PCB שיטות החיווט ממשיכות להשתפר, וטכניקות חיווט גמישות יכולות לצמצם את אורך החוט ולפנות יותר שטח PCB. חיווט PCB קונבנציונאלי מוגבל על ידי קואורדינטות חוט קבועות והיעדר חוטים בזווית שרירותית. הסרת מגבלות אלה יכולה לשפר משמעותית את איכות החיווט.

נתחיל עם קצת טרמינולוגיה. אנו מגדירים חיווט זווית שרירותי כחיווט תיל באמצעות מקטעי רדיאנים וזווית שרירותיים. זהו סוג של חיווט תיל, אך אינו מוגבל לשימוש במקטעי קו זווית של 90 מעלות ו -45 מעלות בלבד. חיווט טופולוגי הוא חיווט תיל שאינו נדבק לרשתות ולקואורדינטות ואינו משתמש ברשתות רגילות או לא סדירות כמו חיווט המבוסס על צורה. הבה נגדיר את המונח חיווט גמיש כחיווט תיל ללא צורה קבועה המאפשר חישוב מחדש של צורת חוט בזמן אמת להשיג את אפשרויות הטרנספורמציה הבאות. רק קשתות ממכשולים והמשיקים המשותפים שלהן משמשות ליצירת צורת הקו. (המכשולים כוללים סיכות, רדיד נחושת, אזורים אסורים, חורים וחפצים אחרים) חלק מהמעגל של שני דגמי PCB. החוטים הירוקים והאדומים פועלים על שכבות שונות של דגם ה- PCB. העיגולים הכחולים הם הנקבים. האלמנט האדום מודגש. There are also some red round pins. השתמש רק בקטעי קו ודגמים עם זווית של 90 מעלות ביניהם. איור 1B הוא מודל PCB באמצעות קשתות וזוויות שרירותיות. חיווט בכל זווית אולי נראה מוזר, אך יש לו יתרונות רבים. אופן החיבור שלו דומה מאוד לאופן שבו מהנדסים חיברו אותו ביד לפני חצי מאה. מציג PCB אמיתי שפותח בשנת 1972 על ידי חברה אמריקאית בשם Digibarn לחיווט ידני מלא. This is a PCB board based on Intel8008 computer. החיווט הזוויתי השרירותי המוצג באיור 2 הוא למעשה דומה. מדוע שישתמשו בחיווט זוויתי שרירותי? מכיוון שלסוג זה של חיווט יש יתרונות רבים. לחיווט זווית שרירותית יש יתרונות רבים. ראשית, אי שימוש בזוויות בין מקטעי הקו חוסך מקום PCB (מצולעים תמיד תופסים יותר מקום מאשר משיקים). Traditional automatic cablers can place only three wires between adjacent components (see left and center in Figure 3). עם זאת, בעת חיווט בכל זווית, יש מספיק מקום להנחת 4 חוטים על אותו הנתיב מבלי להפר את בדיקת חוקי התכנון (DRC). נניח שיש לנו שבב מצב חיובי ורוצים לחבר את סיכות השבב לשני סיכות אחרות. שימוש של 90 מעלות בלבד תופס הרבה מקום. שימוש בחיווט זוויתי שרירותי יכול לקצר את המרחק בין השבב לסיכות אחרות, תוך צמצום טביעת הרגל. In this case, the area was reduced from 30 square centimeters to 23 square centimeters. סיבוב השבב בכל זווית יכול גם לספק תוצאות טובות יותר. In this case, the area was reduced from 23 square centimeters to 10 square centimeters. הוא מראה PCB אמיתי. חיווט זווית שרירותית עם פונקציית שבבים מסתובבים היא שיטת החיווט היחידה ללוח מעגלים זה. זוהי לא רק תיאוריה, אלא גם פתרון מעשי (לפעמים הפתרון היחיד האפשרי). מציג דוגמה ל- PCB פשוט. תוצאות כבל טופולוגיה, בעוד שתוצאות כבל אוטומטיות המבוססות על צורה אופטימלית הן תמונות של ה- PCB בפועל. כבל אוטומטי המבוסס על צורה אופטימלית אינו יכול לעשות זאת מכיוון שהרכיבים מסתובבים בזוויות שרירותיות. אתה צריך יותר שטח, ואם אתה לא מסובב את הרכיבים, המכשיר צריך להיות גדול יותר. ביצועי הפריסה ישתפרו במידה ניכרת ללא מקטעים מקבילים, שהם לעתים קרובות מקור להצלחות. The level of crosstalk increases linearly as the length of parallel wires increases. ככל שהמרווח בין חוטים מקבילים גדל, דיווח ההצטלבות יורד בריבוע. בואו נקבע את רמת ההצלבה המיוצרת על ידי שני חוטי 1 מ”מ מקבילים במרווח d עד e. אם יש זווית בין מקטעי החוט, אז ככל שזווית זו תגדל, רמת ההצלבה תצטמצם. ההצלבה לא תלויה באורך החוט, אלא רק בערך הזווית: כאשר α מייצג