PCB Verdrahtungsmethoden werden weiter verbessert, und flexible Verdrahtungstechniken können die Drahtlänge reduzieren und mehr Platz auf der Leiterplatte schaffen. Die konventionelle Leiterplattenverdrahtung ist durch feste Drahtkoordinaten und das Fehlen beliebig abgewinkelter Drähte begrenzt. Die Beseitigung dieser Einschränkungen kann die Qualität der Verdrahtung erheblich verbessern.

Let’s start with some terminology. Wir definieren beliebige Winkelverdrahtung als Drahtverdrahtung mit beliebigen Winkelsegmenten und Bogenmaß. Es handelt sich um eine Art Drahtverdrahtung, die jedoch nicht darauf beschränkt ist, nur 90-Grad- und 45-Grad-Winkel-Liniensegmente zu verwenden. 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. Definieren wir den Begriff flexible Verdrahtung als Drahtverdrahtung ohne feste Form, die eine Neuberechnung der Drahtform in Echtzeit ermöglicht, um die folgenden Transformationsmöglichkeiten zu erreichen. Nur Bögen von Hindernissen und ihre gemeinsamen Tangenten werden verwendet, um die Linienform zu bilden. (Obstacles include pins, copper foil, forbidden areas, holes and other objects) part of the circuit of two PCB models. Die grünen und roten Drähte laufen auf verschiedenen Ebenen des PCB-Modells. 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. 1B ist ein PCB-Modell, das Bögen und willkürliche Winkel verwendet. 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. Zeigt eine echte Leiterplatte, die 1972 von einer amerikanischen Firma namens Digibarn für die komplette Handverdrahtung entwickelt wurde. This is a PCB board based on Intel8008 computer. Die in Abbildung 2 gezeigte beliebige Winkelverdrahtung ist tatsächlich ähnlich. Warum sollten sie eine beliebige Winkelverdrahtung verwenden? Denn diese Art der Verkabelung hat viele Vorteile. Arbitrary Angle wiring has many advantages. Erstens spart der Verzicht auf die Winkel zwischen den Liniensegmenten PCB-Platz (Polygone nehmen immer mehr Platz ein als Tangenten). Traditional automatic cablers can place only three wires between adjacent components (see left and center in Figure 3). Bei der Verdrahtung in einem beliebigen Winkel ist jedoch genügend Platz vorhanden, um 4 Drähte auf demselben Pfad zu verlegen, ohne die Design Rule Checking (DRC) zu verletzen. Angenommen, wir haben einen Positivmodus-Chip und möchten die Chip-Pins mit zwei anderen Pins verbinden. Using only 90 degrees takes up a lot of space. Die Verwendung einer beliebigen Winkelverdrahtung kann den Abstand zwischen dem Chip und anderen Pins verkürzen und gleichzeitig den Platzbedarf reduzieren. In this case, the area was reduced from 30 square centimeters to 23 square centimeters. Das Drehen des Chips in einem beliebigen Winkel kann auch bessere Ergebnisse liefern. 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. Dies ist nicht nur eine Theorie, sondern auch eine praktische Lösung (manchmal die einzig mögliche Lösung). Shows an example of a simple PCB. Topologie-Verkabelungsergebnisse, während automatische Verkabelungsergebnisse basierend auf der optimalen Form Fotos der tatsächlichen Leiterplatte sind. An automatic cabler based on optimal shape cannot do this because the components are rotated at arbitrary angles. Sie brauchen mehr Fläche, und wenn Sie die Komponenten nicht drehen, muss das Gerät größer gemacht werden. Die Layoutleistung würde ohne parallele Segmente, die oft eine Quelle von Übersprechen sind, stark verbessert werden. 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. Wenn zwischen den Drahtsegmenten ein Winkel vorhanden ist, nimmt der Übersprechpegel mit zunehmendem Winkel ab. 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. Betrachten Sie die folgenden drei Verdrahtungsmethoden. 