Autorouter_Specctra_cz1.pdf

P R O G R A M Y

czêæ 1

Projektowanie p³ytek drukowa-

nych do produkowanych obecnie

uk³adów elektronicznych jest zada-

niem niezwykle z³o¿onym. Aby

sprostaæ wysokim wymaganiom do-

tycz¹cym jakoci i niezawodnoci

danego urz¹dzenia oraz prostoty

jego monta¿u podczas produkcji,

powszechnie stosuje siê specjalis-

tyczne oprogramowanie wspomaga-

j¹ce projektowanie obwodów dru-

kowanych. Mo¿liwoæ zastosowania

techniki komputerowej w fazie

tworzenia projektu nowego urz¹-

dzenia pozwala nie tylko na

znaczne skrócenie czasu potrzebne-

go na jego opracowanie, ale tak¿e

na wyeliminowanie ewentualnych

b³êdów konstrukcyjnych ju¿ w fa-

zie tworzenia projektu. Jednym

z podstawowych czynników wp³y-

waj¹cych na jakoæ i parametry no-

woczesnych urz¹dzeñ elektronicz-

nych jest prawid³owo zaprojekto-

wana p³ytka drukowana. Dotyczy

to szczególnie uk³adów z sygna-

³ami o wysokich czêstotliwociach,

w których mozaika cie¿ek p³ytki

bezporednio wp³ywa na paramet-

ry ca³ego uk³adu. Podczas projek-

towania tego rodzaju p³ytek druko-

wanych niejednokrotnie wa¿ne jest

okrelenie rezystancji i pojemnoci

cie¿ek, rezystancji izolacji miêdzy

cie¿kami, równoleg³oci cie¿ek

na tej samej warstwie i miêdzy

warstwami, minimalna i maksymal-

na d³ugoæ cie¿ek, minimalne

i maksymalne czasy propagacji, po-

jemnoci paso¿ytnicze, impedancje

cie¿ek czy ekranowanie cie¿ek

sygna³owych.

Na rynku dostêpnych jest kilka

licz¹cych siê programów wspoma-

gaj¹cych projektowanie obwodów

drukowanych PCB. Wiêkszoæ

z nich zawiera zwykle modu³ edy-

tora PCB, który wraz z do³¹czony-

mi bibliotekami umo¿liwia wstêp-

n¹ obróbkê projektowanej p³ytki

oraz modu³ routera pozwalaj¹cego

na rêczne i automatyczne wytycze-

nie po³¹czeñ (cie¿ek) pomiêdzy

poszczególnymi elementami elektro-

nicznymi uk³adu. Jak to zwykle by-

wa, mo¿liwoci poszczególnych

programów oraz funkcje w jakie s¹

one wyposa¿one s¹ doæ zró¿nico-

wane. G³ównym modu³em, którego

parametry decyduj¹ zwykle o sile

programu jest modu³ autoroutera.

W tym i kilku kolejnych artyku-

³ach zaprezentujemy mo¿liwoci

autoroutera Specctra firmy Cadence

Design Systems. Mo¿na powiedzieæ,

¿e program ten nale¿y do klasycz-

nych w swoim rodzaju i w³aciwie

od czasu ukazania siê, a¿ do dzisiaj

jest najlepszym autorouterem do-

stêpnym na rynku.

Elektronik projektuj¹cy

uk³ady elektroniczne ma

dzi do wyboru wiele

narzêdzi wspomagaj¹cych

jego pracê. Na ka¿dym

etapie realizacji projektu -

mo¿e z wyj¹tkiem

przygotowania koncepcji,

która rodzi siê w g³owie

in¿yniera - a wiêc

rysowania schematu,

symulacji bloków

funkcjonalnych

i projektowania

odpowiedniego obwodu

drukowanego, jest

wykorzystywany komputer.

Najbardziej ¿mudnym

etapem pracy, w którym

zastosowanie techniki

komputerowej jest

nieodzowne, jest

projektowanie p³ytki

drukowanej.

