Routing mit beliebigen Winkeln: Wann sollten Sie es verwenden?

EDA-Tools haben sich seit dem Aufkommen von Personal Computing drastisch weiterentwickelt. Erweiterte Routing-Funktionen - wie etwa Auto-Router, interaktives Routing, Längenabstimmung und Pin-Swapping - helfen den Designern dabei, produktiv zu bleiben. Insbesondere dann, wenn die Geräte- und Spurbahndichte zunimmt. Das Routing ist normalerweise auf 45-Grad- oder rechtwinklige Drehungen mit typischen Layout- und Routing-Tools beschränkt. Fortschrittlichere PCB-Designsoftware ermöglicht den Benutzern das Routing nun in jedem beliebigen Winkel vorzunehmen.

Welchen Routing-Stil sollten Sie also verwenden und was sind die Vorteile des beliebigen Winkel-Routings? Wie bei vielen Konstruktionsfragen erfordert der Wechsel von Standard-Spurbahngeometrien zu beliebigen Winkel-Routings auch einer Reihe von Kompromissen. Winkel-Routing kann aber trotzdem in einigen Designs die bessere Wahl sein. Wir hoffen Ihnen können unsere hier zusammengestellten Ratschläge dabei helfen zu entscheiden, wann ein beliebiges Winkel-Routing in Ihrer nächsten PCB sinnvoll sein mag.

Was ist ein beliebiges Winkel-Routing?

Wie der Name schon vermuten lässt, ermöglicht das beliebige Winkel-Routing dem Designer, eine Spur in jedem beliebigen Winkel zu routen - sogar entlang einer komplizierten Kurve. Interaktive Routing-Tools in hochwertiger PCB-Designsoftware enthalten normalerweise eine Funktion, mit der Sie einen Bogen zum Routing einer Kurve definieren oder den Endpunkt einer Spur einfach in die gewünschte Richtung ziehen können. Dadurch entfällt die Einschränkung, dass Leiterbahnen stets mit 45-Grad-Winkeln oder rechtwinklig geführt werden müssen.

Obwohl das Routing mit 45-Grad- und 90-Grad-Winkeln dabei hilft, Ihre Leiterbahnen gut organisiert und optisch ansprechend zu gestalten, ist es nicht der einzige Weg, wie Signale weitergeleitet werden können. Der Hauptvorteil des beliebigen Winkel Routings ist die Möglichkeit, Längenabweichungen zwischen Gruppen von Single-Ended-Leiterbahnen zu verringern. Dieses trägt dazu bei, dass zum einen Platz auf der Platine gespart wird. Gleichzeitig reduziert es das Maß an Leiterbahnmäandern, welches für die Längenanpassung erforderlich ist.

In einigen Fällen kann dieses neue Vorgehen - entlang einer relativ geraden Linie zu routen - die Notwendigkeit für zwei oder mehr Vias auf einer Signalspur beseitigen. Es kann auch dazu verwendet werden, um ein Problem zu lösen, das bei der Verwendung eines unassisted Auto-Routers auftreten kann: das sogenannte "Clinching". Durch die kreative Verwendung von Vias zusammen mit einem beliebigen Winkel-Routing, können Sie das Routing um eine andere Gruppe von Leiterbahnen und Vias herum vermeiden. Stattdessen können Sie direkt zwischen zwei Punkten auf der Oberflächenschicht oder mit einer minimierten Anzahl von Layer-Übergängen routen.

Routing auf Kurven: Platzieren eines Bogens in einem Routing mit beliebigem Winkel

Ein interessantes Routing-Schema ist das Routing von Leiterbahnen mittels eines Bogens. Dieses kann bei bestimmten Boards einige Vorteile mit sich bringen. Insbesondere bei einer runden Platine können Sie durch das Routing entlang eines Bogens Platz sparen, wenn Sie Leiterbahnen entlang der Außenseite der Platine verlegen. Dies ist eine bessere Wahl als etwa ein achteckiges Routing: Denn es reduziert die Gesamtgröße der Platine und erlaubt es Ihnen mehr Leiterbahnen in einen bestimmten Bereich einzubauen oder etwa mehr Komponenten innerhalb einer engen Anordnung unterzubringen.

