PCB wiring methods continue to improve, and flexible wiring techniques can reduce wire length and free up more PCB space. การเดินสาย PCB แบบธรรมดานั้นถูกจำกัดด้วยพิกัดลวดคงที่และไม่มีสายที่ทำมุมโดยพลการ การขจัดข้อจำกัดเหล่านี้สามารถปรับปรุงคุณภาพของการเดินสายได้อย่างมาก

Let’s start with some terminology. เรากำหนดการเดินสายแบบมุมตามอำเภอใจเป็นการเดินสายโดยใช้ส่วนของมุมและเรเดียนตามอำเภอใจ เป็นการเดินสายไฟชนิดหนึ่งแต่ไม่จำกัดเพียงการใช้ส่วนของเส้นมุม 90 องศาและ 45 องศาเท่านั้น 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. ให้เรานิยามคำว่า การเดินสายแบบยืดหยุ่น ว่าเป็นการเดินสายแบบลวดที่ไม่มีรูปร่างตายตัว ซึ่งช่วยให้สามารถคำนวณรูปร่างลวดใหม่ตามเวลาจริง เพื่อให้เกิดความเป็นไปได้ในการแปลงรูปแบบดังต่อไปนี้ เฉพาะส่วนโค้งจากสิ่งกีดขวางและแทนเจนต์ทั่วไปเท่านั้นที่ใช้เพื่อสร้างรูปร่างของเส้น (Obstacles include pins, copper foil, forbidden areas, holes and other objects) part of the circuit of two PCB models. สายสีเขียวและสีแดงทำงานบนชั้นต่างๆ ของรุ่น PCB 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. รูปที่ 1B เป็นแบบจำลอง PCB โดยใช้ส่วนโค้งและมุมโดยพลการ 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. แสดง PCB จริงที่พัฒนาขึ้นในปี 1972 โดยบริษัทอเมริกันชื่อ Digibarn สำหรับการเดินสายด้วยมือแบบสมบูรณ์ This is a PCB board based on Intel8008 computer. การเดินสายมุมตามอำเภอใจที่แสดงในรูปที่ 2 นั้นคล้ายกันจริงๆ Why would they use arbitrary Angle wiring? เนื่องจากการเดินสายไฟประเภทนี้มีข้อดีหลายประการ Arbitrary Angle wiring has many advantages. First, not using the angles between line segments saves PCB space (polygons always take up more space than tangents). Traditional automatic cablers can place only three wires between adjacent components (see left and center in Figure 3). อย่างไรก็ตาม เมื่อเดินสายไฟที่มุมใดๆ จะมีพื้นที่เพียงพอสำหรับวางสายไฟ 4 เส้นบนเส้นทางเดียวกันโดยไม่ละเมิดการตรวจสอบกฎการออกแบบ (DRC) สมมติว่าเรามีชิปโหมดบวกและต้องการเชื่อมต่อพินของชิปกับพินอื่นอีกสองพิน Using only 90 degrees takes up a lot of space. การใช้การเดินสายไฟแบบ Angle ตามอำเภอใจสามารถลดระยะห่างระหว่างชิปและพินอื่นๆ ในขณะที่ลดรอยเท้า 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. นี่ไม่ใช่แค่ทฤษฎีเท่านั้น แต่ยังเป็นวิธีแก้ปัญหาเชิงปฏิบัติด้วย (บางครั้งอาจเป็นทางออกเดียวที่เป็นไปได้) Shows an example of a simple PCB. Topology cabler results, while automatic cabler results based on optimal shape are photos of the actual PCB. An automatic cabler based on optimal shape cannot do this because the components are rotated at arbitrary angles. คุณต้องการพื้นที่มากขึ้น และถ้าคุณไม่หมุนส่วนประกอบ อุปกรณ์จะต้องทำให้ใหญ่ขึ้น 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. หากมีมุมระหว่างส่วนของเส้นลวด เมื่อมุมนี้เพิ่มขึ้น ระดับของครอสทอล์คจะลดลง 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. Consider the following three wiring methods. 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. The cabler automatically calculates the optimal shape of the wire (taking into account the necessary safety clearance). Flexible cabling can therefore greatly reduce the time required to edit the topology, nicely supporting multiple recabling to meet constraints. นี่แสดงให้เห็นการออกแบบ PCB ที่เคลื่อนที่ผ่านรูและจุดสาขา During automatic movement, wire branch points and through-holes are adjusted to the optimal position. 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. เมื่อพบเส้นทางจะได้รับการแก้ไขและกลายเป็นส่วนหนึ่งของเขาวงกต The disadvantage of sequential wiring is that the wiring result may depend on the wiring order. เมื่อคุณภาพทอพอโลยียังห่างไกลจากความสมบูรณ์แบบ ปัญหา “การติดขัด” จะเกิดขึ้นในพื้นที่เล็กๆ ในท้องถิ่น 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. การดัดลวดหมายถึงปรากฏการณ์ที่ลวดในเครือข่ายหนึ่งต้องเดินรอบวัตถุบนเครือข่ายอื่นเพื่อเข้าถึงวัตถุ Rewiring a wire will not correct this. แสดงตัวอย่างการดัด A lit red wire travels around a pin in the other network, and an unlit red wire connects to this pin. แสดงผลการประมวลผลอัตโนมัติ 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. Red bent wires are highlighted. In a Steiner tree, all lines must be connected as segments to vertices (endpoints and additions). ที่ด้านบนของจุดยอดใหม่แต่ละจุด สามส่วนต้องบรรจบกันและต้องสิ้นสุดไม่เกินสามส่วน The Angle between the line segments that converge to the vertex shall not be less than 120 degrees. It is not very difficult to construct a Steiner with these sufficient conditional properties, but it is not necessarily minimal. Gray Steiner trees are not optimal, but black Steiner trees are. ในการออกแบบการสื่อสารในทางปฏิบัติ จะต้องพิจารณาถึงอุปสรรคประเภทต่างๆ พวกเขาจำกัดความสามารถในการสร้างต้นไม้ขยายขั้นต่ำโดยใช้ทั้งอัลกอริธึมและต้นไม้ Steiner โดยใช้วิธีการทางเรขาคณิต 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. กลไกหลักในที่นี้คืออัลกอริธึมที่ใช้แรงซึ่งคำนวณแรงที่กระทำต่อจุดยอดใหม่และเคลื่อนไปยังจุดสมดุลซ้ำๆ (ขนาดและทิศทางของแรงขึ้นอยู่กับเส้นลวดที่จุดสาขาที่อยู่ติดกัน) ถ้ามุมระหว่างส่วนของเส้นตรงคู่หนึ่งที่เชื่อมต่อกับจุดยอด (จุดปลายหรือการบวก) น้อยกว่า 120 องศา สามารถเพิ่มจุดสาขาได้ จากนั้นจึงสามารถใช้อัลกอริทึมทางกลเพื่อปรับตำแหน่งจุดยอดให้เหมาะสม 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. นอกจากนี้ยังอนุญาตสำหรับพื้นที่ที่ห้ามการเชื่อมต่อปลายทาง และจำนวนโหนดปลายทางสามารถกำหนดเองได้

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. Some of the layers in the diagram have escaped wiring. รูปที่ 16 แสดงหนึ่งในสี่ของ BGA At the same time, when using the “center to periphery” wiring method, the number of channels required to exit to the periphery does not change from layer to layer. This will greatly reduce the number of layers. For a component size of 28x28mm, 7 layers are sufficient. For larger components, it’s a win-win. 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. Arbitrary Angle ทอพอโลยีอัตโนมัติ cabler สามารถทำได้ 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.