Электротехника / Методические указания к Лабораторным работам ALTIUM DESIGNER издание 2

Лабораторная работа № 7 Автоматическая трассировка

Цель работы: приобретение навыков работы в топологическом редакторе по активной интерактивной и автоматической трассировке проводников на печатной плате.

Продолжительность работы: 4 часа.

Задание: оптимальным способом спроектировать топологию проводников на печатной плате с учётом конструкторских, технологических и электротехнических ограничений.

Ожидаемый результат: топология печатной платы, имеющая 100 % разведённых электрических связей.

Защита работы: предъявить на экране компьютера топологию платы, ответить на контрольные вопросы.

Теоретические сведения

Одним из самых затратных по времени этапов проектирования платы является трассировка цепей. Несмотря на то, что система правил проектирования управляет такими ограничениями, как ширина трасс, размер переходных отверстий, зазоры и т.д., на проектировщика возлагается задача по размещению тысяч сегментов трасс, необходимых для полной разводки платы. Решать задачу можно тремя способами: ручной интерактивной трассировкой, активной интерактивной трассировкой и автотрассировщиком. В первом случае цепи трассируются по отдельности, каждая индивидуально.

Активная интерактивная трассировка осуществляется с помощью специальной процедуры ActiveRoute.

ActiveRoute – это управляемый интерактивный трассировщик, настроенный на получение высококачественной трассировки для набора заданных цепей. Можно использовать ActiveRoute таким же образом, как вы используете интерактивную

81

трассировку: выбираете нужные цепи, задаёте слои, на которых вы хотите провести трассировку этих цепей, указываете путь, по которому необходимо трассировать цепи, и затем проводите трассировку.

Выделяют следующие ключевые особенности ActiveRoute:

автоматическая оптимизация трасс, отходящих от массивов выводов/переходных отверстий;

подчинение ширины, зазора, слоёв, топологии и «комнат», для цепей и классов цепей правилам проектирования (с учётом приоритетов);

одновременная трассировка на множестве слоёв и распределение трасс по этим слоям;

возможность трассировки через полигоны с последующей их перезаливкой (если включён параметр перезаливки);

определение пути трассировки и расстояния между трассами с помощью команды Route Guide;

возможность размещения путей большей длины за счёт размещения меандров;

автоматическое приведение длины трасс в соответствие с правилами через подстройку длины;

возможность эквивалентной замены выводов для упрощения задач трассировки.

Используя автотрассировку, важно помнить, что работа ведётся со всеми цепями схемы, но лучше применять её для частных случаев, поскольку:

она не может правильно учесть множество неявных правил проектирования, которые разработчик применяет в процессе трассировки интуитивно;

на её настройку уходит слишком много времени и зачастую эффективнее провести интерактивную трассировку;

последующая доработка результата может быть настолько сложной и долгой, что проще провести трассировку в интерактивном режиме.

Для автоматической трассировки в САПР Altium Designer применяется автотрассировщик Situs. Он использует технологию топологического анализа для распределения пространства платы, которая, в отличие от распределения на основе

82

геометрии или форм, не зависит от координат и вида препятствий. Топологическое распределение обеспечивает большую гибкость в определении пути трасс и разрешённых направлений трассировки. Автотрассировщик выполняет свою работу, как правило, в несколько этапов, каждый из которых можно настраивать, включать или выключать.

На первом этапе автотрассировщик проверяет полноту и правильность заданных правил проектирования, определяет список цепей, подлежащих трассировке. В правилах проектирования должны быть заданы: запреты на области трассировки, запреты на модификацию тех или иных цепей, технологические ограничения на электрические цепи, разрешённые слои для трассировки, приоритетные направления трассировки для слоёв, порядок выбора цепей для этого процесса, набор алгоритмов трассировки и др.

На втором этапе автотрассировщик формирует «фэнауты» (Fanout), если это было задано. «Фэнауты» – это небольшие фрагменты цепей, позволяющие «отойти» цепи от контактной площадки. Если в плате присутствуют микросхемы в BGA корпусах, то без создания «фэнаутов» трудно обойтись из-за очень плотного расположения контактов микросхемы.

