PCB設計優化PCB布局約束管理
在PCB設計方面，許多設計人員在設計規則和約束管理方面仍在嘗試使用“一刀切”的方法。雖然穿一雙過大的襪子可能有些不適，但電路板在其間距規則和其他設計約束方面承受不了足夠的空間。要設計既能按預期工作又易于制造的電路板，則需要針對設計精確地調整布局約束管理。這里有一些關于如何最好地做到這一點的想法。
為什么PCB布局約束管理很重要
電路板是電子工程時代的奇跡，它們依靠設計的精確性來正常工作。盡管30年前對電路板的電氣和制造要求允許在設計規范中進行更多的取舍，但如今已不再如此。因此，必須嚴格控制電路板上金屬部件之間以及板對象（如組件）之間的間隙。相同的控件也適用于金屬走線的寬度，連接方式以及PCB電氣連接的許多其他方面。
布局約束管理的電氣注意事項
考慮以下電氣原因，控制電路板的設計規則和約束很重要：
電源：設計中的某些金屬走線將以比板上其他信號走線更高的電流傳導功率。這些走線需要更寬，以防止電流通過走線燃燒。
阻抗：一些信號跡線必須保持在非常精確的阻抗水平，以實現最佳性能。這要求走線在電路板的特定層上以特定寬度布線。
時序：其他軌跡將用于在處理器芯片及其關聯的存儲設備之間路由數據，地址和時鐘信號。為了使這些部件正確運行，這些走線上的信號必須在特定時間到達其目的地。為了控制這一點，必須將跡線布線到特定的長度，以便彼此匹配。
信號完整性：電路板上的許多走線會輻射能量，從而為電路板上的其他電路甚至電路板外部的其他設備產生噪聲。為了防止這種情況發生，并防止它們受到傳入的EMI的影響，必須將它們內部連接在板上的地平面之間，以對其進行屏蔽。
高速：必須將高速信號路徑中的許多信號按特定的模式布線。還必須對此進行控制，以使信號以規定的順序到達其不同的目的地。
布局約束管理的制造注意事項
設計規則和約束的控制不僅適用于電路板的電氣方面。由于以下原因，它對于制造也很重要：
組裝：需要對電路板上的組件進行排列，以便可以通過自動組裝設備輕松地安裝它們。另外，返工技術人員必須分配足夠的空間來手動組裝較大和/或更多的非標準組件。
可焊性：制造商使用的自動焊接系統要求某些組件的方向和板上的間距才能獲得高產量的焊接結果。組件如何連接到大面積金屬對于防止熱不平衡也很重要，因為熱不平衡會影響焊接過程。
可訪問性：還必須能夠訪問電路板上的零件，以進行自動測試和手動返工。另外，技術人員必須可以使用連接器和開關之類的組件。
如您所見，在電路板設計期間控制電路板的規則和約束非常重要。接下來，我們將研究如果不執行此控件，您可能會遇到的一些問題。
如我們所見，對PCB設計中的設計規則和約束進行精確控制非常重要，原因有很多。因此，PCB設計工具通常配備有多個規則和約束，以在電路板布局期間指導設計人員。但是，如果不使用這些約束，則會發生問題，這通常是因為設計團隊沒有花時間安裝應有的規則。
公平地說，在PCB設計CAD工具中使用設計規則歷來很復雜。由于設計人員通常不希望因采取任何額外的步驟而放慢腳步，以便盡快開始工作，因此他們將僅依賴默認約束設置。但是，這是一把雙刃劍，因為設計師現在不得不依靠自己的記憶來記住哪些跡線必須增加寬度，或者哪些組件需要額外的間距。如果設計足夠小，這可能會起作用，但是即使是較小的設計也具有不可忽略的重要規則和約束。
