Este artigo enfoca o PCB os designers que usam IP e, posteriormente, usam planejamento de topologia e ferramentas de roteamento para oferecer suporte a IP, concluem rapidamente todo o design de PCB. Como você pode ver na Figura 1, a responsabilidade do engenheiro de projeto é obter o IP estabelecendo um pequeno número de componentes necessários e planejando caminhos de interconexão críticos entre eles. Uma vez que o IP é obtido, as informações de IP podem ser fornecidas aos designers de PCB que fazem o resto do design.

Como os designers de PCB podem usar ferramentas de planejamento e fiação de topologia para concluir rapidamente o design de PCB

Figura 1: Os engenheiros de projeto obtêm IP, os projetistas de PCB usam ainda mais o planejamento de topologia e ferramentas de fiação para oferecer suporte a IP, concluindo rapidamente todo o design de PCB.

Em vez de passar por um processo de interação e iteração entre engenheiros de projeto e designers de PCB para obter a intenção de design correta, os engenheiros de design já obtêm essas informações e os resultados são bastante precisos, o que ajuda muito os designers de PCB. Em muitos projetos, os engenheiros de projeto e os projetistas de PCBs fazem o layout e a fiação interativos, o que consome um tempo valioso de ambos os lados. Historicamente, a interatividade é necessária, mas demorada e ineficiente. O plano inicial fornecido pelo engenheiro de projeto pode ser apenas um desenho manual, sem componentes, largura de barramento ou dicas de saída de pinos adequados.

Enquanto os engenheiros que usam técnicas de planejamento de topologia podem capturar o layout e as interconexões de alguns componentes conforme os designers de PCB se envolvem no projeto, o projeto pode exigir o layout de outros componentes, capturar outras IO e estruturas de barramento e todas as interconexões.

Os projetistas de PCB precisam adotar o planejamento da topologia e interagir com componentes dispostos e não colocados para obter o layout ideal e o planejamento de interação, melhorando assim a eficiência do projeto de PCB.

Depois que as áreas críticas e de alta densidade são definidas e o planejamento da topologia é obtido, o layout pode ser concluído antes do planejamento final da topologia. Portanto, alguns caminhos de topologia podem ter que funcionar com o layout existente. Embora tenham prioridade mais baixa, eles ainda precisam ser conectados. Assim, parte do planejamento foi gerada em torno do layout dos componentes. Além disso, esse nível de planejamento pode exigir mais detalhes para dar a prioridade necessária a outros sinais.

Planejamento detalhado da topologia

A Figura 2 mostra um layout detalhado dos componentes após sua disposição. O barramento tem 17 bits no total e eles têm um fluxo de sinal bem organizado.

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Figura 2: As linhas de rede para esses barramentos são o resultado do planejamento da topologia e do layout com maior prioridade.

Para planejar esse barramento, os projetistas de PCB precisam considerar as barreiras existentes, as regras de projeto de camadas e outras restrições importantes. Com essas condições em mente, eles mapearam um caminho de topologia para o barramento, conforme mostrado na Figura 3.

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Figura 3: O ônibus planejado.

Na Figura 3, o detalhe “1” apresenta os pinos do componente na camada superior de “vermelho” para o caminho topológico que vai dos pinos do componente ao detalhe “2”. A área não encapsulada usada para esta parte, e apenas a primeira camada é identificada como a camada de cabeamento. Isso parece óbvio do ponto de vista do projeto, e o algoritmo de roteamento usará o caminho topológico com a camada superior conectada ao vermelho. No entanto, alguns obstáculos podem fornecer ao algoritmo outras opções de roteamento de camada antes de rotear automaticamente este barramento específico.

Como o ônibus é organizado em traços estreitos na primeira camada, o projetista começa a planejar a transição para a terceira camada no detalhe 3, levando em consideração a distância que o ônibus percorre em todo o PCB. Observe que este caminho topológico na terceira camada é mais largo do que a camada superior por causa do espaço extra necessário para acomodar a impedância. Além disso, o design especifica a localização exata (17 furos) para a conversão da camada.

