PCB Spôsoby zapojenia sa stále zlepšujú a flexibilné techniky zapojenia môžu skrátiť dĺžku drôtu a uvoľniť viac miesta na DPS. Konvenčné zapojenie DPS je obmedzené pevnými súradnicami drôtov a nedostatkom ľubovoľne uhlových vodičov. Odstránenie týchto obmedzení môže výrazne zlepšiť kvalitu zapojenia.

Let’s start with some terminology. Ľubovoľné uhlové vedenie definujeme ako drôtové vedenie pomocou ľubovoľných uhlových segmentov a radiánov. Je to druh drôtového vedenia, ale neobmedzuje sa iba na použitie segmentov uhlových línií 90 a 45 stupňov. 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. Definujme termín flexibilné vedenie ako drôtové vedenie bez pevného tvaru, ktoré umožňuje prepočet tvaru drôtu v reálnom čase na dosiahnutie nasledujúcich možností transformácie. Na vytvorenie tvaru čiary sa používajú iba oblúky z prekážok a ich spoločné tangenty. (Obstacles include pins, copper foil, forbidden areas, holes and other objects) part of the circuit of two PCB models. Zelený a červený vodič vedú na rôznych vrstvách modelu DPS. 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. Obrázok 1B je model DPS používajúci oblúky a ľubovoľné uhly. 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. Ukazuje skutočnú DPS vyvinutú v roku 1972 americkou spoločnosťou Digibarn na kompletné ručné zapojenie. This is a PCB board based on Intel8008 computer. Kábel ľubovoľného uhla zobrazený na obrázku 2 je v skutočnosti podobný. Prečo by používali ľubovoľné uhlové vedenie? Pretože tento typ vedenia má mnoho výhod. Arbitrary Angle wiring has many advantages. Po prvé, nepoužívanie uhlov medzi segmentmi čiar šetrí priestor DPS (polygóny vždy zaberajú viac miesta ako dotyčnice). Traditional automatic cablers can place only three wires between adjacent components (see left and center in Figure 3). Pri zapojení v ľubovoľnom uhle je však dostatok miesta na položenie 4 vodičov na rovnakú cestu bez porušenia kontroly pravidiel návrhu (DRC). Predpokladajme, že máme čip v pozitívnom režime a chceme pripojiť kolíky čipov k ďalším dvom kolíkom. Using only 90 degrees takes up a lot of space. Použitie ľubovoľného zapojenia uhla môže skrátiť vzdialenosť medzi čipom a inými kolíkmi a súčasne znížiť stopu. In this case, the area was reduced from 30 square centimeters to 23 square centimeters. Rotating the chip at any Angle can also provide better results. 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. Nie je to len teória, ale aj praktické riešenie (niekedy jediné možné riešenie). Shows an example of a simple PCB. Výsledky topológie káblovača, zatiaľ čo výsledky automatických káblov založených na optimálnom tvare sú fotografiami skutočného PCB. An automatic cabler based on optimal shape cannot do this because the components are rotated at arbitrary angles. Potrebujete väčšiu plochu a ak komponenty neotáčate, zariadenie musí byť väčšie. Layout performance would be greatly improved without parallel segments, which are often a source of crosstalk. The level of crosstalk increases linearly as the length of parallel wires increases. As the spacing between parallel wires increases, crosstalk decreases quadratic. Let’s set the level of crosstalk produced by two parallel 1mm wires spaced d to e. Ak je medzi segmentmi drôtu uhol, potom ako sa tento uhol zvyšuje, úroveň presluchu sa zníži. 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. Zvážte nasledujúce tri metódy zapojenia. 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. Kábel automaticky vypočíta optimálny tvar drôtu (s prihliadnutím na potrebnú bezpečnú vzdialenosť). Flexibilná kabeláž môže preto výrazne skrátiť čas potrebný na úpravu topológie, pretože pekne podporuje viacnásobné prekalibrovanie, aby sa splnili obmedzenia. Toto ukazuje dizajn DPS, ktorý sa pohybuje cez otvory a body vetiev. Pri automatickom pohybe sa body vetvy drôtu a priechodné otvory upravia do optimálnej polohy. 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. Keď sa nájde cesta, je pevná a stane sa súčasťou bludiska. Nevýhodou sekvenčného zapojenia je, že výsledok zapojenia môže závisieť od poradia zapojenia. Keď je topologická kvalita ešte ďaleko od dokonalosti, problém „uviaznutia“ nastáva v lokálne malých oblastiach. 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. Ohýbanie drôtu označuje jav, že drôt v jednej sieti musí prechádzať okolo objektu v inej sieti, aby sa k objektu dostal. Rewiring a wire will not correct this. Je ukázaný príklad ohýbania. A lit red wire travels around a pin in the other network, and an unlit red wire connects to this pin. Zobrazia sa výsledky automatického spracovania. In the second case (on another layer), a lighted green wire is automatically rewired by changing the wiring layer (from green to red). 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. Červené ohnuté drôty sú zvýraznené. V Steinerovom strome musia byť všetky čiary spojené ako segmenty s vrcholmi (koncové body a sčítania). V hornej časti každého nového vrcholu sa musia tri segmenty zbiehať a nesmú končiť viac ako tri segmenty. The Angle between the line segments that converge to the vertex shall not be less than 120 degrees. Postaviť Steinera s týmito dostatočnými podmienkovými vlastnosťami nie je veľmi ťažké, ale nie je to nevyhnutne minimálne. Gray Steiner trees are not optimal, but black Steiner trees are. Pri praktickom návrhu komunikácie je potrebné brať do úvahy rôzne druhy prekážok. Obmedzujú schopnosť vytvárať stromy s minimálnym rozpätím pomocou algoritmov a Steinerove stromy pomocou geometrických metód. 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. Hlavným mechanizmom je tu algoritmus založený na sile, ktorý vypočítava sily pôsobiace na nové vrcholy a opakovane ich presúva do bodu rovnováhy (veľkosť a smer síl závisí od drôtov v susedných bodoch vetiev). Ak je uhol medzi dvojicou úsečiek spojených s vrcholom (koniec alebo sčítanie) menší ako 120 stupňov, je možné pridať bod vetvy a potom použiť mechanický algoritmus na optimalizáciu polohy vrcholu. 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. Umožňuje tiež oblasti, kde je pripojenie koncových bodov zakázané a počet uzlov koncových bodov môže byť ľubovoľný.

