Vereinfachen Sie das Routing mit Pin-, Bauteil- und Diff-Paar-Tausch

Beim Platzieren von Bauteilen für ein PCB-Design führt die Platzierung oft zu Verbindungen, die sich kreuzen werden. Obwohl Vias zu anderen Schichten oder etwas längere Leiterbahnen verwendet werden können, um eine kleine Anzahl von Kreuzungsverbindungen zu adressieren, kann eine große Anzahl von Kreuzungen, wie in der untenstehenden Abbildung, das Routing extrem schwierig und zeitaufwendig machen.

Für komplexeres Routing mit einer größeren Anzahl von Kreuzungen greifen PCB-Designer typischerweise auf das Tauschen von Gerätepins und Unterbauteilen zurück, um die Anzahl der Kreuzungsverbindungen zu reduzieren. Während das Tauschen von Pins oder Bauteilen Kreuzungen im PCB eliminiert, müssen solche Änderungen auch zurück in das Schaltbild übertragen werden. Dieses Dokument beschreibt eine Methode, mit der das Tauschen von Pins, Unterbauteilen und Diff-Paaren leicht verwaltet werden kann, um optimales Routing durch Reduzierung von Kreuzungsverbindungen zu erreichen, während gleichzeitig die Design-Synchronisation zwischen dem Schaltbild und dem Vereinfachen des PCB-Routings aufrechterhalten wird.

Ein PCB mit vielen Kreuzungsverbindungen

EINFÜHRUNG

Optimale Bauteilplatzierung trägt wesentlich dazu bei, Kreuzungsverbindungen zu minimieren. Allerdings können Kreuzungen nie vollständig vermieden werden. Eine große Anzahl von Kreuzungsverbindungen macht das Routing des PCB extrem herausfordernd und zeitaufwendig. Es ist üblich, dass PCB-Designer, wo elektrisch möglich, Netz-Zuweisungen von einem Gerätepin zu einem anderen geeigneten Gerätepin tauschen. Ähnlich können Unterbauteile innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses getauscht werden, um Kreuzungsverbindungen zu reduzieren.

Das Tauschen von Pins beruht auf der Tatsache, dass die Netze von zwei verschiedenen physischen Pins getauscht werden können, ohne dass dies negative Auswirkungen auf die elektrische Funktionalität des Designs hat. Ein einfaches Beispiel wären die zwei Pins eines Widerstands. Da ein Widerstandspin keine eindeutige Polarität hat, können Sie die Pins frei tauschen, um eine Kreuzung zu eliminieren und dennoch wie vorgesehen zu funktionieren.

Ein weiteres praktisches Beispiel wäre ein Steckverbinder mit hoher Pin-Anzahl, bei dem keine strenge Anforderung an die spezifische Signalzuweisung zu jedem einzelnen Pin besteht. Mit der Flexibilität, viele Pins an einem Steckverbinder zu tauschen, könnten mehrere Kreuzverbindungen potenziell eliminiert werden. Vielleicht ist der am besten geeignete Komponententyp für Pin-Tausch ein FPGA-Gerät, bei dem seine benutzerdefinierbaren I/O-Pins, innerhalb der anwendbaren Spannungsbänke, es Ihnen ermöglichen, Pins nach Bedarf frei neu zuzuweisen.

Beim Sub-Part-Tausch werden ähnliche Teile innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses getauscht. Zum Beispiel hat ein LM6154 Quad Op Amp IC vier separate und identische Operationsverstärker in einem einzigen Gehäuse. So könnten Sie den Operationsverstärker C (Pins 8, 9 und 10) mit dem Operationsverstärker A (Pins 2, 3 und 1) tauschen, um Kreuzverbindungen zu eliminieren und dabei die gleiche Funktionalität zu erhalten. Der Sub-Part-Tausch wird manchmal als „Gate-Tausch“ bezeichnet, was bedeutet, dass die 4 einzelnen Gates innerhalb eines SN74S02N Quad NOR Gate-Pakets frei getauscht werden können.

Der Tausch von Gerätepins und Sub-Parts hilft stark dabei, die Gesamtzahl der Kreuzverbindungen in einer PCB-Erdung zu reduzieren. Um den Tausch von Gerätepins oder Sub-Parts erfolgreich umzusetzen, müssen Sie im Voraus definieren, welche Pins tauschbar sind. Darüber hinaus müssen, sobald Pin- oder Teiletausche innerhalb des Printed Circuit Board PCB-Designs vorgenommen wurden, das Schaltbild aktualisiert werden, um die Änderungen widerzuspiegeln und mit dem PCB-Layout synchron zu bleiben. Ein Versäumnis, sie synchron zu halten, kann zu katastrophalen Fehlern führen.

