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Power Integrität auf Leiterplatten

Wie Sie die Leistungsintegrität in PCB-Designs sicherstellen

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Anbieter zum Thema

FlowCAD EDA-Software Vertriebs GmbH
Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH
IBR Leiterplatten GmbH & Co. KG
Eurocircuits GmbH

PDN-Herausforderungen im Board Design

Da die IR-Drop-Analyse eine recht spezielle Aufgabe ist, steht der Leiterplatten-Entwickler oftmals frustrierenden PDN-Herausforderungen gegenüber, wie Bild 2 zeigt. Er hat Anweisungen und Regeln des PI-Ingenieurs auf mehrere Versorgungsnetze und ICs anwenden. Zugleich sind weitere unterschiedliche Systemanforderungen erfüllen. Beispielsweise soll das Design um 20% verkleinert und einige Leiterplatten-Lagen sowie Kondensatoren entfernt werden.

Auch sorgt die Kommunikation per Telefon und E-Mail zwischen den Leiterplatten-Entwicklern und den PI-Ingenieuren nicht wirklich für eine rasche Klärung. In den Unternehmen gibt es üblicherweise mehrere Leiterplatten-Entwickler pro PI-Ingenieur.

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Da meist auch noch mehrere Projekte parallel laufen, muss der PI-Ingenieur zeitgleich verschiedene aufwändige IR-Drop-Analysen durchführen. In Anbetracht dieser Vielfalt von Anfragen erhalten die Leiterplatten-Entwickler nicht immer sofort die notwendigen Ergebnisse.

Damit steckt der Leiterplatten-Entwickler quasi in einer Warteschlange. Das gilt auch für jede weitere Analyse vom PI-Ingenieur nach einer Design-Änderung. Wie kann ein PI-Ingenieur den Leiterplatten-Entwicklern am besten die Probleme und Richtlinien mitteilen? Wie kann der Leiterplatten-Entwickler seine Lösungsvorschläge dem PI-Ingenieur übermitteln? Und wie kann der Leiterplatten-Entwickler feststellen, ob eine Lösung brauchbar ist?

Es gibt keinen formellen Prozess, um dem Layouter mitzuteilen, welche Kupfermenge aufgrund der IR-Drop-Analyse auf der Leiterplatte hinzugefügt werden soll. Ebenso gibt es keine Möglichkeit zu zeigen, ob ausreichend Kupfer für alle Versorgungsleitungen auf der Leiterplatte hinzugefügt wurde. Deshalb sind zeitnahe Analysen und Hinweise zu den durchzuführenden Anpassungen notwendig.

Jedoch erfordert die IR-Drop-Analyse detailliertes Wissen im Bereich der Schaltungstheorie sowie andere Spezialkenntnisse. Praktisch gesehen haben die Leiterplatten-Entwickler normalerweise nur wenig Zeit, um die komplexen Einstellungen für die Durchführung einer derartigen Analyse vorzunehmen.

Was ist erforderlich, um die Lücke zwischen der Arbeit der Leiterplatten-Entwickler und der PI-Ingenieure zu schließen? Die Antwort ist eine Software, die die Fähigkeiten beider Seiten am besten nutzt und einen schnelleren Einblick in die Leistungsversorgung ermöglicht.

Eine ideale Lösung würde zuerst den PI-Ingenieur bei den komplexen Einstellungen der Analyse-Technologie unterstützen; diese Anstrengungen liegen in dessen Erfahrungsbereich. Zudem würde diese Lösung dem Layouter eine Wiederverwendung dieser Einstellungsparameter erlauben.

Mit diesem Ansatz könnte der Layouter die Analyse ausführen und wiederholen, um Daten für die Behebung der vorrangigen Probleme zu sammeln. Anschließend könnte der Layouter das Design an den PI-Ingenieur übergeben, wobei dieser dieselben Modelle, Simulationsergebnisse und Reports nutzen würde. Dadurch ließe sich die Anzahl der Iterationen reduziert und die Zeit bis zur Serienproduktion verkürzen.

Weitere nützliche Fähigkeiten einer derartigen Lösung sind:

  • Cross-Probing zwischen Layout und Analyse-Ergebnissen, somit kann der Layouter die Analyse-Ergebnisse nutzen und sofort feststellen, ob er die Stromversorgungsflächen vergrößern, Vias oder Masseflächen hinzufügen oder andere Änderungen an der Leiterplatte vornehmen muss.
  • Es ist dem PI-Ingenieur möglich, per Analyse die idealen Entkoppelkondensatoren für jeden IC zu bestimmen; er kann dann PI-Vorgaben und -Regeln erstellen, um den Layouter bei der Platzierung der Entkopplungskondensatoren zu unterstützen.
  • Batch-Analysen und HTML-formatierte Berichte sind weitere Möglichkeiten.
  • DRC-Marker aus der Analyse erscheinen als Anmerkungen im Layout und helfen dem Layouter, die vom PI-Ingenieur entdeckten Probleme zu verstehen und zu beheben.

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