Flexible wiring at any Angle has some other interesting advantages. For example, if you can automatically move many objects with the help of automatic real-time wire shape recalculation, you can create parallel serpentine lines. This cabling method makes better use of space, minimizes the number of iterations, and allows for flexible use of tolerances. If there are two serpentine lines interlaced with each other, the automatic cabler will reduce the length of one or both, depending on rule priority.

Consider the wiring of BGA components. In the traditional peripheral-to-center approach, the number of channels to the periphery is reduced by 8 with each successive layer (due to a reduction in perimeter). For example, a 28x28mm component with 784 pins requires 10 layers. Niektoré vrstvy na diagrame unikli kabeláži. Obrázok 16 zobrazuje štvrtinu BGA. Pri použití metódy zapojenia „od centra k periférii“ sa počet kanálov potrebných na výstup na perifériu nemení z vrstvy na vrstvu. Tým sa výrazne zníži počet vrstiev. Na veľkosť súčiastky 28×28 mm stačí 7 vrstiev. Pri väčších komponentoch je to obojstranne výhodné. Figure 17 shows a quarter of the BGA. An example of BGA wiring is shown. When using the “center to periphery” cabling approach, we can complete the cabling of all networks. To dokáže topologická automatická kabeláž ľubovoľného uhla. 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.