PCB metody okablowania wciąż się poprawiają, a elastyczne techniki okablowania mogą skrócić długość przewodu i zwolnić więcej miejsca na płytce drukowanej. Konwencjonalne okablowanie PCB jest ograniczone przez stałe współrzędne przewodów i brak przewodów ustawionych pod dowolnym kątem. Usunięcie tych ograniczeń może znacznie poprawić jakość okablowania.

Zacznijmy od pewnej terminologii. Definiujemy dowolne okablowanie kątowe jako okablowanie drutowe za pomocą dowolnych segmentów kątowych i radianów. Jest to rodzaj okablowania drutowego, ale nie ogranicza się do używania tylko segmentów linii kątowych 90 stopni i 45 stopni. 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. Zdefiniujmy termin elastyczne okablowanie jako okablowanie przewodowe bez stałego kształtu, które umożliwia przeliczanie kształtu przewodu w czasie rzeczywistym w celu uzyskania następujących możliwości transformacji. Do utworzenia kształtu linii wykorzystywane są tylko łuki z przeszkód i ich wspólne styczne. (Obstacles include pins, copper foil, forbidden areas, holes and other objects) part of the circuit of two PCB models. Zielone i czerwone przewody biegną po różnych warstwach modelu 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. Rysunek 1B to model PCB wykorzystujący łuki i dowolne kąty. 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. Pokazuje prawdziwą płytkę drukowaną opracowaną w 1972 roku przez amerykańską firmę Digibarn do kompletnego ręcznego okablowania. This is a PCB board based on Intel8008 computer. Okablowanie pod dowolnym kątem pokazane na rysunku 2 jest w rzeczywistości podobne. Dlaczego mieliby używać dowolnego okablowania Angle? Ponieważ ten rodzaj okablowania ma wiele zalet. Arbitralne okablowanie kątowe ma wiele zalet. Po pierwsze, nieużywanie kątów między segmentami liniowymi pozwala zaoszczędzić miejsce na PCB (wielokąty zawsze zajmują więcej miejsca niż styczne). Traditional automatic cablers can place only three wires between adjacent components (see left and center in Figure 3). Jednak w przypadku okablowania pod dowolnym kątem jest wystarczająco dużo miejsca, aby położyć 4 przewody na tej samej ścieżce bez naruszania reguł projektowych (DRC). Załóżmy, że mamy chip w trybie dodatnim i chcemy połączyć piny chipa z dwoma innymi pinami. Using only 90 degrees takes up a lot of space. Użycie dowolnego okablowania Angle może skrócić odległość między chipem a innymi pinami, jednocześnie zmniejszając powierzchnię zajmowaną przez urządzenie. In this case, the area was reduced from 30 square centimeters to 23 square centimeters. Obracanie chipa pod dowolnym kątem może również zapewnić lepsze wyniki. 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. To nie tylko teoria, ale także praktyczne rozwiązanie (czasem jedyne możliwe rozwiązanie). Shows an example of a simple PCB. Wyniki okablowania topologii, podczas gdy wyniki automatycznego okablowania oparte na optymalnym kształcie są zdjęciami rzeczywistej płytki drukowanej. An automatic cabler based on optimal shape cannot do this because the components are rotated at arbitrary angles. Potrzebujesz większej powierzchni, a jeśli nie obracasz elementów, to urządzenie trzeba powiększyć. Wydajność układu zostałaby znacznie poprawiona bez segmentów równoległych, które często są źródłem przesłuchów. The level of crosstalk increases linearly as the length of parallel wires increases. As the spacing between parallel wires increases, crosstalk decreases quadratic. Ustalmy poziom przesłuchu wytwarzanego przez dwa równoległe druty o średnicy 1 mm w rozstawie d do e. Jeśli pomiędzy segmentami drutu występuje kąt, to wraz ze wzrostem tego kąta poziom przesłuchu zmniejszy się. 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. Rozważ następujące trzy metody okablowania. 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. Kabeler automatycznie oblicza optymalny kształt drutu (biorąc pod uwagę niezbędny odstęp bezpieczeństwa). Elastyczne okablowanie może zatem znacznie skrócić czas potrzebny na edycję topologii, dobrze obsługując wielokrotne ponowne okablowanie w celu spełnienia ograniczeń. To pokazuje projekt PCB, który przechodzi przez otwory i punkty rozgałęzienia. Podczas ruchu automatycznego rozgałęzienia drutu i otwory przelotowe są dopasowywane do optymalnej pozycji. 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. Kiedy ścieżka zostanie znaleziona, zostaje naprawiona i staje się częścią labiryntu. Wadą okablowania sekwencyjnego jest to, że wynik okablowania może zależeć od kolejności okablowania. Gdy jakość topologiczna jest jeszcze daleka od ideału, problem „utykania” pojawia się na lokalnie niewielkich obszarach. 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. Gięcie drutu odnosi się do zjawiska polegającego na tym, że przewód w jednej sieci musi obejść obiekt w innej sieci, aby uzyskać dostęp do obiektu. Rewiring a wire will not correct this. Pokazano przykład gięcia. A lit red wire travels around a pin in the other network, and an unlit red wire connects to this pin. Wyświetlane są wyniki automatycznego przetwarzania. W drugim przypadku (na innej warstwie) podświetlony zielony przewód jest automatycznie przebudowywany poprzez zmianę warstwy przewodów (z zielonej na czerwoną). 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. Wygięte na czerwono przewody są podświetlone. W drzewie Steinera wszystkie linie muszą być połączone jako segmenty z wierzchołkami (punktami końcowymi i dodatkami). Na górze każdego nowego wierzchołka trzy segmenty muszą się zbiegać i nie więcej niż trzy segmenty muszą się kończyć. The Angle between the line segments that converge to the vertex shall not be less than 120 degrees. Skonstruowanie Steinera z tymi wystarczającymi właściwościami warunkowymi nie jest bardzo trudne, ale niekoniecznie jest to minimalne. Gray Steiner trees are not optimal, but black Steiner trees are. W praktycznym projektowaniu komunikacji należy wziąć pod uwagę różnego rodzaju przeszkody. Ograniczają one możliwość konstruowania drzew o minimalnej rozpiętości za pomocą zarówno algorytmów, jak i drzew Steinera za pomocą metod geometrycznych. 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. Głównym mechanizmem jest tutaj algorytm oparty na siłach, który oblicza siły działające na nowe wierzchołki i wielokrotnie przesuwa je do punktu równowagi (wielkość i kierunek sił zależą od drutów w sąsiednich punktach rozgałęzień). Jeśli kąt między parą segmentów linii połączonych z wierzchołkiem (końcówką lub dodawaniem) jest mniejszy niż 120 stopni, można dodać punkt rozgałęzienia, a następnie użyć algorytmu mechanicznego do optymalizacji położenia wierzchołka. 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. Pozwala również na obszary, w których połączenia z punktami końcowymi są zabronione, a liczba węzłów końcowych może być dowolna.

