כיצד יכולים מעצבי PCB להשתמש בתכנון וטופולוגיה בכלי חיווט להשלמת עיצוב PCB במהירות?

מאמר זה מתמקד ב PCB מעצבים המשתמשים ב- IP, ועוד באמצעות כלי תכנון וניתוב טופולוגיה לתמיכה ב- IP, משלימים במהירות את כל עיצוב ה- PCB. כפי שאתה יכול לראות באיור 1, האחריות של מהנדס התכנון היא להשיג את ה- IP על ידי פריסת מספר קטן של רכיבים נחוצים ותכנון שבילי חיבור חיוניים ביניהם. לאחר קבלת ה- IP, ניתן לספק את מידע ה- IP למעצבי PCB שעושים את שאר העיצוב.

ipcb

כיצד יכולים מעצבי PCB להשתמש בתכנון וטופולוגיה בכלי חיווט להשלמת עיצוב PCB במהירות

איור 1: מהנדסי עיצוב מקבלים IP, מעצבי PCB משתמשים עוד בתכנון טופולוגיה וכלי חיווט לתמיכה ב- IP, משלימים במהירות את כל עיצוב ה- PCB.

במקום שתצטרך לעבור תהליך של אינטראקציה ואיטרציה בין מהנדסי עיצוב למעצבי PCB כדי לקבל את כוונת העיצוב הנכונה, מהנדסי העיצוב כבר מקבלים את המידע הזה והתוצאות מדויקות למדי, מה שעוזר מאוד למעצבי PCB. בעיצובים רבים, מהנדסי עיצוב ומעצבי PCB מבצעים פריסה וחיווט אינטראקטיביים, הגוזלים זמן יקר משני הצדדים. מבחינה היסטורית, אינטראקטיביות היא הכרחית, אך גוזלת זמן ואינה יעילה. התוכנית הראשונית שמספק מהנדס התכנון עשויה להיות ציור ידני בלבד ללא רכיבים מתאימים, רוחב האוטובוס או רמזים ליציאת סיכות.

בעוד שמהנדסים המשתמשים בטכניקות תכנון טופולוגיה יכולים ללכוד את הפריסה והחיבורים של רכיבים מסוימים כאשר מעצבי PCB מעורבים בעיצוב, העיצוב עשוי לדרוש פריסה של רכיבים אחרים, ללכוד מבני IO ואוטובוסים אחרים וכל החיבורים המחוברים.

מעצבי PCB צריכים לאמץ תכנון טופולוגיה ולקיים אינטראקציה עם רכיבים מונחים ונטולי כדי להשיג פריסה ותכנון אינטראקציה מיטבי, ובכך לשפר את יעילות עיצוב ה- PCB.

לאחר פריסת אזורים קריטיים וצפיפות גבוהה והתקבל תכנון הטופולוגיה, ייתכן שהפריסה תושלם לפני תכנון הטופולוגיה הסופי. לכן, ייתכן שחלק מנתיבי הטופולוגיה יצטרכו לעבוד עם הפריסה הקיימת. למרות שהם בעדיפות נמוכה יותר, הם עדיין צריכים להיות מחוברים. כך נוצר חלק מהתכנון סביב פריסת הרכיבים. בנוסף, רמת תכנון זו עשויה לדרוש פירוט רב יותר כדי לתת עדיפות נחוצה לאותות אחרים.

תכנון טופולוגיה מפורט

איור 2 מציג פריסה מפורטת של הרכיבים לאחר פריסתם. לאוטובוס יש 17 סיביות בסך הכל, ויש להם זרימת אותות מסודרת למדי.

 

כיצד יכולים מעצבי PCB להשתמש בתכנון וטופולוגיה בכלי חיווט להשלמת עיצוב PCB במהירות

איור 2: קווי הרשת לאוטובוסים אלה הם תוצאה של תכנון וטופולוגיה עם עדיפות גבוהה יותר.

כדי לתכנן אוטובוס זה, מעצבי PCB צריכים לשקול מחסומים קיימים, כללי עיצוב שכבות ואילוצים חשובים אחרים. בהתחשב בתנאים אלה, הם מיפו נתיב טופולוגיה לאוטובוס כפי שמוצג באיור 3.

כיצד יכולים מעצבי PCB להשתמש בתכנון וטופולוגיה בכלי חיווט להשלמת עיצוב PCB במהירות

איור 3: האוטובוס המתוכנן.

באיור 3, פרט “1” פורש את סיכות הרכיב בשכבה העליונה של “אדום” עבור הנתיב הטופולוגי המוביל מסיכות הרכיב לפרטי “2”. השטח הלא מכוסה המשמש לחלק זה, ורק השכבה הראשונה מזוהה כשכבת הכבלים. זה נראה מובן מאליו מבחינה עיצובית, ואלגוריתם הניתוב ישתמש בנתיב הטופולוגי כשהשכבה העליונה מחוברת לאדום. עם זאת, מכשולים מסוימים עשויים לספק לאלגוריתם אפשרויות ניתוב שכבות אחרות לפני ניתוב אוטומטי של אוטובוס מסוים זה.