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. Der Cabler berechnet automatisch die optimale Form des Drahtes (unter Berücksichtigung des notwendigen Sicherheitsabstandes). Eine flexible Verkabelung kann daher den Zeitaufwand für die Bearbeitung der Topologie erheblich reduzieren und unterstützt eine mehrfache Neuverkabelung, um Einschränkungen zu erfüllen. Dies zeigt ein PCB-Design, das sich durch Löcher und Verzweigungspunkte bewegt. Bei der automatischen Bewegung werden Drahtabzweigpunkte und Durchgangslöcher in die optimale Position gebracht. 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. Wenn ein Pfad gefunden wird, wird er fixiert und wird Teil des Labyrinths. Der Nachteil der sequentiellen Verdrahtung besteht darin, dass das Verdrahtungsergebnis von der Verdrahtungsreihenfolge abhängen kann. Wenn die topologische Qualität noch lange nicht perfekt ist, tritt in lokal kleinen Bereichen das Problem des „Hängenbleibens“ auf. 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. Drahtbiegen bezieht sich auf das Phänomen, dass ein Draht in einem Netzwerk um ein Objekt in einem anderen Netzwerk herumlaufen muss, um auf ein Objekt zuzugreifen. Rewiring a wire will not correct this. Ein Beispiel für das Biegen wird gezeigt. A lit red wire travels around a pin in the other network, and an unlit red wire connects to this pin. Die Ergebnisse der automatischen Verarbeitung werden angezeigt. 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. Rot gebogene Drähte sind hervorgehoben. In einem Steiner-Baum müssen alle Linien als Segmente mit Scheitelpunkten (Endpunkten und Additionen) verbunden werden. An der Spitze jedes neuen Scheitelpunkts müssen drei Segmente zusammenlaufen und nicht mehr als drei Segmente dürfen enden. The Angle between the line segments that converge to the vertex shall not be less than 120 degrees. Es ist nicht sehr schwierig, einen Steiner mit diesen ausreichenden bedingten Eigenschaften zu konstruieren, aber er ist nicht unbedingt minimal. Gray Steiner trees are not optimal, but black Steiner trees are. Im praktischen Kommunikationsdesign müssen verschiedene Arten von Hindernissen berücksichtigt werden. Sie schränken die Möglichkeit ein, minimale Spannbäume sowohl mit Algorithmen als auch Steiner-Bäume mit geometrischen Methoden zu konstruieren. 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. Der Hauptmechanismus ist hier ein kraftbasierter Algorithmus, der die auf die neuen Scheitelpunkte wirkenden Kräfte berechnet und diese wiederholt in einen Gleichgewichtspunkt bewegt (Größe und Richtung der Kräfte hängen von den Drähten an den benachbarten Verzweigungspunkten ab). Wenn der Winkel zwischen einem Paar von Liniensegmenten, die mit einem Scheitelpunkt (Endpunkt oder Addition) verbunden sind, weniger als 120 Grad beträgt, kann ein Verzweigungspunkt hinzugefügt werden, und dann kann ein mechanischer Algorithmus verwendet werden, um die Scheitelpunktposition zu optimieren. 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. Es ermöglicht auch Bereiche, in denen Endpunktverbindungen verboten sind, und die Anzahl der Endpunktknoten kann beliebig sein.

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. Einige der Schichten im Diagramm sind nicht verdrahtet. Abbildung 16 zeigt ein Viertel eines BGA. Gleichzeitig ändert sich bei Verwendung der Verdrahtungsmethode „Center to Peripheral“ die Anzahl der Kanäle, die zum Ausgang zur Peripherie erforderlich sind, von Schicht zu Schicht nicht. Dadurch wird die Anzahl der Schichten stark reduziert. Bei einer Bauteilgröße von 28x28mm sind 7 Lagen ausreichend. Bei größeren Komponenten ist es eine Win-Win-Situation. 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. Die topologische automatische Verkabelung mit beliebigem Winkel kann dies tun. 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.