PCB 配線方法は改善され続けており、柔軟な配線技術により、配線の長さを短縮し、より多くのPCBスペースを解放できます。 従来のPCB配線は、固定ワイヤ座標と任意の角度のワイヤの欠如によって制限されています。 これらの制限を取り除くと、配線の品質を大幅に向上させることができます。

いくつかの用語から始めましょう。 任意の角度の配線を、任意の角度のセグメントとラジアンを使用した配線として定義します。 これは一種の配線配線ですが、90度と45度の角度線分のみを使用することに限定されません。 トポロジカル配線は、グリッドや座標に準拠せず、形状ベースの配線のように規則的または不規則なグリッドを使用しない配線です。 フレキシブル配線という用語を、次の変換の可能性を実現するためにリアルタイムのワイヤ形状の再計算を可能にする、固定形状のないワイヤ配線として定義しましょう。 障害物からの円弧とそれらの共通の接線のみが線の形状を形成するために使用されます。 (Obstacles include pins, copper foil, forbidden areas, holes and other objects) part of the circuit of two PCB models. 緑と赤のワイヤーは、PCBモデルの異なるレイヤー上を走っています。 青い円はミシン目です。 赤い要素が強調表示されます。 There are also some red round pins. 線分と、角度が90度のモデルのみを使用してください。 図1Bは、円弧と任意の角度を使用したPCBモデルです。 どの角度での配線も奇妙に思えるかもしれませんが、多くの利点があります。 配線方法は、半世紀前にエンジニアが手作業で配線した方法と非常によく似ています。 完全な手配線のためにDigibarnと呼ばれるアメリカの会社によって1972年に開発された実際のPCBを示しています。 This is a PCB board based on Intel8008 computer. 図2に示されている任意の角度の配線は実際には似ています。 なぜ彼らは任意の角度の配線を使用するのでしょうか？ このタイプの配線には多くの利点があるためです。 任意の角度の配線には多くの利点があります。 まず、線分の角度を使用しないと、PCBスペースが節約されます（ポリゴンは常に接線よりも多くのスペースを占有します）。 Traditional automatic cablers can place only three wires between adjacent components (see left and center in Figure 3). ただし、任意の角度で配線する場合、デザインルールチェック（DRC）に違反することなく、同じパスに4本のワイヤを敷設するのに十分なスペースがあります。 ポジティブモードチップがあり、チップピンを他のXNUMXつのピンに接続するとします。 Using only 90 degrees takes up a lot of space. 任意の角度の配線を使用すると、フットプリントを削減しながら、チップと他のピンの間の距離を短くすることができます。 In this case, the area was reduced from 30 square centimeters to 23 square centimeters. チップを任意の角度で回転させると、より良い結果が得られます。 In this case, the area was reduced from 23 square centimeters to 10 square centimeters. 実際のPCBを示しています。 この回路基板の配線方法は、回転チップ機能を備えた任意の角度配線のみです。 これは理論であるだけでなく、実用的な解決策でもあります（時には唯一の可能な解決策です）。 単純なPCBの例を示します。 トポロジケーブルの結果、最適な形状に基づく自動ケーブルの結果は実際のPCBの写真です。 An automatic cabler based on optimal shape cannot do this because the components are rotated at arbitrary angles. より多くの領域が必要であり、コンポーネントを回転させない場合は、デバイスを大きくする必要があります。 クロストークの原因となることが多い並列セグメントがないと、レイアウトのパフォーマンスが大幅に向上します。 The level of crosstalk increases linearly as the length of parallel wires increases. As the spacing between parallel wires increases, crosstalk decreases quadratic. dからeの間隔で配置された1本の平行なXNUMXmmワイヤによって生成されるクロストークのレベルを設定しましょう。 ワイヤセグメント間に角度がある場合、この角度が大きくなると、クロストークのレベルが低下します。 クロストークはワイヤの長さに依存せず、角度の値にのみ依存します。ここで、αはワイヤセグメント間の角度を表します。 次のXNUMXつの配線方法を検討してください。 図8の左側（90度のレイアウト）には、平行線分による最大ワイヤ長と最大emi値があります。 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. また、信号遅延への影響も覚えています（導体は平行であってはならず、PCBグラスファイバーに対して垂直であってはなりません）。 Advantages of flexible wiring Manual and automatic movement of components does not destroy the wiring in flexible wiring. ケーブルカーは、ワイヤーの最適な形状を自動的に計算します（必要な安全クリアランスを考慮に入れます）。 したがって、柔軟なケーブル接続により、トポロジの編集に必要な時間を大幅に短縮でき、制約を満たすために複数の再ケーブル接続を適切にサポートできます。 これは、穴と分岐点を通って移動するPCB設計を示しています。 自動移動中に、ワイヤの分岐点と貫通穴が最適な位置に調整されます。 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. パスが見つかると、それは固定され、迷路の一部になります。 順次配線の欠点は、配線結果が配線順序に依存する可能性があることです。 トポロジーの品質がまだ完全ではない場合、「行き詰まる」という問題は、局所的に小さな領域で発生します。 ただし、どのワイヤを再配線しても、配線の品質は向上しません。 これは、逐次最適化を使用するすべてのCADシステムで深刻な問題です。 これは、曲げ除去プロセスが役立つところです。 ワイヤの曲がりとは、あるネットワークのワイヤが別のネットワークのオブジェクトを歩き回ってオブジェクトにアクセスする必要がある現象を指します。 Rewiring a wire will not correct this. 曲げの例を示します。 A lit red wire travels around a pin in the other network, and an unlit red wire connects to this pin. 自動処理結果が表示されます。 XNUMX番目のケース（別のレイヤー）では、配線レイヤーを（緑から赤に）変更することで、点灯している緑色のワイヤーが自動的に再配線されます。 ワイヤーの形状を自動的に最適化することにより、ワイヤーの曲がりをなくします（円弧のない角度の例を示すためだけに、線分のある円弧を近似します）。 （上）オリジナルデザイン、（下）曲げデザインを排除した後。 赤い曲がったワイヤーが強調表示されます。 シュタイナー木では、すべての線分がセグメントとして頂点（エンドポイントと追加）に接続されている必要があります。 新しい各頂点の上部で、XNUMXつのセグメントが収束し、XNUMXつ以下のセグメントが終了する必要があります。 頂点に収束する線分の間の角度は、120度以上でなければなりません。 これらの十分な条件付きプロパティを使用してSteinerを構築することはそれほど難しくありませんが、必ずしも最小ではありません。 灰色のシュタイナー木は最適ではありませんが、黒いシュタイナー木は最適です。 実際のコミュニケーションデザインでは、さまざまな種類の障害を考慮する必要があります。 それらは、アルゴリズムと幾何学的手法を使用したシュタイナー木の両方を使用して最小全域木を構築する能力を制限します。 障害物は灰色で表示され、任意の端の頂点から開始することをお勧めします。 隣接する終了頂点が複数ある場合は、XNUMX番目の頂点を引き続き使用できる頂点を選択する必要があります。 それは角度に依存します。 ここでの主なメカニズムは、新しい頂点に作用する力を計算し、それらを平衡点に繰り返し移動する力ベースのアルゴリズムです（力の大きさと方向は、隣接する分岐点のワイヤによって異なります）。 頂点（終端または追加）に接続された線分のペア間の角度が120度未満の場合は、分岐点を追加してから、機械的アルゴリズムを使用して頂点の位置を最適化できます。 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. 新しいノードを追加した後、XNUMXつのピンで構成されるサブネットの最小値を確認する必要があります。

