Enrutamiento automático de PCB con el Autorrutador Topológico Situs

Hay una herramienta en una aplicación de diseño de PCB que a la gente le encanta odiar: los autoruteadores. Utilicé autoruteadores en algunos de mis primeros diseños que tenían muchas pistas. Esos primeros tableros no tenían requisitos que limitaran la libertad de enrutamiento como impedancia controlada o presupuestos de pérdida. Probablemente podría (y debería) haber enrutado esos primeros tableros a mano solo para obtener más experiencia haciendo el diseño de PCB, pero de todos modos utilicé un autoruteador.

Mientras que muchos autoruteadores de la generación actual cumplen con cada uno de estos requisitos hasta cierto punto, los enfoques basados en cuadrículas, basados en formas o geométricos que toman en el mapeo del espacio de enrutamiento presentan serias limitaciones con tecnologías de empaquetado de componentes más densas, no ortogonales y geométricamente irregulares - tecnologías que se están volviendo más comunes en el diseño de tableros modernos. Los autoruteadores de la generación actual, debido a sus limitaciones geométricas, también tienden a producir resultados que "parecen autoruteados", lo que lleva a un extenso retrabajo manual. De hecho, muchos diseñadores evitan usar autoruteadores debido a esta limitación por sí sola.

El autoruteador Situs™ de Altium Designer es una herramienta que se puede utilizar para enrutar automáticamente redes específicas o clases de redes, y podría ser una herramienta útil para su proceso de diseño. Es importante señalar que este autoruteador es una herramienta de automatización avanzada que puede ayudar a eliminar gran parte del enrutamiento manual, pero es importante saber cuándo y dónde usarlo.

El autoruteador Situs no es una herramienta de apuntar y hacer clic. Requiere planificación y configuración.

Hacer el máximo uso de esta herramienta requiere cierta planificación y previsión en el diseño de la PCB, configurando Clases de Red para que grupos específicos de redes puedan ser objetivos del autoruteador, e incluso diseñando una estrategia de enrutamiento personalizada para implementar con el autoruteador Situs.En este artículo, examinaremos algunos antecedentes sobre el autoruteo, cómo configurar el autoruteador Situs, y un ejemplo que muestra los resultados de un autoruteador como Situs. Utilice los enlaces de la Tabla de Contenidos arriba para saltar a cada sección en esta guía.

Visión General del Autoruteador Situs

[Volver al inicio]

Enfoques Tradicionales para el Autoruteo

Un diseño electrónico es esencialmente una colección de componentes cuyos pines están conectados entre sí de una manera particular. El diseño se implementa organizando los componentes en una estructura mecánica de múltiples capas, llamada placa de circuito impreso (PCB). Las conexiones se implementan físicamente a través de caminos discretos de cobre que viajan a través y por la PCB, de un pin de componente a otro.

La tarea de crear el camino de cobre discreto, o ruta, para cada conexión puede ser muy compleja. Un diseño típico podría tener miles de conexiones entre los pines de los componentes, y los caminos pueden tener que ser creados entre componentes que están muy apretadamente empaquetados en la superficie de la PCB.

Los autoruteadores iniciales mapeaban un espacio de diseño definiendo una cuadrícula regular y fija sobre toda la placa, siendo los objetivos tener cada pin de componente directamente sobre un punto de la cuadrícula e incluir suficientes puntos de cuadrícula en el espacio libre para trazar todas las conexiones. Los componentes iniciales se suministraban con sus pines espaciados en múltiplos de 0.1 de una pulgada, por lo que definir una cuadrícula adecuada era relativamente fácil, como se muestra a continuación.

Cuando todos los componentes tenían pines con un paso de 0.1", se podía utilizar un enrutador de cuadrícula.

