PCB les méthodes de câblage continuent de s’améliorer et des techniques de câblage flexibles peuvent réduire la longueur des fils et libérer plus d’espace sur les circuits imprimés. Le câblage PCB conventionnel est limité par des coordonnées de fil fixes et l’absence de fils à angles arbitraires. La suppression de ces limitations peut améliorer considérablement la qualité du câblage.

Let’s start with some terminology. Nous définissons le câblage d’angle arbitraire comme un câblage de fil utilisant des segments d’angle et des radians arbitraires. Il s’agit d’une sorte de câblage, mais ne se limite pas à l’utilisation de segments de ligne d’angle de 90 degrés et 45 degrés. 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. Définissons le terme câblage flexible comme un câblage filaire sans forme fixe qui permet un recalcul de la forme filaire en temps réel pour obtenir les possibilités de transformation suivantes. Seuls les arcs des obstacles et leurs tangentes communes sont utilisés pour former la forme de la ligne. (Obstacles include pins, copper foil, forbidden areas, holes and other objects) part of the circuit of two PCB models. Les fils vert et rouge passent sur différentes couches du modèle 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 figure 1B est un modèle PCB utilisant des arcs et des angles arbitraires. 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. Montre un vrai PCB développé en 1972 par une société américaine appelée Digibarn pour un câblage manuel complet. This is a PCB board based on Intel8008 computer. Le câblage d’angle arbitraire illustré à la figure 2 est en fait similaire. Pourquoi utiliseraient-ils un câblage d’angle arbitraire ? Car ce type de câblage présente de nombreux avantages. Arbitrary Angle wiring has many advantages. Premièrement, ne pas utiliser les angles entre les segments de ligne permet d’économiser de l’espace sur le PCB (les polygones occupent toujours plus d’espace que les tangentes). Traditional automatic cablers can place only three wires between adjacent components (see left and center in Figure 3). Cependant, lors du câblage à n’importe quel angle, il y a suffisamment d’espace pour poser 4 fils sur le même chemin sans enfreindre la vérification des règles de conception (DRC). Supposons que nous ayons une puce en mode positif et que nous voulions connecter les broches de la puce à deux autres broches. Using only 90 degrees takes up a lot of space. L’utilisation d’un câblage d’angle arbitraire peut raccourcir la distance entre la puce et les autres broches, tout en réduisant l’encombrement. In this case, the area was reduced from 30 square centimeters to 23 square centimeters. La rotation de la puce à n’importe quel angle peut également fournir de meilleurs résultats. 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. Ce n’est pas seulement une théorie, mais aussi une solution pratique (parfois la seule solution possible). Shows an example of a simple PCB. Les résultats du câbleur de topologie, tandis que les résultats du câbleur automatique basés sur la forme optimale sont des photos du PCB réel. An automatic cabler based on optimal shape cannot do this because the components are rotated at arbitrary angles. Vous avez besoin de plus de surface, et si vous ne faites pas pivoter les composants, l’appareil doit être agrandi. 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. S’il y a un angle entre les segments de fil, alors à mesure que cet angle augmente, le niveau de diaphonie diminuera. 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. Considérez les trois méthodes de câblage suivantes. 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. Le câbleur calcule automatiquement la forme optimale du fil (en tenant compte de la distance de sécurité nécessaire). Un câblage flexible peut donc réduire considérablement le temps nécessaire pour éditer la topologie, prenant bien en charge le recâblage multiple pour répondre aux contraintes. Cela montre une conception de PCB qui se déplace à travers des trous et des points de branchement. Pendant le mouvement automatique, les points de branchement de fil et les trous traversants sont ajustés à la position optimale. 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. Lorsqu’un chemin est trouvé, il est fixe et devient une partie du labyrinthe. L’inconvénient du câblage séquentiel est que le résultat du câblage peut dépendre de l’ordre de câblage. Lorsque la qualité topologique est encore loin d’être parfaite, le problème du « coincement » se pose dans des zones localement petites. 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 courbure du fil fait référence au phénomène selon lequel un fil d’un réseau doit contourner un objet sur un autre réseau pour accéder à un objet. Rewiring a wire will not correct this. Un exemple de pliage est montré. A lit red wire travels around a pin in the other network, and an unlit red wire connects to this pin. Les résultats du traitement automatique sont affichés. 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. Les fils courbés rouges sont mis en évidence. Dans un arbre de Steiner, toutes les lignes doivent être connectées en tant que segments aux sommets (extrémités et additions). Au sommet de chaque nouveau sommet, trois segments doivent converger et pas plus de trois segments doivent se terminer. The Angle between the line segments that converge to the vertex shall not be less than 120 degrees. Il n’est pas très difficile de construire un Steiner avec ces propriétés conditionnelles suffisantes, mais ce n’est pas nécessairement minimal. Gray Steiner trees are not optimal, but black Steiner trees are. Dans la conception pratique de la communication, différents types d’obstacles doivent être pris en compte. Ils limitent la capacité de construire des arbres couvrants minimum en utilisant à la fois des algorithmes et des arbres de Steiner en utilisant des méthodes géométriques. 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. Le mécanisme principal ici est un algorithme basé sur la force qui calcule les forces agissant sur les nouveaux sommets et les déplace à plusieurs reprises vers un point d’équilibre (l’amplitude et la direction des forces dépendent des fils aux points de branchement adjacents). Si l’angle entre une paire de segments de ligne connectés à un sommet (terminus ou addition) est inférieur à 120 degrés, un point de branchement peut être ajouté, puis un algorithme mécanique peut être utilisé pour optimiser la position du sommet. 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. Il permet également des zones où les connexions de point de terminaison sont interdites, et le nombre de nœuds de point de terminaison peut être arbitraire.

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. Certaines des couches du schéma ont échappé au câblage. La figure 16 montre un quart d’un BGA. Dans le même temps, lors de l’utilisation de la méthode de câblage « centre vers périphérie », le nombre de canaux requis pour sortir vers la périphérie ne change pas d’une couche à l’autre. Cela réduira considérablement le nombre de couches. Pour une taille de composant de 28x28mm, 7 couches suffisent. Pour les composants plus gros, c’est gagnant-gagnant. 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. Le câbleur automatique topologique à angle arbitraire peut le faire. 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.