1. 新しく追加された別の頂点の近くに頂点が追加された場合は、最小のXNUMXピンネットワークを確認してください。

2. XNUMXピンネットワークが最小でない場合は、「対角」（四辺形の対角に属する）エンドポイントまたは仮想ターミナルノード（仮想ターミナルノード–ワイヤベンド）のペアを選択します。

3. エンドポイント（仮想エンドポイント）を最も近い新しい頂点に接続する線分は、エンドポイント（仮想エンドポイント）を遠くの新しい頂点に接続する線分に置き換えられます。

4. Use mechanical algorithms to optimize vertex positions.

この方法は、最小のネットワークを構築することを保証するものではありませんが、他の方法と比較して、かすめることなく最小のネットワーク長を達成できます。 また、エンドポイント接続が禁止されている領域も考慮され、エンドポイントノードの数は任意にすることができます。

Flexible wiring at any Angle has some other interesting advantages. たとえば、自動リアルタイムのワイヤー形状の再計算を使用して多くのオブジェクトを自動的に移動できる場合は、平行な曲がりくねった線を作成できます。 このケーブル接続方法は、スペースをより有効に活用し、反復回数を最小限に抑え、許容誤差を柔軟に使用できるようにします。 互いに織り交ぜられたXNUMX本の曲がりくねった線がある場合、自動ケーブル接続装置は、ルールの優先順位に応じて、一方または両方の長さを短くします。

BGAコンポーネントの配線を検討してください。 従来の周辺機器から中心へのアプローチでは、周辺機器へのチャネルの数は、連続するレイヤーごとに8ずつ削減されます（周辺機器の削減により）。 たとえば、28ピンの28x784mmコンポーネントには、10層が必要です。 図の一部のレイヤーは配線をエスケープしています。 図16は、BGAのXNUMX分のXNUMXを示しています。 同時に、「中心から周辺へ」の配線方法を使用する場合、周辺に出るために必要なチャネルの数は、層ごとに変化しません。 これにより、レイヤーの数が大幅に削減されます。 コンポーネントサイズが28x28mmの場合、7層で十分です。 より大きなコンポーネントの場合、それは双方にメリットがあります。 図17は、BGAのXNUMX分のXNUMXを示しています。 BGA配線の例を示します。 「中心から周辺へ」のケーブル接続アプローチを使用すると、すべてのネットワークのケーブル接続を完了することができます。 任意の角度のトポロジカル自動ケーブルカーがこれを行うことができます。 Traditional automatic cablers cannot route this example. エンジニアが信号層の数を6から4に減らした実際のPCBの例を示します（仕様と比較して）。 さらに、エンジニアはPCBの配線を完了するのに半日しかかかりませんでした。