另一個問題是，隨著設計的進行，手動更改可能不會生效。例如，如果以后使用路由工具編輯了寬度已增加的跡線，則可能會恢復為原始大小。如果另一個設計師在同一個設計上做一些工作，也會產生問題。他們可能沒有與原始設計者相同的知識，并且可能會引入錯誤或撤消某些不應該涉及的手動更改。
為避免此類問題，最好使用配備了高級約束管理系統的PCB設計工具集。這將簡化設置約束，并鼓勵PCB設計人員使用它們。
由于使用較舊的PCB設計系統存在困難，因此設計師習慣了沒有設計規則和約束的情況也就不足為奇了。以下是約束系統中的一些功能，可以幫助您提高工作效率：
電子表格格式，可輕松進行數據輸入以及復制和粘貼，多個單元格輸入和搜索功能
可配置電子表格單元格以根據需要顯示數據
從原理圖或布局中輸入規則和約束的能力，如上圖所示
用戶定義的類可根據需要對網絡和組件進行分組
涵蓋設計的電氣，物理和制造方面的不同類別的規則
可以為組件間距，走線寬度和間距，走線長度和拓撲，通過類型等設置的特定規則。
將規則附加到單個項目和類別以及單個或多個板層的能力
導入和導出功能可幫助管理約束集
正如設計工具中的多種路由功能可以幫助您在布線PCB網絡時提高生產率一樣，約束管理系統中的多種功能也可以幫助您提高生產率。關鍵是要使用這些功能，接下來我們將看一個示例。
在上圖中，您可以看到一些分組在一起的時鐘網。這些網絡具有需要使用的特定通孔，這些通孔在“ Vias”列下分配。將這些通孔分配給這些網絡后，您將在布線過程中獲得指定的通孔，而不必記住手動更改為其他通孔。但是，Allegro的約束管理器使您不僅可以控制跡線寬度，還可以通過分配進行控制。可以設置多種電氣約束設置，包括反射和邊緣失真，串擾，時序，阻抗和傳播延遲，這些僅適用于啟動器。
如果您沒有使用PCB布局管理來優化設計，那么您應該了解一下該技術將為您帶來的所有好處。除了幫助您布置更好地為制造做好準備的電路板之外，您還將擁有在設計中具有更好的信號完整性和系統性能所需的工具。
為什么PCB布局約束管理很重要
電路板是電子工程時代的奇跡，它們依靠設計的精確性來正常工作。盡管30年前對電路板的電氣和制造要求允許在設計規范中進行更多的取舍，但如今已不再如此。因此，必須嚴格控制電路板上金屬部件之間以及板對象（如組件）之間的間隙。相同的控件也適用于金屬走線的寬度，連接方式以及PCB電氣連接的許多其他方面。
布局約束管理的電氣注意事項
考慮以下電氣原因，控制電路板的設計規則和約束很重要：
電源：設計中的某些金屬走線將以比板上其他信號走線更高的電流傳導功率。這些走線需要更寬，以防止電流通過走線燃燒。
阻抗：一些信號跡線必須保持在非常精確的阻抗水平，以實現最佳性能。這要求走線在電路板的特定層上以特定寬度布線。
時序：其他軌跡將用于在處理器芯片及其關聯的存儲設備之間路由數據，地址和時鐘信號。為了使這些部件正確運行，這些走線上的信號必須在特定時間到達其目的地。為了控制這一點，必須將跡線布線到特定的長度，以便彼此匹配。
信號完整性：電路板上的許多走線會輻射能量，從而為電路板上的其他電路甚至電路板外部的其他設備產生噪聲。為了防止這種情況發生，并防止它們受到傳入的EMI的影響，必須將它們內部連接在板上的地平面之間，以對其進行屏蔽。
高速：必須將高速信號路徑中的許多信號按特定的模式布線。還必須對此進行控制，以使信號以規定的順序到達其不同的目的地。
布局約束管理的制造注意事項
設計規則和約束的控制不僅適用于電路板的電氣方面。由于以下原因，它對于制造也很重要：
