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<H1>www.duv24.net : Hinde, G.: Chip-Design-Tools für PCB-Designer</H1>
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Redaktion
> <B><FONT color="#CC3300">Fachbeiträge</FONT></B></TD>
<TD ALIGN=right VALIGN=bottom CLASS=detailDatum>20.04.2001</TD>
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<TD VALIGN=top CLASS=detailFirma ID=topSpace>Cadence Design Systems:</TD>
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<TD VALIGN=top CLASS=detailTitel>Hinde, G.: Chip-Design-Tools für PCB-Designer</TD>
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<TD VALIGN=top CLASS=detailSubtitel>Erweiterte Simulationstools bis in die erste Layoutphase </TD>
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<TD VALIGN=top CLASS=detailContent>Erschienen in DESIGN & VERIFICATION 03/2001, S. 30-33<BR>(pdf-Version in toolbox unter "details")<BR><BR>Vorwort<BR><BR>Die Wiederverwendung von Designs und Intellectual Property, bislang die Domäne von Halbleiter-Designern, taucht heute auch auf der Tagesordnung von PCB-Designern auf. Dieser Beitrag stellt die Hintergründe dar. Mit den gestiegenen Ansprüchen an Highspeed- und Mixed-Signal-Design sind auch die Anforderungen an PCB-Designer gestiegen. War das PCB-Design bislang eine ‚Join-the-dots‘-Übung, die noch aus dem mechanischen Zeichenbüro stammte, hat es sich mittlerweile fest als ein entscheidendes Element im elektronischen System-Design etabliert. Bei einigen der größten Elektronik-Unternehmen stellen die physikalischen PCB-Layouts nun einen der entscheidensten intellektuellen Betriebswerte dar. Sie sind daher ein Bereich, in dem sich die Hersteller ein beträchtliches Unterscheidungsmerkmal schaffen können. <BR><BR>Hauptteil<BR><BR>Elektrische und physikalische Grundvoraussetzungen<BR>Die elektrischen und physikalischen Anforderungen sind die beiden wichtigsten Variablen im PCB-Design. Um ein funktionsfähiges elektrisches System zu schaffen, müssen alle erforderlichen Verbindungen zwischen den Komponenten hergestellt werden, gleichzeitig ist aber auch das physikalische Timing zu beobachten. <BR>Der PCB-Designer spielt eine zentrale Rolle zwischen Hardware-Design und der realen Welt. Neben den physikalischen und elektrischen Design-Regeln sind auch die Anforderungen der Produktion und des Testens zu berücksichtigen. <BR>Ein funktionsfähiges PCB ist noch kein fertiges Produkt. Bevor das Board entwickelt werden kann, müssen externe Faktoren wie Stromverbrauch, Höhenbeschränkungen durch Gehäuse und Befestigungspunkte sowie die Anordnung der Stecker und Displays berücksichtigt werden. <BR>Der Mangel an qualifizierten Elektrotechnikingenieueren hat eine günstige Gelegenheit für Hersteller wie Cadence geschaffen, die Tools für einen höheren Automatisierungsgrad und die Integration in andere Bereiche des Design-Flows entwickeln. <BR><BR>Constraint Management<BR>Die Designer von Systemen mit Arbeitstaktfrequenzen von mehreren GHz, die typischerweise von den führenden Mikroprozessoren und Bluetooth-Systemen benötigt werden, müssen Komponenten mit einer sehr hohen Taktrate auf immer engerem Raum packen. Aus diesem Grund profitieren sie von dem Constraint Management System, das den Design-Vorgang steuert. <BR>Über das Constraint Management können PCB-Designer in der PCB-Umgebung Regeln für Takt und Spannung sowie für PCB-Verbindungen oder Traces schaffen, um zu gewährleisten, dass sie mit manuellen oder automatischen Verfahren richtig geroutet werden. <BR>Release 14.0 von Allegro, der PCB-Design-Umgebung von Cadence, unterstützt das Constraint Management im Schaltplan-Layout oder während der Schaltplaneingabe. Dieser regelbasierte Ansatz auf der schematischen Ebene gibt die Gewähr, dass die physikalischen Design-Regeln eingehalten