Компоновка, размещение и трассировка микроэлектронных устройств
Для компоновки, размещения и трассировки микроэлектронных устройств в пакете Cadence используется следующий набор инструментов:
Allegro PCB Editor. Главным элементом здесь служит Constraint Manager который управляет процессом проектирования, просмотром и коррекцией созданного проекта.
Padstack Designer - графический интерфейс пользователя, который используется для создания и визуализации многоуровневых систем.
Аллегро PCB Router - трассировщик - инструмент, используемый для проектирования монтажного пространства проводников с высокой плотностью в соответствии с комплексными нормами проектирования.
Allegro PCB SI - среда для исследования и создания цифровых интегральных схем .Предназначена для решения проблем связанных с производительностью, синхронизацией, целостностью сигналов, перекрестными помехи, отбором мощности и т.п., что позволяет оптимизировать схему перед передачей конечного проекта в производство.
Allegro Package Designer XL (APD) - инструмент, который используется в случаях быстродействующей автоматической трассировки для комплексов с высокой плотностью взаимосвязанных ИС.
Процесс проектирования включает в себя следующие этапы:
Исследование и создание библиотек элементов
Установка логических связей на основе схемы соединений
Подготовка проекта монтажного пространства (размеров, количества слоев, местоположения контактов и т.д.)
Размещение компонентов и трассировка с верификацией сигналов
Разводка цепей питания
Создание выходной конструкторской документации
Использование программ компоновки, размещения и трассировки становится доступным автоматически при использовании менеджера проекта и предварительного промежуточного шага Design Sync – Export File, при котором производится проверка созданной схемы на ошибки схемотехнического ввода (необозначенные проводники, неподключенные выходы схемы и т.д.). При экспорте файла появится окно, в котором необходимо ввести имя выходного файла Output Board File:.
Рис.1. Окно менеджера проекта
В случае появления ошибок их необходимо исправить с помощью окна вызываемого командой Tools- Check в программе Design Entry:
Рис.2. Окно корректировки ошибок
Allegro PCB Editor
Для запуска Allegro PCB Editor используются следующие файлы, расположенные на диске:
env
allegro.ini
allegro.ilinit
Файл env, расположен в каталоге pcbenv и определяет расположение библиотек, меню, форм, сценариев, назначение кнопок клавиатуры и т.п.
allegro.ini - текстовый файл, расположенный в том же самом каталоге. Это хранилище файлов различных настроек программы таких как настройка панели инструментов, настройка печати и так далее. Если файл удален, то программа автоматически восстанавливает значения по умолчанию.
При запуске также используется файл allegro.ilinit. Этот файл содержит расположение каталога и команды пользователя.
Для установки параметров разработки первоначально необходимо установить параметры проекта. Для этого требуется выбрать в меню пункт Setup – Design Parameters. В открывшемся окне можно настраивать параметры рисования, включая элементы из базы данных, собственные элементы, размер текста, вид сетки и т.д.
В инструментах Allegro все категории компонентов называют классами:
ETCH/CONDUCTOR - проводники
PINS – контактные площадки
BOARD – монтажное пространство (плата)
PACKAGE – пакет физических компонентов проекта
Части рисунка в каждом классе вызывают подклассами. Каждый класс может содержать множество подклассов.
Классы и подклассы определяют использование элемента в проекте. Например, Add – Line (команда добавить строку), когда активный класс Board - добавляет простой геометрический элемент в проект. Та же самая команда, используемая, когда активный класс - ETCH/CONDUCTOR, добавляет соединительную линию проводника к проекту.
Команда Setup – Subclasses используется для создания подклассов в ETCH/CONDUCTOR.
Для более легкого ориентирования в проекте рекомендуется использовать выделение различными цветами важных компонентов, которыми являются связи, символы, контакты и группы: Display – Highlight и Display – Assign Color. В Allegro 16.3 появилась также возможность указывать допустимые нагрузки по току с улучшенным выделением контакта, делая операции свопинга контактов, чтобы оптимизировать трассировку.
Облегчению восприятия рисунка помогает использование меток, управление которыми производится с помощью Defining Text Characteristics.
Для удобства использования и согласования библиотек элементов в Allegro PCB Editor используются только элементы из схемы созданной на предыдущем этапе с помощью программы Allegro Design Entry. Элементы проекта становятся доступными при выборе команды Place- Manually. При этом появится окно выбора элементов:
Рис.3. Окно выбора элементов
При двойном щелчке по требуемому компоненту, он появится в окне проектирования монтажного пространства, остается только разместить его в нужном месте. Расположение элемента частично можно оптимизировать, так как вместе с элементом отображаются все его связи с другими элементами.
Для использования возможности автоматического размещения элементов необходимо использовать следующие операции:
С помощью команды Setup-Areas-Package Keepin создать область, где не должны будут располагаться элементы.
Place-Autoplace- Top Grids - задание шага сетки, щелкнуть на исключаемом пространстве
Выбрать Place – Interactive
Нажать Place – Quickplace и выбрать в открывшемся окне метод расположения элементов.