Flexible wiring at any Angle has some other interesting advantages. Na przykład, jeśli możesz automatycznie przesunąć wiele obiektów za pomocą automatycznego przeliczania kształtu drutu w czasie rzeczywistym, możesz utworzyć równoległe serpentyny. Ta metoda okablowania lepiej wykorzystuje przestrzeń, minimalizuje liczbę iteracji i pozwala na elastyczne wykorzystanie tolerancji. Jeśli istnieją dwie serpentynowe linie przeplatane ze sobą, automatyczny kabel kablowy zmniejszy długość jednej lub obu, w zależności od priorytetu reguły.

Rozważ okablowanie komponentów BGA. W tradycyjnym podejściu od obwodu do środka liczba kanałów do obwodu zmniejsza się o 8 z każdą kolejną warstwą (ze względu na zmniejszenie obwodu). Na przykład komponent 28x28mm z 784 pinami wymaga 10 warstw. Niektóre warstwy na schemacie uciekły z okablowania. Rysunek 16 pokazuje jedną czwartą BGA. Jednocześnie, przy korzystaniu z metody okablowania „od środka do peryferii”, liczba kanałów wymaganych do wyjścia na peryferie nie zmienia się w zależności od warstwy. To znacznie zmniejszy liczbę warstw. W przypadku elementu o wymiarach 28x28mm wystarczy 7 warstw. W przypadku większych komponentów jest to korzystna dla obu stron. Figure 17 shows a quarter of the BGA. An example of BGA wiring is shown. Stosując okablowanie „od centrum do peryferii”, możemy wykonać okablowanie wszystkich sieci. Może to zrobić automatyczny topologiczny kabel Arbitrary Angle. 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.