Выбор инструментальных средств для проектирования печатных плат

Основным из ключевых вопросов в организации интегральной системы автоматизированного проектирования и производства электронно-вычислительной техники является выбор EDA-инструментов. Основными факторами при выборе базового EDA-инструмента являются:

1. Возможность решения широкого спектра задач конструирования печатных плат электронно-вычислительной техники.

2. Наличие интерфейса между выбираемым инструментальным средством и используемым на предприятии.

3. Возможность выполнения проекта для существующих и перспективных технологий производства электронно-вычислительной техники, включая проектирование заказных интегральных схем и технологию с поверхностно монтируемым компонентом.

4. Использование уже имеющихся локальных сетей.

5. Наличие интерфейса с EDA-инструментами, используемыми другими зарубежными научными центрами, с которыми имеются совместные проекты.

6. Стоимость выбираемого инструмента.

Решение задач проектирования печатных плат электронно-вычислительной техники современным eda-инструментом

Применение сверхбольших интегральных схем с высокими тактовыми частотами и технологии с поверхностно монтируемым компонентом привело к необходимости решать новый спектр задач, включая: временные задержки сигналов, эффекты их взаимодействия при отражении, искажение фронтов тактовых импульсов, рассеиваемая мощность, температурный градиент печатной платы, электромагнитное излучение – расчет и учет влияния указанных параметров на размещение компонентов, трассировку соединений на плате.

Процедура размещения и трассировки с учетом эффектов искажения сигналов

При работе в наносекундном диапазоне цифровые сигналы по своей форме приближаются к аналоговым, что может отрицательно сказаться на функционировании разрабатываемых устройств. При анализе искажения сигналов необходимо учитывать временные задержки при их передаче, паразитные положительные и отрицательные выбросы, перекрестные помехи, «звон» на сигнальных шинах и шинах питания, и случайное превышение логических порогов. Причинами этих искажений являются паразитные цепи, обусловленные конструктивными особенностями корпусов компонентов, разъемов, собственной и взаимной емкостью и индуктивностью проводников и металлизированных отверстий многослойных печатных плат, а также отсутствие согласования выходного сопротивления передающего устройства с нагрузочным, включая волновое сопротивление печатного проводника. Так как печатная плата является трехмерной конструкцией, то EDA-инструменты должны вычислять вышеуказанные параметры в трехмерном пространстве. Таким образом, процедуры размещения трассировки должны выполняться в зависимости от результатов временного анализа сигналов, зависящих от топологии передающих линий и моделей, монтируемых на плате компонентов. Существует два подхода к решению этой задачи:

1. Синтез межсоединений.

2. Итеративный процесс трассировки.

Синтезатор состоит из четырех модулей:

- модуль исходных правил, задающий временные соотношения и допустимые искажения сигналов;

- иерархический планировщик, осуществляющий размещение компонентов и их групп в зависимости от исходных правил;

- инструмент анализа сигналов;

- трассировщик, использующий информацию от трех предыдущих модулей.

Список исходных правил включает: допустимые величины временных задержек сигналов, искажение фронтов импульсов, времен установки перекрестных помех, положительных и отрицательных выбросов на фоне импульсного сигнала, «звона» на сигнальных шинах и шинах питания. Все исходные данные о проекте вводятся в редакторе применяемого EDA-инструмента или в известном формате HDL. Синтезатор межсоединений анализирует описание схемы и ограничения и определяет пути трассировки. При этом выполняется моделирование, основанное на решении нелинейных уравнений передающих линий. Иерархический планировщик может группировать компоненты в соответствии с заданными требованиями. При замене компонента осуществляется перерасчет временных параметров всех сигналов и сообщается о нарушениях, если они появляются. Для моделирования искажения сигналов на печатной плате требуются модели входных, выходных буферов, передающих и принимающих следующих по печатным проводникам сигналов. На практике используются два формата описания этих моделей: SPICE-формат и IBIS, или формат поведенческого описания. На сегодня компании, выпускающие интегральные схемы, сразу предлагают SPICE-модели выпускаемых схем. Применение SPICE-моделей в случае, когда приходится работать с сотнями и тысячами входных и выходных буферов связано с большими затратами машинного времени, поэтому наибольшее распространение получили модели в IBIS-формате, основанные на вольтамперных параметрах устройств данных об изменении сигнала на входе и информации об упаковке элементов на уровне выводов.

На сегодня компания Mentor Graphics предлагает 8700 IBIS-моделей компонентов, которые используются почти всеми производителями EDA-инструментов. Если в библиотеке пользователя отсутствует та или иная модель, он может создать ее сам и проверить синтаксис с помощью инструментальных средств редактирования IBIS-моделей.