Con la introducción de los componentes de montaje superficial, el espacio entre los pines de los componentes se volvió mucho más pequeño, y los fabricantes también comenzaron a suministrar componentes con espaciado de pines métrico. Las mejoras en la tecnología de fabricación permitieron al diseñador utilizar caminos de enrutamiento muy estrechos, que podrían estar más juntos. Estos factores combinados hicieron que los enrutadores de cuadrícula uniforme tradicionales fueran inutilizables en diseños que empleaban estas tecnologías de empaquetado y fabricación. Debido a que la cuadrícula necesitaba ser lo suficientemente fina para lidiar efectivamente con las nuevas tecnologías, los enrutadores en cuadrícula necesitaban enormes cantidades de memoria y potencia de procesamiento, sin mencionar tiempo, para construir la cuadrícula de enrutamiento y trazar el diseño.

Para mejorar este enfoque, se desarrolló una técnica conocida como expansión rectilínea [1]. Esta técnica define el espacio entre obstáculos en la placa como una serie de rectángulos. Una vez que se ha definido el conjunto de rectángulos, se determina un camino de enrutamiento siguiendo los bordes de los rectángulos. Esta técnica permitió enrutamiento de componentes con diferentes espaciados de pines, y también permitió al autorouter lidiar con las entonces nuevas tecnologías de fabricación como los componentes montados en superficie. Este enfoque a menudo se denomina autoruteo basado en formas, porque modela los canales de enrutamiento usando formas rectangulares, como se muestra en la imagen a continuación.

Un enrutador rectilíneo divide el espacio en zonas rectangulares, que luego se utilizan para encontrar una ruta.

Aunque los enrutadores automáticos de expansión rectilínea pueden superar algunos de los problemas de velocidad y memoria de los enrutadores de cuadrícula uniforme, todavía están geométricamente limitados en las posibles rutas que pueden identificar. Una vez que se establece el mapa rectangular para una placa, las "frentes de onda" de enrutamiento se expanden a lo largo de los bordes de los rectángulos adyacentes, solo en direcciones verticales y horizontales. El enrutamiento está limitado ortogonalmente a los límites de los rectángulos. Pueden surgir problemas con geometrías no ortogonales, como se encuentra, por ejemplo, con componentes de matriz de pines escalonados o componentes rotados. A menudo, en estos casos, no se puede encontrar una ruta ortogonal y los enrutadores de expansión rectilínea fallarán.

El empaquetado de componentes continúa reduciéndose en tamaño y distancia entre pines, y paquetes más nuevos como las Ball Grid Arrays (BGAs) utilizan cuadrículas escalonadas para maximizar la densidad de sus pines. Combinado con esto, el empaquetado de productos pequeños e inusuales a menudo requiere que los componentes se coloquen en orientaciones irregulares y en PCBs de formas inusuales. A medida que estas tendencias ganan impulso, será cada vez más difícil para los enrutadores de expansión rectilínea cumplir con los desafíos de enrutamiento del diseño moderno de placas.

Lo que se necesitaba era una nueva técnica para mapear el espacio de enrutamiento, que no modelara la placa como simples rectángulos y no se limitara a caminos rectilíneos entre los obstáculos.

• [1] Un Método para el Enrutamiento sin Cuadrícula de Placas de Circuito Impreso, 22^º Congreso de Automatización de Diseño, Documento 32.2 1984, A.C. Finch, K.J. Mackenzie, G.J. Balsdon, G Symonds de Racal Redac Ltd.

El Enfoque Topológico

Un enfoque topológico para el autoruteo, como el que utiliza el autoruteador Situs de Altium Designer, emplea un método diferente de mapeo del espacio de enrutamiento - uno que no está geométricamente restringido. En lugar de usar la información de coordenadas del espacio de trabajo como marco de referencia, un autoruteador topológico construye un mapa utilizando solo las posiciones relativas de los obstáculos en el espacio, sin referencia a sus coordenadas.

El mapeo topológico es una técnica de análisis espacial que triangula el espacio entre obstáculos adyacentes. Este mapa triangulado es luego utilizado por los algoritmos de enrutamiento para "tejer" entre los pares de obstáculos, desde el punto de inicio de la ruta hasta el punto final de la ruta. Las mayores fortalezas de este enfoque son que el mapa es independiente de la forma (los obstáculos y las rutas de enrutamiento pueden ser de cualquier forma) y el espacio puede ser atravesado en cualquier ángulo - los algoritmos de enrutamiento no están restringidos a caminos puramente verticales u horizontales, como con los enrutadores de expansión rectilínea.

