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

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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

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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

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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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

Automatic PCB Routing8

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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

Automatic PCB Routing11

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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Dominik Groß

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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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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