На третьем этапе электрические соединения трассируются в выбранном порядке и выбранными алгоритмами трассировки. При этом допускается нарушение правил трассировки, например, пересечение проводников. Далее итерационным методом перетрассируются проводники, имеющие конфликты с другими проводниками. Количество этапов итерации также задаётся в правилах проектирования.

На последнем этапе осуществляется оптимизация проложенных трасс – удаление петель, сглаживание и т.д.

Лабораторное задание

1. Загрузите с диска файл Autoroute_Lab.PcbDoc с печатной платой из примеров Altium Designer. Сохраните его под другим именем.

83

2. Сделайте видимым только слой Top Layer, удалите с него земляной полигон. Откройте панель PCB, выберите режим Nets и выберите класс LCD_DB[7..0], выделите все его цепи (это можно сделать на панели PCB), удалите их. Теперь на панели Properties выберите во вкладке

Selection Filter только объекты Tracks (рис.7.1).

Рис.7.1.

3. Найдите на плате цепи HB5…HB15, двигая мышь справа налево, выделите зелёным прямоугольником сегменты этих цепей; однократно нажав клавишу Tab выделите цепи целиком и удалите их (рис.7.2). Теперь плата готова к повторной трассировке.

Рис.7.2.

4. Откройте панель PCB ActiveRoute (все панели открываются в нижней правой части экрана). На панели укажите слой трассировки Top Layer, на плате выделите по одному контакту каждой из цепей класса LCD_DB[7..0], предварительно перенастроив фильтр отбора на все объекты. На панели ActiveRoute выберите пункт Route Guide и укажите примерный путь, где вы планируете проложить трассы (рис.7.3). Первую точку пути укажите недалеко от начала группы цепей, а последнюю – немного не доходя до конечной цели. В результате получится следующая схема.

84

Рис.7.3.

5.Нажмите кнопку ActiveRoute или комбинацию клавиш Shift+A, тогда цепи автоматически страссируются. Используя панель PCB ActiveRoute, можно оперативно менять правила трассировки для выбранных цепей (их ширину и зазор между ними).

6.Аналогичным способом трассируйте цепи HB5…HB15.

7.Сохраните полученный файл топологии на диске под новым именем.

8.Снова удалите цепи HB5…HB15 и попытайтесь трассировать их в режиме Interactive Multi-Routing. Обратите внимание на отличие результатов трассировки. Этот файл тоже сохраните, но уже под другим именем.

9.Снова удалите цепи HB5…HB15 и цепи класса LCD_DB[7..0]. Настройте автотрассировщик и запустите автоматическую трассировку удалённых ранее цепей. Для этого заблокируйте уже страссированные цепи с помощью параметра Lock All Pre-routes в диалоговом окне Situs Routing Strategies. В этом же окне укажите направления трассировки для слоёв во вкладке Layer Directions. Проверка правил проектирования (DRC) перед запуском автотрассировки является паиболее важным

85

шагом. Команда Situs проводит собственный предварительный анализ и представляет его результаты в виде отчета в диалоговом окне Situs Routing Strategies, при использовании команд Route\Auto Route \Setup или Route\Auto Route\All.

Рис.7.4.

Отчет включает в себя следующую информацию (рис.7.4):

правила проектирования, определённые в проекте, которые будут использоваться автотрассировщиком, и количество объектов, на которые действует каждое правило: цепи, компоненты, контактные площадки;

направления трассировки, определённые для всех сигнальных слоёв;

определения пар сверловки.

В отчёте отображается список потенциальных проблем, которые могут повлиять на эффективность трассировки. Там, где возможно, будут предоставлены подсказки для лучшей подготовки проекта к автотрассировке.

Перед запуском трассировки внимательно изучите все ошибки, предупреждения, подсказки и при необходимости внесите соответствующие изменения в правила проектирования. Перед запуском автотрассировки важно исправить все нарушения правил проектирования, относящихся к трассировке. Они могут не только помешать трассировке в месте нарушения, но и значительно замедлить процесс из-за

86

постоянных попыток автотрассировщика провести трассировку в неисправной области.