Para construir un mapa topológico de una placa, Situs enlaza cada obstáculo en la placa con sus obstáculos vecinos, creando algo parecido a un conjunto de telarañas conectadas. Las rutas de enrutamiento potenciales se definen entonces avanzando de un hilo de la telaraña al siguiente, luego al siguiente hilo de la telaraña, y así sucesivamente, hasta que se alcanza el objetivo. Este enfoque para el mapeo no está geométricamente atado al espacio de enrutamiento; el camino potencial simplemente se teje su camino entre cada par de obstáculos, como se muestra en la imagen a continuación.

El mapa topológico elimina la limitación fundamental de los enrutadores anteriores: la limitación creada al usar el mismo espacio geométrico para mapear caminos como lo hacen para enrutarse. Al separar el espacio de mapeo del espacio de enrutamiento, el enrutador topológico es capaz de mapear caminos más naturales y también de encontrar caminos de enrutamiento que no son ortogonales. Este proceso de mapeo funciona de manera muy similar a como lo harían los diseñadores, en el sentido de que los diseñadores buscan un camino que atraviese la placa de la manera más directa posible, manteniendo, hasta cierto punto, las direcciones de capa que han asignado. Los diseñadores no limitan sus decisiones basándose en si una conexión a través de un área particular se puede hacer usando una serie de pistas ortogonales, sino que simplemente deciden si una pista cabrá o no a través de un posible canal de enrutamiento.

Como muestra el camino mapeado en la imagen de la izquierda, el camino inicialmente definido topológicamente puede no ser adecuado como un camino de ruta terminado. A través de algoritmos de enrutamiento sofisticados, Situs convierte el camino mapeado en un camino de enrutamiento adecuado, un ejemplo de lo cual se muestra en la imagen de la derecha.

  

Un enrutador topológico no intenta mapear en la geometría del espacio, busca un camino entre los obstáculos.

El análisis topológico inicial de una ruta, sin tener en cuenta las coordenadas de los obstáculos, conduce a altas tasas de finalización y altas velocidades en placas que tradicionalmente se consideran difíciles para los autoruteadores, por ejemplo, aquellas con geometrías no estándar, componentes densos con pines escalonados o contornos y recortes de formas irregulares.

Encontrando un Camino de Ruta

Otro beneficio del enfoque topológico es que el análisis y determinación de caminos de enrutamiento es mucho más similar al que utiliza un diseñador cuando rutea manualmente una placa.

Por ejemplo, la experiencia ha demostrado que es más eficiente enrutar todas las conexiones que comparten una capa en la misma dirección, dando lugar al concepto de dirección de capa de enrutamiento. En placas simples de dos capas, esto se hace asignando una capa para ser horizontal y la otra para ser vertical. Tanto el diseñador como el autoruteador pueden entonces colocar las rutas de acuerdo con esta convención.

Como los carriles en una carretera, este enfoque aporta orden a la tarea de enrutamiento, permitiendo al diseñador o al autorouter visualizar la placa como una serie de canales, que luego pueden asignarse de manera ordenada. Tanto en los enrutadores de cuadrícula tradicionales como en los enrutadores de expansión rectilínea, las direcciones de las capas se limitan a vertical - pistas que van desde la parte superior de la placa hasta la inferior, y horizontal - pistas que cruzan la placa de un lado a otro.

A medida que la densidad del diseño aumenta, también lo hará el número de capas requeridas para enrutamiento de la placa. Una vez que el diseño requiere más de dos capas, puede ser más eficiente buscar caminos de enrutamiento en direcciones distintas a la vertical y la horizontal. Esto es exactamente lo que haría un diseñador - examinar el flujo de líneas de conexión y, si hay un número suficiente viajando en una orientación particular, digamos diagonalmente, asignar una capa a esa dirección, luego enrutamiento esas conexiones en esa capa en esa dirección.

