این مقاله بر روی تمرکز دارد PCB طراحانی که از IP استفاده می کنند و بعداً از ابزارهای برنامه ریزی و مسیریابی برای پشتیبانی IP استفاده می کنند ، به سرعت کل طراحی PCB را تکمیل می کنند. همانطور که در شکل 1 مشاهده می کنید ، مسئولیت مهندس طراحی بدست آوردن IP از طریق قرار دادن تعداد کمی از اجزای ضروری و برنامه ریزی مسیرهای ارتباطی مهم بین آنها است. پس از به دست آوردن IP ، اطلاعات IP را می توان در اختیار طراحان PCB قرار داد که بقیه طراحی را انجام می دهند.

چگونه طراحان PCB می توانند از برنامه ریزی توپولوژی و ابزارهای سیم کشی برای تکمیل سریع طراحی PCB استفاده کنند

شکل 1: مهندسان طراحی IP دریافت می کنند ، طراحان PCB از برنامه ریزی توپولوژی و ابزارهای سیم کشی برای پشتیبانی IP استفاده می کنند و به سرعت کل طراحی PCB را تکمیل می کنند.

مهندسان طراح به جای این که مجبور شوند یک فرآیند تعامل و تکرار بین مهندسین طراحی و طراحان PCB را برای دستیابی به هدف طراحی مناسب انجام دهند ، این اطلاعات را دریافت کرده و نتایج نسبتاً دقیقی دارند ، که به طراحان PCB کمک زیادی می کند. در بسیاری از طرح ها ، مهندسان طراحی و طراحان PCB چیدمان و سیم کشی تعاملی را انجام می دهند که زمان زیادی را از هر دو طرف مصرف می کند. از نظر تاریخی ، تعامل ضروری است ، اما زمان بر و ناکارآمد است. طرح اولیه ارائه شده توسط مهندس طراحی ممکن است فقط یک نقشه دستی بدون اجزای مناسب ، عرض گذرگاه یا نشانه های خروجی پین باشد.

در حالی که مهندسان با استفاده از تکنیک های برنامه ریزی توپولوژی می توانند طرح و اتصالات متقابل برخی از اجزا را با درگیر شدن طراحان PCB در طراحی در نظر بگیرند ، طراحی ممکن است نیاز به طرح سایر اجزاء ، ضبط سایر سازه های IO و گذرگاه و همه اتصالات را داشته باشد.

طراحان PCB باید برنامه ریزی توپولوژی را اتخاذ کرده و با اجزای طرح دار و بدون پوشش تعامل داشته باشند تا به طرح و طرح تعامل بهینه دست یابند و در نتیجه کارایی طراحی PCB را بهبود بخشند.

پس از تعیین مناطق حساس و با تراکم بالا و برنامه ریزی توپولوژی ، طرح ممکن است قبل از برنامه ریزی نهایی توپولوژی تکمیل شود. بنابراین ، ممکن است برخی از مسیرهای توپولوژی با طرح موجود کار کنند. اگرچه آنها دارای اولویت پایین هستند ، اما هنوز هم باید به هم متصل شوند. بنابراین بخشی از برنامه ریزی حول طرح بندی اجزا ایجاد شد. علاوه بر این ، این سطح از برنامه ریزی ممکن است نیاز به جزئیات بیشتری داشته باشد تا اولویت لازم را به سایر سیگنال ها بدهد.

برنامه ریزی دقیق توپولوژی

شکل 2 یک طرح بندی دقیق از قطعات بعد از چیده شدن آنها را نشان می دهد. گذرگاه در مجموع 17 بیت دارد و جریان سیگنال نسبتاً مناسبی دارند.

چگونه طراحان PCB می توانند از برنامه ریزی توپولوژی و ابزارهای سیم کشی برای تکمیل سریع طراحی PCB استفاده کنند

شکل 2: خطوط شبکه برای این اتوبوسها نتیجه برنامه ریزی و چیدمان توپولوژی با اولویت بالاتر است.