Specctra jest obecnie

dostarczana przez koncern

Cadence, ale nie jest on

twórc¹ tego oprogramowa-

nia. Powsta³o ono bowiem

w firmie CCTech, za³o¿onej

w 1989 roku przez dwóch

in¿ynierów: Davida Chyana

oraz Johna Coopera.

W 1997 roku firma CCTech

zosta³a wch³oniêta przez

koncern Cadence Design

Systems.

Rys. 1. Specctra - g³ówne okno programu

Elektronika Praktyczna 2/2003

P R O G R A M Y

Rys. 2. System Grid-Mapped

(z lewej) oraz ShapeBased (z pra-

wej). Jak widaæ, aplikacja Grid-

Mapped musi analizowaæ 72

punkty, aby zobrazowaæ 12

obiektów

mo¿liwoæ trasowania cie¿ek nie-

zale¿nie od rastra (siatki), co rów-

nie¿ poprawia parametry programu

dotycz¹ce zu¿ycia pamiêci, szyb-

koci i stopnia kompletacji cie¿ek.

Wiêkszoæ klasycznych autoroute-

rów grid-based próbuje wykonaæ

wszystkie po³¹czenia, nie pozwala-

j¹c podczas kolejnych przejæ na

powstawanie krzy¿owañ cie¿ek

oraz konfliktów zwi¹zanych z za-

chowaniem zadanych odstêpów

(np. cie¿ka - cie¿ka czy cie¿ka -

element).

Specctra podczas pracy u¿ywa

metody kolejnych przybli¿eñ ( adap-

tive routing ). W pierwszym przej-

ciu program próbuje wytyczyæ

wszystkie cie¿ki niezale¿nie od

ich krzy¿owañ i konfliktów dystan-

sowych. W ka¿dym kolejnym przej-

ciu nastêpuje redukcja wystêpuj¹-

cych konfliktów. W drodze do

uzyskania 100% kompletacji, auto-

router wykorzystuje algorytmy

push-and-shove oraz rip-up-and-ret-

ry . Oznacza to, ¿e w przypadku na-

re mog¹ byæ oczywicie narzucane

przez u¿ytkownika, takie jak szero-

koæ cie¿ek, odstêpy pomiêdzy

cie¿kami oraz inne odstêpy jakie

maj¹ byæ zachowane na etapie rou-

towania, klasy cie¿ek itd. Poszcze-

gólne regu³y mog¹ byæ stosowane

w odniesieniu do ca³ej p³ytki lub

okrelonych jej obszarów. Wariant

podstawowy Specctry pozwala rów-

nie¿ na automatyczne wstêpne od-

prowadzanie cie¿ek od gêsto upa-

kowanych elementów typu SMD

( fanout ), przy czym projektant ma

mo¿liwoæ okrelania d³ugoci

i kierunku odprowadzeñ, oraz na

automatyczne wytyczanie cie¿ek

poprzez obszary, które poprzednio

by³y routowane rêcznie.

Interactive route editor podobnie

jak autorouter dzia³a w technologii

shape-based i umo¿liwia manualne

wytyczanie cie¿ek i przejæ miêdzy

warstwami. Rêczne trasowanie po-

³¹czeñ wsparte jest dodatkowymi

funkcjami, które maj¹ za zadanie

przyspieszyæ i u³atwiæ proces pro-

jektowania w trybie in-

teractive . Na przyk³ad

funkcja plowing powo-

duje automatyczne odsu-

wanie przeszkadzaj¹-

cych cie¿ek na bok,

umo¿liwiaj¹c u³o¿enie

aktualnie prowadzonej.

Odsuwana cie¿ka lub

ca³y segment mo¿e byæ równie¿

pchana przed kursorem w przypad-

ku prostopad³ego najazdu kursorem.

Funkcja shoving powoduje nato-

miast przesuwanie pojedynczych

cie¿ek lub ca³ych segmentów ³¹cz-

nie z przelotkami i przerzucanie ich

przez przeszkody, np. inne cie¿ki,

przelotki czy wyprowadzenia.

Interactive placement editor po-

zwala na rêczne rozmieszczanie

elementów na p³ytce, umo¿liwiaj¹c

w ten sposób planowanie i modyfi-

kacjê druku pod k¹tem umiejsco-

wienia elementów. Oprogramowanie

posiada odpowiednie funkcje

wspieraj¹ce ten etap projektowania.