Ni el enrutador de cuadrícula fija ni el enrutador de expansión rectilínea pueden mapear directamente en una dirección no ortogonal; solo pueden mapear el espacio de manera horizontal/vertical. Para producir rutas diagonales ordenadas, estos tipos de autorouters primero deben definir una ruta usando pistas ortogonales y luego ejecutar rutinas especiales de postprocesamiento para convertir las esquinas en ángulo recto en diagonales.

Por otro lado, un enrutador topológico no está limitado por geometrías ortogonales y puede identificar rutas diagonales directamente y asignarlas a la capa correcta. Esto no solo conduce a un autoruteo más "natural", sino que produce un enrutamiento más eficiente y minimiza el número de vías necesarias en el diseño terminado.

Finalización del Enrutamiento

Como se mencionó anteriormente, el análisis topológico proporciona una manera eficiente de determinar un posible camino de enrutamiento, pero este camino topológico debe traducirse en una ruta terminada de calidad. Al igual que un diseñador, el autorouter encontrará una variedad de situaciones que necesitan ser tratadas de diferentes maneras, como resolver el camino de enrutamiento a través del mapa, seguir un límite, o empujar contra objetos de ruta existentes en un intento de moverlos.

Para atender estas diferentes situaciones, Situs emplea una variedad de motores de enrutamiento, incluyendo un enrutador de memoria, enrutadores de patrones, un enrutador de alimentación y tierra, un enrutador de frente de onda, enrutadores de empuje y arrastre basados en formas, y varios enrutadores heurísticos para situaciones específicas, como el despliegue de BGA. Estos motores se basan en algoritmos de enrutamiento maduros y potentes y han sido desarrollados a lo largo de muchos años. En Situs, estos motores de enrutamiento explotan la determinación inteligente de la ruta de enrutamiento del proceso de mapeo topológico para producir conexiones terminadas de alta calidad.

Los motores de enrutamiento de Situs están controlados por un conjunto sofisticado de archivos de estrategia que actúan como el "cerebro" del autorouter. Un diseñador humano tiene una serie de ventajas sobre un autorouter cuando se trata de enrutamiento de una placa. La mente humana puede planificar, y mientras lo hace, puede considerar y ordenar un gran número de factores, acercarse para enfocarse en un elemento individual, luego volver a reconsiderar la situación. Los autorouters usan un archivo de estrategia para definir sus patrones de pensamiento. El archivo de estrategia controla los motores de enrutamiento, llamándolos cuando es necesario y ponderando sus acciones al hacerlo.

Para apreciar el importante papel del archivo de estrategia, considere cómo cambia la naturaleza de la tarea de enrutamiento a medida que avanza el enrutamiento. Los enfoques utilizados para enrutamiento en una placa vacía al principio del proceso de enrutamiento son bastante diferentes de aquellos utilizados a medida que aumenta la densidad de enrutamiento, requiriendo diferentes motores de enrutamiento, ponderados en consecuencia. Las instrucciones escritas en el archivo de estrategia definen un plan de cómo enrutamiento la placa, llamando y ponderando los motores de enrutamiento de una manera particular cuando el espacio de enrutamiento está relativamente vacío, luego cambiando los motores y sus ponderaciones a medida que se realizan las rutas finales a través de un espacio de enrutamiento densamente ocupado.

Al implementar los procesos de pensamiento o el cerebro del autorouter en un archivo de estrategia, es posible para Altium evolucionar fácilmente el autorouter a medida que cambian las tecnologías de las placas. El archivo de estrategia Situs es uno de los archivos de estrategia más sofisticados de cualquier autorouter disponible hoy en día. Encarna años de investigación en el proceso de enrutamiento, capturando la experiencia de muchos diseñadores de PCB senior.

Enrutamiento automático de un PCB

[Volver arriba]

El Enrutador Topológico Situs introduce un nuevo enfoque al desafío del autoruteo. Utiliza un mapeo topológico avanzado para definir primero la ruta de enrutamiento, luego recurre a una variedad de algoritmos de enrutamiento probados para convertir esta ruta 'similar a la humana' en una ruta de alta calidad. Como parte integral del Editor de PCB, sigue las definiciones de reglas eléctricas y de enrutamiento del PCB.