כשהאוטובוס מאורגן לעקבות הדוקות בשכבה הראשונה, המתכנן מתחיל לתכנן את המעבר לשכבה השלישית בפירוט 3, תוך התחשבות במרחק שהאוטובוס עובר על פני כל ה- PCB. שים לב שהנתיב הטופולוגי הזה בשכבה השלישית רחב יותר מהשכבה העליונה בגלל השטח הנוסף הנדרש להכיל את העכבה. בנוסף, העיצוב מציין את המיקום המדויק (17 חורים) להמרת השכבה.

מכיוון שהנתיב הטופולוגי עוקב אחר החלק המרכזי הימני של איור 3 לפרטי “4”, יש לצייר הרבה צמתים בצורת סיביות T אחד מחיבורי הנתיב הטופולוגי וסיכות רכיב בודדות. בחירת מעצב ה- PCB היא לשמור על רוב זרימת החיבור בשכבה 3 ועד לשכבות אחרות לחיבור סיכות רכיב. אז הם ציירו אזור טופולוגיה כדי לציין את החיבור מהצרור הראשי לשכבה 4 (ורוד), והיו להם אנשי קשר בצורת סיביות T אחד להתחבר לשכבה 2 ולאחר מכן להתחבר לפיני המכשיר באמצעות חורי דרך אחרים.

נתיבים טופולוגיים ממשיכים ברמה 3 לפרטי “5” לחיבור מכשירים פעילים. חיבורים אלה מחוברים לאחר מכן מהסיכות הפעילות לנגד משיכה מתחת למכשיר הפעיל. המעצב משתמש באזור טופולוגיה נוסף כדי לווסת חיבורים משכבה 3 לשכבה 1, שם סיכות הרכיב מחולקות להתקנים פעילים ולנגדים נפתחים.

רמת התכנון המפורט הזה ארכה כ -30 שניות. לאחר שתכנית זו נלכדת, ייתכן שמעצב PCB ירצה לנתב מיד או ליצור תוכניות טופולוגיה נוספות, ולאחר מכן להשלים את כל תוכניות הטופולוגיה בעזרת ניתוב אוטומטי. פחות מעשר שניות מסיום התכנון ועד לתוצאות החיווט האוטומטי. המהירות לא ממש משנה, ולמעשה חבל על הזמן אם מתעלמים מכוונות המעצב ואיכות החיווט האוטומטית ירודה. התרשימים הבאים מראים את תוצאות החיווט האוטומטי.

ניתוב טופולוגיה

החל משמאל למעלה, כל החוטים מסיכות הרכיב ממוקמים בשכבה 1, כפי שהיא מתבטאת על ידי המעצב, ונדחסים למבנה אוטובוס הדוק, כפי שמוצג בפרטים “1” ו- “2” באיור 4. המעבר בין רמה 1 ורמה 3 מתרחש בפירוט “3” ולובש צורה של חור דרך רב מאוד. שוב, גורם העכבה נלקח בחשבון, כך שהקווים רחבים יותר ומרווחים יותר, כפי שייצג נתיב הרוחב בפועל.

כיצד יכולים מעצבי PCB להשתמש בתכנון וטופולוגיה בכלי חיווט להשלמת עיצוב PCB במהירות

איור 4: תוצאות ניתוב עם טופולוגיות 1 ו -3.

כפי שמוצג בפירוט “4” באיור 5, נתיב הטופולוגיה הופך להיות גדול יותר בשל הצורך להשתמש בחורים בכדי להכיל צמתים מסוג T אחד. כאן התכנית משקפת שוב את כוונת המעצב לנקודות החליפה מסוג T מסוג סיביות אחד, המתקשרות משכבה 3 לשכבה 4. בנוסף, העקבות בשכבה השלישית צמודה מאוד, למרות שהיא מתרחבת מעט בחור ההכנסה, היא במהרה נפתחת שוב לאחר שעוברת את החור.

כיצד יכולים מעצבי PCB להשתמש בתכנון וטופולוגיה בכלי חיווט להשלמת עיצוב PCB במהירות

איור 5: תוצאה של ניתוב עם טופולוגיה של פירוט 4.

איור 6 מציג את התוצאה של חיווט אוטומטי בפירוט “5”. חיבורי מכשירים פעילים בשכבה 3 דורשים המרה לשכבה 1. החורים הממוקמים מסודרים בצורה מסודרת מעל סיכות הרכיב, וחוט השכבה 1 מחובר תחילה לרכיב הפעיל ולאחר מכן לנגד הנפתח של השכבה 1.

כיצד יכולים מעצבי PCB להשתמש בתכנון וטופולוגיה בכלי חיווט להשלמת עיצוב PCB במהירות

איור 6: תוצאה של ניתוב עם הטופולוגיה של פרט 5.

מסקנת הדוגמה שלמעלה היא ש -17 הסיביות מפורטות לארבעה סוגי מכשירים שונים, המייצגים את כוונת המעצב לכיוון שכבה ונתיב, אותם ניתן ללכוד תוך כ -30 שניות. לאחר מכן ניתן לבצע חיווט אוטומטי באיכות גבוהה, הזמן הנדרש הוא כ -10 שניות.