Jedn¹ z nich jest funkcja guided

place . Jej dzia³anie polega na wska-

zywaniu u¿ytkownikowi najlepszej

Wprowadzenie

Autorouter Specctra ( rys. 1 ) jest

aktualnie najlepszym autorouterem

wykorzystywanym w profesjonal-

nych systemach do projektowania

p³ytek drukowanych. Decyduj¹

o tym ogromne mo¿liwoci tego

programu. Specctra, z za³o¿enia

przeznaczona do tworzenia gêsto

upakowanych p³ytek drukowanych,

wymagaj¹cych zachowania regu³

projektowych odpowied-

nich dla uk³adów wyso-

koczêstotliwociowych,

oparta jest na technologii

shape-based pozwalaj¹cej

na uzyskanie maksymalnej

skutecznoci i u¿yteczno-

ci w sensie maksymalnego

wykorzystania trasowanego

obszaru.

Idea technologii shape-based

opiera siê na zasadzie traktowania

wszystkich elementów, które maj¹

wyst¹piæ na tworzonym druku, ta-

kich jak pady SMD, pady przeloto-

we, cie¿ki, obszary miedzi itd., ja-

ko bazowych kszta³tów geometrycz-

nych ( rys. 2 ), co pozwala na osi¹g-

niêcie bardzo wysokiego stopnia

kompletacji cie¿ek w bardzo gêsto

upakowanych drukach. W przeci-

wieñstwie do routerów rastrowych,

Specctra anga¿uje wiêc w trakcie

pracy o wiele mniej pamiêci, co

zdecydowanie poprawia prêdkoæ

dzia³ania programu. Poniewa¿

Specctra ³¹czy regu³y projektowe

z kszta³tami geometrycznymi (ka¿dy

obiekt-kszta³t mo¿e byæ zwi¹zany

z zestawem regu³ narzucaj¹cych

routerowi przymusy zwi¹zane np.

z odstêpami, orientacj¹ obiektów

czy szerokoci¹ cie¿ek i parametra-

mi, takimi jak: zale¿noci czasowe,

szumy, przes³uchy itp.), nie trzeba

rêcznie stosowaæ tych regu³, tak jak

w starych routerach rastrowych. Do-

datkowym atutem Specctry jest

Podstaw¹ nowatorskiej technologii shape-based

jest traktowanie wszystkich elementów, które

maj¹ wyst¹piæ na tworzonym druku, jako

bazowych kszta³tów geometrycznych, co pozwala

na osi¹gniêcie bardzo wysokiego stopnia

kompletacji cie¿ek w bardzo gêsto upakowanych

drukach.

potkania problemu, koliduj¹ca

cie¿ka jest najpierw odsuwana

w bok, tak aby mo¿liwe by³o wyty-

czenie aktualnie prowadzonej, a je-

¿eli to nie daje pozytywnych rezul-

tatów, koliduj¹ca cie¿ka jest zry-

wana i wytyczana w innym miejs-

cu. W ka¿dym przejciu gromadzo-

ne s¹ dodatkowo informacje odno-

nie obszarów, na których wystêpu-

j¹ jeszcze konflikty, oraz o poszcze-

gólnych konfliktach. Informacje te

s¹ dziedziczone i przekazywane do

kolejnej fazy (przejcia) w celu

uzyskania 100% sukcesu.

W wariancie podstawowym Spec-

ctra jest kompletnym systemem do

automatycznego i interaktywnego

wytyczania po³¹czeñ na p³ytkach

drukowanych i w zale¿noci od

wersji umo¿liwia projektowanie

p³ytek 6- lub 256-warstwowych

z nielimitowan¹ liczb¹ wyprowa-

dzeñ. Wariant podstawowy zawiera

trzy podmodu³y: autorouter, inter-

active route editor oraz interactive

placement editor . Autorouter zacho-

wuje i stosuje w trakcie dzia³ania

wszystkie podstawowe regu³y, któ-

Rys. 3. Zastosowanie przelotek

pod padami SMD (z prawej)

Elektronika Praktyczna 2/2003

P R O G R A M Y

Rys. 4. Przelotka w technologii

tradycyjnej through hole oraz

Microvia (po prawej)

spe³nienia zaawansowanych regu³

projektowych.