Das beliebige Winkel-Routing mittels zirkulärer Bögen ist dabei keine "entweder-oder"-Entscheidung. Wenn Sie Zugang zu den richtigen Routing-Tools haben, können Sie sowohl gerade Segmente als auch Bögen gemeinsam auf einer Single-Spur verwenden. Dies kann Ihnen helfen, einige komplexe Routing-Probleme zu lösen, die über das einfache Routing entlang einer gekrümmten Platine hinausgehen. Es gibt zwei Beispiele hierfür, die ich kurz vorstellen möchte:

Zum einen gibt es den Fall, in dem Sie eine quadratische oder rechteckige Platine vorliegen haben. Hier sei ein großer Anteil einer quadratischen oder rechteckigen Komponente entlang der Platinendiagonale abgewinkelt - d. h. in einem Winkel von 45 Grad im Vergleich zur Platinenkante. In diesem Fall können Sie das beliebige Winkel-Routing - speziell im Falle des Abbrechens eines Pads auf der Komponente - dazu nutzen gerade Leiterbahnen mit weniger Platz und/oder höherer Leiterbahndichte zu gestalten - im Vergleich zu herkömmlichen 45-Grad-Routing.

Beliebiges Winkel-Routing zwischen ICs

Es gibt einen weiteren Vorteil - der zunächst nicht sofort offensichtlich ist, wenn wir uns das obige Bild ansehen. Angenommen, die 5 Signalspuren, die vom zentralen IC abbrechen, müssen auf ihre Länge hin angepasst werden. Wenn wir im obigen Bild etwa 45-Grad-Turns verwenden würden, gäbe es eine größere Längenabweichung zwischen parallelen Spuren, sodass für die inneren Spuren ein größerer Mäander erforderlich wäre, bevor diese die nachgeschalteten ICs erreichen. Das Routing entlang eines Kreisbogens zwischen einem 45-Grad-Anteil und dem geraden Teil der Spur ist dabei kürzer als etwa das Routing entlang einer komplett geraden Linien. Dieses führt letztlich dazu, dass Längenunterschiede zwischen diesen fünf Spuren reduziert werden. Wenn die Signalanstiegszeit selbst lang genug ist, benötigen Sie möglicherweise überhaupt keine Längenanpassung.

BGA Breakouts und Differenzialpaare

Mit einem BGA können Sie auch beliebige Winkel-Routings verwenden, wenn Sie etwa Break Outs bei Pads unterhalb eines Bauteils anstreben. Dies kann Ihr Routing-System flexibler machen als etwa ein einfaches Dog-Bone-Fanout. Die Kombination im zuvor aufgezeigten Fall eines Bogen-Routings mit einer gedrehten Komponente, ermöglicht es Ihnen an beliebiger Stelle aus dem BGA auszubrechen.

Auch wenn Sie Differenzialpaare mittels eines bestimmten Signalisierungsstandards routen möchten, können Sie auch hier ein beliebiges Winkel-Routing verwenden. Allerdings müssen Sie dann sicherstellen, dass eine gleichmäßige, symmetrische Kopplung entlang des gesamten Paares aufrechterhalten wird - um die Anforderungen der differenziellen Impedanz auch weiterhin zu erfüllen. Trotz allem, können die oben gezeigten Vorteilen des Bogen-Routings in ihrer Gesamtheit auch hier dazuführen, dass sich Längenabweichungen reduzieren lassen. Vor allem dann, wenn Sie etwa Gruppen von differentiellen Paaren um Ihre Platine herum routen möchten.

Das beliebige Winkel-Routing bietet eine attraktive Alternative zu Dog-Bone-Fanouts

Genau wie bei Ihren anderen Routing-Tools, ist das Routing in einem beliebigen Winkel möglicherweise nicht in allen Situationen das richtige Vorgehen. Aber es ermöglicht Ihnen, mit Ihrem Routing-Schema in verschiedenen Platinen flexibel umzugehen. Die interaktiven Routing-Funktionen im Altium Designer^® sind ideal für die Implementierung jedes Routing-Stils. Die im Altium Designer hinterlegten Routing-Funktionen überprüfen dabei automatisch schon bei der Erstellung des Designs, Ihr Layout auf die von Ihnen vorgegebenen Design-Regeln.

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