על ידי העלאת רמת ההפשטה מהחיווט לתכנון הטופולוגיה, זמן הקישור הכולל מצטמצם מאוד, ולמעצבים יש הבנה ברורה של צפיפות והפוטנציאל להשלים את העיצוב לפני תחילת הקישור, כגון מדוע להמשיך בחיווט בשלב זה העיצוב? למה לא להמשיך בתכנון ולהוסיף חיווט מאחור? מתי תתוכנן הטופולוגיה המלאה? אם נבחנת הדוגמה לעיל, ניתן להשתמש בהפשטה של ​​תוכנית אחת עם תוכנית אחרת ולא עם 17 רשתות נפרדות עם קטעי קו רבים וחורים רבים בכל רשת, מושג חשוב במיוחד כאשר בוחנים צו שינוי הנדסי (ECO) .

צו שינוי הנדסי (ECO)

בדוגמה הבאה, פלט סיכת ה- FPGA אינו שלם. מהנדסי העיצוב הודיעו למעצבי ה- PCB על עובדה זו, אך מסיבות לוח זמנים, הם צריכים לקדם את העיצוב ככל האפשר לפני שיציאת סיכת ה- FPGA תושלם.

במקרה של פלט סיכה ידוע, מעצב PCB מתחיל לתכנן את שטח ה- FPGA, ובמקביל, המעצב צריך לשקול את ההובלות ממכשירים אחרים ל- FPGA. ה- IO תוכנן להיות בצד ימין של ה- FPGA, אך כעת הוא נמצא בצד שמאל של ה- FPGA, מה שגורם לפלט הסיכה להיות שונה לחלוטין מהתוכנית המקורית. מכיוון שמעצבים עובדים ברמת הפשטה גבוהה יותר, הם יכולים להתאים לשינויים אלה על ידי הסרת התקורה של העברת כל החיווט סביב ה- FPGA והחלפתו בשינויים בנתיב הטופולוגיה.

עם זאת, לא רק ה- FPGas מושפעים; יציאות פינים חדשות אלה משפיעות גם על הלידים היוצאים מהמכשירים הקשורים. קצה השביל זז גם על מנת להתאים לנתיב הכניסה להובלה שטוחה; אחרת, כבלים זוג מעוות יתפתלו ויבזבזו מקום יקר על הלוח בעל צפיפות גבוהה. פיתול לסיביות אלה דורש שטח נוסף לחיווט ונקבים, שלא יתקיים בסוף שלב התכנון. אם לוח הזמנים היה הדוק, אי אפשר היה לבצע התאמות כאלה לכל המסלולים האלה. הנקודה היא שתכנון הטופולוגיה מספק רמת הפשטה גבוהה יותר, ולכן יישום ECO אלה קל הרבה יותר.

אלגוריתם הניתוב האוטומטי העוקב אחר כוונת המעצב קובע עדיפות איכות על עדיפות כמותית. אם מזוהה בעיית איכות, זה די נכון לתת לחיבור להיכשל במקום לייצר חיווט באיכות ירודה, משתי סיבות. ראשית, קל יותר לחבר חיבור כושל מאשר לנקות את החיווט הזה עם תוצאות גרועות ופעולות חיווט אחרות שהופכות את החיווט לאוטומטי. שנית, כוונת המעצב מתבצעת ונותר למעצב לקבוע את איכות החיבור. עם זאת, רעיונות אלה מועילים רק אם החיבורים של חיווט כושל הם פשוטים יחסית ומקומיים.

דוגמה טובה היא חוסר היכולת של כבל להשיג 100% חיבורים מתוכננים. במקום להקריב איכות, אפשר לתכנן להיכשל ולהשאיר כמה חיווט לא מחובר מאחור. כל החוטים מנותבים על ידי תכנון טופולוגיה, אך לא כולם מובילים לסיכות רכיב. זה מבטיח שיש מקום לחיבורים כושלים ומספק חיבור קל יחסית.

תקציר מאמר זה

תכנון טופולוגיה הוא כלי שעובד עם תהליך עיצוב PCB מסומן דיגיטלי ונגיש בקלות למהנדסי עיצוב, אך יש לו גם יכולות מרחביות, שכבות וחיבורים ספציפיות לשיקולי תכנון מורכבים. מעצבי PCB יכולים להשתמש בכלי התכנון הטופולוגי בתחילת העיצוב או לאחר שמהנדס העיצוב משיג את ה- IP שלהם, תלוי מי משתמש בכלי הגמיש הזה כדי להתאים בצורה הטובה ביותר לסביבת העיצוב שלהם.

כבלי הטופולוגיה פשוט עוקבים אחר התוכנית או הכוונה של המעצב לספק תוצאות כבלים באיכות גבוהה. תכנון הטופולוגיה, כאשר הוא מתמודד עם ECO, הוא הרבה יותר מהיר לתפעול מאשר חיבורים נפרדים, ובכך מאפשר למכשיר הטופולוגיה לאמץ את ECO מהר יותר, ומספק תוצאות מהירות ומדויקות.