Modu³ AD - Advanced Rules -

zawiera bogaty zestaw regu³ pozwa-

laj¹cych na kompleksow¹ kontrolê

parametrów elektrycznych projektu.

Mo¿na w nim zadawaæ szczegó³owe

zasady dla poszczególnych sk³ado-

wych, takich jak warstwy, przelot-

ki ( rys. 3 ), cie¿ki, grupy cie¿ek,

komponenty itp. Dostêpne s¹ tu za-

awansowane funkcje pozwalaj¹ce

np. na kontrolê impedancji na po-

szczególnych warstwach p³ytki,

kontrolê szerokoci cie¿ek i prze-

s³uchów pomiêdzy nimi. Modu³

Advanced Rules zawiera obecnie

wszystkie w³aciwoci, które udo-

stêpniane by³y poprzednio w modu-

le Hybrid . Chodzi miêdzy innymi

o mo¿liwoæ tworzenia przelotek

zalepionych i zagrzebanych oraz

pod elementami SMD, mo¿liwoæ

definiowania odstêpów izolacyjnych

pomiêdzy tego typu przelotkami

(znajduj¹cymi siê na tej samej lub

ró¿nych warstwach).

Modu³ HP - High Performance -

zawiera zestaw zaawansowanych

funkcji niezbêdnych przy projekto-

waniu uk³adów wysokoczêstotliwo-

ciowych. Opcje te dostêpne s¹ zaró-

wno dla autoroutera, jak równie¿ in-

teractive route editora . Mo¿liwoæ

ustalania maksymalnej, minimalnej

d³ugoci cie¿ki (-ek) oraz d³ugoci

preferowanej pozwala na kontrolê

parametrów czasowych uk³adu. Po-

dobnie jest z kontrol¹ przes³uchów

pomiêdzy cie¿kami (znajduj¹cymi

siê na tej samej lub ró¿nych wars-

twach), która mo¿e odbywaæ siê na

podstawie okrelonych, zdefiniowa-

nych przez u¿ytkownika, regu³ pro-

jektowych. Równoleg³oæ wybranych

par cie¿ek, odstêp miêdzy nimi,

ekranowanie (wylewki miedzi) kon-

trolowane s¹ automatycznie w trak-

cie dzia³ania autoroutera. Interacti-

ve Route Editor obs³uguje routowa-

nie wybranych cie¿ek w postaci

magistral (z definiowalnym odstê-

pem pomiêdzy cie¿kami w magist-

rali), a tak¿e automatyczne wytycza-

nie pojedynczych cie¿ek. Specctra

wzbogacona o modu³ HP wywietla

w tym trybie zestaw informacji

dotycz¹cych d³ugoci cie¿ek, sygna-

lizuj¹c ewentualne przekroczenia za-

danych wczeniej parametrów itp.

Odbywa siê to on-line , czyli w trak-

cie wytyczenia po³¹czenia.

Modu³ DF - Design for Manufac-

turing - s³u¿y do optymalizacji pro-

jektu pod k¹tem wdro¿enia go do

Specctra dostêpna jest

w dwóch wersjach. Obydwie

wersje (6U i 256U) mog¹

byæ dodatkowo

wzmacniane nastêpuj¹cymi

modu³ami: AD ( Advanced

Rules ), AP ( Autoplace-

ment ), DM ( Design for

Manufacturing ), HP ( High

Performance ) oraz MV

( Microvia ).

