Ein zentraler Bestandteil ist die Leiterplatte. Sie ist nicht mehr nur Schaltungsträger der Bauteile, sondern muss auch elektrischen Vorgaben entsprechen. Die Anforderungen sind vielfältig und reichen von Stromdichten für hohe Versorgungsströme über Impedanzen für schnelle Signale bis hin zu komplexen mechanischen Einbauanforderungen für starrflexible Leiterplatten. Nachdem die Entwickler von FlowCAD das erste Konzept für die Schaltung im Stromlaufplan oder als Blockdiagramm erstellt haben, erfolgen Überlegungen zur Leiterplatte zusammen mit dem PCB Designer. Die Board-Outline (Leiterplatten-Kontur) wird von einem mechanischen CAD-System übernommen und es geht um den Lagenaufbau. Wie viele Lagen werden benötigt und welche technischen Anforderungen gibt es noch. Im PCB Editor von OrCAD oder Allegro lassen sich Lagenaufbauten zusammenstellen und dabei gewisse Parameter als Regel festlegen. So kann spezifiziert werden, dass auf Signalen oder differenziellen Paaren auf einigen Lagen eine Impedanz vorgegeben wird. Auch ist auf Versorgungslagen ein dickeres Kupfer für höhere Ströme wählbar.

Oberfläche des Constraint Manager mit unterschiedlichen Kategorien für Regeln und DRC-Verletzungen (Rot).

Oberfläche des Constraint Manager mit unterschiedlichen Kategorien für Regeln und DRC-Verletzungen (Rot). FlowCAD

Mit IPC-2581 importierter Lagenaufbau als Basis für Designregeln,

Mit IPC-2581 importierter Lagenaufbau als Basis für Designregeln, FlowCAD

Konkreter Lagenaufbau sinnvoll

Diese Ideen für einen Lagenaufbau können als IPC-2581-Ausgabe an den Leiterplatten-Hersteller verschickt werden, der diese Daten in seine Software einlesen kann. Der Leiterplatten-Hersteller schlägt nun einen konkreten Lagenaufbau vor, der technisch möglich und kostengerecht ist. Hierbei werden die unterschiedlichen Materialdicken und Eigenschaften des FR4 und des Kupfers als IPC-2581-Datei zurückgeschrieben.

Wenn der Lagenaufbau definiert ist, kann das PCB-Layout beginnen. Nunmehr sind die Designregeln für die Leiterplatten-Fertigung zu beachten. Wer nach PCB Design Rules im Internet sucht wird etliche Fertigungsrichtlinien finden, die sich zum Teil widersprechen. Der Widerspruch kommt durch unterschiedliche Maschinen und Fertigungsprozesse bei den Herstellern zustande. Daher sollten immer die Richtlinien des ausgesuchten Herstellers verwendet werden, der auch den Stackup berechnet hat.

PCB Tools wie OrCAD und Allegro ermöglichen das Einlesen von Regelsätzen für bestimmte Technologien. So können Designregeln, die sich in vorherigen Designs bewährt haben, als Regelsatz exportiert und in späteren Designs wiederverwendet werden. Das vereinfacht nicht nur die Regelvergabe deutlich, sondern sichert auch eine Konstanz und Durchgängigkeit der Qualität bei allen erstellten Designs. Ein Regelsatz für eine SerDes-Schnittstelle kann neben den Impedanzwerten auch Angaben enthalten über minimale und maximale Längen der einzelnen Signale, um die Setup- und Hold-Zeiten einzuhalten. Differenzielle Paare können mit einem maximalen Phasenversatz zwischen dem positiven und negativen Signal definiert werden, damit die EMV-Störeinflüsse, wie in der Norm vorgeschrieben, begrenzt sind. Es lassen sich auch die Anzahl der Durchkontaktierungen und Lagenwechsel limitieren. Dieser Regelsatz adaptiert sich dann an den vorhandenen Lagenaufbau.

Hierarchische Vergabe der Designregeln.

Hierarchische Vergabe der Designregeln. FlowCAD

Schulungen

Die Schulungen zur Bedienung der jeweiligen Tools sind  von Experten didaktisch so entwickelt worden, um dem Anwender bei einem schnellen Einstieg in die Bedienung und Philosophie der Software zu helfen. Theoretische Lerninhalte werden durch praktische Übungen vertieft. Die Kurse finden entweder im Cadence Trainings-Center in Feldkirchen oder bei FlowCAD in Mägenwil (CH) statt.

Für eine Leiterplatte kommen schnell mehrere hundert Designregeln zusammen. Da stellt sich die Frage, wie der Überblick über die Regeln bewahrt wird. Fast alle PCB Tools verfügen über einen Constraint Manager für die Regeleingabe und deren Verwaltung. Ein Constraint Manager sieht auf den ersten Blick aus wie ein riesiges Excel-Blatt. Es steckt aber viel mehr Funktionalität in einem Constraint Manager. Er ist immer mit dem PCB Layout und der Netzliste des Designs verbunden. Über eine hierarchische Darstellung kann jede elektrische Verbindung der Netzliste dargestellt werden. Die Regeln lassen sich so schnell zuweisen. Dadurch kann dem ganzen Design oder einem kompletten Bus ein Wert für die Leiterbahnbreite oder den Abstand zwischen zwei Signalen vorgegeben werden. Wenn es innerhalb des Busses, beispielsweise zwischen Adress- und Datenbus sowie dem Clock-Signal, einen anderen Abstand geben soll, kann der in der weiter unten in der Hierarchie vorher definierte Wert gezielt überschrieben werden. Überschriebene Werte sind auch farblich gekennzeichnet, damit sie in einem Design Review nachvollzogen werden können.

Der zweite, wesentliche Vorteil eines Constraint Managers ist die direkte Verbindung zu den Online Checks. Im PCB Editor kann ein Design Rule Check automatisch prüfen, ob alle Designregeln eingehalten wurden und im Falle eines Regelverstoßes wird ein DRC-Marker im PCB Editor angezeigt und im Constraint Manager der Fehler Rot hervorgehoben. So sind im Constraint Manager auch die Details zu dem Fehler leicht verständlich nachvollziehbar. Ist der maximale Wert für eine Leitungslänge definiert, wird im Feld daneben die echte Länge der Leitung im Layout angezeigt. Der Wert ist Rot bei einem Fehler oder Grün wenn der Wert eingehalten wird. Es geht aber noch einen Schritt weiter und zeigt auch Warnungen für ungeroutete Leitungen an, da der Constraint Manager zusammen mit der DRC-Prüfung auch Fehler erkennt, wo die Platzierung von Bauteilen schon zu weit auseinander ist und beim Verlegen der Leitung der maximale Wert nicht eingehalten werden kann. Somit bekommt der PCB Designer schon beim Platzieren eine Fehlermeldung, wenn Abstände zwischen zwei Bauteilen zu groß sind und ihn damit vor eine unlösbare Aufgabe stellen würden.

Der Vorteil des Constraint Managers ist, dass viele typische Regeln schon vordefiniert sind. In dem Excel-Blatt sind die Felder dafür einheitlich benannt. So können Werte für Abstände zwischen Durchkontaktierungen untereinander oder zu Leitungen oder der PCB-Kontur in einem weiteren Regelsatz definiert werden. Diese vordefinierten Felder ermöglichen es Regelsätze einzusetzen, die sich flexibel an die verschiedenen Lagenaufbauten anpassen. Somit lässt sich ein Regelsatz auf zwei-, vier-, sechs- oder mehrlagigen Leiterplatten anwenden.

Seite 1 von 212