简化布线：引脚、部件和差分对交换

在放置PCB设计的部件时，放置通常会导致连接彼此交叉。虽然可以使用通往其他层的过孔或稍长的走线来解决少量的交叉连接，但像下图所示的大量交叉会使布线变得极其困难和耗时。

对于具有更多交叉连接的复杂布线，PCB设计师通常采用设备引脚和子部件交换来减少交叉连接的数量。虽然引脚或部件交换可以在PCB中消除交叉，但这些更改也必须反馈到原理图中。本文描述了一种方法，通过减少交叉连接来轻松管理引脚、子部件和差分对交换，以实现最佳布线，同时保持原理图与简化PCB布线之间的设计同步。

一个有许多交叉连接的PCB

引言

最佳的组件放置可以在很大程度上减少交叉连接线。然而，交叉连接永远无法完全避免。大量的交叉连接使得PCB布线变得极其具有挑战性和耗时。PCB设计师通常会在电气上可能的情况下，将一个设备引脚的网络分配交换到另一个合适的设备引脚。类似地，公共封装内的子部件可以交换以减少交叉连接。 引脚交换依赖于这样一个事实：两个不同物理引脚的网络可以交换，而不会对设计的电气功能产生任何负面影响。一个基本的例子是电阻器的两个引脚。因为电阻器的引脚没有独特的极性，你可以自由交换引脚来消除交叉，而且仍然能够按预期工作。

另一个实际的例子是高引脚数的连接器，其中对每个引脚的特定信号分配没有严格要求。有了在连接器上交换许多引脚的灵活性，可以潜在地消除几个交叉连接。或许最适合引脚交换的组件类型是FPGA设备，其用户可定义的I/O引脚，在适用的电压银行内，让您可以根据需要自由重新分配引脚。

在子部件交换中，公共封装内的类似部件被交换。例如，一个LM6154四路运算放大器IC在单一封装内有四个独立且相同的运算放大器。因此，您可以交换运算放大器C（引脚8、9和10）与运算放大器A（引脚2、3和1），以消除交叉连接线，同时保持相同的功能。子部件交换有时被称为“门交换”，意味着SN74S02N四路NOR门封装内的4个单独门可以自由交换。

设备引脚和子部件交换在减少PCB接地中的交叉连接总数方面大有帮助。要成功实施设备引脚或子部件交换，您必须预先定义哪些引脚可以交换。此外，一旦在印刷电路板PCB设计中进行了引脚或部件交换，就必须更新原理图以反映变化，并与PCB布局保持同步。未能保持同步可能导致灾难性的错误。

引脚和部件交换

引脚或部件交换分为三个一般步骤：配置交换数据、执行引脚或部件交换，最后，将原理图与交换更新同步。

配置交换组

交换组定义了可以自由交换的引脚。给定交换组内的任何引脚都可以与同一组内的任何其他引脚交换。定义交换组通常是一次性努力，可以在符号库级别、原理图级别或在PCB文档内进行。使用配置引脚交换面板，可以在设计过程中的任何时候为任何组件或组件实例定义交换组。为差分对和子部件交换定义交换组可以类似地定义。图为截图，显示了如何轻松定义交换组。

根据银行编号定义FPGA I/O引脚的一组

执行引脚或部件交换

一旦定义了交换组，就可以在PCB设计过程文档中交互式地执行引脚交换、差分对交换或子部件交换。您可以使用工具 > 引脚/部件交换来调用交互式交换功能，根据您所做的交互式引脚交换选择。还有一个自动引脚交换模式，它将分析布局中的所有交叉连接，并自动交换多个引脚以尽可能实现最少的交叉数量。

与交换更新同步原理图：

引脚交换的一个非常关键的方面是更新原理图以使项目与在PCB布局中所做的引脚交换更改同步。只需在Altium Designer中执行PCB到原理图更新即可。一个最佳实践是在原理图中使用Net Label连接任何可能与交换组相关联的网络。这种做法确保对原理图所做的唯一更改将是Net Label替换。否则，如果没有可用的网络标签，引脚交换将需要原理图符号引脚替换来完成引脚交换。允许进行原理图引脚替换，但默认情况下是禁用的。不建议这样做，因为结果符号将与库中的原始符号不同。通过网络标签连接是支持引脚交换的最实用方法。

完成交换后，您可以再次审查连接，看看改进了多少。使用这里描述的方法，第一幅图示中的电路板现在如下所示。交叉数量有显著减少。

在FPGA上执行的引脚交换（与前图比较

结论

在PCB编辑器内的交叉连接可能会使布线任务复杂化，并需要额外的时间或层来布线。声明哪些引脚或子部件可以在项目或符号库内交换，创造了许多消除交叉的机会。使用交互式或自动交换功能大大减少了设计内的交叉连接数量。