組裝：需要對電路板上的組件進行排列，以便可以通過自動組裝設備輕松地安裝它們。另外，返工技術人員必須分配足夠的空間來手動組裝較大和/或更多的非標準組件。
可焊性：制造商使用的自動焊接系統要求某些組件的方向和板上的間距才能獲得高產量的焊接結果。組件如何連接到大面積金屬對于防止熱不平衡也很重要，因為熱不平衡會影響焊接過程。
可訪問性：還必須能夠訪問電路板上的零件，以進行自動測試和手動返工。另外，技術人員必須可以使用連接器和開關之類的組件。
如您所見，在電路板設計期間控制電路板的規則和約束非常重要。接下來，我們將研究如果不執行此控件，您可能會遇到的一些問題。
如我們所見，對PCB設計中的設計規則和約束進行精確控制非常重要，原因有很多。因此，PCB設計工具通常配備有多個規則和約束，以在電路板布局期間指導設計人員。但是，如果不使用這些約束，則會發生問題，這通常是因為設計團隊沒有花時間安裝應有的規則。
公平地說，在PCB設計CAD工具中使用設計規則歷來很復雜。由于設計人員通常不希望因采取任何額外的步驟而放慢腳步，以便盡快開始工作，因此他們將僅依賴默認約束設置。但是，這是一把雙刃劍，因為設計師現在不得不依靠自己的記憶來記住哪些跡線必須增加寬度，或者哪些組件需要額外的間距。如果設計足夠小，這可能會起作用，但是即使是較小的設計也具有不可忽略的重要規則和約束。
另一個問題是，隨著設計的進行，手動更改可能不會生效。例如，如果以后使用路由工具編輯了寬度已增加的跡線，則可能會恢復為原始大小。如果另一個設計師在同一個設計上做一些工作，也會產生問題。他們可能沒有與原始設計者相同的知識，并且可能會引入錯誤或撤消某些不應該涉及的手動更改。
為避免此類問題，最好使用配備了高級約束管理系統的PCB設計工具集。這將簡化設置約束，并鼓勵PCB設計人員使用它們。
由于使用較舊的PCB設計系統存在困難，因此設計師習慣了沒有設計規則和約束的情況也就不足為奇了。以下是約束系統中的一些功能，可以幫助您提高工作效率：
電子表格格式，可輕松進行數據輸入以及復制和粘貼，多個單元格輸入和搜索功能
可配置電子表格單元格以根據需要顯示數據
從原理圖或布局中輸入規則和約束的能力，如上圖所示
用戶定義的類可根據需要對網絡和組件進行分組
涵蓋設計的電氣，物理和制造方面的不同類別的規則
可以為組件間距，走線寬度和間距，走線長度和拓撲，通過類型等設置的特定規則。
將規則附加到單個項目和類別以及單個或多個板層的能力
導入和導出功能可幫助管理約束集
正如設計工具中的多種路由功能可以幫助您在布線PCB網絡時提高生產率一樣，約束管理系統中的多種功能也可以幫助您提高生產率。關鍵是要使用這些功能，接下來我們將看一個示例。
在上圖中，您可以看到一些分組在一起的時鐘網。這些網絡具有需要使用的特定通孔，這些通孔在“ Vias”列下分配。將這些通孔分配給這些網絡后，您將在布線過程中獲得指定的通孔，而不必記住手動更改為其他通孔。但是，Allegro的約束管理器使您不僅可以控制跡線寬度，還可以通過分配進行控制。可以設置多種電氣約束設置，包括反射和邊緣失真，串擾，時序，阻抗和傳播延遲，這些僅適用于啟動器。
如果您沒有使用PCB布局管理來優化設計，那么您應該了解一下該技術將為您帶來的所有好處。除了幫助您布置更好地為制造做好準備的電路板之外，您還將擁有在設計中具有更好的信號完整性和系統性能所需的工具。
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