì)越高。理想狀況下，“設(shè)計(jì)即正確”的方法可使約束得到嚴(yán)格遵守，從而在設(shè)計(jì)過程中消除錯(cuò)誤的可能性。但事實(shí)上，盡早驗(yàn)證信號(hào)完整性對(duì)確保滿足所有約束至關(guān)重要。

設(shè)計(jì)不佳的用戶界面往往是令約束設(shè)置既繁瑣又耗時(shí)的原因之一。必須打開多個(gè)窗口，而且無法一次看到所有約束，這種設(shè)置方式往往令人暈頭轉(zhuǎn)向，極易出錯(cuò)，而且迫使用戶一次只能手動(dòng)更新一項(xiàng)約束。

更多如Mentor Graphics PADS 產(chǎn)品等更為現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)工具，均使用基于電子表格的方法簡化了導(dǎo)入和評(píng)審約束的操作，相比基于對(duì)話框的傳統(tǒng)方法具有明顯的優(yōu)勢。

圖 1：約束管理可能非常復(fù)雜，尤其在使用基于對(duì)話框的傳統(tǒng)環(huán)境時(shí)。PADS 所使用的基于電子表格的方法簡化了整個(gè)過程

利用強(qiáng)大的電子表格編輯功能（例如，多行/多列復(fù)制/粘貼和自動(dòng)填充），可以快速導(dǎo)入或修改大量約束值。通過打開 PADS Constraint Manager 的兩個(gè)實(shí)例，允許將約束值從一個(gè)項(xiàng)目復(fù)制到另一個(gè)項(xiàng)目，從而提供約束復(fù)用功能。

約束規(guī)范

一個(gè)特定的設(shè)計(jì)項(xiàng)目可能包含多個(gè)有用或無用的約束。常用的設(shè)計(jì)約束如下：

A.差分對(duì)約束包括：走線寬度、差分間距和最大分隔距離。最大分隔距離是一項(xiàng)層相關(guān)的約束，指定了走線在違反差分間距值的情況下能夠并行布線的長度。

圖 2：差分對(duì)約束

B.拓?fù)浼s束限制特定網(wǎng)絡(luò)的布線模式。它們用于控制布線結(jié)構(gòu)以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)分支（管腳對(duì)）施加長度限制。拓?fù)漕愋秃妥畲笾Ь€長度是兩類常見約束。拓?fù)漕愋涂梢圆会槍?duì)布線設(shè)置任何限制，或者以規(guī)定的方式限制布線。

最大支線長度約束應(yīng)用于使用受約束的拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)類型。它限制了由鄰近網(wǎng)絡(luò)分支共用的走線長度。兩項(xiàng)約束均可在約束類級(jí)別指定，或在單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)上加以覆蓋。

C.長度約束針對(duì)網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)分支的布線長度施加限制，包括最小長度、最大長度和匹配長度。最小和最大長度約束可分配給約束類、單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)或單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)分支（管腳對(duì)）。

要定義差分對(duì)的匹配長度約束，需要使用匹配長度組。此方法針對(duì)組成員的相對(duì)長度設(shè)定限制，即任意兩個(gè)組成員之間的長度差不得超過指定的容差值。匹配長度組可能包含網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)分支（管腳對(duì)）。不允許在一個(gè)組內(nèi)混合網(wǎng)絡(luò)和管腳對(duì)。

D.布線約束針對(duì)布線層、過孔使用和走線寬度施加限制。布線約束在網(wǎng)絡(luò)類級(jí)別定義，并應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)類中的所有網(wǎng)絡(luò)。它們對(duì)布線層的使用、布線允許的過孔類型以及允許的走線寬度范圍施加限制。

圖 3：此份關(guān)于 Mentor Graphics PADS Standard 的樣例電子表格視圖顯示了可為具有自定義拓?fù)涞膯为?dú)網(wǎng)絡(luò)分支指定的約束類型。此處顯示了匹配長度限制和支線長度違規(guī)

