【導讀】PCB布線的方式一直在加速改進,靈活地布線方式也多了起來?,F(xiàn)在人們不斷地改進和提高,布線的質(zhì)量已經(jīng)有了明顯的提升。PCB布線方式之前已經(jīng)通過《精華集萃【一】:PCB任意角度布線的巧思及優(yōu)勢》來闡述,那么本文要講解的是PCB布線的靈活布線的優(yōu)勢。
靈活布線的優(yōu)勢
元件的人工和自動移動不會破壞靈活布線中的走線。布線器會自動計算導線的最佳形狀(考慮必要的安全間隙)。因此靈活布線可以極大地減少編輯拓撲所需的時間,很好地支持因為要滿足限制條件而做的多次重新布線。圖1a顯示的是一個PCB設計,移動過孔和分支點后的結果如圖1b所示。
圖1:自動移動過孔(淡藍色圓)和分支點。(a)原始設計的一部分,(b)移動過孔后的設計,(c)分支點(3條紅色導線)被自動移動到最佳位置。
在自動移動過程中,導線分支點和過孔被調(diào)整到最佳位置(如圖1c所示)。在大多數(shù)計算機輔助設計(CAD)系統(tǒng)中,布線互連問題被簡化為在焊盤、禁布區(qū)和已布好的導線形成的迷宮中按順序尋找成對點之間的路徑問題。當找到一條路徑時,它就被固定下來,并成為迷宮的一部分。順序布線的缺點是布線結果可能與布線的順序有關。
當拓撲質(zhì)量仍然離完美很遠時,在局部很小的區(qū)域將發(fā)生“被困住”的問題。但不管你重新布線哪根導線,都無法改善布線的質(zhì)量。這是在使用順序優(yōu)化的所有CAD系統(tǒng)中都存在的很嚴重的問題。
這時應用打彎消除過程就很有用了。導線打彎是指某條網(wǎng)絡中的導線想要接入某個物體時必須圍著另一條網(wǎng)絡上的物體四周行走的現(xiàn)象。重新布線一條導線并不能糾正這種現(xiàn)象。
圖2a顯示了一個打彎的例子。一條點亮的紅色導線圍繞另一條網(wǎng)絡的一個引腳行走,一條未點亮的紅色導線接入這個引腳。圖2b顯示了自動處理結果。在第2種情況中(另一層上),一條點亮的綠色導線通過改變布線層得到了自動調(diào)整(重新布線)(從綠色層到紅色層)。
[page]
在Steiner樹中,所有連線都必須以線段方式連接到頂點(終點和新增點)。在每個新增頂點的頂部,三個線段必須匯聚在一起,終點的線段不得超過3個。集中到頂點的線段之間的夾角不得小于120度。構造具有這些充足條件性能的Steiner不是很困難,但沒有必要是最小的。圖3中的灰色Steiner樹不是最優(yōu)的,但黑色Steiner樹是最優(yōu)的。
圖3:灰色Steiner樹不是最優(yōu)的,但黑色Steiner樹是最優(yōu)的。
在實際通信設計中,必須考慮到存在不同種類的障礙物。它們會限制使用兩種算法構造最小生成樹(圖4a)的能力和使用幾何方法構造Steiner樹(圖4b)的能力。圖中用灰色表示障礙物。圖4:樹和(灰色顯示的)障礙物。(a)最小生成樹,(b)Steiner樹。
我們建議從任意一個終結頂點開始。如果有超過一個的相鄰終結頂點,你應該選擇一個允許你繼續(xù)使用第二個頂點的那個頂點。這是由角度決定的。這里的主要機制是一種基于力的算法,它會計算作用在新增頂點上的力,并反復移動它們到一個平衡點(力的幅度和方向取決于鄰近分支點的導線)。如果接入某個頂點(終點或新增點)的一對線段之間的角度小于120度(圖5a和圖5b),可以再增加一個分支點(圖5b和圖5d),然后使用力學算法優(yōu)化頂點的位置(圖5c和圖5d)。最終結果如圖5e所示。
1.如果頂點增加到其它新增頂點的鄰近位置,要檢查最小的四引腳網(wǎng)絡(圖5a)。
2.如果四引腳網(wǎng)絡不是最小的,選擇一對“對角”(屬于四邊形對角線)終點或虛擬的終端節(jié)點(虛擬終端節(jié)點-導線彎曲)。
3.連接終點(虛擬終點)到最近的新增頂點的線段被連接終點(虛擬終點)到遠處的新增頂點的線段所代替(圖5b)。
4.使用力學算法優(yōu)化頂點的位置(圖5c)。
圖5:重新構建四引腳子網(wǎng)(a-c):算法步驟。
這種方法并不保證構建最小的網(wǎng)絡,但相比其它方法,它不用牧舉就能實現(xiàn)最小的網(wǎng)絡長度。它還考慮到了終點連接被禁止的區(qū)域,并且終端節(jié)點數(shù)量可以是任意的。其它優(yōu)勢
任何角度靈活布線還有其它一些有趣的優(yōu)勢。例如,如果你能借助自動的實時導線形狀重新計算功能自動移動許多物體,你可以創(chuàng)建并行的蛇形線。這種布線方式能夠更好的利用空間,最大限度地減小反復次數(shù),并且允許靈活地使用容差(見圖6)。如果有兩條蛇形線相互交織在一起,自動布線器會減小其中一條或同時減小兩條的長度,具體取決于規(guī)則優(yōu)先級。
圖6:在自動模式中延時校準可以按串行而不是并行的方式完成。這樣可以更好的利用空間,最大限度地減少反復次數(shù),并靈活地使用容差。
相關閱讀:
精華集粹【一】:PCB任意角度布線的巧思及優(yōu)勢
【PCB設計小貼士3】輕松搞定“PCB布線設計“的經(jīng)驗之談
【PCB設計小貼士1】PCB布線設計的經(jīng)驗之談