В процессе размещения возможна перестановка выводов элементов командой Place – Swap – Pins, после выбора которой необходимо указать первый вывод вызвать всплывающее меню, выбрать Swap Pins и указать второй вывод. Для перестановки компонентов нужно воспользоваться командой Place – Swap -Components, а затем выбрать меняемые местами компоненты. Программа дает также возможность замены проводников. После расположения элементов можно просмотреть отчет о проектировании выбрав Tools – Reports.
Следующим шагом является трассировка проводников, которая выполняется последовательностью процедур:
1. Подготовка к трассировке, в которую входит:
Проверка слоев для корректности выбора их типов;
Создание внутренних форм на плоскостях.
Создают пустого слоя.
Настройка средств управления трассировкой (области, ограничения и свойства, сетки и т.д.).
2. Ручная трассировка критических цепей.
3. Определение параметров трассировки в Allegro PCB Router, для управления функцией автоматической трассировки.
4. Выполнение трассировки.
5. Просмотр результатов.
6. Интерактивное завершение трассировки непроложенных трасс или корректировка.
7. Анализ результатов в целях проверки целостности сигналов.
Allegro предоставляет усовершенствованные возможности трассировки, которые позволяют графически разрабатывать, анализировать, и генерировать законченные решения для трассировки для взаимосвязанных цепей в проекте. В лицензионных версиях Allegro PCB Design XL и Allegro PCB SI доступны следующие операции:
Разработка потоков;
Выполнение глобальной трассировки;
Управление средой глобальной трассировки.
Разработчик потока позволяет работать на абстрактном уровне, чтобы разрабатывать взаимосвязанные пакеты и потоки. Это позволяет визуально управлять потоками шин и критических цепей без традиционных данных о трассировке.
Этот высокоуровневый ввод позволяет графически передавать комплексную взаимосвязь проекта с необходимыми условиями, которые могут быть выражены описаниями.
Глобальная трассировка GRE позволяет не только разрабатывать взаимосвязанные потоки, но дает также полный доступ к механизму проектирования, который может интерпретироваться возможности проекта и автоматически генерирует взаимосвязанные решения для комплексных проектов.
Для расширения возможностей проектирования можно использовать команду File – Change Editor при выборе которой появится окно выбора версии программы:
Рис.4. Окно выбора версии программы
Интерактивное управление трассировкой производится несколькими способами. Команда Route – Connect соединяет на монтажном пространстве указанные точки. Трассировка может производиться в ручном и автоматическом режимах. При проектировании все цепи расположенные в разных уровнях могут отображаться разными цветами. Управление толщиной проводников производится через всплывающее меню командой Connect Line - Change Width, перемещение проводников между слоями командой Connect Line - Change To Layer.
При добавлении переходных отверстий необходимо учитывать, что они могут быть двух видов - сквозное отверстие и глухое.
Сквозное отверстие проходит через все уровни и позволяет соединению перемещаться между верхним и нижним уровнями монтажного пространства. Также сквозное отверстие может соединять внутренние слои или проводники расположенные в соседних слоях. Работа с переходными отверстиями осуществляется следующим образом:
Выбрать Setup – Constraints – Physical, запускающую менеджер конструкций.
Для параметра Physical Constraint set (PCS) в колонке Vias (переходное отверстие) войти в изменение этого значения двойным нажатием кнопки мыши и в появившемся окне указать соединяемые слои.
Рис.5. Окно задания сквозных отверстий
Изменение прохождения цепи по слоям можно осуществить выбрав участок цепи и перенести его в другой слой вызвав всплывающее меню и команду Change To Layer.
Возможна размещение групп трасс, контактов, переходных отверстий осуществляется операцией Temp Group во всплывающем меню, добавлением элементов к списку группы последовательно или окном выделения и общей трассировкой.
Увеличение задержки прохождения сигнала за счет удлинения проводника возможно при использовании команд:
add connect
delay tune
slide
vertex
Интерактивное управление перемещением и дублированием контактов, переходных отверстий и проводников возможно при использовании команды Route – Slide.
Проектирование высокоскоростных соединений может потребовать использования рейтинга задержек Rat Ts. Для проверки задержки сигнала цепи проводятся следующие действия:
Выбрать в строке меню команду Setup – Constraints – Electrical;
В открывшемся окне выбрать папку Net и ветвь Routing;
Установить для требуемых элементов минимальные и максимальные значения задержек (Min/Max Propagation Delays, Relative Propagation Delay), при этом значение задержки выбранного элемента будет выражено красным цветом – если оно выходит за пределы измерения, и зеленым – находится в пределах.
Лабораторное задание
Спроектированные на предыдущих занятиях схемы верифицировать по соответствию временных задержек исходному заданию. С помощью трассировщика создать топологию монтажного пространства и после провторной проверки времен задержки оптимизировать прокладку линий связи между элементами.
4. ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ
И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ЕГО ВЫПОЛНЕНИЮ
Спроектированные на предыдущих занятиях схемы верифицировать по соответствию временных задержек исходному заданию. С помощью трассировщика создать топологию монтажного пространства и после повторной проверки времен задержки оптимизировать прокладку линий связи между элементами.
5. УКАЗАНИЯ ПО ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА
И КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