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Dominik Groß
Automatic PCB Routing
Dominik GroßSeminarvortrag HWS 2009
Computer Architecture GroupUniversity of Heidelberg
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Dominik Groß
Überblick
Einführung
Entscheidungsfragen
Restriktionen
Motivation
Specctra Autorouter
Fazit: Manuell vs. Autorouter
Quellenangaben
Automatic PCB Routing2
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Dominik Groß
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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Dominik Groß
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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Dominik Groß
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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Dominik Groß
Entscheidungsfragen –Vias
Automatic PCB Routing6
Durchkontaktierungen
verbinden stets alle Ebenen eines Multilayers
Blind Vias
verbinden immer eine Außenlage mit einer oder mehreren Innenlagen
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Dominik Groß
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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Dominik Groß
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
Automatic PCB Routing8
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Dominik Groß
Restriktionen -Timing
Automatic PCB Routing9
Bei höheren Frequenzen kommt es zu Verzögerungen zwischen zwei Signalen (skew)
Leiterbahnen müssen entsprechend angepasst werden
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Dominik Groß
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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Dominik Groß
Restriktionen –Signalintegrität
unerwünschte gegenseitige Beeinflussung unabhängiger Signalkanäle
Automatic PCB Routing11
Übersprechen
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Dominik Groß
Restriktionen –Übersprechen
Gegenmaßnahmen:
Maximieren des Leiterbahnabstandes
X,Y Routing
Automatic PCB Routing12
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Dominik Groß
Restriktionen –Übersprechen
Abschirmung Leiterbahn
Planes
Automatic PCB Routing13
Altium Designer® Tutorial
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Dominik Groß
Restriktionen –Literatur
Automatic PCB Routing14
Howard Johnson -High-Speed Digital Design:A handbook of black magic
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Dominik Groß
Motivation –HTX Board
Automatic PCB Routing15
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Dominik Groß
Specctra Autorouter –Arbeitsweise
Automatic PCB Routing16
Start Autorouter
Ripup all & reroute;
increase costs forconflicts
Conflcits?
Ripup conflicts&
reroute
yes
no yes
noPasses>5?
EndAutorouter
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Dominik Groß
Specctra Autorouter –Vorbereitung
Automatic PCB Routing17
Grid (Raster) festlegen (Package abhängig)
Layerzahl bestimmen
Restriktionen festlegen
Kritische Pfade gesondert behandeln
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Dominik Groß
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Dominik Groß
Constraints Beispiel –Differentielle Signale
Automatic PCB Routing19
Allegro® PCB Editor Tutorial - Cadence
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Dominik Groß
Specctra Autorouter –Vorgaben
Automatic PCB Routing20
Anzahl der DurchgängeAktionen
ParameterMiter 90°/45°PatternFanoutBusrouting
Autorouting with Allegro® PCB Editor – Cadence
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Dominik Groß
Specctra Autorouter –Report
Automatic PCB Routing21
Autorouting with Allegro® PCB Editor – Cadence
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Dominik Groß
Versuchsbeispiel
Automatic PCB Routing22
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Dominik GroßAutomatic PCB Routing23
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Dominik GroßAutomatic PCB Routing24
Specctra Autorouter –1:1 miter
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Dominik Groß
Specctra Autorouter –1:1 mit Hindernis
Automatic PCB Routing25
KeepoutToplayer
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Dominik Groß
Specctra Autorouter –1:1 mit Hindernis II
Automatic PCB Routing26
KeepoutToplayer
KeepoutBottomlayerAngepasste
Länge
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Dominik Groß
Specctra Autorouter –2:2 direkt
Automatic PCB Routing27
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Dominik Groß
Specctra Autorouter –2:2 mit Hindernis
Automatic PCB Routing28
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Dominik GroßAutomatic PCB Routing29
Specctra Autorouter –2:2 Differentiell
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Dominik Groß
Specctra Autorouter –HTX Board
Automatic PCB Routing30
FPGAVirtex 4
HTXSchnittstelle
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Dominik Groß
Specctra Autorouter –HTX Board
Automatic PCB Routing31
RoutingKeepin
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Dominik Groß
Specctra Autorouter –HTX Board
Automatic PCB Routing32
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Dominik Groß
Specctra Autorouter –HTX Board
Automatic PCB Routing33
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Dominik Groß
Manuell vs. Autorouter
Manuelle Vorgehensweise
90% Placing, 10% Routing
Vorgaben erfüllen Restriktionen erfüllen Anbindungen nach außen Komponentenanordnung Geschwindigkeitsabhängig
„Divide & Conquer“
Automatic PCB Routing34
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Dominik Groß
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
Automatic PCB Routing35
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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
Automatic PCB Routing36