PCB os métodos de cableado seguen mellorando e as técnicas de cableado flexibles poden reducir a lonxitude do fío e liberar máis espazo no PCB. O cableado convencional do PCB está limitado por coordenadas de fíos fixos e a falta de fíos en ángulo arbitrario. Eliminar estas limitacións pode mellorar significativamente a calidade do cableado.

Let’s start with some terminology. Definimos o cableado de ángulo arbitrario como o cableado de fíos usando segmentos de ángulo e radianes arbitrarios. É un tipo de cableado de fíos, pero non se limita a usar só segmentos de liña angular de 90 e 45 graos. 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. Imos definir o termo cableado flexible como cableado sen forma fixa que permita recalcular a forma do cable en tempo real para acadar as seguintes posibilidades de transformación. Só se utilizan arcos dos obstáculos e as súas tanxentes comúns para formar a forma da liña. (Obstacles include pins, copper foil, forbidden areas, holes and other objects) part of the circuit of two PCB models. Os fíos verdes e vermellos funcionan en diferentes capas do 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. A Figura 1B é un modelo de PCB que usa arcos e 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. Mostra un PCB real desenvolvido en 1972 por unha empresa americana chamada Digibarn para o cableado manual completo. This is a PCB board based on Intel8008 computer. O cableado de ángulo arbitrario mostrado na Figura 2 é realmente similar. Por que usarían un cableado de ángulo arbitrario? Porque este tipo de cableado ten moitas vantaxes. Arbitrary Angle wiring has many advantages. En primeiro lugar, non usar os ángulos entre segmentos de liña aforra espazo no PCB (os polígonos sempre ocupan máis espazo que as tanxentes). Traditional automatic cablers can place only three wires between adjacent components (see left and center in Figure 3). Non obstante, cando se fia a calquera ángulo, hai espazo suficiente para colocar 4 fíos no mesmo camiño sen violar a verificación de regras de deseño (DRC). Supoñamos que temos un chip de modo positivo e queremos conectar os pinos de chip a outros dous pinos. Using only 90 degrees takes up a lot of space. Usar un cableado de ángulo arbitrario pode acurtar a distancia entre o chip e outros pinos, ao tempo que reduce a pegada. In this case, the area was reduced from 30 square centimeters to 23 square centimeters. Xirar o chip en calquera ángulo tamén pode proporcionar mellores 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. Esta non é só unha teoría, senón tamén unha solución práctica (ás veces a única solución posible). Shows an example of a simple PCB. Os resultados do cableado topolóxico, mentres que os resultados do cableado automático baseados na forma óptima son fotos do PCB real. An automatic cabler based on optimal shape cannot do this because the components are rotated at arbitrary angles. Precisa máis superficie e, se non xira os compoñentes, o dispositivo debe facerse máis grande. 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. Se hai un ángulo entre os segmentos do fío, a medida que este ángulo aumenta, o nivel de diafonía diminuirá. 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 os seguintes 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. O cableado calcula automaticamente a forma óptima do fío (tendo en conta a autorización de seguridade necesaria). O cableado flexible pode, polo tanto, reducir moito o tempo necesario para editar a topoloxía, soportando moi ben a recapacitación múltiple para cumprir as restricións. Isto amosa un deseño de PCB que se move a través de buratos e puntos de ramificación. Durante o movemento automático, os puntos de ramificación do fío e os buratos pasantes axústanse á 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. Cando se atopa un camiño, fíxase e pasa a formar parte do labirinto. A desvantaxe do cableado secuencial é que o resultado do cableado pode depender da orde de cableado. Cando a calidade topolóxica aínda está lonxe de ser perfecta, o problema de “quedar atascado” ocorre en áreas localmente pequenas. 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. A flexión de fíos refírese ao fenómeno de que un fío dunha rede debe camiñar arredor dun obxecto doutra rede para acceder a un obxecto. Rewiring a wire will not correct this. Amósase un exemplo de flexión. A lit red wire travels around a pin in the other network, and an unlit red wire connects to this pin. Amósanse os resultados do procesamento 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. Os fíos dobrados vermellos están resaltados. Nunha árbore de Steiner, todas as liñas deben estar conectadas como segmentos a vértices (puntos finais e adicións). Na parte superior de cada novo vértice, tres segmentos deben converxer e non máis de tres segmentos deben rematar. The Angle between the line segments that converge to the vertex shall not be less than 120 degrees. Non é moi difícil construír un Steiner con estas propiedades condicionais suficientes, pero non é necesariamente mínimo. Gray Steiner trees are not optimal, but black Steiner trees are. No deseño práctico da comunicación, débense considerar diferentes tipos de obstáculos. Limitan a capacidade de construír árbores de extensión mínima usando algoritmos e árbores de Steiner mediante métodos xeométricos. 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. O principal mecanismo aquí é un algoritmo baseado na forza que calcula as forzas que actúan sobre os novos vértices e móvenas repetidamente a un punto de equilibrio (a magnitude e dirección das forzas dependen dos fíos nos puntos de ramificación adxacentes). Se o ángulo entre un par de segmentos de liña conectados a un vértice (extremo ou adición) é inferior a 120 graos, pódese engadir un punto de ramificación e entón pódese usar un algoritmo mecánico para optimizar a posición do 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. Tamén permite áreas onde as conexións de punto final están prohibidas e o número de nodos de punto pode 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. Algunhas das capas do diagrama escaparon do cableado. A figura 16 mostra un cuarto de BGA. Ao mesmo tempo, cando se usa o método de cableado “centro a periferia”, o número de canles necesarios para saír á periferia non cambia de capa a capa. Isto reducirá considerablemente o número de capas. Para un tamaño de compoñente de 28×28 mm, son suficientes 7 capas. Para compoñentes máis grandes, é un beneficio 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. O cableado automático topolóxico de ángulo arbitrario pode facelo. 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.