PCB metody zapojení se stále zlepšují a flexibilní techniky kabeláže mohou zkrátit délku vodičů a uvolnit více místa na desce plošných spojů. Konvenční zapojení desek plošných spojů je omezeno pevnými souřadnicemi vodičů a nedostatkem libovolně šikmých vodičů. Odstranění těchto omezení může výrazně zlepšit kvalitu zapojení.

Let’s start with some terminology. Libovolné úhlové zapojení definujeme jako drátové zapojení pomocí libovolných úhlových segmentů a radiánů. Je to druh drátového vedení, ale není omezen na použití pouze segmentů čáry úhlu 90 stupňů a 45 stupňů. 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. Pojďme definovat termín flexibilní vedení jako drátové vedení bez pevného tvaru, které umožňuje přepočet tvaru drátu v reálném čase k dosažení následujících možností transformace. K vytvoření tvaru čáry se používají pouze oblouky z překážek a jejich společné tečny. (Obstacles include pins, copper foil, forbidden areas, holes and other objects) part of the circuit of two PCB models. Zelený a červený vodič vedou na různých vrstvách modelu DPS. 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. Obrázek 1B je model DPS využívající oblouky a libovolné úhly. 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. Ukazuje skutečnou desku plošných spojů vyvinutou v roce 1972 americkou společností Digibarn pro kompletní ruční zapojení. This is a PCB board based on Intel8008 computer. Libovolné zapojení úhlu zobrazené na obrázku 2 je ve skutečnosti podobné. Proč by používali libovolné úhlové zapojení? Protože tento typ zapojení má mnoho výhod. Arbitrary Angle wiring has many advantages. Za prvé, nepoužívání úhlů mezi úsečkami šetří místo na DPS (polygony vždy zabírají více místa než tangenty). Traditional automatic cablers can place only three wires between adjacent components (see left and center in Figure 3). Při zapojování v libovolném úhlu je však dostatek místa pro položení 4 vodičů na stejnou cestu, aniž by došlo k porušení kontroly pravidel návrhu (DRC). Předpokládejme, že máme čip v pozitivním režimu a chceme připojit čipové piny ke dvěma dalším pinům. Using only 90 degrees takes up a lot of space. Použití libovolného úhlového zapojení může zkrátit vzdálenost mezi čipem a jinými piny a zároveň zmenšit stopu. In this case, the area was reduced from 30 square centimeters to 23 square centimeters. Otočení čipu v libovolném úhlu může také poskytnout lepší výsledky. 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. Nejde jen o teorii, ale také o praktické řešení (někdy jediné možné řešení). Shows an example of a simple PCB. Výsledky kabeláže topologie, zatímco výsledky automatické kabeláže založené na optimálním tvaru jsou fotografie skutečného PCB. An automatic cabler based on optimal shape cannot do this because the components are rotated at arbitrary angles. Potřebujete více prostoru, a pokud komponenty neotáčíte, musí být zařízení větší. Výkon rozložení by se výrazně zlepšil bez paralelních segmentů, které jsou často zdrojem přeslechů. 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. Pokud je mezi segmenty drátu úhel, pak se tento úhel zvyšuje, úroveň přeslechu se sníží. 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. Zvažte následující tři způsoby zapojení. 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. Kabelář automaticky vypočítá optimální tvar drátu (s přihlédnutím k nezbytné bezpečnostní vzdálenosti). Flexibilní kabeláž proto může výrazně zkrátit čas potřebný k úpravě topologie, což pěkně podporuje vícenásobné opětovné přizpůsobení tak, aby splňovalo omezení. Toto ukazuje návrh DPS, který se pohybuje otvory a body větví. Při automatickém pohybu jsou body větve a průchozí otvory drátu nastaveny do optimální polohy. 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. Když je cesta nalezena, je opravena a stane se součástí bludiště. Nevýhodou sekvenčního zapojení je, že výsledek zapojení může záviset na pořadí zapojení. Když je topologická kvalita ještě zdaleka dokonalá, nastává problém „zaseknutí“ v lokálně malých oblastech. 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. Ohýbání drátu se týká jevu, že drát v jedné síti musí chodit kolem objektu v jiné síti, aby se dostal k objektu. Rewiring a wire will not correct this. Je ukázán příklad ohýbání. A lit red wire travels around a pin in the other network, and an unlit red wire connects to this pin. Zobrazí se výsledky automatického zpracování. 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. Červené ohnuté dráty jsou zvýrazněny. Ve Steinerově stromu musí být všechny čáry spojeny jako segmenty s vrcholy (koncové body a sčítání). V horní části každého nového vrcholu se musí tři segmenty sbíhat a nesmí skončit více než tři segmenty. The Angle between the line segments that converge to the vertex shall not be less than 120 degrees. Postavit Steinera s těmito dostatečnými podmíněnými vlastnostmi není příliš obtížné, ale není to nutně minimální. Gray Steiner trees are not optimal, but black Steiner trees are. Při návrhu praktické komunikace je třeba brát v úvahu různé druhy překážek. Omezují schopnost konstruovat stromy s minimálním rozpětím pomocí obou algoritmů a Steinerovy stromy pomocí geometrických metod. 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. Hlavním mechanismem je zde algoritmus založený na síle, který vypočítává síly působící na nové vrcholy a opakovaně je přesouvá do bodu rovnováhy (velikost a směr sil závisí na drátech v sousedních bodech větví). Pokud je úhel mezi dvojicí úseček připojených k vrcholu (konec nebo sčítání) menší než 120 stupňů, lze přidat bod větve a poté použít mechanický algoritmus k optimalizaci polohy vrcholu. 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. Umožňuje také oblasti, kde je připojení koncových bodů zakázáno, a počet uzlů koncových bodů může být libovolný.

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. Některé vrstvy ve schématu unikly kabeláži. Obrázek 16 ukazuje čtvrtinu BGA. Současně se při použití metody zapojení „střed k periferii“ počet kanálů potřebných k výstupu na periferii nemění z vrstvy na vrstvu. Tím se výrazně sníží počet vrstev. Pro velikost součásti 28 x 28 mm stačí 7 vrstev. U větších komponent je to výhoda. 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. To dokáže topologická automatická kabeláž libovolného úhlu. 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.