برای برنامه ریزی این گذرگاه ، طراحان PCB باید موانع موجود ، قوانین طراحی لایه و سایر محدودیت های مهم را در نظر بگیرند. با در نظر گرفتن این شرایط ، آنها یک مسیر توپولوژی برای گذرگاه را مطابق شکل 3 ترسیم کردند.

چگونه طراحان PCB می توانند از برنامه ریزی توپولوژی و ابزارهای سیم کشی برای تکمیل سریع طراحی PCB استفاده کنند

شکل 3: اتوبوس برنامه ریزی شده.

در شکل 3 ، جزئیات “1” پین های جزء را در لایه بالای “قرمز” برای مسیر توپولوژیکی که از پین های اجزا به جزئیات “2” منتهی می شود ، قرار می دهد. منطقه بدون کپسول برای این قسمت استفاده می شود و تنها لایه اول به عنوان لایه کابل کشی مشخص می شود. این از نظر طراحی بدیهی به نظر می رسد و الگوریتم مسیریابی از مسیر توپولوژیکی استفاده می کند و لایه بالایی به رنگ قرمز متصل می شود. با این حال ، برخی از موانع ممکن است قبل از مسیریابی خودکار این گذرگاه خاص ، سایر گزینه های مسیریابی لایه را در اختیار الگوریتم قرار دهند.

از آنجا که اتوبوس در لایه اول به صورت خطوط محکمی تنظیم شده است ، طراح شروع به برنامه ریزی برای انتقال به لایه سوم با جزئیات 3 می کند ، در نظر گرفتن مسیری که اتوبوس در سراسر PCB طی می کند. توجه داشته باشید که این مسیر توپولوژیکی در لایه سوم به دلیل فضای اضافی مورد نیاز برای قرار دادن امپدانس ، گسترده تر از لایه بالایی است. علاوه بر این ، طراحی محل دقیق (17 سوراخ) برای تبدیل لایه را مشخص می کند.

همانطور که مسیر توپولوژیکی از قسمت مرکز سمت راست شکل 3 تا جزئیات “4” را دنبال می کند ، بسیاری از اتصالات تک بیتی T شکل باید از اتصالات مسیر توپولوژیکی و پین های جزء جداگانه کشیده شوند. انتخاب طراح PCB این است که بیشتر اتصال را در لایه 3 و به لایه های دیگر برای اتصال پین های اجزا نگه دارد. بنابراین آنها یک منطقه توپولوژی را برای نشان دادن اتصال از بسته نرم افزاری اصلی به لایه 4 (صورتی) ترسیم کردند و این تماسهای تک بیتی T شکل را به لایه 2 متصل کردند و سپس با استفاده از سایر حفره ها به پین ​​های دستگاه وصل شدند.

مسیرهای توپولوژیکی در سطح 3 تا جزئیات “5” برای اتصال دستگاه های فعال ادامه می یابد. سپس این اتصالات از پین های فعال به یک مقاومت کششی در زیر دستگاه فعال متصل می شوند. طراح از ناحیه توپولوژی دیگری برای تنظیم اتصالات از لایه 3 به لایه 1 استفاده می کند ، جایی که پین ​​های اجزاء به دستگاه های فعال و مقاومت های کششی تقسیم می شوند.

تکمیل این سطح از برنامه ریزی دقیق حدود 30 ثانیه طول کشید. هنگامی که این طرح به تصویب رسید ، طراح PCB ممکن است بخواهد بلافاصله مسیریابی کرده یا برنامه های توپولوژی بیشتری ایجاد کند و سپس تمام برنامه های توپولوژی را با مسیریابی خودکار تکمیل کند. کمتر از 10 ثانیه از اتمام برنامه ریزی تا نتایج سیم کشی خودکار. سرعت واقعا مهم نیست و در واقع اگر نیت طراح نادیده گرفته شود و کیفیت سیم کشی خودکار ضعیف باشد ، اتلاف وقت است. نمودارهای زیر نتایج سیم کشی خودکار را نشان می دهد.