PIN- UND TEILETAUSCH

Der Pin- oder Teiletausch wird in drei allgemeinen Schritten durchgeführt: Konfigurieren der Tauschdaten, Durchführen der Pin- oder Teiletausche und schließlich Synchronisieren der Schaltpläne mit den Tauschaktualisierungen.

KONFIGURIEREN DER TAUSCHGRUPPEN

Tauschgruppen definieren die Pins, die frei getauscht werden können. Jeder Pin innerhalb einer gegebenen Tauschgruppe kann mit jedem anderen Pin innerhalb derselben Gruppe getauscht werden. Das Definieren von Tauschgruppen ist in der Regel eine einmalige Anstrengung, die auf der Ebene der Symbolbibliothek, der Schaltplanebene oder innerhalb des PCB-Dokuments durchgeführt werden kann. Tauschgruppen können für jede Komponente oder Komponenteninstanz jederzeit im Designprozess mit dem Konfigurationspanel für Pin-Tausch definiert werden. Das Definieren von Tauschgruppen für Differential Pair und Sub-Parts-Tausch kann ähnlich definiert werden. Die Abbildung ist ein Screenshot, der zeigt, wie Tauschgruppen einfach definiert werden können.

Definieren einer Gruppe von FPGA I/O-Pins gemäß Banknummer

DURCHFÜHREN DER PIN- ODER TEILETAUSCHE

Sobald die Tauschgruppen definiert wurden, können Pin-Tausch, Differenzpaar-Tausch oder Teil-Tausch interaktiv innerhalb des PCB-Designprozessdokuments durchgeführt werden. Die interaktiven Tauschfunktionen rufen Sie über Werkzeuge > Pin/Teil-Tausch auf, entsprechend den interaktiven Pin-Tausch-Auswahlen, die Sie getroffen haben. Es gibt auch einen automatischen Pin-Tauschmodus, der alle Kreuzverbindungen innerhalb des Layouts analysiert und automatisch mehrere Pins tauscht, um die minimale Anzahl von Kreuzungen zu erreichen.

SYNCHRONISIERUNG DER SCHALTPLÄNE MIT DEN TAUSCHAKTUALISIERUNGEN:

Ein sehr kritischer Aspekt des Pin-Tauschs ist es, den Schaltplan zu aktualisieren, um das Projekt mit den Pin-Tausch-Änderungen, die im PCB-Layout vorgenommen wurden, zu synchronisieren. Dies geschieht einfach durch eine PCB-zu-Schaltplan-Aktualisierung innerhalb von Altium Designer. Eine bewährte Praxis ist es, in den Schaltplänen für alle Netze, die mit einer Tauschgruppe verbunden sein könnten, eine Verbindung über Net Label zu verwenden. Diese Praxis stellt sicher, dass die einzigen Änderungen am Schaltplan Net Label-Substitutionen sein werden. Andernfalls, wenn keine Net Labels verfügbar sind, würde der Pin-Tausch Schaltplansymbol-Pin-Substitutionen erfordern, um den Pin-Tausch durchzuführen. Schaltplansymbol-Substitution ist zulässig, aber standardmäßig deaktiviert. Sie wird nicht empfohlen, weil die resultierenden Symbole von den ursprünglichen Symbolen in der Bibliothek abweichen werden. Die Verbindung über Net Label ist die praktischste Methode, um den Pin-Tausch zu unterstützen.

Nachdem die Tauschvorgänge durchgeführt wurden, können Sie die Verbindungen erneut überprüfen, um zu sehen, wie viel Verbesserung erzielt wurde. Mit den hier beschriebenen Methoden erscheint das Board in der ersten Illustration nun unten. Es gibt eine signifikante Reduktion in der Anzahl der Kreuzungen.

Pin-Tausch durchgeführt auf FPGA (vergleiche mit der früheren Abbildung

SCHLUSSFOLGERUNG

Kreuzverbindungen innerhalb eines PCB-Editors können die Routing-Aufgabe komplizieren und zusätzliche Zeit oder Schichten für das Routing erfordern. Die Festlegung, welche Pins oder Teilkomponenten innerhalb eines Projekts oder einer Symbolbibliothek getauscht werden können, schafft viele Möglichkeiten, Kreuzungen zu eliminieren. Die Verwendung von interaktiven oder automatischen Tauschfunktionen reduziert die Anzahl der Kreuzverbindungen innerhalb eines Designs erheblich.