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Dominik Groß Automatic PCB Routing Dominik Groß Seminarvortrag HWS 2009 Computer Architecture Group University of Heidelberg
Dominik Groß
Automatic PCB Routing
Dominik GroßSeminarvortrag HWS 2009
Computer Architecture GroupUniversity of Heidelberg
Dominik Groß
Überblick
Einführung
Entscheidungsfragen
Restriktionen
Motivation
Specctra Autorouter
Fazit: Manuell vs. Autorouter
Quellenangaben
Automatic PCB Routing2
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Einführung –Printed Circuit Board (PCB) Design
Experimentierschaltungen auf Lochrasterkarten gelangen schnell an Ihre Grenzen (HF-Designs nahezu unmöglich!)
Komplexität steigt mit der Zeit
Mehrere Revisionen
Durch Preisentwicklung der letzten Jahre auch Prototypen erschwinglich
Automatic PCB Routing3
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Einführung –Anforderungen an PCB Designs
Komplexität
Höhere Bauteil-Dichte (beidseitige Bestückung)
Höhere Pindichte durch neue Gehäusetypen (SOIC,BGA…)
Feinere Leiterbahnstrukturen
Hohe Frequenzen
Große Anzahl von Versorgungsspannungen
Automatic PCB Routing4
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Entscheidungsfragen -Layerzahl
Automatic PCB Routing5
Multilayer ermöglichen Layer für GND & VCC Planes geeignet zur Abschirmung von Routing Layer >2 Layer ermöglichen zusätzliche Via Typen
Altium Designer® Tutorial
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Entscheidungsfragen –Vias
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Durchkontaktierungen
verbinden stets alle Ebenen eines Multilayers
Blind Vias
verbinden immer eine Außenlage mit einer oder mehreren Innenlagen
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Entscheidungsfragen –Vias
Automatic PCB Routing7
Blind & Buried kostspieliger B&B Fehlerbehebung schwierig
Buried Vias
verbinden mindestens zwei Innenlagen eines Multilayers. Sie haben niemals Kontakt zu den Außenlagen einer Leiterplatte
MultiPCB Designs
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Entscheidungsfragen –Leiterbahnbreite & Abstand
Leiterbahnbreite Abhängig von Impedanz, Strombedarf normal > 200 μm ≈ 0,2 mm = 8 mil Kleinere Leiterbahnbreiten bezeichnet man als
Feinstleitertechnik
Leiterbahnabstand Enge Leiterbahnabstände können zu unerwünschten
Signalverkopplungen führen Isolationsabstand abhängig von Spannungen
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Restriktionen -Timing
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Bei höheren Frequenzen kommt es zu Verzögerungen zwischen zwei Signalen (skew)
Leiterbahnen müssen entsprechend angepasst werden
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Restriktionen –Signalintegrität
Im HF-Bereich müssen parasitäre Induktivitätenund Kapazitäten einbezogen werden
Leiterbahnen möglichst kurz halten
Impedanzen einbeziehen um Reflektionen zu vermeiden
Automatic PCB Routing10
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Restriktionen –Signalintegrität
unerwünschte gegenseitige Beeinflussung unabhängiger Signalkanäle
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Übersprechen
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Restriktionen –Übersprechen
Gegenmaßnahmen:
Maximieren des Leiterbahnabstandes
X,Y Routing
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Restriktionen –Übersprechen
Abschirmung Leiterbahn
Planes
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Altium Designer® Tutorial
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Restriktionen –Literatur
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Howard Johnson -High-Speed Digital Design:A handbook of black magic
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Motivation –HTX Board
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Specctra Autorouter –Arbeitsweise
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Start Autorouter
Ripup all & reroute;
increase costs forconflicts
Conflcits?
Ripup conflicts&
reroute
yes
no yes
noPasses>5?
EndAutorouter
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Specctra Autorouter –Vorbereitung
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Grid (Raster) festlegen (Package abhängig)
Layerzahl bestimmen
Restriktionen festlegen
Kritische Pfade gesondert behandeln
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Constraints Beispiel –Differentielle Signale
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Allegro® PCB Editor Tutorial - Cadence
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Specctra Autorouter –Vorgaben
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Anzahl der DurchgängeAktionen
ParameterMiter 90°/45°PatternFanoutBusrouting
Autorouting with Allegro® PCB Editor – Cadence
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Specctra Autorouter –Report
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Autorouting with Allegro® PCB Editor – Cadence
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Versuchsbeispiel
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Dominik GroßAutomatic PCB Routing23
Dominik GroßAutomatic PCB Routing24
Specctra Autorouter –1:1 miter
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Specctra Autorouter –1:1 mit Hindernis
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KeepoutToplayer
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Specctra Autorouter –1:1 mit Hindernis II
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KeepoutToplayer
KeepoutBottomlayerAngepasste
Länge
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Specctra Autorouter –2:2 direkt
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Specctra Autorouter –2:2 mit Hindernis
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Dominik GroßAutomatic PCB Routing29
Specctra Autorouter –2:2 Differentiell
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Specctra Autorouter –HTX Board
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FPGAVirtex 4
HTXSchnittstelle
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Specctra Autorouter –HTX Board
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RoutingKeepin
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Specctra Autorouter –HTX Board
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Specctra Autorouter –HTX Board
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Manuell vs. Autorouter
Manuelle Vorgehensweise
90% Placing, 10% Routing
Vorgaben erfüllen Restriktionen erfüllen Anbindungen nach außen Komponentenanordnung Geschwindigkeitsabhängig
„Divide & Conquer“
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Fazit
Ohne Einarbeitung und Erfahrung nicht umsetzbar Arbeitserleichterung für mehrere Revisionen Routing bestimmter Bereiche
Zeitaufwand: Einarbeiten vs. manuelles routing Constraints müssen in beiden Fällen für den
design rule check (DRC) definiert werden
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Dominik Groß
Quellen
„PCB-Einführung“ – Lehrstuhl Brüning „Allegro® PCB Editor Tutorial“ - Cadence “Autorouting with Allegro® PCB Editor” – Cadence „PCB Design Tutorial“ – D. Jones „Vorlesungsskript Eingebettete Systeme“ – A.Wurz UltraCAD Article: „Crosstalk“ - D. Brooks Altium Designer® Tutorial MultiPCB Designs
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