печатная плата Методы подключения продолжают совершенствоваться, а гибкие методы подключения могут уменьшить длину проводов и освободить больше места на печатной плате. Обычная разводка печатных плат ограничена фиксированными координатами проводов и отсутствием проводов под произвольным углом. Снятие этих ограничений позволяет значительно улучшить качество электромонтажа.

Начнем с терминологии. Мы определяем проводку с произвольным углом как проводку с использованием произвольных сегментов угла и радиан. Это своего рода проводная разводка, но она не ограничивается использованием только сегментов линии под углом 90 и 45 градусов. Топологическая разводка – это проводная разводка, которая не придерживается сеток и координат и не использует регулярные или нерегулярные сетки, такие как разводка на основе формы. Давайте определим термин гибкая разводка как проводная разводка без фиксированной формы, которая позволяет пересчитывать форму провода в реальном времени для достижения следующих возможностей преобразования. Для формирования формы линии используются только дуги от препятствий и их общие касательные. (Препятствия включают булавки, медную фольгу, запрещенные зоны, отверстия и другие объекты) часть схемы двух моделей печатных плат. Зеленый и красный провода проходят на разных слоях модели печатной платы. Синие кружки – перфорация. Красный элемент выделен. There are also some red round pins. Используйте только линейные сегменты и модели с углом между ними 90 градусов. Рисунок 1B представляет собой модель печатной платы с использованием дуг и произвольных углов. Подключение под любым углом может показаться странным, но у него есть много преимуществ. Способ его подключения очень похож на то, как инженеры подключали его вручную полвека назад. Показывает настоящую печатную плату, разработанную в 1972 году американской компанией Digibarn для полного ручного электромонтажа. This is a PCB board based on Intel8008 computer. Проводка с произвольным углом, показанная на рисунке 2, на самом деле похожа. Зачем им использовать проводку с произвольным углом? Потому что у такого типа разводки много преимуществ. Монтаж под произвольным углом имеет много преимуществ. Во-первых, отказ от использования углов между сегментами линий экономит место на плате (полигоны всегда занимают больше места, чем касательные). Traditional automatic cablers can place only three wires between adjacent components (see left and center in Figure 3). Однако при подключении под любым углом достаточно места, чтобы проложить 4 провода по одному пути без нарушения проверки правил проектирования (DRC). Предположим, у нас есть микросхема с положительным режимом работы, и мы хотим соединить выводы микросхемы с двумя другими выводами. Использование только 90 градусов занимает много места. Использование разводки под произвольным углом может сократить расстояние между микросхемой и другими выводами, уменьшив при этом занимаемую площадь. In this case, the area was reduced from 30 square centimeters to 23 square centimeters. Вращение чипа под любым углом также может обеспечить лучшие результаты. In this case, the area was reduced from 23 square centimeters to 10 square centimeters. Это настоящая печатная плата. Подключение под произвольным углом с функцией вращающегося чипа – единственный способ подключения для этой печатной платы. Это не только теория, но и практическое решение (иногда единственно возможное). Показывает пример простой печатной платы. Результаты топологии кабеля, в то время как результаты автоматического кабеля, основанные на оптимальной форме, являются фотографиями реальной печатной платы. Автоматический кабелеукладчик, основанный на оптимальной форме, не может этого сделать, потому что компоненты повернуты на произвольные углы. Вам нужно больше площади, и если вы не поворачиваете компоненты, устройство придется делать больше. Производительность макета была бы значительно улучшена без параллельных сегментов, которые часто являются источником перекрестных помех. The level of crosstalk increases linearly as the length of parallel wires increases. По мере увеличения расстояния между параллельными проводами перекрестные помехи уменьшаются квадратично. Давайте установим уровень перекрестных помех, создаваемых двумя параллельными проводами диаметром 1 мм, расположенными на расстоянии от d до e. Если между сегментами провода есть угол, то по мере увеличения этого угла уровень перекрестных помех будет уменьшаться. Перекрестные помехи не зависят от длины провода, а только от значения угла: где α представляет собой угол между сегментами провода. Рассмотрим следующие три метода подключения. В левой части рисунка 8 (разводка под углом 90 градусов) указана максимальная длина провода и максимальное значение emi из-за параллельных сегментов линии. In the middle of Figure 8 (45 degree layout), the wire length and emi values are reduced. С правой стороны (под любым углом) длина провода самая короткая и нет параллельных сегментов проводов, поэтому величиной помех можно пренебречь. So arbitrary Angle wiring helps to reduce the total wire length and significantly reduce electromagnetic interference. Вы также помните о влиянии задержки сигнала (проводники не должны быть параллельны и не должны быть перпендикулярны стекловолокну печатной платы). Advantages of flexible wiring Manual and automatic movement of components does not destroy the wiring in flexible wiring. Кабельщик автоматически рассчитывает оптимальную форму провода (с учетом необходимого безопасного расстояния). Таким образом, гибкая кабельная разводка может значительно сократить время, необходимое для редактирования топологии, прекрасно поддерживая многократное повторное подключение для соответствия ограничениям. Это показывает конструкцию печатной платы, которая перемещается через отверстия и точки разветвления. Во время автоматического перемещения точки разветвления проводов и сквозные отверстия устанавливаются в оптимальное положение. 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. Когда путь найден, он фиксируется и становится частью лабиринта. Недостатком последовательного подключения является то, что результат подключения может зависеть от порядка подключения. Когда топологическое качество еще далеко от идеального, проблема «застревания» возникает на локально небольших участках. Но независимо от того, какой провод вы перемонтируете, это не улучшит качество проводки. Это серьезная проблема для всех CAD-систем, использующих последовательную оптимизацию. Вот где полезен процесс устранения изгибов. Под изгибом провода понимается явление, когда провод в одной сети должен обойти объект в другой сети, чтобы получить доступ к объекту. Rewiring a wire will not correct this. Показан пример гибки. A lit red wire travels around a pin in the other network, and an unlit red wire connects to this pin. Отображаются результаты автоматической обработки. Во втором случае (на другом слое) подсвеченный зеленый провод автоматически переключается путем изменения слоя разводки (с зеленого на красный). Устранение изгиба проволоки за счет автоматической оптимизации формы проволоки (приблизительные дуги с линейными сегментами, чтобы показать любые примеры углов без дуг). (вверху) оригинальная конструкция, (внизу) после устранения изгиба конструкции. Выделены красным изогнутые провода. В дереве Штейнера все прямые должны быть соединены сегментами с вершинами (конечными точками и дополнениями). В верхней части каждой новой вершины должны сходиться три сегмента и заканчиваться не должно более трех сегментов. Угол между линейными сегментами, сходящимися к вершине, должен быть не менее 120 градусов. Построить Штейнера с этими достаточными условными свойствами несложно, но не обязательно минимально. Серые деревья Штейнера не являются оптимальными, а черные деревья Штейнера – оптимальными. В практическом дизайне коммуникации необходимо учитывать различные препятствия. Они ограничивают возможность построения минимальных остовных деревьев с использованием как алгоритмов, так и деревьев Штейнера с использованием геометрических методов. Препятствия показаны серым цветом, и мы рекомендуем начинать с любой конечной вершины. Если имеется более одной смежной конечной вершины, вы должны выбрать ту, которая позволяет вам продолжить использование второй вершины. Это зависит от угла. Основным механизмом здесь является алгоритм, основанный на силе, который вычисляет силы, действующие на новые вершины, и многократно перемещает их в точку равновесия (величина и направление сил зависят от проводов в соседних точках ветвления). Если угол между парой отрезков линии, соединенных с вершиной (конечной точкой или сложением), меньше 120 градусов, можно добавить точку ветвления, а затем можно использовать механический алгоритм для оптимизации положения вершины. 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. После добавления нового узла вы должны проверить как минимум подсеть, состоящую из четырех контактов:

1. Если вершина добавляется в окрестности другой вновь добавленной вершины, проверьте наименьшую четырехконтактную сеть.

2. Если четырехконтактная сеть не является минимальной, выберите пару «диагональных» (принадлежащих четырехугольной диагонали) оконечных точек или виртуальных оконечных узлов (виртуальных оконечных узлов – изгибов проводов).

3. Сегмент линии, который соединяет конечную точку (виртуальную конечную точку) с ближайшей новой вершиной, заменяется сегментом линии, который соединяет конечную точку (виртуальную конечную точку) с удаленной новой вершиной.

4. Use mechanical algorithms to optimize vertex positions.

Этот метод не гарантирует построения сети наименьшего размера, но по сравнению с другими методами, он позволяет достичь наименьшей длины сети без «выпадения». Это также позволяет использовать области, в которых соединения конечных точек запрещены, а количество узлов конечных точек может быть произвольным.

Гибкая разводка под любым углом имеет и другие интересные преимущества. Например, если вы можете автоматически перемещать множество объектов с помощью автоматического пересчета формы проволоки в реальном времени, вы можете создавать параллельные серпантинные линии. Этот метод прокладки кабеля позволяет лучше использовать пространство, сводит к минимуму количество итераций и позволяет гибко использовать допуски. Если есть две змеевидные линии, чередующиеся друг с другом, автоматический кабельщик уменьшит длину одной или обеих, в зависимости от приоритета правила.

Рассмотрим разводку компонентов BGA. В традиционном подходе от периферии к центру количество каналов к периферии уменьшается на 8 с каждым последующим слоем (из-за уменьшения периметра). Например, компонент 28×28 мм с 784 контактами требует 10 слоев. Некоторые слои на схеме не подключены. На рисунке 16 показана четверть BGA. В то же время, при использовании метода разводки «центр-периферия» количество каналов, необходимых для выхода на периферию, не меняется от слоя к слою. Это значительно уменьшит количество слоев. Для детали размером 28×28 мм достаточно 7 слоев. Для более крупных компонентов это беспроигрышный вариант. На рисунке 17 показана четверть BGA. Показан пример подключения BGA. При использовании подхода к прокладке кабелей «от центра к периферии» мы можем завершить прокладку кабелей для всех сетей. Это может сделать топологический автоматический кабелеукладчик с произвольным углом. Традиционные автоматические кабели не могут развести этот пример. Показывает пример реальной печатной платы, на которой инженер уменьшил количество сигнальных слоев с 6 до 4 (по сравнению со спецификацией). Кроме того, на монтаж печатной платы у инженеров ушло всего полдня.