werden. PCB-Designer können sich daher auf die Aufgaben beim Layout konzentrieren. <BR>Der physikalische Prozess bei der Schaffung eines PCB-Designs beginnt mit einer Spezifizierung des physikalischen Boards in der Design-Datenbank. Mit anderen physikalischen Charakteristiken wie Keep-outs oder dem Spielraum an den Kanten lässt sich die Produktions-Toleranz definieren. Die Symbole der Befestigungspunkte sollten als erstes platziert werden, denn sie stellen während des Design- und Produktionsprozesses unverrückbare Punkte dar. <BR>Das eigentliche Design beginnt, sobald die Netzliste aus der schematischen Phase übernommen und importiert wird. Sie beschreibt, wie die Komponenten untereinander verbunden werden, und enthält die Constraint-Regeln. <BR>Nun können die tatsächliche Platzierung und das Routing beginnen. Normalerweise werden die Komponenten an den Kanten eines Boards platziert und einzeln in Position gebracht. Es gibt eine Reihe von Faktoren, die neben den vom Constraint Manager definierten, zu überlegen sind -- physikalische Größe, Landmark-Komponenten und Temperatur sind nur einige davon. <BR><BR>Die Platzierung der Komponenten und das Routing<BR>Allegro 14.0 von Cadence ermöglicht eine Komponenten-Platzierung mit Quickplace, um die ersten Layout-Arbeiten zu beschleunigen. Mit dem Quickplace Feature lassen sich Komponenten mittels Referenz-Designator oder Package-Style in die Umrisse des PCB gruppieren, sodass ein schnelles Floor-Planning der Sub-Bloecke gemacht werden kann. <BR>Trotz der steigenden Leistung von Tools wie Quickplace übernehmen einige Designer die Platzierung und das Routing lieber selbst, um ein optimales Layout zu erhalten. <BR>In einer reinen mechanischen Form handelt es sich beim PCB-Design um einen subtraktiven Vorgang. Man beginnt mit einem Block aus Kupfer auf einem Stück Glasfaser. Danach werden Kupferbereiche entfernt, um Lötkontakte und Verbindungen zwischen den Komponenten zu schaffen. <BR>Einige Designer arbeiten jedoch lieber negativ, wenn sie den Strom- und Grundplan definieren, und markieren die Bereiche, die entfernt werden sollen. Um Probleme in diesem Bereich zu vermeiden, unterstützt Allegro auch eine WYSIWYG-Darstellung. Damit erhält der Designer eine Vorschau auf die ‚echte‘ und die negative Darstellung einer Prozesslage. <BR>Gutes PCB-Design ist ein Kompromiss zwischen Produktion und Design. Während des gesamten Platzierungs- und Routing-Vorgangs bietet der Constraint Manager einen Überblick, ob das Design den elektrischen Anforderungen entspricht. <BR>Ein Ampelsystem aus Grün, Gelb und Rot zeigt an, ob das Design innerhalb der Spezifikation oder nahe am Toleranzwert liegt oder eine Constraint-Vorgabe überschritten hat. Mit dieser Design-Einzelansicht können Techniker ‚What-if‘-Szenarien durchspielen und die Auswirkungen beweglicher Komponenten oder Routen auf dem ganzen Board prüfen. <BR>Mit dem Tool SpecctraQuest SI Expert (SI = Siganl Integrity), einem Teil der PCB Design Suite, lassen sich neben dem Constraint Management auch Erweiterungen des Layouts entwickeln und simulieren. Der Correct-by-Construction Ansatz ermöglicht die Umsetzung und Implementierung von Verbesserungen in das Layout. Diese Eigenschaft wird für das heute übliche Design mit wenig Spielraum benötigt, wo jede Picosekunde zählt. <BR>Der SpecctraQuest SI Expert ermöglicht eine Topologie-Erkundung und eine bessere Analyse mit derzeitigen Probes und bietet dem Designer einen neuen Two-Pin-Teilbereich, der sich in jede Topologie einfügen und verdrahten lässt. Dadurch können die Designer den aktuellen Fluss an jedem simulierten Knoten bewerten, um die Ursache von Problemen auf Signalen mit sehr hoher Taktrate schneller zu finden und zu beheben. <BR>Der SI Expert unterstützt auch Blackbox-Modelle zur Erkundung von Topologien, z.B. die