Élet „túl az Autorouteren” – 2

avagy: hogyan huzalozható hatékonyan több differenciális vezetékpár

A cikk bevezető részében bemutattuk a Mentor Graphics cég PADS NyÁK-tervező rendszerének azt a sajátosságát, hogyan lehet szabályokkal kezelni az azonos tervezési követelményeket támasztó vezetékcsoportokat. Ebben a folytatásban azt tárgyaljuk, hogyan használható mindez olyan „kényes” NyÁK-huzalozási műveleteknél, mint például az időkritikus differenciális huzalpárok tervezése.

Huzalozási eszközök

Miután körültekintően rendszereztük és csoportosítottuk a huzalokat, lássuk, milyen eszközöket kínál a PADS Professional a hatékony huzalozáshoz. A manapság egyre sűrűbben előforduló FPGA, DSP vagy soklábú processzort tartalmazó tervek egyenes következménye a komoly huzalozási feladatot jelentő, nagy lábszámú (vagy BGA tokozású) IC-k vezetékezése, amelynél különös figyelmet kell fordítnunk az IC körüli elrendezésre és a kivezetések huzalozására. Ez utóbbihoz mutatunk egy automatikus eszközt.

Fanout

A Fanout eszköz teljesen automatikusan megrajzolja helyettünk az IC körüli kivezetéseket, akár SOIC, akár négyoldalú, akár BGA tokozásról van szó. Mindezt természetesen a vonatkozó tervezési szabályok (Design Rules – DRC^[1]) betartásával. A kivezetések rajzolata nagy jelentőségű a további huzalozási lehetőségek minél hatékonyabb kihasználásában, hiszen így például bármelyik rétegről elindítható és befejezhető egy buszvezeték huzalozása.

Multiplow Routing

Talán minden huzalozást tervező mérnök álma, amikor pár egérkattintással végig lehet húzni a NyÁK-on a kiválasztott vezetőt a kiszemelt nyomvonalon. Ha nem is álombeli könnyedséggel, de a már megrajzolt nyomvonalak és furatok eltolásával olyan gyorsan tudunk helyet találni a vezetősávnak, ahogy a szemünk vezet. Sőt, ezt akár komplett buszokra is alkalmazhatjuk, automatikusan és klikkelés nélkül a befejezésig. A Multiplow ezek által jobb minőségben, esztétikusabban, és gyorsabban varázsol nekünk huzalozott NyÁK-ot, mint egy hagyományos DRC-követő módszer, miközben valós időben, folyamatosan látható a munkája, hogy például hol nem tudunk átmenni a huzallal, vagy ahogy „helyet csinál” a huzalnak. Természetesen ezek mellett a DRC- és távolsági szabályokat is betartja, és valós időben, azonnal a mutatja egy hatókörön belül, hogy hol teljesülnek ezek. A működés személyre szabható, például késleltetett útrajzolással, vagy a nyomvonal simításával. Természetesen a Multiplow (1. ábra) alkalmazása előtt is fontos megfelelő hangsúlyt fektetni a cikk előző részében említett előkészületekre, mint az alkatrészek tervezett elhelyezése, szabályok, csoportok és rétegek funkcióinak megtervezése vagy az itt megismert Fanout rajzolása.

A Multiplow eszközzel tehát teljesen ellenőrzés alatt tartható a huzalozás, kevesebb egérkattintással és az Interactive Routingot meghaladó minőségben.

1.ábra A PADS Professional MultiPlow funkciója működés közben

Sketch Routing

A huzalozási eszközök ismertetésében elérkeztünk a „legütősebb” eszközhöz. Mielőtt azonban erre rátérnénk, emlékezzünk vissza az autorouting előnyeire és hátrányaira (utóbbiak között például az egyszerűbb NyÁK-ok esetében is a több réteg használatára, ezen rétegek egy irányú (horizontális vagy vertikális) kizárólagosságára, vagy a sok átmenő furat alkalmazására. Egyszerűbb terveknél ez utóbbi nem jelentős probléma, azonban nagysebességű, akár differenciális párokkal tűzdelt NyÁK esetén jelentős jelminőség romlást okozhat. Képzeljük el, hogy az említett jelenségeket kiküszöbölve tudunk szinte 100%-ban automatikusan huzalozást készíteni. Ezt kínálja a Sketch Router (2. ábra). „Sketch”, azaz vázlat utal arra a lehetőségre, hogy a huzalcsoport haladási útvonalát mi magunk tudjuk kijelölni. Megadva ez IC elkerülési irányát, vagy egy csatlakozóról való elvezetés fő irányát. Ezen csoportokat célszerű a huzalozás elkezdése előtt kialakítani.

