电路设计

加速和改进PCB布线

2019-07-14 11:09发布

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将任意角度布线定义为使用任意角度的线段和弧度进行的导线布线。它是一种导线布线，但不限于只能使用90度和45度角度的线段。拓扑式布线是不粘附栅格和坐标的导线布线，不使用像基于形状的布线器那样的规则或不规则栅格。让我们把术语灵活布线定义为没有形状固定的导线布线，能够通过实时导线形状再计算实现下文的转变可能性。只有来自障碍物的圆弧和它们的公切线被用来形成走线形状。(障碍物包括引脚、铜箔、禁布区、过孔和其它物体)
任意角度布线的优势 
 
任意角度布线有许多优势。首先，不使用线段间的角度可以节省PCB空间(多边形所占的空间总是要大于内切圆)。 
传统的自动布线器在紧邻元件之间只能布3根线(见图3中的左边和中间)。而任意角度布线时的空间足以在相同路径上布4根线而不违反设计规则检查(DRC)。电磁干扰(EMI) 
 
如果没有并行导线段，版图性能将得到很大的提升，因为并行导线段经常是串扰的来源。随着并行导线长度的增长，串扰等级将呈线性增加。当并行导线之间的间距增加时，串扰则呈二次方减小。如果导线段之间有个夹角，那么当这个夹角增加时，串扰等级将下降。这时的串扰不取决于导线长度，仅受限于夹角值。因此任意角度布线有助于减小总的导线长度，并显著减少电磁干扰。
灵活布线的优势 
 
元件的人工和自动移动不会破坏灵活布线中的走线。布线器会自动计算导线的最佳形状(考虑必要的安全间隙)。因此灵活布线可以极大地减少编辑拓扑所需的时间，很好地支持因为要满足限制条件而做的多次重新布线。在自动移动过程中，导线分支点和过孔被调整到最佳位置。在大多数计算机辅助设计(CAD)系统中，布线互连问题被简化为在焊盘、禁布区和已布好的导线形成的迷宫中按顺序寻找成对点之间的路径问题。当找到一条路径时，它就被固定下来，并成为迷宫的一部分。顺序布线的缺点是布线结果可能与布线的顺序有关。 当拓扑质量仍然离完美很远时，在局部很小的区域将发生“被困住”的问题。但不管你重新布线哪根导线，都无法改善布线的质量。这是在使用顺序优化的所有CAD系统中都存在的很严重的问题。

这时应用打弯消除过程就很有用了。导线打弯是指某条网络中的导线想要接入某个物体时必须围着另一条网络上的物体四周行走的现象。重新布线一条导线并不能纠正这种现象。在Steiner树中，所有连线都必须以线段方式连接到顶点(终点和新增点)。在每个新增顶点的顶部，三个线段必须汇聚在一起，终点的线段不得超过3个。集中到顶点的线段之间的夹角不得小于120度。构造具有这些充足条件性能的Steiner不是很困难，但没有必要是最小的。在实际通信设计中，必须考虑到存在不同种类的障碍物。它们会限制使用两种算法构造最小生成树的能力和使用几何方法构造Steiner树的能力。建议从任意一个终结顶点开始。如果有超过一个的相邻终结顶点，你应该选择一个允许你继续使用第二个顶点的那个顶点。这是由角度决定的。
这里的主要机制是一种基于力的算法，它会计算作用在新增顶点上的力，并反复移动它们到一个平衡点(力的幅度和方向取决于邻近分支点的导线)。如果接入某个顶点(终点或新增点)的一对线段之间的角度小于120度，可以再增加一个分支点，然后使用力学算法优化顶点的位置。值得注意的是，只是按降序排序所有角度然后按这个顺序增加新的顶点是行不通的，结果会更糟。在新加一个节点之后，你应该检查由4个引脚组成的子网的最小性： 
1．如果顶点增加到其它新增顶点的邻近位置，要检查最小的四引脚网络。 
2．如果四引脚网络不是最小的，选择一对“对角”(属于四边形对角线)终点或虚拟的终端节点(虚拟终端节点－导线弯曲)。 
3．连接终点(虚拟终点)到最近的新增顶点的线段被连接终点(虚拟终点)到远处的新增顶点的线段所代替。 
4．使用力学算法优化顶点的位置其它优势 
 
任何角度灵活布线还有其它一些有趣的优势。例如，如果你能借助自动的实时导线形状重新计算功能自动移动许多物体，你可以创建并行的蛇形线。这种布线方式能够更好的利用空间，最大限度地减小反复次数，并且允许灵活地使用容差。如果有两条蛇形线相互交织在一起，自动布线器会减小其中一条或同时减小两条的长度，具体取决于规则优先级。

资料来源：一牛网论坛关键词：PCB、PCB布线、PCB设计

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