Hur kan PCB -konstruktörer använda topologiplanering och kabeldragningsverktyg för att snabbt slutföra PCB -design?

Denna uppsats fokuserar på PCB designers som använder IP, och vidare använder topologiplanerings- och routingsverktyg för att stödja IP, slutför snabbt hela PCB -designen. Som du kan se från figur 1 är designingenjörens ansvar att skaffa IP genom att lägga ut ett litet antal nödvändiga komponenter och planera kritiska sammankopplingsvägar mellan dem. När IP -adressen har erhållits kan IP -informationen tillhandahållas PCB -designers som gör resten av designen.

ipcb

Hur kan PCB -konstruktörer använda topologiplanering och kabeldragningsverktyg för att snabbt slutföra PCB -design

Figur 1: Designingenjörer får IP, PCB -konstruktörer använder vidare topologiplanering och ledningsverktyg för att stödja IP, snabbt kompletterar hela PCB -designen.

Istället för att behöva gå igenom en process av interaktion och iteration mellan designingenjörer och PCB -designers för att få rätt designavsikt, får designingenjörerna redan denna information och resultaten är ganska korrekta, vilket hjälper PCB -designers mycket. I många konstruktioner gör designingenjörer och PCB -konstruktörer interaktiv layout och kabeldragning, vilket tar värdefull tid på båda sidor. Historiskt sett är interaktivitet nödvändigt, men tidskrävande och ineffektivt. Den ursprungliga planen som designingenjören tillhandahåller kan bara vara en manuell ritning utan rätt komponenter, bussbredd eller stiftutgångssignaler.

Medan ingenjörer som använder topologiplaneringstekniker kan fånga layout och sammankopplingar av vissa komponenter när PCB -konstruktörer blir involverade i konstruktionen, kan designen kräva layout av andra komponenter, fånga andra IO- och bussstrukturer och alla sammankopplingar.

PCB -konstruktörer måste anta topologiplanering och interagera med upplagda och olagliga komponenter för att uppnå optimal layout och interaktionsplanering, och därigenom förbättra PCB -designens effektivitet.

Efter att kritiska områden med hög densitet har lagts ut och topologiplaneringen erhållits kan layouten slutföras före den slutliga topologiplaneringen. Därför kan vissa topologibanor behöva fungera med den befintliga layouten. Även om de har lägre prioritet måste de fortfarande vara anslutna. Således genererades en del av planeringen kring komponenternas layout. Dessutom kan denna planeringsnivå kräva mer detaljer för att ge nödvändig prioritet åt andra signaler.

Detaljerad topologiplanering

Figur 2 visar en detaljerad layout av komponenterna efter att de har lagts ut. Bussen har totalt 17 bitar och de har ett ganska välorganiserat signalflöde.

 

Hur kan PCB -konstruktörer använda topologiplanering och kabeldragningsverktyg för att snabbt slutföra PCB -design

Figur 2: Nätlinjer för dessa bussar är resultatet av topologiplanering och layout med högre prioritet.

För att planera den här bussen måste PCB -konstruktörer överväga befintliga hinder, regler för lagdesign och andra viktiga begränsningar. Med dessa förhållanden i åtanke, kartlade de en topologibana för bussen som visas i figur 3.

Hur kan PCB -konstruktörer använda topologiplanering och kabeldragningsverktyg för att snabbt slutföra PCB -design

Figur 3: Den planerade bussen.

I figur 3 lägger detalj “1” ut komponentstiften på det översta lagret av “rött” för den topologiska vägen som leder från komponentstiften till detalj “2”. Det okapslade området som används för denna del, och endast det första lagret identifieras som kabellagret. Detta verkar uppenbart ur designmässig synvinkel, och routingsalgoritmen kommer att använda den topologiska vägen med det översta lagret anslutet till rött. Vissa hinder kan emellertid ge algoritmen andra lagringsdirigeringsalternativ innan denna buss automatiskt dirigeras.