Como o caminho topológico segue a parte central direita da Figura 3 para o detalhe “4”, muitas junções em forma de T de um único bit precisam ser desenhadas a partir das conexões do caminho topológico e dos pinos de componentes individuais. A escolha do projetista da PCB é manter a maior parte do fluxo de conexão na camada 3 e através de outras camadas para conectar os pinos dos componentes. Então, eles desenharam uma área de topologia para indicar a conexão do feixe principal à camada 4 (rosa), e fizeram com que esses contatos em forma de T de um bit fossem conectados à camada 2 e, em seguida, aos pinos do dispositivo usando outros orifícios.

Os caminhos topológicos continuam no nível 3 até o detalhe “5” para conectar os dispositivos ativos. Essas conexões são então conectadas dos pinos ativos a um resistor pull-down abaixo do dispositivo ativo. O designer usa outra área de topologia para regular as conexões da camada 3 à camada 1, onde os pinos do componente são divididos em dispositivos ativos e resistores pull-down.

Esse nível de planejamento detalhado levou cerca de 30 segundos para ser concluído. Uma vez que esse plano é capturado, o designer de PCB pode querer rotear imediatamente ou criar outros planos de topologia e, em seguida, concluir todos os planos de topologia com roteamento automático. Menos de 10 segundos desde a conclusão do planejamento até os resultados da fiação automática. A velocidade realmente não importa, e na verdade é uma perda de tempo se as intenções do designer são ignoradas e a qualidade da fiação automática é ruim. Os diagramas a seguir mostram os resultados da fiação automática.

Roteamento de Topologia

Começando na parte superior esquerda, todos os fios dos pinos do componente estão localizados na camada 1, conforme expresso pelo projetista, e compactados em uma estrutura de barramento apertada, conforme mostrado nos Detalhes “1” e “2” na Figura 4. A transição entre o nível 1 e o nível 3 ocorre no detalhe “3” e assume a forma de um orifício de passagem que ocupa muito espaço. Novamente, o fator de impedância é levado em consideração, de modo que as linhas são mais largas e mais espaçadas, conforme representado pelo caminho de largura real.

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Figura 4: Resultados do roteamento com as topologias 1 e 3.

Conforme mostrado no detalhe “4” na Figura 5, o caminho da topologia se torna maior devido à necessidade de usar orifícios para acomodar junções do tipo T de ponta única. Aqui, o plano novamente reflete a intenção do projetista para esses pontos de troca do tipo T de bit único, conectando da camada 3 à camada 4. Além disso, o traço da terceira camada é muito estanque, embora se expanda um pouco no orifício de inserção, logo se firma novamente após passar pelo orifício.

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Figura 5: Resultado do roteamento com topologia detalhe 4.

A Figura 6 mostra o resultado da fiação automática no detalhe “5”. As conexões de dispositivos ativos na camada 3 requerem conversão para a camada 1. Os orifícios de passagem são organizados ordenadamente acima dos pinos do componente, e o fio da camada 1 é conectado ao componente ativo primeiro e, em seguida, ao resistor pull-down da camada 1.

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Figura 6: O resultado do roteamento com a topologia detalhada 5.

A conclusão do exemplo acima é que os 17 bits são detalhados em quatro tipos de dispositivos diferentes, representando a intenção do projetista para a camada e a direção do caminho, que podem ser capturados em cerca de 30 segundos. Em seguida, a fiação automática de alta qualidade pode ser realizada, o tempo necessário é de cerca de 10 segundos.