مسیریابی توپولوژی

از بالا سمت چپ شروع می شود ، تمام سیم های پایه های کامپوننت در لایه 1 قرار دارند ، همانطور که طراح بیان کرده است ، و در یک ساختار باس فشرده فشرده می شوند ، همانطور که در جزئیات “1” و “2” در شکل 4 نشان داده شده است. انتقال بین سطح 1 و سطح 3 با جزئیات “3” صورت می گیرد و به شکل یک سوراخ بسیار فضا کار می شود. مجدداً ، عامل امپدانس در نظر گرفته می شود ، بنابراین خطوط گسترده تر و فاصله بیشتری دارند ، همانطور که در عرض عرض واقعی نشان داده شده است.

چگونه طراحان PCB می توانند از برنامه ریزی توپولوژی و ابزارهای سیم کشی برای تکمیل سریع طراحی PCB استفاده کنند

شکل 4: نتایج مسیریابی با توپولوژی های 1 و 3.

همانطور که در شکل 4 در جزئیات 5 نشان داده شده است ، مسیر توپولوژی به دلیل نیاز به استفاده از حفره ها برای قرار دادن اتصالات تک بیتی نوع T بزرگتر می شود. در اینجا این طرح دوباره نشان دهنده قصد طراح برای این نقاط مبادله نوع T تک بیتی ، سیم کشی از لایه 3 تا لایه 4 است. علاوه بر این ، ردیف روی لایه سوم بسیار محکم است ، اگرچه در سوراخ وارد شدن کمی گسترش می یابد ، اما پس از عبور از سوراخ به زودی دوباره محکم می شود.

چگونه طراحان PCB می توانند از برنامه ریزی توپولوژی و ابزارهای سیم کشی برای تکمیل سریع طراحی PCB استفاده کنند

شکل 5: نتیجه مسیریابی با توپولوژی جزئی 4.

شکل 6 نتیجه سیم کشی خودکار را با جزئیات “5” نشان می دهد. اتصالات دستگاه فعال در لایه 3 نیاز به تبدیل به لایه 1 دارد. سوراخ های سوراخ به طور مرتب در بالای پین های اجزا مرتب شده اند و سیم لایه 1 ابتدا به جزء فعال و سپس به مقاومت کششی لایه 1 متصل می شود.

چگونه طراحان PCB می توانند از برنامه ریزی توپولوژی و ابزارهای سیم کشی برای تکمیل سریع طراحی PCB استفاده کنند

شکل 6: نتیجه مسیریابی با توپولوژی جزئی 5.

نتیجه مثال بالا این است که 17 بیت به چهار نوع مختلف دستگاه توضیح داده شده است ، نشان دهنده قصد طراح برای لایه و جهت مسیر ، که می تواند در حدود 30 ثانیه ضبط شود. سپس سیم کشی اتوماتیک با کیفیت بالا می تواند انجام شود ، زمان مورد نیاز حدود 10 ثانیه است.

با بالا بردن سطح انتزاع از سیم کشی به برنامه ریزی توپولوژی ، کل زمان اتصال بسیار کاهش می یابد و طراحان درک کاملاً روشنی از چگالی و پتانسیل تکمیل طراحی قبل از شروع اتصال دارند ، مانند این که چرا سیم کشی را در این مرحله نگه دارید طراحی؟ چرا برنامه ریزی را ادامه ندهید و سیم کشی را در قسمت عقب اضافه نکنید؟ کی توپولوژی کامل برنامه ریزی می شود؟ اگر مثال فوق در نظر گرفته شود ، می توان از انتزاع یک طرح به جای 17 شبکه مجزا با بخشهای خط زیاد و حفره های زیاد در هر شبکه ، با طرح دیگر استفاده کرد ، مفهومی که هنگام در نظر گرفتن دستور تغییر مهندسی (ECO) بسیار مهم است. به

سفارش تغییر مهندسی (ECO)

در مثال زیر ، خروجی پین FPGA ناقص است. مهندسان طراح این واقعیت را به طراحان PCB اطلاع داده اند ، اما به دلایل زمان بندی ، آنها باید طرح را تا آنجا که ممکن است پیش از خروجی پین FPGA تکمیل کنند.

در مورد خروجی پین شناخته شده ، طراح PCB شروع به برنامه ریزی فضای FPGA می کند ، و در عین حال ، طراح باید سرنخ های دستگاه های دیگر به FPGA را در نظر بگیرد. برنامه ریزی شده بود که IO در سمت راست FPGA باشد ، اما اکنون در سمت چپ FPGA قرار دارد و باعث می شود خروجی پین کاملاً متفاوت از طرح اولیه باشد. از آنجا که طراحان در سطح انتزاعی بالاتری کار می کنند ، می توانند با حذف سربار حرکت تمام سیم کشی در اطراف FPGA و جایگزینی آن با تغییرات مسیر توپولوژی ، این تغییرات را برطرف کنند.

با این حال ، فقط FPGas تحت تأثیر قرار نمی گیرند. این خروجی های پین جدید همچنین بر روی خروجی های دستگاه های مرتبط تأثیر می گذارد. انتهای مسیر نیز به منظور تطبیق مسیر ورودی سرب با کپسول مسطح حرکت می کند. در غیر این صورت ، کابل های جفت پیچ خورده پیچ خورده و فضای ارزشمندی را بر روی PCB با چگالی بالا هدر می دهند. پیچاندن این قطعات به فضای بیشتری برای سیم کشی و سوراخ نیاز دارد ، که ممکن است در پایان مرحله طراحی رعایت نشود. اگر برنامه فشرده بود ، انجام چنین تعدیلاتی در همه این مسیرها غیرممکن بود. نکته این است که برنامه ریزی توپولوژی سطح بالاتری از انتزاع را ارائه می دهد ، بنابراین اجرای این ECO ها بسیار ساده تر است.

الگوریتم مسیریابی خودکار که از طراح پیروی می کند ، اولویت کیفیت را بر اولویت کمی تعیین می کند. اگر مشکل کیفیتی مشخص شد ، به دو دلیل اجازه دهید اتصال به جای ایجاد سیم کشی بی کیفیت ، خراب شود. اول ، اتصال ساده تر از اتصال این سیم کشی با نتایج بد و سایر عملیات سیم کشی که سیم کشی را خودکار می کند ، آسان تر است. دوم ، قصد طراح انجام می شود و طراح موظف است کیفیت اتصال را تعیین کند. با این حال ، این ایده ها تنها در صورتی مفید هستند که اتصالات سیم کشی خراب نسبتاً ساده و محلی باشد.

یک مثال خوب ، ناتوانی یک کابلر در دستیابی به 100٪ اتصالات برنامه ریزی شده است. به جای فدا کردن کیفیت ، اجازه دهید برخی از برنامه ها شکست بخورند و برخی از سیم کشی های بدون اتصال را پشت سر بگذارید. همه سیمها با برنامه ریزی توپولوژی هدایت می شوند ، اما همه آنها به پین ​​های قطعات منتهی نمی شوند. این امر باعث می شود که فضایی برای اتصالات خراب وجود داشته باشد و اتصال نسبتاً آسانی را فراهم می کند.

خلاصه این مقاله

برنامه ریزی توپولوژی ابزاری است که با فرایند طراحی PCB سیگنال شده دیجیتالی کار می کند و به راحتی در دسترس مهندسین طراحی قرار می گیرد ، اما همچنین دارای ویژگی های خاص مکانی ، لایه و جریان اتصال برای ملاحظات پیچیده برنامه ریزی است. طراحان مدار چاپی می توانند بسته به اینکه چه کسی از این ابزار انعطاف پذیر برای تناسب بیشتر با محیط طراحی خود استفاده می کند ، از ابزار برنامه ریزی توپولوژی در ابتدای طراحی یا پس از دریافت مهندس طراحی استفاده کنند.

کابل های توپولوژی به سادگی از طرح یا قصد طراح برای ارائه نتایج کابل کشی با کیفیت بالا پیروی می کنند. برنامه ریزی توپولوژی ، هنگامی که با ECO روبرو می شود ، بسیار سریعتر از اتصالات جداگانه عمل می کند ، بنابراین کابل گیر توپولوژی را قادر می سازد تا ECO را سریعتر اتخاذ کند و نتایج سریع و دقیقی را ارائه دهد.