Tento článek se zaměřuje na PCB návrháři využívající IP a dále využívající nástroje pro plánování a směrování topologie k podpoře IP rychle dokončují celý návrh DPS. Jak vidíte na obrázku 1, odpovědností konstruktéra je získat IP tak, že vyskládáte malý počet nezbytných komponent a naplánujete mezi nimi kritické cesty propojení. Jakmile je získána IP, mohou být informace o IP poskytnuty návrhářům desek plošných spojů, kteří provedou zbytek návrhu.

Jak mohou návrháři desek plošných spojů použít nástroje pro plánování a zapojení topologie k rychlému dokončení návrhu desky plošných spojů

Obrázek 1: Konstruktéři získají IP, návrháři desek plošných spojů dále používají nástroje pro plánování a zapojení topologie k podpoře IP, rychle dokončují celý návrh desky plošných spojů.

Místo toho, aby museli konstruktéři a konstruktéři desek plošných spojů projít procesem interakce a iterace mezi konstruktéry a návrháři desek plošných spojů, již získali tyto informace a výsledky jsou poměrně přesné, což návrhářům desek plošných spojů hodně pomáhá. V mnoha provedeních konstruktéři a návrháři desek plošných spojů provádějí interaktivní rozvržení a zapojení, což na obou stranách spotřebovává drahocenný čas. Historicky je interaktivita nezbytná, ale časově náročná a neefektivní. Počáteční plán poskytnutý konstruktérem může být pouze ruční kresba bez správných komponent, šířky sběrnice nebo výstupních signálů pinů.

Zatímco inženýři využívající techniky plánování topologie mohou zachytit rozvržení a propojení některých komponent, protože se do návrhu zapojí návrháři desek plošných spojů, návrh může vyžadovat rozložení dalších komponent, zachytit další struktury IO a sběrnice a všechna propojení.

Designéři desek plošných spojů musí přijmout plánování topologie a komunikovat s rozloženými a neuloženými součástmi, aby dosáhli optimálního rozvržení a plánování interakcí, a tím zlepšili efektivitu návrhu desky plošných spojů.

Poté, co jsou vytyčeny kritické oblasti a oblasti s vysokou hustotou a je získáno plánování topologie, může být rozvržení dokončeno před konečným plánováním topologie. Některé cesty topologie proto mohou fungovat s existujícím rozložením. Přestože mají nižší prioritu, stále je třeba je připojit. Část plánování tedy byla vytvořena kolem rozložení komponent. Kromě toho může tato úroveň plánování vyžadovat více podrobností, aby byla nezbytná priorita ostatním signálům.

Podrobné plánování topologie

Obrázek 2 ukazuje podrobné rozložení komponent po jejich rozložení. Sběrnice má celkem 17 bitů a mají docela dobře organizovaný tok signálu.

Jak mohou návrháři desek plošných spojů použít nástroje pro plánování a zapojení topologie k rychlému dokončení návrhu desky plošných spojů

Obrázek 2: Síťové linky pro tyto sběrnice jsou výsledkem plánování topologie a rozvržení s vyšší prioritou.

Při plánování této sběrnice musí návrháři desek plošných spojů zvážit stávající bariéry, pravidla návrhu vrstev a další důležitá omezení. S ohledem na tyto podmínky zmapovali topologickou cestu pro sběrnici, jak ukazuje obrázek 3.

Jak mohou návrháři desek plošných spojů použít nástroje pro plánování a zapojení topologie k rychlému dokončení návrhu desky plošných spojů

Obrázek 3: Plánovaný autobus.

Na obrázku 3 detail „1“ uvádí kolíky komponent na horní vrstvě „červené“ pro topologickou cestu vedoucí od komponentních kolíků k detailu „2“. Pro tuto část byla použita nezapouzdřená oblast a jako vrstva kabeláže je identifikována pouze první vrstva. To se zdá být zřejmé z konstrukčního hlediska a směrovací algoritmus bude používat topologickou cestu s horní vrstvou spojenou s červenou. Některé překážky však mohou poskytnout algoritmu další možnosti směrování vrstev před automatickým směrováním této konkrétní sběrnice.