lokalizacji dla ka¿dego z elemen-

tów, pocz¹wszy od tego, który ma

najwiêksz¹ gêstoæ po³¹czeñ. Anali-

za, na podstawie której funkcja roz-

mieszcza komponenty, przeprowa-

dzana jest zgodnie z regu³ami i pa-

rametrami narzuconymi dla danego

projektu. U¿ytkownik mo¿e zaak-

ceptowaæ po³o¿enie elementu(-ów)

lub odrzuciæ rezultat dzia³ania gui-

ded place i umieciæ dany element

w dowolnym miejscu na p³ytce

wy³¹cznie rêcznie. Interactive pla-

cement editor umo¿liwia równie¿

wykonywanie wszystkich podstawo-

wych operacji typu przerzucanie, ob-

racanie, szeregowanie czy popycha-

nie komponentów. Elementy mo¿emy

przenosiæ w dowolne miejsce p³ytki

indywidualnie lub grupami. Mo¿liwe

jest tak¿e umieszczanie elementów

na p³ytce na podstawie wspó³rzêd-

nych X, Y i kotwiczenie ich w razie

koniecznoci. Specctra pozwala rów-

nie¿ na definiowanie i narzucanie

parametrów termicznych, mechanicz-

nych, itp. dla okrelonych przez

u¿ytkownika obszarów p³ytki. Funk-

cja density pozwala na zweryfikowa-

nie poprawnoci rozmieszczenia ele-

mentów na p³ytce pod k¹tem gêsto-

ci po³¹czeñ w danym obszarze, z ja-

k¹ bêdzie musia³ poradziæ sobie au-

torouter.

produkcji oraz na etapie testowa-

nia. Dostêpna jest na przyk³ad bar-

dzo przydatna funkcja mitter po-

zwalaj¹ca na prowadzenie cie¿ek

pod k¹tem 45 o oraz zaginanie

cie¿ek wytyczonych wczeniej. Po-

za tym modu³ zapewnia automa-

tyczne dopasowanie (maksymaliza-

cjê) odstêpów: cie¿ka-cie¿ka oraz

cie¿ka-obiekt, na dostêpnej wolnej

przestrzeni w danym miejscu p³yt-

ki, minimalizacjê liczby przelotek

oraz automatyczne generowanie

punktów testowych na podstawie

zadanych parametrów.

Modu³ MV - Microvia - dostarcza

zestaw funkcji pozwalaj¹cych na

wykorzystanie technologii Matsushi-

ta ALIVH microvia . Technologia

Microvia pozwala na znaczne zop-

tymalizowanie skomplikowanych,

kilkuwarstwowych p³ytek zawieraj¹-

cych np. wielowyprowadzeniowe

elementy elektroniczne w obudo-

wach BGA ( rys. 4 ). Wykorzystuj¹c

ten modu³, mo¿emy tworzyæ ca³e

tablice lub szeregi przelotek usytuo-

wanych bezporednio w padach

SMD (pod padami), co oczywicie

zwiêksza skutecznoæ dzia³ania au-

toroutera. Przelotki lepe i za-

grzebane mog¹ byæ dodatkowo

umiejscowione w tej samej lokaliza-

cji X, Y na ró¿nych warstwach p³yt-

ki i obs³ugiwane przez wzmocnion¹

w tym module funkcjê fanout .

Modu³ AP - Autoplace Option -

pozwala na automatyczne rozmiesz-

czanie elementów na p³ytce bez ko-

niecznoci podawania ich wspó³-

rzêdnych i skomplikowanej proce-

dury wprowadzania regu³ dla kom-

ponentów o ró¿nych rozmiarach.

Modu³ pozwala na automatyczne

rozmieszczanie wybranych kompo-

nentów przy rêcznym ustawianiu

innych i odwrotnie.

Wzmocnienia

Dodatkowe modu³y, którymi mo-

¿e byæ wzmocniony podstawowy

autorouter (AR6U lub AR256U), po-

zwalaj¹ na znaczne zwiêkszenie je-

go mo¿liwoci pod wzglêdem efek-

tywnoci dzia³ania programu,

zw³aszcza dla projektów o du¿ym

stopniu z³o¿onoci, które wymagaj¹

Obecnie Specctra dostêpna

jest w dwóch wersjach

handlowych: 6U (szeæ

warstw i nielimitowana liczba

wyprowadzeñ) i 256U (256

warstw i nielimitowana liczba

wyprowadzeñ).

Dodatkowe informacje

Wiêcej informacji mo¿na uzyskaæ w firmie RK-

System, www.rk-system.com.pl.

Elektronika Praktyczna 2/2003

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: