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本帖最后由 eehome 于 2013-1-5 10:03 编辑
PCB板设计的新技术 目前的电子设计大多是集成系统级设计,整个项目中既包含硬件整机设计又包含软件开发。这种技术特点向电子工程师提出了新的挑战。首先,如何在设计早期将系统软硬件功能划分得比较合理,形成有效的功能结构框架,以避免冗余循环过程;其次,如何在短时间内设计出高性能高可靠的PCB板。因为软件的开发很大程度上依赖硬件的实现,只有保证整机设计一次通过,才会更有效的缩短设计周期。本文论述在新的技术背景下,系统板级设计的新特点及新策略。 众所周知,电子技术的发展日新月异,而这种变化的根源,主要一个因素来自芯片技术的进步。半导体工艺日趋物理极限,现已达到深亚微米水平,超大规模电路成为芯片发展主流。而这种工艺和规模的变化又带来了许多新的电子设计瓶颈,遍及整个电子业。板级设计也受到了很大的冲击,最明显的一个变化是芯片封装的种类极大丰富,如BGA,TQFP,PLCC等封装类型的涌现;其次,高密度引脚封装及小型化封装成为一种时尚,以期实现整机产品小型化,如:MCM技术的广泛应用。另外,芯片工作频率的提高,使系统工作频率的提高成为可能。 而这些变化必然给板级设计带来许多问题和挑战。首先,由于高密度引脚及引脚尺寸日趋物理极限,导致低的布通率;其次,由于系统时钟频率的提高,引起的时序及信号完整性问题;第三,工程师希望能在PC平台上用更好的工具完成复杂的高性能的设计。由此,我们不难看出,PCB板设计有以下三种趋势: ---高速数字电路(即高时钟频率及快速边沿)的设计成为主流。 高速数字系统PCB板解决方案 一般情况下,当信号的互连延迟大于边沿信号翻转阀值时间的20%时,板上的信号导线就会显示出传输线效应,即连线不再是显示集总参数的单纯的导线性能,而是呈现分布参数效应,这种设计即为高速设计。 传统的物理规则驱动 我们可以发现在传统的高速电路设计中,电气规则设定和物理规则设定是分开的。这就带来了以下的缺陷: ---当布线完成之后,可以用后验证工具进行分析。但如果发现问题,工程师必须返回到设计中,进行结构或规则的调整。这是一个循环的冗余过程。必然会影响产品上市时间。 全新的电气规则驱动:互连综合 ---互联综合是实时电气规则驱动方法的一个典型术语,即在物理布局布线过程中,互联综合器实时根据电气规则约束条件,进行分析,提取出满足设计者要求的布线策略,使设计一次通过成功。这种方法通过互联综合将电气需求和物理实现精确的集成起来,从根本上消除物理规则驱动方法的缺陷。 黄金工具组合及设计流程 现在有许多EDA厂商均可以提供高速系统PCB设计的EDA工具,帮助用户在这一领域中有效的提高设计质量,缩短设计周期。在应用电气规则驱动方法的EDA系统板级工具中最具代表性的当数美国MentorGraphics公司ICX软件包。它最早提出了互联综合概念,也是目前业界最成熟的工具组合。该软件包有目前业界流行的即插即用的特点,它可以集成在许多厂商的PCB经典EDA设计流程中。 混合信号设计解决方案 由于设计小型化成为时尚,消费者需要高性能、低价位的商品,厂商为适应市场竞争,要求研发人员在尽可能短的时间内,开发出不同种类、不同功能配置的高性能低成本的产品,占领市场。这就带给设计者许多新的设计挑战。例如:在同一块基板上利用数模混合技术,甚至射频技术,来实现设计小型化及提高产品功能的目的。风靡世界的手机就是一个最典型的例子。业界同样已有相应的解决方案-设计小组、并行设计、派生及设计复用是最典型的策略。 传统的串行设计 即电子工程师在完成全部前端电路设计之后,转交给物理板级设计者完成后端实现。设计周期是电路设计及板级设计时间之和。 新颖的并行设计 在小型化成为设计主流思想及混合技术被广泛采纳之后,串行设计方法就有些落伍了。我们必须从设计方法上进行革新,同时利用功能强大的EDA工具来辅助设计者进行设计,才能适应及时上市的要求。众所周知,我们每个人不可能成为所有领域的专家,也不可能在短时间内将所有工作完成得最好、最快。设计小组的概念,在这种背景下提出,并得以广泛的应用。目前许多公司均采取设计小组的方法,合作进行产品开发。 工具标准化和第三方工具集成 目前有许多厂商从事电子设计自动化(EDA)工具的开发工作,如Cadence,Synopsis,MentorGraphics为主要的EDA工具供应商;除此之外,还有许多其他EDA厂商。EDA所涉及的领域很广泛,包括网络、通信、计算机、航天航空等。产品则涉及系统板极设计、系统数字/中频模拟/数模混合/射频仿真设计、系统IC/ASIC/FPGA的设计/仿真/验证、软硬件协同设计等。任何一家EDA供应商均很难提供满足各类用户的不同设计需求的最强的设计流程。从市场占有来看,Cadence的强项产品为IC板图设计和服务,Synopsis的强项产品为逻辑综合,MentorGraphics的强项产品为PCB设计和深亚微米IC设计验证和测试等。 派生技术 以民用产品为主的厂商,为适应不同层次用户的需求,往往需要开发不同功能、不同档次的产品去占有市场。过去针对不同功能的产品开发,我们经常采用不同的设计流程来分别实现,即用不同设计数据生产不同功能的板子来实现产品。缺点是成本加大及设计周期延长,同时增加了产品人为的不可靠因素。 |
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