This paper focuses on the PCB dizajnéri používajúci IP a ďalej využívajúci nástroje na plánovanie a smerovanie topológie na podporu IP rýchlo dokončia celý návrh DPS. Ako vidíte na obrázku 1, za konštruktérov je zodpovedné získať IP tak, že rozložíte malý počet potrebných komponentov a naplánujete medzi nimi kritické cesty prepojenia. Hneď ako sa získa IP, môžu byť informácie o IP poskytnuté návrhárom DPS, ktorí robia zvyšok návrhu.

Ako môžu návrhári DPS použiť nástroje na plánovanie a zapojenie topológie na rýchle dokončenie návrhu DPS

Figure 1: Design engineers get IP, PCB designers further use topology planning and wiring tools to support IP, quickly complete the entire PCB design.

Namiesto toho, aby museli konštruktéri a dizajnéri DPS prejsť procesom interakcie a iterácie medzi konštruktérmi a dizajnérmi DPS, aby získali správny zámer návrhu, tieto informácie už získali a výsledky sú pomerne presné, čo návrhárom DPS veľmi pomáha. V mnohých prevedeniach konštruktéri a dizajnéri plošných spojov robia interaktívne usporiadanie a zapojenie, ktoré spotrebuje drahocenný čas na oboch stranách. Historicky je interaktivita potrebná, ale časovo náročná a neefektívna. The initial plan provided by the design engineer may be just a manual drawing without proper components, bus width, or pin output cues.

Zatiaľ čo inžinieri používajúci techniky plánovania topológie môžu zachytiť rozloženie a prepojenia niektorých komponentov, keďže sa do návrhu zapoja návrhári DPS, návrh môže vyžadovať rozloženie ostatných komponentov, zachytenie ďalších štruktúr IO a zbernice a všetkých prepojení.

Dizajnéri PCB musia prijať plánovanie topológie a interagovať s rozloženými a neuloženými komponentmi, aby dosiahli optimálne plánovanie rozloženia a interakcie, a tým zlepšili efektivitu návrhu PCB.

Po vyložení kritických oblastí s vysokou hustotou a získaní plánovania topológie možno rozloženie dokončiť pred konečným plánovaním topológie. Preto niektoré cesty topológie môžu musieť pracovať s existujúcim rozložením. Aj keď majú nižšiu prioritu, stále ich treba pripojiť. Časť plánovania bola teda vytvorená okolo rozloženia komponentov. Okrem toho môže táto úroveň plánovania vyžadovať viac podrobností, aby bola potrebná priorita iným signálom.

Detailed topology planning

Obrázok 2 zobrazuje podrobné rozloženie komponentov po ich rozložení. The bus has 17 bits in total, and they have a fairly well-organized signal flow.

Ako môžu návrhári DPS použiť nástroje na plánovanie a zapojenie topológie na rýchle dokončenie návrhu DPS

Obrázok 2: Sieťové linky pre tieto zbernice sú výsledkom plánovania a rozloženia topológie s vyššou prioritou.

Pri plánovaní tejto zbernice musia návrhári PCB vziať do úvahy existujúce bariéry, pravidlá navrhovania vrstiev a ďalšie dôležité obmedzenia. S ohľadom na tieto podmienky zmapovali topologickú cestu pre autobus, ako je znázornené na obrázku 3.

Ako môžu návrhári DPS použiť nástroje na plánovanie a zapojenie topológie na rýchle dokončenie návrhu DPS

Obrázok 3: Plánovaný autobus.

Na obrázku 3 detail „1“ uvádza kolíky komponentov na hornej vrstve „červenej“ pre topologickú cestu vedúcu od kolíkov komponentu k detailu „2“. V tejto časti sa používa nezapuzdrená oblasť a ako vrstva kabeláže je identifikovaná iba prvá vrstva. Z konštrukčného hľadiska sa to zdá zrejmé a smerovací algoritmus bude používať topologickú cestu s hornou vrstvou spojenou s červenou. Niektoré prekážky však môžu poskytnúť algoritmu ďalšie možnosti smerovania vrstvy pred automatickým smerovaním tejto konkrétnej zbernice.

As the bus is organized into tight traces at the first layer, the designer begins to plan the transition to the third layer at detail 3, taking into account the distance the bus travels across the entire PCB. Všimnite si toho, že táto topologická dráha na tretej vrstve je širšia ako horná vrstva, pretože je potrebný ďalší priestor na prispôsobenie impedancie. Dizajn navyše špecifikuje presné umiestnenie (17 otvorov) na konverziu vrstvy.

Pretože topologická cesta sleduje pravú strednú časť obrázku 3, aby sa podrobne zobrazilo „4“, je potrebné nakresliť mnoho jednobitových križovatiek v tvare T z pripojení topologickej cesty a kolíkov jednotlivých komponentov. Voľbou návrhára DPS je ponechať väčšinu toku pripojenia na vrstve 3 a cez ďalšie vrstvy na spájanie kolíkov komponentov. Nakreslili teda oblasť topológie, aby naznačili spojenie z hlavného zväzku s vrstvou 4 (ružová), a nechali tieto jednobitové kontakty v tvare T pripojiť k vrstve 2 a potom sa pripojiť k kolíkom zariadenia pomocou iných priechodných otvorov.

Topologické cesty pokračujú na úrovni 3 s podrobnosťami „5“ na pripojenie aktívnych zariadení. These connections are then connected from the active pins to a pull-down resistor below the active device. Dizajnér používa ďalšiu oblasť topológie na reguláciu spojení z vrstvy 3 do vrstvy 1, kde sú kolíky komponentov rozdelené na aktívne zariadenia a sťahovacie odpory.

This level of detailed planning took about 30 seconds to complete. Akonáhle je tento plán zachytený, návrhár DPS môže chcieť okamžite nasmerovať alebo vytvoriť ďalšie topologické plány a potom dokončiť všetky topologické plány s automatickým smerovaním. Menej ako 10 sekúnd od dokončenia plánovania po výsledky automatického zapojenia. Na rýchlosti skutočne nezáleží a v skutočnosti je to strata času, ak sa ignorujú zámery projektanta a kvalita automatického zapojenia je zlá. Nasledujúce schémy zobrazujú výsledky automatického zapojenia.

Topology Routing

Začínajúc vľavo hore, všetky vodiče z kolíkov komponentov sú umiestnené na vrstve 1, ako to vyjadril projektant, a sú stlačené do tesnej zbernicovej štruktúry, ako je to znázornené na detailoch „1“ a „2“ na obrázku 4. The transition between level 1 and level 3 takes place in detail “3” and takes the form of a very space-consuming through-hole. Opäť sa berie do úvahy faktor impedancie, takže riadky sú širšie a viac rozmiestnené, ako je znázornené na skutočnej šírke.

Ako môžu návrhári DPS použiť nástroje na plánovanie a zapojenie topológie na rýchle dokončenie návrhu DPS

Obrázok 4: Výsledky smerovania s topológiami 1 a 3.

Ako je podrobne znázornené „4“ na obrázku 5, topologická dráha sa zväčšuje v dôsledku potreby používať otvory na umiestnenie jednobitových križovatiek typu T. Here the plan again reflects the designer’s intention for these single-bit T-type exchange points, wiring from layer 3 to layer 4. Stopa na tretej vrstve je navyše veľmi tesná, aj keď sa pri vkladacom otvore trochu roztiahne, po prechode diery sa čoskoro opäť napne.

Ako môžu návrhári DPS použiť nástroje na plánovanie a zapojenie topológie na rýchle dokončenie návrhu DPS

Obrázok 5: Výsledok smerovania s topológiou detailu 4.

Obrázok 6 zobrazuje výsledok automatického zapojenia v detaile „5“. Aktívne pripojenia zariadenia vo vrstve 3 vyžadujú prevod na vrstvu 1. Priechodné otvory sú úhľadne usporiadané nad kolíkmi súčiastky a drôt vrstvy 1 je najskôr spojený s aktívnym komponentom a potom so sťahovacím odporom vrstvy 1.

Ako môžu návrhári DPS použiť nástroje na plánovanie a zapojenie topológie na rýchle dokončenie návrhu DPS

Obrázok 6: Výsledok smerovania s topológiou detail 5.

Záver vyššie uvedeného príkladu je, že 17 bitov je podrobne popísaných v štyroch rôznych typoch zariadení, ktoré predstavujú zámer dizajnéra pre smer vrstvy a dráhy, ktoré je možné zachytiť približne za 30 sekúnd. Potom je možné vykonať vysoko kvalitné automatické zapojenie, požadovaný čas je asi 10 sekúnd.

