PCB ledningsmetoder fortsätter att förbättras och flexibla ledningstekniker kan minska trådlängden och frigöra mer kretskortutrymme. Konventionell PCB -ledning begränsas av fasta trådkoordinater och bristen på godtyckligt vinklade ledningar. Att ta bort dessa begränsningar kan avsevärt förbättra kvaliteten på ledningarna.

Låt oss börja med lite terminologi. Vi definierar godtycklig vinkeldragning som trådkoppling med hjälp av godtyckliga vinkelsegment och radianer. Det är en slags trådkoppling, men är inte begränsad till att bara använda 90 graders och 45 graders vinkelsegment. Topologiska ledningar är trådledningar som inte håller sig till nät och koordinater och inte använder vanliga eller oregelbundna nät som formbaserade ledningar. Låt oss definiera termen flexibel ledning som trådledningar utan fast form som gör det möjligt att omberäkna trådform i realtid för att uppnå följande transformationsmöjligheter. Endast bågar från hinder och deras gemensamma tangenter används för att bilda linjeformen. (Obstacles include pins, copper foil, forbidden areas, holes and other objects) part of the circuit of two PCB models. De gröna och röda trådarna går på olika lager av PCB -modellen. De blå cirklarna är perforeringarna. Det röda elementet är markerat. There are also some red round pins. Använd endast linjesegment och modeller med en vinkel på 90 grader mellan dem. Figur 1B är en PCB -modell med bågar och godtyckliga vinklar. Kabeldragning i alla vinklar kan tyckas konstigt, men det har många fördelar. Det sätt som det är trådbundet påminner mycket om hur ingenjörer kopplade det för hand för ett halvt sekel sedan. Visar ett riktigt kretskort som utvecklats 1972 av ett amerikanskt företag som heter Digibarn för fullständig handkoppling. This is a PCB board based on Intel8008 computer. Den godtyckliga vinkelkopplingen som visas i figur 2 är faktiskt liknande. Varför skulle de använda godtyckliga vinkeldragningar? Eftersom denna typ av ledningar har många fördelar. Godtycklig vinkelkoppling har många fördelar. För det första sparar PCB -utrymme genom att inte använda vinklarna mellan linjesegment (polygoner tar alltid mer plats än tangenter). Traditional automatic cablers can place only three wires between adjacent components (see left and center in Figure 3). Men när du kopplar in alla vinklar finns det tillräckligt med utrymme för att lägga fyra ledningar på samma väg utan att bryta mot designregelkontroll (DRC). Antag att vi har ett positivt läge -chip och vill ansluta chip -stiften till två andra stift. Using only 90 degrees takes up a lot of space. Genom att använda godtycklig vinkeldragning kan avståndet mellan chipet och andra stift förkortas, samtidigt som fotavtrycket minskar. In this case, the area was reduced from 30 square centimeters to 23 square centimeters. Att rotera chipet i alla vinklar kan också ge bättre resultat. In this case, the area was reduced from 23 square centimeters to 10 square centimeters. Det visar en riktig PCB. Godtycklig vinkelkoppling med roterande chipfunktion är den enda ledningsmetoden för detta kretskort. Detta är inte bara en teori, utan också en praktisk lösning (ibland den enda möjliga lösningen). Visar ett exempel på ett enkelt kretskort. Topologi -kabelresultat, medan automatiska kabelresultat baserade på optimal form är foton av själva PCB. An automatic cabler based on optimal shape cannot do this because the components are rotated at arbitrary angles. Du behöver mer yta, och om du inte roterar komponenterna måste enheten göras större. Layoutprestanda skulle förbättras avsevärt utan parallella segment, som ofta är en källa till överhörning. The level of crosstalk increases linearly as the length of parallel wires increases. As the spacing between parallel wires increases, crosstalk decreases quadratic. Låt oss ställa in nivån på överhörning som produceras av två parallella 1 mm trådar med avstånd d till e. Om det finns en vinkel mellan trådsegmenten, när denna vinkel ökar, kommer halten av överhörning att minska. Överhörningen beror inte på trådens längd, utan bara på vinkelvärdet: där α representerar vinkeln mellan trådsegmenten. Tänk på följande tre kopplingsmetoder. På vänster sida av figur 8 (90 graders layout) finns den maximala trådlängden och det maximala emi -värdet på grund av parallella linjesegment. In the middle of Figure 8 (45 degree layout), the wire length and emi values are reduced. På höger sida (i vilken vinkel som helst) är trådlängden kortast och det finns inga parallella trådsegment, så störningsvärdet är försumbart. So arbitrary Angle wiring helps to reduce the total wire length and significantly reduce electromagnetic interference. Du kommer också ihåg effekten på signalfördröjningen (ledare ska inte vara parallella och inte vara vinkelräta mot PCB -glasfiber). Advantages of flexible wiring Manual and automatic movement of components does not destroy the wiring in flexible wiring. Kabeln beräknar automatiskt trådens optimala form (med hänsyn till nödvändigt säkerhetsavstånd). Flexibel kabeldragning kan därför avsevärt minska den tid som krävs för att redigera topologin, vilket stöder fint flera återställningar för att möta begränsningar. Detta visar en PCB -design som rör sig genom hål och grenpunkter. Under automatisk rörelse justeras trådgrenpunkter och genomgående hål till det optimala läget. 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. När en väg hittas är den fixad och blir en del av labyrinten. Nackdelen med sekventiell ledning är att ledningsresultatet kan bero på ledningsordningen. När topologisk kvalitet fortfarande är långt ifrån perfekt, uppstår problemet med att “fastna” i lokalt små områden. Men oavsett vilken tråd du kopplar om, kommer det inte att förbättra kvaliteten på ledningarna. Detta är ett allvarligt problem i alla CAD -system som använder sekventiell optimering. Det är här böjningselimineringsprocessen är användbar. Trådböjning avser fenomenet att en tråd i ett nätverk måste gå runt ett objekt på ett annat nätverk för att komma åt ett objekt. Rewiring a wire will not correct this. Ett exempel på böjning visas. A lit red wire travels around a pin in the other network, and an unlit red wire connects to this pin. Resultaten för automatisk bearbetning visas. I det andra fallet (på ett annat lager) kopplas en grön tråd automatiskt om genom att ändra ledningsskiktet (från grönt till rött). Eliminera trådböjning genom att automatiskt optimera trådformen (ungefärliga bågar med linjesegment bara för att visa vinkelexempel utan bågar). (överst) originaldesign, (botten) efter att böjningsdesign eliminerats. Röda böjda trådar markeras. I ett Steiner -träd måste alla linjer kopplas som segment till hörn (slutpunkter och tillägg). Överst på varje ny toppunkt måste tre segment konvergera och högst tre segment måste sluta. Vinkeln mellan linjesegmenten som konvergerar till hörnet får inte vara mindre än 120 grader. Det är inte särskilt svårt att konstruera en Steiner med dessa tillräckliga villkorliga egenskaper, men det är inte nödvändigtvis minimalt. Grå Steiner -träd är inte optimala, men svarta Steiner -träd är det. I praktisk kommunikationsdesign måste olika typer av hinder övervägas. De begränsar möjligheten att konstruera minimalt spännande träd med både algoritmer och Steiner -träd med geometriska metoder. Hinderna visas i grått och vi rekommenderar att du börjar i alla ändpunkter. Om det finns mer än en intilliggande avslutande vertex, bör du välja en som låter dig fortsätta använda den andra vertexen. Det beror på vinkeln. Huvudmekanismen här är en kraftbaserad algoritm som beräknar krafterna som verkar på de nya hörnen och upprepade gånger flyttar dem till en jämviktspunkt (krafternas storlek och riktning beror på trådarna vid de intilliggande grenpunkterna). Om vinkeln mellan ett par linjesegment som är anslutna till en toppunkt (terminal eller addition) är mindre än 120 grader kan en grenpunkt läggas till och sedan kan en mekanisk algoritm användas för att optimera toppunktspositionen. 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. När du har lagt till en ny nod bör du kontrollera minst ett delnät som består av fyra stift:

1. Om en hörn läggs till i närheten av en annan nyligen tillagd hörn, kolla efter det minsta fyrpoliga nätverket.

2. Om nätverket med fyra stift inte är minimalt, välj ett par ”diagonala” (tillhörande de fyrkantiga diagonala) slutpunkterna eller virtuella terminalnoder (virtuella terminalnoder-trådböjningar).

3. Linjesegmentet som ansluter slutpunkten (virtuell slutpunkt) till närmaste nya hörn ersätts av linjesegmentet som ansluter slutpunkten (virtuell slutpunkt) till den nya avlägsna hörnpunkten.

4. Use mechanical algorithms to optimize vertex positions.

Denna metod garanterar inte att bygga det minsta nätverket, men jämfört med andra metoder kan det uppnå minsta nätverkslängd utan bete. Det tillåter också områden där slutpunktsanslutningar är förbjudna, och antalet slutpunktsnoder kan vara godtyckligt.

Flexible wiring at any Angle has some other interesting advantages. Om du till exempel automatiskt kan flytta många föremål med hjälp av automatisk omformning av trådform i realtid kan du skapa parallella serpentinlinjer. Denna kabelmetod utnyttjar utrymmet bättre, minimerar antalet iterationer och möjliggör flexibel användning av toleranser. Om det finns två serpentinlinjer sammanflätade med varandra kommer den automatiska kabeln att minska längden på en eller båda, beroende på regelprioritet.

Tänk på kabeldragning av BGA -komponenter. I det traditionella periferi-till-centrum-tillvägagångssättet reduceras antalet kanaler till periferin med 8 med varje på varandra följande lager (på grund av en minskning av omkretsen). Till exempel kräver en 28×28 mm komponent med 784 stift 10 lager. Några av skikten i diagrammet har undgått kabeldragning. Figur 16 visar en fjärdedel av en BGA. Samtidigt ändras inte antalet kanaler som krävs för att gå ut till periferin från lager till lager när man använder ledningsmetoden ”center to periphery”. Detta kommer att minska antalet lager kraftigt. För en komponentstorlek på 28×28 mm räcker det med 7 lager. För större komponenter är det en win-win. Figur 17 visar en fjärdedel av BGA. Ett exempel på BGA -kablar visas. När vi använder “center to periphery” -kabelsystemet kan vi slutföra kablarna för alla nätverk. Arbetarvinkel topologisk automatisk kabel kan göra detta. Traditional automatic cablers cannot route this example. Visar ett exempel på ett verkligt kretskort där ingenjören minskade antalet signallager från 6 till 4 (jämfört med specifikationen). Dessutom tog det ingenjörer bara en halv dag att slutföra ledningarna till kretskortet.