2. ábra A Sketch Router működés közben, nyomvonallal

Természetesen a Sketch Routing alkalmazása előtt is fontosak a már említett előkészületek (nem lehet eleget ismételni: az alkatrészek tervezett elhelyezése, a tápellátás hierarchiájának megtervezése, a csoportok és rétegek funkcióinak megtervezése. Kiemelten fontos a vezetőhossz és távolságszabályok beállítása, valamint a valóban nagymértékben könnyíti meg a működést az IC-k köré Fanout automatikus megrajzolása.)

A fentiekből kirajzolódik, hogy igen sok huzalozási irány adódik a Sketch Router alkalmazása során. Érdemes tehát több, eltérően felépített huzalozási stratégiával is próbálkozni, hiszen sokkal jobb minőségű és átláthatóbb huzalozási megoldásokat találhatunk (3. ábra), mint autorouterrel.

Már a Sketch nyomvonal megrajzolásához is több lehetőség adódik, rajzolhatjuk sarkosra, ívesre, vagy akár szabad kézi nyomot is követhetünk vele. Minden esetben kiegyensúlyozott huzalozási kép lesz az eredmény. A huzalozott nyomvonalak haladhatnak távolságszabályok szerint szorosan egymás mellett (beállítás: Packed) vagy lazábban (beállítás: Unpacked). Továbbá a rétegváltásokkal rajzolt furatcsoport mintája is állítható. Szinte minden lehetőség állítására van gyorsbillentyűnk, vagy rövid parancsokkal is könnyedén állítható, kevesebb egérmozgás mellett.

A Mentor szakemberei szerint a kézi huzalozáshoz viszonyítva egy átlagos huzalozási tapasztalattal bíró mérnök harmincszor gyorsabban kap minőségi végeredményt. Hihető ez? Talán legjobb, ha az olvasó maga győződik meg róla. Igényeljen próbalicenszet most.

3. ábra A PADS Professional Sketch Router eredménye

A körültekintően előkészített és megtervezett folyamat által tehát meglepően könnyedén kaphatunk a gondos kézi huzalozással vetekedő minőséget, és eközben sok értékes munkaórát takaríthatunk meg (családunk nagy örömére).

PinSwap – nem csak FPGA áramkörökhöz

Ha már bonyolultabb áramköröket is tervezünk, megjelenhetnek a differenciális huzalpárok az FPGA-k csatolásánál. (Talán nem meglepő, hogy a még manapság is alkalmazott digitális alapáramkörök használata is hasonló problémákat vet fel, ha több azonos funkciójú kapu helyezkedik el egy tokon belül.) Akármennyire is próbálunk előrelátóan tervezni a kapcsolási rajz fázisban, könnyen belefuthatunk olyan esetekbe, ahol huzalozáskor „összekuszálva” érjük el a cél IC kivezetéseit. Nagysebességű rendszerekben a jelminőség miatt kritikus lehet akár 1-2 furat megtakarítása is, amelyet az előnytelen kivezetés-elrendezés miatt kellene beiktatnunk. Ugyanekkor a kivezetés-elrendezés, a rajzolat minősége és esztétikája is fontos lehet, a megtakarítható furatok költségeiről nem is beszélve. Az esetek nagy többségében tehát előnyös, ha a differenciális párokat vagy kapukat fel tudjuk cserélni. Ezeken túl segítség lehet, ha helyet kell „varázsolnunk” a NyÁK-on, vagy ha nagy kerülőutakat kell kiiktatnunk.

A Pin Swap lehetőséget biztosít mind az IC-n belüli kapuk, mind az FPGA-lábak cseréjére aszerint, ahogyan ezt a huzalozás rajzolata megkívánja. Ezt akár az alkatrészelrendezés vagy huzalozás közben is elvégezhetjük, a kapcsolási rajzra történő visszahivatkozást pedig a PADS megoldja helyettünk.

Hosszkiegyenlítés

Újra kanyarodjunk el a komplexebb áramkörök felé, felidézve a differenciális párok huzalozásának követelményeit. Talán a legkritikusabb ezekben az esetekben a jelterjedési idők egyformasága, hiszen fontos, hogy a jel a differenciális huzalpár két vezetékén egyszerre (pontosabban a megadott időtartományon belüli eltéréssel) érkezzen meg a vevőbe. Kézzel huzalozva szinte lehetetlen beállítani a megfelelően egyforma hosszakat.