Рис.7.5.

Советы по запуску трассировщика:

команды автотрассировщика находятся в меню Route\Auto Route (рис.7.5);

команды Route\Auto Route\All и Route\Auto Route\Setup открывают диалоговое окно Situs Routing Strategies; разница между ними состоит в том, что при выборе команды All диалоговое окно будет включать в себя кнопку Route All (трассировать всё);

не бойтесь экспериментировать. Если результат неприемлем, измените подход трассировщика. Добавьте промежуточные проходы очистки и выравнивания, оставьте больше пространства вокруг плотных областей или измените направления слоёв;

экспериментируя с трассировщиком, создавая собственные стратегии для управления порядком проходов, изменения количества переходных отверстий, смены направлений трассировки, ограничения трассировки только ортогональными трассами и т.д., делайте заметки о комбинациях, которые вы пробуете. Таким образом вы сможете найти и повторно использовать конфигурации, которые наилучшим образом работают с вашими проектами;

87

отдельно запустите процесс создания «фэнаута» и оцените качество результата. Возможно, понадобится вручную создать «фэнауты» в проблемных областях.

Определённые на данный момент стратегии трассировки приведены в нижней части окна Situs Routing Strategies. Нажмите кнопку Add, чтобы открыть вкладку Situs Strategy Editor, в которой можно указать проходы для их включения в новую стратегию (рис.7.6).

Рис.7.6.

Стратегии, определённые пользователем, можно отредактировать в любой момент, в отличие от стратегий по умолчанию, которые изменить нельзя: Cleanup, Default 2 Layer Board, Default 2 Layer With Edge Connectors, Default Multi Layer Board, General Orthogonal, Via Miser.

Доступны следующие проходы трассировки (табл.7.1), их можно использовать в любом порядке. В качестве руководства изучите существующую стратегию и её порядок проходов.

88

Продолжение таблицы 7.1.

Проход трассировки на уровне соединений, который повторно трассирует каждое соединение, следуя существующим трассам с Hug минимально возможным зазором. Этот проход используется для максимального увеличения свободного для трассировки

пространства. Этот проход работает очень медленно

Layer Patterns Проход трассировки на уровне соединений. Трассирует только соединения, соответствующие направлению слоя (в пределах допуска). Использует высокую стоимость огибания и следования существующей трассировки для максимизации пространства

Main Проход трассировки на уровне соединений. Использует топологическое распределение для поиска пути трассировки, затем – «расталкивание» трассировки для преобразования пути в трассу. В стратегии трассировки должен присутствовать только один проход типа «Main»: Main, Multilayer Main или Globally Optimized Main

Memory Проход трассировки на уровне соединений. Ищет два вывода разны омпонентов на одном слое с одной координатой X или Y

Multilayer Main Проход трассировки на уровне соединений. Аналогичен проходу Main, но со стоимостью, оптимизированной для многослойных плат

Recorner Проход трассировки на уровне соединений. Используется для создания скосов у изломов трасс. Этот проход нужен, если в стратегии включен параметр Orthogonal, по сути, переопределяя его и скашивая изломы каждой трассы. Если параметр Orthogonal отключён в используемой стратегии, то нет необходимости добавлять проход Recorner, поскольку автотрассировщик добавляет скосы по умолчанию

Spread Проход трассировки на уровне соединений. Повторно трассирует каждое соединение, пытаясь равномерно распределить трассировку для использования всего свободного пространства и провести трассировку на равных расстояниях при проходе между фиксированными объектами (такими, как контактные площадки компонентов). Этот проход работает очень медленно

Straighten Проход трассировки на уровне соединений. Пытается сократить число изломов. Следует вдоль трассы до излома, затем выполняет поиск другой точки трассировки цепи в горизонтальном, вертикальном, в +45 , в 45 . направлении. Если эта точка будет найдена, то происходит проверка: уменьшает ли новый путь длину трассировки

90