När bussen är organiserad i snäva spår i det första lagret börjar konstruktören planera övergången till det tredje lagret i detalj 3, med hänsyn till avståndet bussen färdas över hela kretskortet. Observera att denna topologiska väg på det tredje lagret är bredare än det översta lagret på grund av det extra utrymme som krävs för att rymma impedansen. Dessutom specificerar designen den exakta platsen (17 hål) för lageromvandlingen.

Eftersom den topologiska vägen följer det högra mittpartiet i figur 3 för detaljer “4”, måste många enkelbits T-formade korsningar dras från de topologiska bananslutningarna och enskilda komponentstift. PCB -designerns val är att behålla det mesta av anslutningsflödet på lager 3 och till andra lager för anslutning av komponentstift. Så de ritade ett topologiområde för att indikera anslutningen från huvudpaketet till lager 4 (rosa), och fick dessa enkelbitars T-formade kontakter ansluta till lager 2 och sedan ansluta till enhetens stift med andra genomgående hål.

Topologiska banor fortsätter på nivå 3 för att specificera “5” för att ansluta aktiva enheter. Dessa anslutningar ansluts sedan från de aktiva stiften till ett neddragningsmotstånd under den aktiva enheten. Designern använder ett annat topologiområde för att reglera anslutningar från lager 3 till lager 1, där komponentstiften är uppdelade i aktiva enheter och neddragningsmotstånd.

Denna detaljplanering tog cirka 30 sekunder att slutföra. När den här planen har fångats kan PCB -designern omedelbart vilja dirigera eller skapa ytterligare topologiplaner och sedan slutföra alla topologiplaner med automatisk routing. Mindre än 10 sekunder från att planeringen slutförts till resultaten av automatisk kabeldragning. Hastigheten spelar ingen roll, och i själva verket är det slöseri med tid om designerns avsikter ignoreras och den automatiska ledningskvaliteten är dålig. Följande diagram visar resultaten av automatiska ledningar.

Topologi routing

Med början längst upp till vänster är alla ledningar från komponentstiften placerade på lager 1, uttryckt av konstruktören, och komprimerade till en tät bussstruktur, som visas i detaljerna “1” och “2” i figur 4. Övergången mellan nivå 1 och nivå 3 sker i detalj “3” och har formen av ett mycket rymdkrävande genomgående hål. Återigen beaktas impedansfaktorn, så linjerna är bredare och mer åtskilda, som representeras av den faktiska bredden.

Hur kan PCB -konstruktörer använda topologiplanering och kabeldragningsverktyg för att snabbt slutföra PCB -design

Figur 4: Resultat av routing med topologier 1 och 3.

Som visas i detalj “4” i figur 5, blir topologibanan större på grund av behovet av att använda hål för att rymma en-bitars T-korsningar. Här återspeglar planen igen designerns avsikt för dessa en-bitars T-typ utbytespunkter, ledningar från lager 3 till lager 4. Dessutom är spåret på det tredje lagret mycket tätt, även om det expanderar lite vid införingshålet, tights det snart igen efter att ha passerat hålet.

Hur kan PCB -konstruktörer använda topologiplanering och kabeldragningsverktyg för att snabbt slutföra PCB -design

Figur 5: Resultat av routing med detalj 4 topologi.

Figur 6 visar resultatet av automatisk kabeldragning i detalj “5”. Aktiva enhetsanslutningar i lager 3 kräver konvertering till lager 1. Genomgående hål är ordnade snyggt ovanför komponentstiften, och skikt 1-tråden är först ansluten till den aktiva komponenten och sedan till neddragningsmotståndet för skikt 1.

Hur kan PCB -konstruktörer använda topologiplanering och kabeldragningsverktyg för att snabbt slutföra PCB -design

Figur 6: Resultatet av routing med detalj 5 -topologin.

Slutsatsen i exemplet ovan är att de 17 bitarna är detaljerade i fyra olika enhetstyper, vilket representerar designerns avsikt för lager och vägriktning, som kan fångas in på cirka 30 sekunder. Sedan kan högkvalitativa automatiska ledningar utföras, den nödvändiga tiden är cirka 10 sekunder.