Ao elevar o nível de abstração da fiação para o planejamento da topologia, o tempo total de interconexão é muito reduzido e os designers têm uma compreensão realmente clara da densidade e do potencial para concluir o projeto antes do início da interconexão, por exemplo, por que manter a fiação neste ponto em o design? Por que não prosseguir com o planejamento e adicionar fiação na parte de trás? Quando a topologia completa será planejada? Se o exemplo acima for considerado, a abstração de um plano pode ser usada com outro plano, em vez de 17 redes separadas com muitos segmentos de linha e muitos furos em cada rede, um conceito que é particularmente importante quando se considera uma Ordem de Mudança de Engenharia (ECO) .

Pedido de mudança de engenharia (ECO)

No exemplo a seguir, a saída do pino FPGA está incompleta. Os engenheiros de projeto informaram os projetistas da placa de circuito impresso sobre esse fato, mas por motivos de cronograma, eles precisam avançar o projeto o máximo possível antes que a saída de pinos do FPGA seja concluída.

No caso de uma saída de pino conhecida, o projetista do PCB começa a planejar o espaço do FPGA e, ao mesmo tempo, o projetista deve considerar os cabos de outros dispositivos para o FPGA. O IO foi planejado para ficar no lado direito do FPGA, mas agora está no lado esquerdo do FPGA, fazendo com que a saída do pino seja completamente diferente do plano original. Como os projetistas trabalham em um nível mais alto de abstração, eles podem acomodar essas mudanças removendo a sobrecarga de mover toda a fiação ao redor do FPGA e substituindo-a por modificações no caminho da topologia.

No entanto, não são apenas os FPGas que são afetados; Essas novas saídas de pinos também afetam os cabos que saem dos dispositivos relacionados. O final do caminho também se move para acomodar o caminho de entrada do condutor encapsulado em plano; Caso contrário, os cabos de par trançado serão torcidos, desperdiçando espaço valioso no PCB de alta densidade. Torcer para esses bits requer espaço extra para fiação e perfurações, que podem não ser atendidas no final da fase de design. Se o cronograma fosse apertado, seria impossível fazer esses ajustes em todas essas rotas. O ponto é que o planejamento da topologia fornece um nível mais alto de abstração, portanto, implementar esses ECOs é muito mais fácil.

O algoritmo de roteamento automático que segue a intenção do designer define uma prioridade de qualidade sobre uma prioridade de quantidade. Se um problema de qualidade for identificado, é correto deixar a conexão falhar em vez de produzir uma fiação de baixa qualidade, por dois motivos. Primeiro, é mais fácil conectar uma conexão com falha do que limpar esta fiação com resultados ruins e outras operações de fiação que automatizam a fiação. Em segundo lugar, a intenção do designer é realizada e o designer é deixado para determinar a qualidade da conexão. No entanto, essas idéias são úteis apenas se as conexões da fiação com falha forem relativamente simples e localizadas.

Um bom exemplo é a incapacidade de um cabeador de atingir 100% das conexões planejadas. Em vez de sacrificar a qualidade, permita que algum planejamento falhe, deixando alguns fios desconectados para trás. Todos os fios são roteados pelo planejamento da topologia, mas nem todos levam aos pinos dos componentes. Isso garante que haja espaço para conexões com falha e fornece uma conexão relativamente fácil.

Resumo deste artigo

O planejamento de topologia é uma ferramenta que funciona com um processo de design de PCB com sinalização digital e é facilmente acessível para engenheiros de design, mas também possui recursos espaciais, de camada e de fluxo de conexão específicos para considerações de planejamento complexas. Os projetistas de PCB podem usar a ferramenta de planejamento de topologia no início do projeto ou depois que o engenheiro de projeto obtém seu IP, dependendo de quem está usando essa ferramenta flexível para melhor se adequar ao ambiente de projeto.

Os cabeadores de topologia simplesmente seguem o plano ou a intenção do projetista para fornecer resultados de cabeamento de alta qualidade. O planejamento da topologia, quando confrontado com o ECO, é muito mais rápido de operar do que conexões separadas, permitindo que o cabeador de topologia adote o ECO mais rapidamente, fornecendo resultados rápidos e precisos.