Protože je sběrnice v první vrstvě organizována do těsných stop, projektant začne plánovat přechod na třetí vrstvu v detailu 3, přičemž vezme v úvahu vzdálenost, kterou autobus urazí po celé desce plošných spojů. Všimněte si, že tato topologická dráha na třetí vrstvě je širší než horní vrstva, protože je potřeba další prostor pro přizpůsobení impedance. Kromě toho návrh určuje přesné umístění (17 otvorů) pro převod vrstvy.

Protože topologická cesta sleduje pravou středovou část obrázku 3 k detailu „4“, je potřeba nakreslit mnoho jednobitových křižovatek ve tvaru T z připojení topologické cesty a jednotlivých komponentních kolíků. Volbou návrháře desek plošných spojů je ponechat většinu toku připojení na vrstvě 3 a skrz další vrstvy pro připojení kolíků komponent. Nakreslili tedy oblast topologie, aby indikovali spojení z hlavního svazku do vrstvy 4 (růžová), a nechali tyto jednobitové kontakty ve tvaru T připojit k vrstvě 2 a poté se připojit k pinům zařízení pomocí jiných průchozích otvorů.

Topologické cesty pokračují na úrovni 3 k detailu „5“ pro připojení aktivních zařízení. Tato spojení jsou pak připojena z aktivních pinů k stahovacímu odporu pod aktivním zařízením. Návrhář používá další oblast topologie k regulaci připojení z vrstvy 3 do vrstvy 1, kde jsou kolíky komponent rozděleny na aktivní zařízení a stahovací odpory.

Dokončení této úrovně podrobného plánování trvalo přibližně 30 sekund. Jakmile je tento plán zachycen, může návrhář DPS chtít okamžitě směrovat nebo vytvořit další plány topologie a poté dokončit všechny plány topologie s automatickým směrováním. Méně než 10 sekund od dokončení plánování po výsledky automatického zapojení. Na rychlosti vlastně nezáleží a ve skutečnosti je to ztráta času, pokud jsou ignorovány záměry konstruktéra a špatná kvalita automatického zapojení. Následující schémata ukazují výsledky automatického zapojení.

Směrování topologie

Počínaje vlevo nahoře jsou všechny vodiče z kolíků součástí umístěny na vrstvě 1, jak ji vyjádřil projektant, a jsou stlačeny do těsné sběrnicové struktury, jak je znázorněno na detailech „1“ a „2“ na obrázku 4. Přechod mezi úrovní 1 a úrovní 3 probíhá v detailu „3“ a má podobu velmi prostorově náročné průchozí díry. Opět se bere v úvahu faktor impedance, takže čáry jsou širší a vzdálenější, jak je znázorněno skutečnou šířkou cesty.

Jak mohou návrháři desek plošných spojů použít nástroje pro plánování a zapojení topologie k rychlému dokončení návrhu desky plošných spojů

Obrázek 4: Výsledky směrování s topologiemi 1 a 3.

Jak je podrobně ukázáno „4“ na obrázku 5, topologická cesta se zvětší kvůli potřebě použít otvory pro umístění jednobitových křižovatek typu T. Zde plán opět odráží záměr projektanta pro tyto jednobitové výměnné body typu T, zapojení od vrstvy 3 do vrstvy 4. Stopa na třetí vrstvě je navíc velmi těsná, ačkoliv se u zaváděcího otvoru trochu roztahuje, brzy se po průchodu dírou opět utáhne.

Jak mohou návrháři desek plošných spojů použít nástroje pro plánování a zapojení topologie k rychlému dokončení návrhu desky plošných spojů

Obrázek 5: Výsledek směrování s topologií detailu 4.

Obrázek 6 ukazuje výsledek automatického zapojení v detailu „5“. Aktivní připojení zařízení ve vrstvě 3 vyžadují převod na vrstvu 1. Průchozí otvory jsou úhledně uspořádány nad kolíky součástek a vodič vrstvy 1 je nejprve připojen k aktivní složce a poté k stahovacímu odporu vrstvy 1.

Jak mohou návrháři desek plošných spojů použít nástroje pro plánování a zapojení topologie k rychlému dokončení návrhu desky plošných spojů

Obrázek 6: Výsledek směrování s topologií detail 5.

Závěr výše uvedeného příkladu je, že 17 bitů je podrobně popsáno ve čtyřech různých typech zařízení, což představuje záměr projektanta pro směr vrstvy a cesty, který lze zachytit přibližně za 30 sekund. Poté lze provést vysoce kvalitní automatické zapojení, požadovaný čas je asi 10 sekund.