Auswirkungen eines IC-Package auf die elektrische Performance des Signals. Dabei können Multiterminal-Geräte auch komplexe PCB-Strukturen, gekoppelte Anschluss-Modelle oder jeden anderen willkürlichen Spice-Unterschaltkreis repräsentieren. <BR>Schließlich verfügt der SpecctraQuest SI Expert über eine verbesserte Virtual-T-Point-Unterstützung für die komplexesten Highspeed-Topologien von heute sowie eine höhere Design-Performance und -Portabilität mit Gerätemodellen, die zur Analyse der Signalintegrität verwendet werden. <BR><BR>Produktion ohne Eingriffe<BR>Ist das PCB-Design einmal vollständig und verifiziert, lässt es sich mit PCB 14.0 von Cadence als Valor-ODB++-Datei ausgeben. Für dieses de-facto-Datenaustausch-Format haben sich bereits über 700 PCB-Designer und Hersteller entschieden. Bei ODB++ handelt es sich um ein intelligentes und flexibles CAD/CAM-Datenformat, das alle Daten aus CAD/EDA, der Assemblierung und der PCB-Fabrikation in einer einzigen, einheitlichen Datenbank zusammenfasst. <BR>Das Valor-Format und seine Struktur sind vollständig dokumentiert und wurden in unterschiedlichen Bereichen mit freiem Zugang veröffentlicht, so auch im Internet. Jeder Anbieter eines offenen Systems, der sich für die Arbeit mit ODB++ interessiert, kann die Spezifikation des Formates auf der Website von Valor unter www.valor.com herunterladen. <BR><BR>PCB-Layouts als geistiges Eigentum<BR>Ist das Design erstellt und dem Hersteller übergeben, ist der Vorgang jedoch noch nicht abgeschlossen. Die Entwicklung für eine erneute Verwendung ist ein wesentliches Element der PCB-Design-Umgebung von Cadence. Mit einer datenbankgesteuerten Wiederverwendung der Designs lassen sich Designmodule schaffen oder definieren, die aus der logischen Schematik und dem physikalisch implementierten PCB-Layout bestehen. Sie werden als wiederverwendbares Element in einer Library gespeichert, auf die auch andere Designer zugreifen können. <BR>Das Re-use-Modul, dessen Symbol direkt auf der Schematik platziert werden kann, ist für spätere Designs gedacht. So erkennt Allegro beim Layout automatisch eine Netzliste, die wiederverwendbare Module enthält, und übernimmt sie zur physikalischen Wiedergabe aus der Referenz-Library. Die neue PCB-Design-Umgebung ermöglicht auch eine Verifizierung der Daten aus der Library, sodass die Daten in korrekter Form zur Wiederverwendung zur Verfügung stehen. <BR><BR>Zusammenfassung und Ausblick <BR><BR>Die Überlegungen der Designer über die Zukunft beinhalten dreierlei: Geschwindigkeit, Produktivität und die Integration des Design-Flow. <BR><BR>Geschwindigkeit<BR>Die Taktgeschwindigkeiten werden weiterhin steigen. Die PCB-Tools müssen damit Schritt halten, sodass sich auch Board-Designs mit höherer Geschwindigkeit noch entwerfen, testen und simulieren lassen. <BR><BR>Produktivität<BR>Automatisierungs-Tools wie Quickplace, die den PCB-Designer bereits zu Beginn des Layout-Vorgangs unterstützen, bilden einen der Schlüsselbereiche, in dem sich ein Zugewinn an Produktivität erzielen lässt. Der andere Schlüsselbereich für Produktivitäts-Steigerungen ist die Wiederverwendbarkeit. Werden Layouts als IP-Blöcke behandelt, lassen sich Libraries aus häufig verwendeten Designs schaffen. <BR><BR>Design-Flow<BR>Das Constraint Management von Allegro 14.0 schafft während des schematischen Layouts eine engere Integration zwischen Design und der Simulation eines Schaltkreises und seines physikalischen Layouts. Zukünftige Versionen des Produkts werden eine noch engere Integration während des gesamten Design-Prozesses bewirken, indem sie ähnliche Bereiche aufgreifen.<BR><BR></TD>
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<P><I>Diese Seite wurde am 25.09.2004, 13:11 Uhr aktualisiert</I></P>
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