Planificación para Usar el Autoruteo

Aunque Situs es fácil de configurar y ejecutar, hay algunos pasos previos al enrutamiento que puedes tomar para asegurar que la herramienta produzca un enrutamiento óptimo con una limpieza mínima. Algunos consejos para el autoruteo incluyen:

1. Identificar las redes con las restricciones más laxas. Estas tienden a ser redes digitales más lentas que no tienen un requisito de impedancia.
2. Determinar qué grupos de redes quieres autorutear y añadir estos a las Clases de Red.
3. Enrutar primero las redes más críticas. Estas tienden a ser redes de pares diferenciales más rápidos, redes RF de mayor frecuencia e interfaces analógicas de menor frecuencia.
4. Dejar canales de enrutamiento abiertos para que la herramienta pueda colocar trazas.
5. Aplicar la herramienta de autoruteo a cada Clase de Red individualmente. También puedes usar la herramienta para enfocarte en componentes específicos, o incluso en redes individuales (ver abajo).

Colocación de Componentes

Finalmente, la colocación de los componentes tiene el impacto más significativo en el rendimiento del enrutamiento. El Editor de PCB de Altium Designer incluye una serie de herramientas, como líneas de conexión optimizadas dinámicamente, que te permiten ajustar finamente la colocación de los componentes. La colocación óptima de los componentes se da cuando las líneas de conexión son lo más cortas y menos "enredadas" posible.

Otras buenas prácticas de diseño incluyen colocar los componentes de modo que sus almohadillas estén en una cuadrícula regular (para maximizar la cantidad de espacio libre entre las almohadillas para el enrutamiento), colocar componentes de montaje superficial de tamaño similar exactamente opuestos entre sí en placas de doble cara, y consultar las hojas de datos de los fabricantes de dispositivos para obtener directrices sobre la colocación de desacoplamientos. Esta no es una lista completa de consideraciones de colocación, simplemente algunas sugerencias.

Áreas prohibidas

El enrutador requiere un límite cerrado, compuesto por objetos de área prohibida colocados. Típicamente, este límite sigue el borde de la placa. Los objetos colocados obedecerán la regla de separación aplicable para asegurar que permanezcan a una distancia adecuada de este límite, para satisfacer cualquier requisito de separación mecánica o eléctrica que el diseño pueda tener. El enrutador también obedecerá las áreas prohibidas dentro de este límite externo, así como las áreas prohibidas específicas de cada capa.

Puede crear un límite cerrado que siga el borde de la forma de la placa, utilizando el diálogo de Primitivas de Línea/Arco a partir de la Forma de la Placa. Para más información sobre las zonas prohibidas, consulte Keepouts Específicos de Objeto.

Vertidos de Polígonos

Los vertidos de polígonos (o de cobre) pueden ser sólidos (rellenos con una o más regiones de cobre) o tramados (construidos a partir de pistas y arcos). Un vertido de polígono tramado de tamaño medio a grande incluye un gran número de pistas y arcos. Aunque el enrutador puede trazar una placa que incluya tales vertidos de polígonos, la gran cantidad de objetos que introducen aumenta la complejidad del proceso de enrutamiento.

Normalmente, solo debería colocar vertidos de polígonos antes del enrutamiento si son necesarios, por ejemplo, se están utilizando para construir un pre-enrutamiento de forma inusual, quizás el enrutamiento principal entrante o una región crítica de tierra. De lo contrario, es preferible que los vertidos de polígonos se añadan al diseño una vez que el enrutamiento esté completo.

¿Es Enrutable?

Un autoruteador intenta comprender y modelar el proceso de enrutamiento. Si la placa contiene un área que no puede ser enrutada manualmente, entonces tampoco podrá ser autoruteada. Si el enrutador falla continuamente en un componente o una sección de la placa, entonces deberías intentar enrutado de manera interactiva. Puede ser que haya problemas de colocación o de configuración de reglas que hagan imposible el enrutado.

