PCB Los métodos de cableado continúan mejorando y las técnicas de cableado flexible pueden reducir la longitud del cable y liberar más espacio en la PCB. El cableado de PCB convencional está limitado por coordenadas de cables fijos y la falta de cables en ángulo arbitrario. Eliminar estas limitaciones puede mejorar significativamente la calidad del cableado.

Let’s start with some terminology. Definimos el cableado de ángulo arbitrario como cableado de alambre que utiliza segmentos de ángulo arbitrarios y radianes. Es un tipo de cableado, pero no se limita a usar solo segmentos de línea de ángulo de 90 grados y 45 grados. 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. Definamos el término cableado flexible como cableado sin forma fija que permite volver a calcular la forma del cable en tiempo real para lograr las siguientes posibilidades de transformación. Solo se utilizan arcos de obstáculos y sus tangentes comunes para formar la forma de la línea. (Obstacles include pins, copper foil, forbidden areas, holes and other objects) part of the circuit of two PCB models. Los cables verde y rojo se ejecutan en diferentes capas del modelo de PCB. 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. La figura 1B es un modelo de PCB que utiliza arcos y ángulos arbitrarios. 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. Muestra una PCB real desarrollada en 1972 por una empresa estadounidense llamada Digibarn para cableado manual completo. This is a PCB board based on Intel8008 computer. El cableado de ángulo arbitrario que se muestra en la Figura 2 es realmente similar. ¿Por qué usarían cableado de ángulo arbitrario? Porque este tipo de cableado tiene muchas ventajas. Arbitrary Angle wiring has many advantages. Primero, no usar los ángulos entre los segmentos de línea ahorra espacio en la PCB (los polígonos siempre ocupan más espacio que las tangentes). Traditional automatic cablers can place only three wires between adjacent components (see left and center in Figure 3). Sin embargo, al realizar el cableado en cualquier ángulo, hay suficiente espacio para colocar 4 cables en la misma ruta sin violar la verificación de las reglas de diseño (DRC). Supongamos que tenemos un chip de modo positivo y queremos conectar los pines del chip a otros dos pines. Using only 90 degrees takes up a lot of space. El uso de cableado de ángulo arbitrario puede acortar la distancia entre el chip y otros pines, al tiempo que reduce la huella. In this case, the area was reduced from 30 square centimeters to 23 square centimeters. Girar el chip en cualquier ángulo también puede proporcionar mejores resultados. 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. Esto no es solo una teoría, sino también una solución práctica (a veces la única solución posible). Shows an example of a simple PCB. Los resultados del cableado de topología, mientras que los resultados del cableado automático basados ​​en la forma óptima son fotos de la PCB real. An automatic cabler based on optimal shape cannot do this because the components are rotated at arbitrary angles. Necesita más área, y si no gira los componentes, el dispositivo debe agrandarse. 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. Si hay un ángulo entre los segmentos de cable, a medida que este ángulo aumenta, el nivel de diafonía disminuirá. 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. Considere los siguientes tres métodos de cableado. 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. El cableador calcula automáticamente la forma óptima del cable (teniendo en cuenta la distancia de seguridad necesaria). Por lo tanto, el cableado flexible puede reducir en gran medida el tiempo necesario para editar la topología, lo que permite realizar múltiples recableados para cumplir con las limitaciones. Esto muestra un diseño de PCB que se mueve a través de orificios y puntos de ramificación. Durante el movimiento automático, los puntos de ramificación del cable y los orificios pasantes se ajustan a la posición óptima. 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. Cuando se encuentra un camino, se fija y pasa a formar parte del laberinto. La desventaja del cableado secuencial es que el resultado del cableado puede depender del orden de cableado. Cuando la calidad topológica aún está lejos de ser perfecta, el problema de “atascarse” se produce en áreas localmente pequeñas. 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. La flexión de cables se refiere al fenómeno de que un cable en una red debe caminar alrededor de un objeto en otra red para acceder a un objeto. Rewiring a wire will not correct this. Se muestra un ejemplo de flexión. A lit red wire travels around a pin in the other network, and an unlit red wire connects to this pin. Se muestran los resultados del procesamiento automático. 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. Se resaltan los cables doblados en rojo. En un árbol de Steiner, todas las líneas deben estar conectadas como segmentos a vértices (puntos finales y adiciones). En la parte superior de cada nuevo vértice, deben converger tres segmentos y no deben terminar más de tres segmentos. The Angle between the line segments that converge to the vertex shall not be less than 120 degrees. No es muy difícil construir un Steiner con estas suficientes propiedades condicionales, pero no es necesariamente mínimo. Gray Steiner trees are not optimal, but black Steiner trees are. En el diseño de la comunicación práctica, se deben considerar diferentes tipos de obstáculos. Limitan la capacidad de construir árboles de expansión mínimos utilizando tanto algoritmos como árboles Steiner utilizando métodos geométricos. 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. El mecanismo principal aquí es un algoritmo basado en fuerzas que calcula las fuerzas que actúan sobre los nuevos vértices y los mueve repetidamente a un punto de equilibrio (la magnitud y dirección de las fuerzas dependen de los cables en los puntos de ramificación adyacentes). Si el ángulo entre un par de segmentos de línea conectados a un vértice (término o suma) es menor de 120 grados, se puede agregar un punto de ramificación y luego se puede usar un algoritmo mecánico para optimizar la posición del vértice. 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. También permite áreas donde las conexiones de punto final están prohibidas y el número de nodos de punto final puede ser arbitrario.

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. Algunas de las capas del diagrama se han escapado del cableado. La Figura 16 muestra un cuarto de BGA. Al mismo tiempo, cuando se utiliza el método de cableado de “centro a periferia”, el número de canales necesarios para salir a la periferia no cambia de una capa a otra. Esto reducirá en gran medida el número de capas. Para un tamaño de componente de 28×28 mm, 7 capas son suficientes. Para componentes más grandes, es beneficioso para todos. 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. El cableador automático topológico de ángulo arbitrario puede hacer esto. 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.