Genom att höja abstraktionsnivån från kabeldragning till topologiplanering reduceras den totala sammankopplingstiden kraftigt, och designers har en riktigt klar förståelse av densitet och potential att slutföra designen innan sammankopplingen börjar, till exempel varför fortsätta kabeldragning vid denna tidpunkt i designen? Varför inte fortsätta med planeringen och lägga till kablar i ryggen? När planeras hela topologin? Om exemplet ovan beaktas kan abstraktionen av en plan användas med en annan plan snarare än med 17 separata nätverk med många linjesegment och många hål i varje nätverk, ett koncept som är särskilt viktigt när man överväger en Engineering Change Order (ECO) .

Engineering Change Order (ECO)

I följande exempel är FPGA -stiftutmatningen ofullständig. Designingenjörerna har informerat PCB -konstruktörerna om detta faktum, men av schemalagda skäl måste de avancera konstruktionen så långt som möjligt innan FPGA -stiftutgången är klar.

Vid känd pin -utgång börjar PCB -designern att planera FPGA -utrymmet, och samtidigt bör designern överväga ledningarna från andra enheter till FPGA. IO var planerat att vara på höger sida av FPGA, men nu är det på vänster sida av FPGA, vilket gör att stiftutmatningen skiljer sig helt från den ursprungliga planen. Eftersom designers arbetar på en högre abstraktionsnivå kan de tillgodose dessa förändringar genom att ta bort omkostnaderna för att flytta alla kablar runt FPGA och ersätta den med topologiska sökvägsändringar.

Det är dock inte bara FPGas som påverkas; Dessa nya stiftutgångar påverkar också ledningarna som kommer ut från de relaterade enheterna. Banans ände rör sig också för att rymma den platt-inkapslade ledningsinmatningsbanan; Annars kommer tvinnade parkablar att vridas och slösa värdefullt utrymme på högdensitetskortet. Vridning för dessa bitar kräver extra utrymme för ledningar och perforeringar, som kanske inte uppfylls i slutet av designfasen. Om schemat var stramt skulle det vara omöjligt att göra sådana justeringar på alla dessa rutter. Poängen är att topologiplanering ger en högre abstraktionsnivå, så att implementera dessa ECO är mycket lättare.

Den automatiska routingsalgoritmen som följer designerns avsikt sätter en kvalitetsprioritet framför en kvantitetsprioritet. Om ett kvalitetsproblem identifieras är det helt rätt att låta anslutningen misslyckas istället för att producera en ledning av dålig kvalitet, av två skäl. För det första är det lättare att ansluta en misslyckad anslutning än att städa upp denna ledning med dåliga resultat och andra kabeldragningar som automatiserar ledningar. För det andra utförs designerns avsikt och designern lämnas för att bestämma kvaliteten på anslutningen. Dessa idéer är emellertid bara användbara om anslutningarna för felaktiga ledningar är relativt enkla och lokaliserade.

Ett bra exempel är en kabels oförmåga att uppnå 100% planerade anslutningar. Istället för att offra kvalitet, låt lite planering misslyckas, lämna några oanslutna ledningar bakom. Alla ledningar dirigeras genom topologiplanering, men inte alla leder till komponentstift. Detta säkerställer att det finns utrymme för misslyckade anslutningar och ger en relativt enkel anslutning.

Denna artikel sammanfattning

Topologiplanering är ett verktyg som fungerar med en digital signaliserad PCB -designprocess och är lättillgänglig för designingenjörer, men den har också specifika rymd-, lager- och anslutningsflödesmöjligheter för komplexa planeringshänsyn. PCB -designers kan använda topologiplaneringsverktyget i början av designen eller efter att designingenjören har fått sin IP, beroende på vem som använder detta flexibla verktyg för att bäst passa sin designmiljö.

Topologikablar följer helt enkelt designerns plan eller avsikt att tillhandahålla högkvalitativa kabelresultat. Topologiplanering, när den står inför ECO, är mycket snabbare att använda än separata anslutningar, vilket gör det möjligt för topologikabeln att anta ECO snabbare, vilket ger snabba och exakta resultat.