Pre-enrutado

Pre-enruta las redes críticas y, si es esencial que no sean cambiadas por el proceso de enrutado, bloquéalas habilitando la opción Bloquear Todos los Pre-enrutados en el diálogo de Estrategias de Enrutado Situs. Evita el bloqueo innecesario; un gran número de objetos bloqueados puede hacer el problema de enrutado mucho más difícil.

Las redes de pares diferenciales deben ser enrutadas manualmente y bloqueadas antes de usar el autoruteador. Si no haces esto, es muy probable que el enrutado cambie y altere la integridad de la señal del par diferencial.

Configurando Reglas de Diseño

El término regla por defecto se utiliza para describir una regla con un alcance de consulta de Todos.

Si una regla incluye valores Mínimos, Preferidos y Máximos, el autoruteador utilizará el valor Preferido.

Asegúrese de que las reglas de diseño de enrutamiento sean apropiadas para la tecnología de placa que está utilizando. Las reglas de diseño mal enfocadas o inapropiadas pueden llevar a un rendimiento de autoruteo muy pobre. Tenga en cuenta que el enrutador obedece todas las reglas de diseño Eléctrico y de Enrutamiento, excepto la regla de Esquinas de Enrutamiento.

Las reglas se definen en el diálogo Editor de Reglas y Restricciones de PCB (Diseño » Reglas), al cual se puede acceder directamente desde el diálogo Estrategias de Enrutamiento de Situs.

Si una regla incluye valores Mínimo, Preferido y Máximo, el autoruteador utilizará el valor Preferido.

El sistema de reglas de Altium Designer es jerárquico. La idea es que comience con una regla predeterminada para todos los objetos, luego agregue reglas adicionales para dirigirse selectivamente a otros objetos que tienen diferentes requisitos. Por ejemplo, debería tener una regla predeterminada para el ancho de enrutamiento que cubra el ancho de enrutamiento más común utilizado en la placa, luego agregue reglas subsiguientes para dirigirse selectivamente a otras redes, clases de redes y así sucesivamente.

Para verificar que una regla está apuntando a los objetos correctos, copie la Consulta de la regla en el panel de Filtro de PCB y Aplicarla. Solo aquellos objetos que son objetivo de la regla deberían pasar por el filtro y permanecer mostrados con toda su intensidad. Alternativamente, use el panel de Reglas y Violaciones de PCB para ver rápidamente la aplicación de reglas en cualquier regla definida para la placa actual.

Las reglas más importantes son las de Ancho y Separación. Estos ajustes de tecnología de enrutamiento definen cuán ajustadamente se puede 'empaquetar' el enrutamiento. Seleccionar estos es un proceso de equilibrio: cuanto más anchas sean las pistas y mayor la separación, más fácil es fabricar la placa; frente a cuanto más estrechas sean las pistas y las separaciones, más fácil es enrutarse en la placa. Es aconsejable consultar con su fabricante para establecer sus 'puntos de precio' para anchuras y separaciones de enrutamiento, aquellos valores que si usted baja resultarán en menores rendimientos de fabricación y PCBs más caras. Así como satisfacer los requisitos eléctricos del diseño, la tecnología de enrutamiento también debe ser elegida para adaptarse a la tecnología de componentes, para permitir que cada pin sea enrutado.

La tercera regla que forma parte de la tecnología de enrutamiento es el Estilo de Vía de Enrutamiento. También debe seleccionarse para adaptarse a la pista y los espacios utilizados, considerando los costos de fabricación del tamaño del orificio y el anillo anular elegidos.

Deberías también evitar reglas excesivas o innecesarias - cuantas más reglas, más tiempo de procesamiento, más lento será el enrutamiento. Las reglas pueden deshabilitarse si no se requieren para el autoruteo.

Ancho de Enrutamiento

Asegúrate de que haya una regla de Ancho de Enrutamiento con una Consulta de Todos (una regla predeterminada), y que la configuración Preferida sea apropiada para el ancho de enrutamiento más común que requieras. Asegúrate de que este ancho, en combinación con la regla de separación adecuada, permita que todos los pads se puedan conectar. Configura reglas de ancho de enrutamiento adicionales para las redes que requieran un enrutamiento más ancho o más estrecho.