Zvýšením úrovně abstrakce od kabeláže k plánování topologie se celková doba propojení výrazně sníží a designéři mají opravdu jasnou představu o hustotě a potenciálu dokončit návrh před zahájením propojení, například proč v tomto bodě ponechat zapojení design? Proč nepokračovat v plánování a přidat kabeláž vzadu? Kdy bude plánována kompletní topologie? Pokud vezmeme v úvahu výše uvedený příklad, lze abstrakci jednoho plánu použít s jiným plánem, nikoli se 17 samostatnými sítěmi s mnoha segmenty linek a mnoha otvory v každé síti, což je koncept, který je zvláště důležitý při zvažování Engineering Change Order (ECO) .

Engineering Change Order (ECO)

V následujícím příkladu je výstup pinů FPGA neúplný. Konstruktéři o této skutečnosti informovali konstruktéry desek plošných spojů, ale z důvodů harmonogramu musí návrh posunout co nejdřív, než bude dokončen výstup pinů FPGA.

V případě známého pinového výstupu začne návrhář desek plošných spojů plánovat prostor FPGA a zároveň by měl projektant zvážit přívody z jiných zařízení do FPGA. IO bylo plánováno být na pravé straně FPGA, ale nyní je na levé straně FPGA, což způsobí, že výstup pinů bude zcela odlišný od původního plánu. Protože návrháři pracují na vyšší úrovni abstrakce, mohou těmto změnám vyhovět tím, že odstraní režii přesunu veškerého vedení kolem FPGA a nahradí ho úpravami cesty topologie.

Ovlivněny nejsou pouze FPGy; Tyto nové pinové výstupy také ovlivňují vývody vycházející ze souvisejících zařízení. Konec dráhy se také pohybuje, aby se přizpůsobil ploché vstupní cestě vedení; V opačném případě dojde ke zkroucení kabelů s kroucenými páry a plýtvání cenným místem na desce plošných spojů s vysokou hustotou. Kroucení těchto bitů vyžaduje další prostor pro zapojení a perforace, což nemusí být na konci fáze návrhu splněno. Pokud by byl harmonogram těsný, nebylo by možné provést takové úpravy na všech těchto trasách. Jde o to, že plánování topologie poskytuje vyšší úroveň abstrakce, takže implementace těchto ECO je mnohem jednodušší.

Algoritmus automatického směrování, který sleduje záměr projektanta, nastavuje prioritu kvality před prioritou množství. Pokud je identifikován problém s kvalitou, je zcela správné nechat spojení selhat, než vytvářet nekvalitní zapojení, a to ze dvou důvodů. Zaprvé je snazší připojit neúspěšné připojení, než vyčistit toto zapojení se špatnými výsledky a dalšími operacemi zapojení, které automatizují zapojení. Za druhé, je proveden záměr projektanta a návrhář je ponechán určit kvalitu připojení. Tyto nápady jsou však užitečné pouze v případě, že jsou připojení neúspěšného zapojení relativně jednoduchá a lokalizovaná.

Dobrým příkladem je neschopnost taxikáře dosáhnout 100% plánovaných připojení. Namísto obětování kvality nechte některé plánování selhat a zanechejte za sebou nějaké nespojené kabely. Všechny vodiče jsou vedeny plánováním topologie, ale ne všechny vedou ke komponentním pinům. Tím je zajištěno, že existuje prostor pro neúspěšná připojení, a poskytuje relativně snadné připojení.

Shrnutí tohoto článku

Plánování topologie je nástroj, který pracuje s procesem návrhu digitálně signalizované desky plošných spojů a je snadno přístupný konstruktérům, ale má také specifické možnosti prostorového, vrstvového a spojovacího toku pro komplexní plánování. Designéři desek plošných spojů mohou použít nástroj pro plánování topologie na začátku návrhu nebo poté, co konstruktér získá jejich IP, podle toho, kdo používá tento flexibilní nástroj, aby nejlépe vyhovoval jejich návrhovému prostředí.

Topologičtí kabeláři jednoduše dodržují plán nebo záměr projektanta poskytnout vysoce kvalitní výsledky kabeláže. Plánování topologie, když se potýkáme s ECO, je provozováno mnohem rychleji než samostatná připojení, což umožňuje topologickému kabeláři přijímat ECO rychleji a poskytuje rychlé a přesné výsledky.