A PADS Professional több eszközt is felvonultat a hosszkiegyenlítés támogatására. Az eddig bemutatott huzalozási eszközökkel való munka közben már könnyedén elvégezhető a differenciális jelek hosszkiegyenlítése. A Mentor Graphics által Length Match névre keresztelt funkció szolgáltatása például egy Length Monitor (4. ábra), amely valós időben mutatja számunkra a huzalozott vezető hosszát, és az eltérést a szabályrendszerben meghatározott kívánt huzalozási hosszhoz képest. Tehát itt is nagy jelentősége van a szabályszintű előkészületeknek, különösen a huzalozási hosszak és hosszeltérések megadásának a Constraint Managerben.

4. ábra A PADS Professional Length Monitor

A hosszkiegyenlítésre könnyedén használhatunk egy félautomatikus módszert, az Interactive Tune funkciót, ahol megadható vezető hosszabbítására alkalmazott harmonika vagy hullámalakzat, ennek hossza és tűrése, eredményként pedig a kész harmonikát adja. Egy másik lehetőség szerint kézzel állítjuk be a helyét, méretét, és közben a Lenght Monitorral figyelve valós időben követjük nyomon a teljes hosszat. Az eredmény a működésre kritikus lehet, ezért a huzalozott hosszakat vissza tudjuk ellenőrizni a Constraint Manager ablakban.

Tervezési ajánlások

Az alkatrészelrendezési és huzalozási folyamat lépései

Áttekintve az PADS Pro eddig említett képességeit, most egybefüggően mutajuk be, milyen lépésekre érdemes figyelni a tervezés folyamán, hogy a huzalozási fázisban minél egyszerűbben, és időben is hatékonyan tudjunk dolgozni, megkönnyítve ezzel a magunk és kollégáink munkáját is. Teszünk néhány ajánlást a huzalozási feladatok optimális elvégzéséhez is, így pontosabban átlátható, hogy mely huzalozási eszközt mely esetekben érdemes használni.

Ajánlott lépések a hatékony tervezéshez:

• Szabályrendszer kialakítása: távolság, vezetőszélesség, stb.

• Alkatrészek elhelyezése: tervezési csoportokban, összetartozóan

• Net Class / Planning Groups: csoportok kialakítása

• A kondenzátorok, ellenállások, egyéb alkatrészek IC-közeli elhelyezése

• A rétegek funkcióinak megtervezése (tápellátás, nagysebességű) a Stackup Editor segítségével

• Fanout készítése integrált áramkörökhöz: Fanout Patterns segítségével

• A kisszámú kritikus vezető huzalozása (csatlakozók, tápelosztás, analóg részek): Interactive Routing és Plow routing segítéségvel

• Buszok huzalozása: Sketch Routerrel és Multiplow Routerrel

• Hosszkiegyenlítés: Manual Tune vagy Interactive Tune segítségével

• Nem kritikus vezetők huzalozása (kissebességű, digitális) Interactive Routing, Sketch Routing és Plow routing segítéségvel

• Speciális huzalozás: íves huzalok, árnyékolóhuzalok, felületek, tesztpontok

• Huzalozás optimalizálása: Gloss funkció

Támogatás

A tervezési folyamat támogatásához a Mentor Graphics részletes és szakmailag jól felépített dokumentációt és szolgáltatásokat ad, kereshető help dokumentumokkal, videókkal, a PADS Professional funkciókon végigvezető Evaluation Guide-okkal, tervekkel, és online kereshető megoldásokkal. Ezen túl elérhetők a funkciók részletesebb leírásával kiegészített tervezési segédletek, ahol a felhasználók további ajánlásokat találnak a tervezési folyamatokra és az eszközök hatékony kezelésére.

Köszönjük, hogy velünk tartottak ezen a bemutatón. Igyekeztünk nagy vonalakban felvázolni, mire képesek a modern szoftverek a huzalozás területén, és rálátást adni, hogy a PADS Professional-lel végzett tervezési folyamat során a milyen előkészületek tudják nagyban könnyíteni a huzalozási munkát, hogyan lesz az a leghatékonyabb, és milyen innovatív huzalozási eszközökkel támogatja a PADS Professional céljainkat a jó minőségű, magas műszaki színvonalú és esztétikus NyÁK-tervek elkészítésében.

Szerző: Pál Gergely – EDMD Solutions Kft.

EDMD Solutions Kft.

1087 Budapest

Könyves Kálmán krt. 76.

Tel.: +36 1 461 9000

E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.

www.edmd.hu

[1] A szakzsargon nem ritkán a tervezési szabályokat is egy művelet, a tervezési szabályok ellenőrzése (Design Rule Check – DRC) rövidítésével jelöli. A továbbiakban itt is ez utóbbi „laza”, de a szövegösszefüggés alapján világosan érthető jelölést alkalmazzuk – A szerk. megj.