את הזווית בין מקטעי החוט. שקול את שלוש שיטות החיווט הבאות. בצד שמאל של איור 8 (פריסת 90 מעלות), יש את אורך החוט המקסימלי ואת ערך ה- emi המרבי עקב מקטעי קו מקבילים. In the middle of Figure 8 (45 degree layout), the wire length and emi values are reduced. בצד ימין (בכל זווית), אורך החוט הוא הקצר ביותר ואין מקטעי חוט מקבילים, ולכן ערך ההפרעה זניח. So arbitrary Angle wiring helps to reduce the total wire length and significantly reduce electromagnetic interference. אתה גם זוכר את ההשפעה על עיכוב האות (מוליכים לא צריכים להיות מקבילים ולא צריכים להיות בניצב לפיברגלס ה- PCB). Advantages of flexible wiring Manual and automatic movement of components does not destroy the wiring in flexible wiring. הכבל מחשב אוטומטית את הצורה האופטימלית של החוט (תוך התחשבות באישור הבטיחות הדרוש). לכן כבלים גמישים יכולים לצמצם במידה ניכרת את הזמן הנדרש לעריכת הטופולוגיה, ולתמוך יפה במספר רב של יכולת עמידה באילוצים. זה מראה עיצוב PCB הנע דרך חורים ונקודות הסתעפות. במהלך תנועה אוטומטית, נקודות הסתעפות של חוטים וחורי דרך מותאמים למיקום האופטימלי. 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. כאשר נמצא שביל, הוא מתוקן והופך לחלק מהמבוך. החיסרון בחיווט רציף הוא שתוצאת החיווט עשויה להיות תלויה בסדר החיווט. כאשר האיכות הטופולוגית עדיין רחוקה מלהיות מושלמת, הבעיה של “להיתקע” מתרחשת באזורים קטנים מקומיים. אבל לא משנה איזה חוט אתה מחווט מחדש, זה לא ישפר את איכות החיווט. זוהי בעיה רצינית בכל מערכות ה- CAD המשתמשות באופטימיזציה רציפה. כאן שימושי תהליך חיסול הכיפוף. כיפוף חוטים מתייחס לתופעה שחוט ברשת אחת חייב להסתובב אובייקט ברשת אחרת כדי לגשת לאובייקט. Rewiring a wire will not correct this. מוצגת דוגמה של כיפוף. A lit red wire travels around a pin in the other network, and an unlit red wire connects to this pin. מוצגות תוצאות עיבוד אוטומטיות. במקרה השני (בשכבה אחרת), חוט ירוק מואר חובר אוטומטית מחדש על ידי שינוי שכבת החיווט (מירוק לאדום). סלק את כיפוף החוט על ידי אופטימיזציה אוטומטית של צורת החוט (משוער קשתות עם מקטעי קו רק כדי להראות דוגמאות זווית ללא קשתות). (עליון) עיצוב מקורי, (למטה) לאחר ביטול עיצוב כיפוף. חוטים כפופים אדומים מודגשים. בעץ שטיינר, כל הקווים חייבים להיות מחוברים כמקטעים לקודקודים (נקודות קצה ותוספות). בחלק העליון של כל קודקוד חדש, שלושה מקטעים חייבים להתכנס ולא להסתיים יותר משלושה מקטעים. הזווית בין מקטעי הקו המתכנסים לקודקוד לא תהיה פחות מ -120 מעלות. לא מאוד קשה לבנות שטיינר בעל תכונות מספיקות מותנות אלה, אך הוא אינו בהכרח מינימלי. עצי שטיינר אפורים אינם אופטימליים, אך עצי שטיינר שחורים כן. בעיצוב תקשורת מעשית, יש לשקול סוגים שונים של מכשולים. הם מגבילים את היכולת לבנות עצים משתרעים מינימליים באמצעות אלגוריתמים ועצי שטיינר בשיטות גיאומטריות. המכשולים מוצגים באפור ואנו ממליצים להתחיל מכל קודקוד קצה. אם יש יותר מקודקוד מסתיים סמוך אחד, עליך לבחור אחד המאפשר לך להמשיך להשתמש בקודקוד השני. זה תלוי בזווית. המנגנון העיקרי כאן הוא אלגוריתם מבוסס כוח המחשב את הכוחות הפועלים על הקודקודים החדשים ומעביר אותם שוב ושוב לנקודת שיווי משקל (גודל הכוונה וכיוונה תלוי בחוטים בנקודות הענף הסמוכות). אם הזווית בין זוג מקטעי קו המחוברים לקודקוד (קצה או חיבור) נמוכה מ -120 מעלות, ניתן להוסיף נקודת הסתעפות, ולאחר מכן ניתן להשתמש באלגוריתם מכני לייעול מיקום הקודקוד. 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. לאחר הוספת צומת חדש, עליך לבדוק את המינימום של רשת משנה המורכבת מארבעה סיכות:

1. אם נוסף קודקוד בקרבת קודקוד נוסף נוסף, בדוק אם קיימת הרשת הקטנה ביותר עם ארבעה פינים.

2. אם הרשת עם ארבע פינים אינה מינימלית, בחר זוג נקודות אלכסוניות (השייכות לאלכסון המרובע) או צמתים מסופים וירטואליים (צמתים מסופיים וירטואליים-עיקולי תיל).

3. קטע הקו המחבר בין נקודת הסיום (נקודת הקצה הווירטואלית) לקודקוד החדש הקרוב ביותר מוחלף בקטע הקו המחבר בין נקודת הסיום (נקודת הסיום הווירטואלית) לקודקוד החדש הרחוק.

4. Use mechanical algorithms to optimize vertex positions.

שיטה זו אינה מבטיחה לבנות את הרשת הקטנה ביותר, אך בהשוואה לשיטות אחרות, היא יכולה להשיג את אורך הרשת הקטן ביותר ללא רעייה. הוא מאפשר גם אזורים שבהם חיבורי נקודת קצה אסורים, ומספר הצמתים של נקודת הקצה יכול להיות שרירותי.

לחיווט גמיש בכל זווית יש יתרונות מעניינים אחרים. לדוגמה, אם אתה יכול להזיז אובייקטים רבים באופן אוטומטי בעזרת חישוב מחדש של צורת חוט אוטומטית בזמן אמת, תוכל ליצור קווי נחש מקבילים. שיטת כבלים זו מנצלת את שטח טוב יותר, ממזער את מספר האיטרציות ומאפשרת שימוש גמיש בסובלנות. אם ישנם שני קווים נחשיים המשולבים זה בזה, הכבל האוטומטי יקטין את אורך אחד או שניהם, תלוי בעדיפות הכלל.

שקול את החיווט של רכיבי BGA. בגישה המסורתית של הפריפריה למרכז, מספר הערוצים לפריפריה מצטמצם ב -8 בכל שכבה עוקבת (עקב הפחתה בהיקף). לדוגמה, רכיב בגודל 28×28 מ”מ עם 784 סיכות דורש 10 שכבות. חלק מהשכבות בתרשים נמלטו מהחיווט. איור 16 מראה רבע BGA. יחד עם זאת, בעת שימוש בשיטת החיווט “מרכז לפריפריה”, מספר הערוצים הדרושים ליציאה לפריפריה אינו משתנה משכבה לשכבה. זה יקטין מאוד את מספר השכבות. לגודל רכיב של 28×28 מ”מ מספיקות 7 שכבות. עבור רכיבים גדולים יותר, זה win-win. איור 17 מציג רבע מה- BGA. מוצגת דוגמה לחיווט BGA. בעת שימוש בגישת הכבלים “מרכז לפריפריה”, נוכל להשלים את הכבלים של כל הרשתות. כבל אוטומטי טופולוגי זווית שרירותי יכול לעשות זאת. כבלים אוטומטיים מסורתיים אינם יכולים לנתב דוגמה זו. מראה דוגמה של PCB אמיתי שבו המהנדס הפחית את מספר שכבות האות מ -6 ל -4 (בהשוואה למפרט). בנוסף, נדרשו למהנדסים רק חצי יום להשלים את חיווט ה- PCB.