С 07.05.2016 сайт не сопровождается. Перейти на новую версию сайта
Версия для слабовидящих

Автоматическая трассировка и анализ целостности сигналов электронного модуля

Учебное заведение: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (Томск).

Автор(ы): Зырин Игорь Дмитриевич, студент.

Программное обеспечение: TopoR, Altium.

Область применения: радиотехника.

Краткая характеристика изделия: Проведён анализ целостности сигналов топологий с ломаными и гладкими проводниками для схемы электронного модуля. Показано, что наилучшие показатели целостности сигналов проявляются в топологии с гладкими проводниками.

Ключевые определения работы: автотрассировщик, топология, электронный модуль, целостность сигналов, радиоэлектронная аппаратура.

Проведен анализ целостности сигналов топологий с ломаными и гладкими проводниками для схемы электронного модуля (ЭМ). Показано, что наилучшие показатели целостности сигналов проявляются в топологии с гладкими проводниками. Выявлено влияние числа переходных отверстий на характеристики сигналов.

Ключевые слова: Целостность сигналов, топология, автотрассировщик, переходное отверстие, проводник, универсальный электронный модуль, радиоэлектронная аппаратура.

Постановка задачи и ее актуальность

В современной радиоэлектронной аппаратуре (РЭА) технически реализована возможность применения высокоинтегрированных поверхностно-монтируемых элементов с принципиально новой конструкцией выводов: многовыводных микросхем с малым шагом расположения выводов 0.65 и менее, электрорадиоизделий (ЭРИ) с 4-х сторонним расположением выводов, миниатюрных ЧИП-элементов,  безвыводных ЭРИ с нижним расположением контактных поверхностей. Применение таких элементов возможно только за счет внедрения принципиально новых средств и технологий,  связанных с разработкой и изготовлением ЭМ.

Объектом анализа является ЭМ, который представляет собой конструктивно-законченный узел, учитывающий жесткие ограничения по габаритам, массе и потребляемой мощности с применением серийных компонентов промышленного и военно-космического назначения. На базе высокопроизводительной магистральной шины и совместимого набора ЭМ формируется модульная архитектура позволяющая адаптировать радиоэлектронную аппаратуру для разных проектов.

Целью данной работы является получение топологии ЭМ с наилучшими электрическими характеристиками.

Для достижения поставленной цели проводится решение следующих задач:

  1. Разводка топологий ЭМ с применением различных автотрассировщиков;
  2. Анализ целостности сигналов.

Основная часть

Для схемы электрической ЭМ была разработана конструкция печатной платы (рис. 1), на которой требуется произвести топологическую трассировку.

 
Рис. 1. Топология печатной платы ЭМ

Для получения топологий рассмотрены два автотрассировщика: Situs и отечественный TopoR.

Situs характеризуется теми же свойствами, что и Shape-based методы — бессеточностью, ортогональ­ностью разводки и негибкостью. Трассировка производится под углами 90 и 45 градусов.

TopoR характеризуется отсутствием преимущественных направлений трассировки, гладкими, без изломов, проводниками. При трассировке производится многокритериальная оптимизация топологии путем пересчета различных вариантов перекладывания проводников.

Результаты и их интерпретация

Для сравнения обоих трассировщиков в равных условиях, были установлены единые конструктивные и технологические ограничения проектиро­вания платы.
Первый вариант топологии (рисунки 2 и 3) получен с использованием Situs. Изменяя положения элементов на печатной плате и, используя модуль эквивалентности проводников, найден результат, при котором произведена трассировка всех цепей. После завершения работы Situs (топология 1-1) проверена на нарушение технологических ограничений, проведено ручное исправление ошибок рисунок 5-6.

Второй вариант (рисунки 4 и 5) получен в TopoR.

Из сравнения рисунков видно, что применение сглаженных проводников даёт возможноть повысить плотность монтажа и коэффициент заполнения печатной платы УЭМ. 

 
Рисунок 2 – Top слой топологии 1-1
 
Рисунок 3 – Bottom слой топологии 1-1
 
Рисунок 4 – Top слой топологии 2-1
 
Рисунок 5 – Bottom слой топологии 2-1
 

По окончании проведено сравнение целостности сигнала с учетом перекрестных наводок для одной цепи (рис. 9). 

Рисунок 6 – Результат анализа цепи с учетом перекрестных наводок: а –l Situs; б – TopoR

На основании приведённых результатов видно, что цепь в топологии, полученной в TopoR (рисунок 9, б), имеет менее искаженную форму сигнала с учетом перекрестных наводок. При анализе остальных функционально важных цепей схемы ЭМ, так же были выявлены наименьшие искажения формы сигнала по сравнению с топологией Situs.

Заключение

Согласно проведенному анализу автотрассировщик TopoR (в сравнении с Situs) позволяет:

  • сократить количество переходных отверстий и суммарную длину проводников;
  • сократить искажения сигналов, вносимые отражением и перекрестными наводками;
  • улучшить показатели по сохранению целостности сигналов, повысить быстродействие работы ЭМ за счет уменьшения длины проводников.

Вышеперечисленное, в конечном счете, не позволяет вносить дополнительные изменения в схему ЭМ для обеспечения хороших показателей целостности сигналов.

В ходе работы получено семь топологий ЭМ. На основе их анализа показано влияние переходных отверстий на искажения сигналов и проведен выбор оптимального варианта топологии с учетом целостности сигналов.