众所周知,电子技术发展日新月异,而这种变化根源,主要一个因素来自芯片技术进步。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。而这种工艺和规模变化又带来了许多新电子设计瓶颈,遍及整个电子业。PCB板级设计也受到了很大冲击,最明显一个变化是芯片封装种类极大丰富,如BGA,TQFP,PLCC等封装类型涌现;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技术广泛应用。另外,芯片工作频率提高,使系统工作频率提高成为可能。
目前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PCB板。因为软件开发很大程度上依赖硬件实现,只有保证整机设计一次通过,才会更有效缩短设计周期。
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,导致低布通率;其次,由于系统时钟频率提高,引起时序及信号完整性问题;第三,工程师希望能在PC平台上用更好工具完成复杂高性能设计。由此,我们不难看出,PCB板设计有以下三种趋势:
1、高速数字电路(即高时钟频率及快速边沿)设计成为主流。
产品小型化及高性能必须面对在同一块板上由于混合信号设计技术(即数字、模拟及射频混合设计)所带来分布效应问题。
---设计难度提高,导致传统设计流程及设计方法,以及PC上CAD工具很难胜任当前技术挑战,因此,EDA软件工具平台从UNIX转移到NT平台成为业界公认一种趋势。
2、高速数字系统PCB板解决方案
一般情况下,当信号互连延迟大于边沿信号翻转阀值时间20%时,板上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单纯导线性能,而是呈现分布参数效应,这种设计即为高速设计。
在高速数字系统设计中,设计者必须解决由寄生参数所导致错误翻转及信号失真问题-即时序和信号完整性问题。目前这也是高速电路设计者必须解决瓶颈问题。
3、传统物理规则驱动
我们可以发现在传统高速电路设计中,电气规则设定和物理规则设定是分开。这就带来了以下缺陷:
在设计早期工程师不得不花费很多精力进行详尽前后端(即,逻辑建立-物理实现)分析,以规划出满足电气需求物理布线策略。
高速效应是一个复杂课题,不能简单通过布线长度及并行线控制达到预期效果。
设计者必然会面对这样困境,带有假象成分物理规则在实际布线中根本不适用,他不得不反复进行规则修改,使其具有实用价值。
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,进行结构或规则调整。这是一个循环冗余过程。必然会影响产品上市时间。
当设计中仅有几根或几十根关键线网时,物理规则驱动可以很好完成设计任务;但当设计中几百根,甚至几千根线网时,物理规则驱动方法就根本无法胜任设计任务。