E.間距約束定義了特定布線層上兩個(gè)布線對(duì)象（例如走線、焊盤和銅皮區(qū)域）邊緣之間允許的最小間距。

F.電源網(wǎng)絡(luò)約束——諸如 PADS 之類的工具會(huì)基于預(yù)定義的標(biāo)準(zhǔn)名稱（例如 GND、VCC、+5V、-12V 等）自動(dòng)識(shí)別電源網(wǎng)絡(luò)。

按類分組

在設(shè)計(jì)流程的早期階段對(duì)網(wǎng)絡(luò)類和約束類進(jìn)行正確的分組和定義，可顯著簡化約束的定義和管理。分組約束可提高 PCB 設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，以及最終節(jié)省 PCB 設(shè)計(jì)成本。

差分對(duì)是由實(shí)施差分信號(hào)的兩個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的組。隨著差分對(duì)數(shù)量的增加，一次定義一個(gè)差分對(duì)的做法變得極為繁瑣。而自動(dòng)化可快速、輕松地創(chuàng)建差分對(duì)。網(wǎng)絡(luò)名稱通常遵循模式名稱。使用這些模式查找您想要分配為差分對(duì)的網(wǎng)絡(luò)名稱。隨即顯示建議的差分對(duì)列表；取消選中您不想分配的匹配項(xiàng)。

對(duì)于差分對(duì)，可以定義層相關(guān)的差分對(duì)間距。網(wǎng)絡(luò)類用于組織和加快具有類似特征的網(wǎng)絡(luò)的布線約束定義。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)類，您可以定義允許布線的層、這些層對(duì)應(yīng)的走線寬度范圍，以及網(wǎng)絡(luò)類中的網(wǎng)絡(luò)所允許的過孔類型。

約束類用于組織和加快具有類似電氣和時(shí)序?qū)傩缘木W(wǎng)絡(luò)的長度、拓?fù)浜推渌s束定義。盡管分配給約束類的約束會(huì)自動(dòng)應(yīng)用于類中的所有網(wǎng)絡(luò)，但也可以為單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)、管腳對(duì)和差分對(duì)自定義特殊的約束值。

圖 4：利用 PADS 的約束類，無需為單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建長度和拓?fù)浼s束

違規(guī)

傳統(tǒng)上，約束違規(guī)是在您的 PCB 設(shè)計(jì)工具中執(zhí)行檢查和評(píng)審。PADS 工具支持在 PCB 設(shè)計(jì)環(huán)境或在約束管理環(huán)境內(nèi)查看約束違規(guī)。通過在定義約束的環(huán)境內(nèi)查看違規(guī)，工程師和設(shè)計(jì)人員可采用類似的方法訪問此過程，這對(duì)工作流而言也更為自然。

查看并分析違規(guī)可使工程師在發(fā)現(xiàn)違規(guī)后即刻做出糾正。這是至關(guān)重要的一步，因?yàn)殡S著設(shè)計(jì)的進(jìn)一步執(zhí)行，修復(fù)問題所花費(fèi)的成本會(huì)變得更高。通過在設(shè)計(jì)工具內(nèi)查看違規(guī)，錯(cuò)誤可在最短的時(shí)間內(nèi)以最低的成本得到修復(fù)。

總結(jié)

約束管理應(yīng)專為滿足設(shè)計(jì)人員的日常工作過程需求而設(shè)計(jì)，具有直觀、快速和簡易的特點(diǎn)。采用統(tǒng)一的方法可確保實(shí)現(xiàn)“設(shè)計(jì)即正確”方法，并且消除在原理圖與 PCB 設(shè)計(jì)環(huán)境中使用單獨(dú)的約束管理工具所造成的錯(cuò)誤。整個(gè)流程期間所有約束應(yīng)同步并可訪問。Mentor Graphics PADS 是約束驅(qū)動(dòng)型 PCB 設(shè)計(jì)的理想工具。