Zvýšením úrovne abstrakcie od zapojenia k plánovaniu topológie sa celkový čas prepojenia výrazne zníži a návrhári skutočne dobre chápu hustotu a potenciál dokončiť návrh pred začiatkom prepojenia, napríklad prečo ponechať zapojenie v tomto bode v dizajn? Prečo nepokračovať v plánovaní a pridať zapojenie vzadu? Kedy bude naplánovaná úplná topológia? Ak sa vezme do úvahy vyššie uvedený príklad, abstrakciu jedného plánu je možné použiť skôr s iným plánom, než so 17 samostatnými sieťami s mnohými segmentmi čiar a mnohými dierami v každej sieti, čo je koncept, ktorý je obzvlášť dôležitý pri zvažovaní poradia technických zmien (ECO) .

Technická zmena objednávky (ECO)

V nasledujúcom príklade je výstup pinov FPGA neúplný. Dizajnéri o tejto skutočnosti informovali dizajnérov DPS, ale z dôvodov harmonogramu musia návrh posunúť tak ďaleko, ako je to možné, kým sa nedokončí výstup pinov FPGA.

V prípade známeho pinového výstupu začne návrhár plošných spojov plánovať priestor FPGA a zároveň by mal projektant zvážiť prepojenia z iných zariadení na FPGA. The IO was planned to be on the right side of the FPGA, but now it is on the left side of the FPGA, causing the pin output to be completely different from the original plan. Pretože dizajnéri pracujú na vyššej úrovni abstrakcie, môžu týmto zmenám vyhovieť tak, že odstránia režijné náklady na presunutie všetkých káblov okolo FPGA a nahradia ich úpravami topologickej cesty.

Ovplyvnené nie sú iba FPGy; Tieto nové pinové výstupy majú vplyv aj na vodiče vychádzajúce zo súvisiacich zariadení. Koniec dráhy sa tiež pohybuje, aby sa prispôsobil vstupnej dráhe elektródy zapuzdrenej v puzdre; Otherwise, twisted-pair cables will be twisted, wasting valuable space on the high-density PCB. Skrútenie týchto bitov vyžaduje dodatočný priestor na zapojenie a perforáciu, ktoré nemusia byť na konci fázy návrhu splnené. If the schedule were tight, it would be impossible to make such adjustments to all of these routes. Ide o to, že plánovanie topológie poskytuje vyššiu úroveň abstrakcie, takže implementácia týchto ECO je oveľa jednoduchšia.

Algoritmus automatického smerovania, ktorý sleduje zámer projektanta, nastavuje prioritu kvality pred kvantitou. Ak je identifikovaný problém s kvalitou, je celkom správne nechať spojenie skôr zlyhať, než vytvárať nekvalitné zapojenie, a to z dvoch dôvodov. Po prvé, je jednoduchšie pripojiť chybné pripojenie, než vyčistiť toto vedenie so zlými výsledkami a inými operáciami zapojenia, ktoré automatizujú zapojenie. Za druhé, vykoná sa zámer projektanta a na projektantovi sa stanoví kvalita spojenia. Tieto nápady sú však užitočné iba vtedy, ak sú spojenia neúspešného zapojenia relatívne jednoduché a lokalizované.

Dobrým príkladom je neschopnosť taxikára dosiahnuť 100% plánované pripojenia. Namiesto obetovania kvality nechajte niektoré plánovanie zlyhať a nechajte za sebou niektoré nespojené káble. Všetky vodiče sú vedené plánovaním topológie, ale nie všetky vedú k kolíkom komponentov. To zaisťuje, že je priestor pre neúspešné pripojenia, a poskytuje relatívne jednoduché pripojenie.

Zhrnutie tohto článku

Topologické plánovanie je nástroj, ktorý pracuje s procesom návrhu digitálnej signalizovanej dosky plošných spojov a je ľahko dostupný pre projektantov, ale má aj špecifické schopnosti priestorového, vrstvového a spojovacieho toku pre komplexné plánovanie. Dizajnéri plošných spojov môžu použiť nástroj plánovania topológie na začiatku návrhu alebo potom, čo konštruktér získa svoju IP adresu, v závislosti od toho, kto používa tento flexibilný nástroj na to, aby čo najlepšie zodpovedal ich návrhovému prostrediu.

Topológovia-káblovia sa jednoducho riadia plánom alebo zámerom projektanta poskytnúť vysokokvalitné výsledky kabeláže. Plánovanie topologie, keď čelíme ECO, je oveľa rýchlejšie fungovať ako samostatné pripojenia, čo umožňuje káblovému topológovi rýchlejšie prijímať ECO a poskytovať rýchle a presné výsledky.