PCB تستمر طرق الأسلاك في التحسن ، ويمكن لتقنيات الأسلاك المرنة أن تقلل من طول السلك وتحرر المزيد من مساحة ثنائي الفينيل متعدد الكلور. تقتصر أسلاك PCB التقليدية على إحداثيات الأسلاك الثابتة وعدم وجود أسلاك بزاوية عشوائية. يمكن أن تؤدي إزالة هذه القيود إلى تحسين جودة الأسلاك بشكل كبير.

Let’s start with some terminology. نحدد الأسلاك الزاوية التعسفية على أنها أسلاك سلكية باستخدام مقاطع زاوية تعسفية وراديان. إنه نوع من الأسلاك السلكية ، ولكنه لا يقتصر على استخدام مقاطع خط بزاوية 90 درجة و 45 درجة فقط. Topological wiring is wire wiring that does not adhere to grids and coordinates and does not use regular or irregular grids like shape-based wiring. دعنا نحدد مصطلح الأسلاك المرنة على أنها أسلاك سلكية بدون شكل ثابت يتيح إعادة حساب شكل السلك في الوقت الفعلي لتحقيق إمكانيات التحويل التالية. يتم استخدام الأقواس من العوائق وظلالها المشتركة فقط لتشكيل شكل الخط. (Obstacles include pins, copper foil, forbidden areas, holes and other objects) part of the circuit of two PCB models. تعمل الأسلاك الخضراء والحمراء على طبقات مختلفة من نموذج ثنائي الفينيل متعدد الكلور. The blue circles are the perforations. The red element is highlighted. There are also some red round pins. Use only line segments and models with an Angle of 90 degrees between them. الشكل 1 ب هو نموذج ثنائي الفينيل متعدد الكلور يستخدم أقواس وزوايا عشوائية. Wiring at any Angle may seem strange, but it does have many advantages. The way it is wired is very similar to how engineers wired it by hand half a century ago. يُظهر ثنائي الفينيل متعدد الكلور حقيقي تم تطويره في عام 1972 من قبل شركة أمريكية تسمى Digibarn لتوصيل الأسلاك اليدوية بالكامل. This is a PCB board based on Intel8008 computer. الأسلاك الزاوية التعسفية الموضحة في الشكل 2 متشابهة في الواقع. Why would they use arbitrary Angle wiring? لأن هذا النوع من الأسلاك له مزايا عديدة. Arbitrary Angle wiring has many advantages. First, not using the angles between line segments saves PCB space (polygons always take up more space than tangents). Traditional automatic cablers can place only three wires between adjacent components (see left and center in Figure 3). ومع ذلك ، عند توصيل الأسلاك بأي زاوية ، توجد مساحة كافية لوضع 4 أسلاك على نفس المسار دون انتهاك فحص قاعدة التصميم (DRC). لنفترض أن لدينا شريحة الوضع الإيجابي ونريد توصيل دبابيس الشريحة بدبوسين آخرين. Using only 90 degrees takes up a lot of space. يمكن أن يؤدي استخدام الأسلاك الزاوية التعسفية إلى تقصير المسافة بين الشريحة والمسامير الأخرى ، مع تقليل البصمة. In this case, the area was reduced from 30 square centimeters to 23 square centimeters. Rotating the chip at any Angle can also provide better results. In this case, the area was reduced from 23 square centimeters to 10 square centimeters. It shows a real PCB. Arbitrary Angle wiring with rotating chip function is the only wiring method for this circuit board. هذه ليست نظرية فحسب ، بل هي أيضًا حل عملي (أحيانًا يكون الحل الوحيد الممكن). Shows an example of a simple PCB. نتائج الكابلات الهيكلية ، في حين أن نتائج الكابلات التلقائية المستندة إلى الشكل الأمثل هي صور لثنائي الفينيل متعدد الكلور الفعلي. An automatic cabler based on optimal shape cannot do this because the components are rotated at arbitrary angles. أنت بحاجة إلى مساحة أكبر ، وإذا لم تقم بتدوير المكونات ، فيجب تكبير الجهاز. Layout performance would be greatly improved without parallel segments, which are often a source of crosstalk. The level of crosstalk increases linearly as the length of parallel wires increases. As the spacing between parallel wires increases, crosstalk decreases quadratic. Let’s set the level of crosstalk produced by two parallel 1mm wires spaced d to e. إذا كانت هناك زاوية بين مقاطع الأسلاك ، فعند زيادة هذه الزاوية ، سينخفض ​​مستوى الحديث المتبادل. The crosstalk does not depend on the length of the wire, but only on the Angle value: where α represents the Angle between the wire segments. Consider the following three wiring methods. On the left side of Figure 8 (90 degree layout), there is the maximum wire length and the maximum emi value due to parallel line segments. In the middle of Figure 8 (45 degree layout), the wire length and emi values are reduced. On the right-hand side (at any Angle), the wire length is shortest and there are no parallel wire segments, so the interference value is negligible. So arbitrary Angle wiring helps to reduce the total wire length and significantly reduce electromagnetic interference. You also remember the effect on signal delay (conductors should not be parallel and should not be perpendicular to the PCB fiberglass). Advantages of flexible wiring Manual and automatic movement of components does not destroy the wiring in flexible wiring. يقوم الكابلات تلقائيًا بحساب الشكل الأمثل للسلك (مع مراعاة خلوص الأمان اللازم). Flexible cabling can therefore greatly reduce the time required to edit the topology, nicely supporting multiple recabling to meet constraints. يُظهر هذا تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور يتحرك عبر الثقوب ونقاط التفرع. أثناء الحركة الأوتوماتيكية ، يتم ضبط نقاط فرع السلك والثقوب إلى الوضع الأمثل. In most computer-aided design (CAD) systems, the wiring interconnection problem is reduced to the problem of sequentially finding paths between pairs of points in a maze of pads, forbidden areas, and laid wires. عند العثور على مسار ، يتم إصلاحه ويصبح جزءًا من المتاهة. عيب الأسلاك المتسلسلة هو أن نتيجة الأسلاك قد تعتمد على ترتيب الأسلاك. عندما لا تزال الجودة الطوبولوجية بعيدة عن الكمال ، تحدث مشكلة “التعثر” في مناطق محلية صغيرة. But no matter which wire you rewire, it’s not going to improve the quality of the wiring. This is a serious problem in all CAD systems using sequential optimization. This is where the bending elimination process is useful. يشير الانحناء السلكي إلى ظاهرة أن السلك في إحدى الشبكات يجب أن يتجول حول كائن على شبكة أخرى للوصول إلى كائن. Rewiring a wire will not correct this. ويرد مثال على الانحناء. A lit red wire travels around a pin in the other network, and an unlit red wire connects to this pin. يتم عرض نتائج المعالجة التلقائية. In the second case (on another layer), a lighted green wire is automatically rewired by changing the wiring layer (from green to red). Eliminate wire bending by automatically optimizing wire shape (approximate arcs with line segments just to show any Angle examples without arcs). (top) original design, (bottom) after eliminating bending design. يتم تمييز الأسلاك المثنية باللون الأحمر. في شجرة شتاينر ، يجب توصيل جميع الخطوط كأجزاء إلى الرؤوس (نقاط النهاية والإضافات). في الجزء العلوي من كل رأس جديد ، يجب أن تتلاقى ثلاثة أجزاء ولا يجب أن ينتهي أكثر من ثلاثة أجزاء. The Angle between the line segments that converge to the vertex shall not be less than 120 degrees. ليس من الصعب جدًا بناء شتاينر بهذه الخصائص الشرطية الكافية ، لكن ليس بالضرورة أن يكون الحد الأدنى. Gray Steiner trees are not optimal, but black Steiner trees are. في تصميم الاتصال العملي ، يجب مراعاة أنواع مختلفة من العقبات. أنها تحد من القدرة على إنشاء الحد الأدنى من الأشجار الممتدة باستخدام كل من الخوارزميات وأشجار شتاينر باستخدام الأساليب الهندسية. The obstacles are shown in gray and we recommend starting at any end vertex. If there is more than one adjacent terminating vertex, you should choose one that allows you to continue using the second vertex. It depends on the Angle. الآلية الرئيسية هنا هي خوارزمية قائمة على القوة تحسب القوى المؤثرة على الرؤوس الجديدة وتحركها بشكل متكرر إلى نقطة توازن (يعتمد حجم واتجاه القوى على الأسلاك عند نقاط التفرع المجاورة). إذا كانت الزاوية بين زوج من مقاطع الخط المتصلة برأس (نهاية أو إضافة) أقل من 120 درجة ، يمكن إضافة نقطة فرعية ، ومن ثم يمكن استخدام خوارزمية ميكانيكية لتحسين موضع الرأس. It’s worth noting that simply sorting all angles in descending order and adding new vertices in that order doesn’t work, and the result is worse. After adding a new node, you should check the minimum of a subnet consisting of four pins:

1. If a vertex is added to the vicinity of another newly added vertex, check for the smallest four-pin network.

2. If the four-pin network is not minimal, select a pair of “diagonal” (belonging to the quadrilateral diagonal) endpoints or virtual terminal nodes (virtual terminal nodes – wire bends).

3. The line segment that connects the endpoint (virtual endpoint) to the nearest new vertex is replaced by the line segment that connects the endpoint (virtual endpoint) to the distant new vertex.

4. Use mechanical algorithms to optimize vertex positions.

This method does not guarantee to build the smallest network, but compared with other methods, it can achieve the smallest network length without grazing. كما يسمح أيضًا بالمناطق التي تكون فيها اتصالات نقطة النهاية محظورة ، ويمكن أن يكون عدد نقاط النهاية عشوائيًا.

Flexible wiring at any Angle has some other interesting advantages. For example, if you can automatically move many objects with the help of automatic real-time wire shape recalculation, you can create parallel serpentine lines. This cabling method makes better use of space, minimizes the number of iterations, and allows for flexible use of tolerances. If there are two serpentine lines interlaced with each other, the automatic cabler will reduce the length of one or both, depending on rule priority.

Consider the wiring of BGA components. In the traditional peripheral-to-center approach, the number of channels to the periphery is reduced by 8 with each successive layer (due to a reduction in perimeter). For example, a 28x28mm component with 784 pins requires 10 layers. Some of the layers in the diagram have escaped wiring. يوضح الشكل 16 ربع BGA. At the same time, when using the “center to periphery” wiring method, the number of channels required to exit to the periphery does not change from layer to layer. سيؤدي ذلك إلى تقليل عدد الطبقات بشكل كبير. لحجم مكون 28x28mm ، 7 طبقات كافية. بالنسبة للمكونات الأكبر ، يعد هذا الأمر مفيدًا للطرفين. Figure 17 shows a quarter of the BGA. An example of BGA wiring is shown. When using the “center to periphery” cabling approach, we can complete the cabling of all networks. يمكن أن يقوم الكابلات الأوتوماتيكية الطوبولوجية ذات الزاوية التعسفية بعمل ذلك. Traditional automatic cablers cannot route this example. Shows an example of a real PCB where the engineer reduced the number of signal layers from 6 to 4 (compared to the specification). In addition, it took engineers only half a day to complete the wiring of the PCB.