Si hay componentes de paso fino que tienen pines en redes con anchos de enrutamiento más amplios - por ejemplo, redes de alimentación - prueba a salir de un pin de alimentación y también rutea el pin de cada lado para asegurarte de que es físicamente posible conectar estos pines.

Restricción de Separación

Verifique los requisitos especiales de separación, como los componentes de paso fino cuyas almohadillas están más cerca que las separaciones estándar de la placa. Estos pueden ser atendidos utilizando una regla de diseño adecuadamente enfocada y priorizada. Note que, aunque puede definir una regla para apuntar a una huella, no apuntará al enrutamiento que se conecta a esa huella. Como se acaba de mencionar en la sección de Ancho de Enrutamiento, pruebe la ruta para asegurarse de que los pines del componente son enrutables.

Estilo de Vía de Enrutamiento

Asegúrese de que haya una regla de Estilo de Vía de Enrutamiento con una Consulta de Todos y que la configuración preferida sea apropiada. Incluya reglas de mayor prioridad para aquellas redes que necesiten un estilo de vía diferente al de la regla predeterminada.

Altium Designer soporta vías ciegas y enterradas, el uso de estas se determina por los intercambios de capas permitidos por los Tipos de Vía definidos en el Gestor de Pila de Capas (Diseño » Gestor de Pila de Capas). Al igual que el enrutamiento interactivo, cuando el autorouter cambia entre dos capas, verifica las definiciones actuales del Tipo de Vía - si estas capas están definidas como un par de capas ciegas o enterradas, entonces la vía que se coloca tendrá estas capas como sus capas de inicio y fin. Es importante entender las restricciones para usar vías ciegas/enterradas; solo se deben usar en consulta con su fabricante. Además de las restricciones impuestas por la tecnología de apilamiento de fabricación, también hay consideraciones de fiabilidad y accesibilidad para pruebas. Algunos diseñadores consideran mejor agregar más capas de enrutamiento que usar vías ciegas/enterradas.

Capas de Enrutamiento

Asegúrate de que haya una regla de Capas de Enrutamiento con una consulta de Todas. Todas las capas de señal habilitadas (definidas en la pila de capas) serán listadas. Habilita las capas en las que desees permitir el enrutamiento según sea necesario. Incluye reglas de mayor prioridad para las redes que quieras que sean enrutadas en capas específicas solamente.

Si desea excluir un neto específico (o una clase de netos) para que no sea enrutado por el autoruteador, defina una regla de Capa de Enrutamiento dirigida a ese neto o clase de netos y, en la región de Restricciones para esa regla, asegúrese de que la opción Permitir Enrutamiento para cada capa de señal habilitada esté desactivada. La prioridad de la regla debe ser más alta que la de la regla predeterminada (la que tiene una consulta de Todos).

Direcciones de Capa

La dirección de enrutamiento de capas se especifica en el diálogo de Direcciones de Capa, al cual se accede desde el diálogo de Estrategias de Enrutamiento de Situs. Todas las capas de señal habilitadas (definidas en el apilado de capas) serán listadas. Elija las direcciones de capa apropiadas para adaptarse al flujo de las líneas de conexión. Situs utiliza mapeo topológico para definir las rutas de enrutamiento, por lo que no está limitado a enrutarse horizontal y verticalmente. Típicamente, es mejor tener las capas exteriores como horizontales y verticales. Sin embargo, si tiene una placa de múltiples capas con un gran número de conexiones en un ángulo de '2 en punto', entonces configure una o más capas internas para tener esta como la dirección de enrutamiento preferida. El paso de Patrones de Capa, en particular, hace uso de esta información, y elegir la dirección correcta puede hacer una diferencia significativa en el rendimiento del enrutamiento en términos de tiempo y calidad. Note que cuando usa capas anguladas no necesita tener una capa pareja que corra a 90 grados de esta capa, ya que el enrutador típicamente enrutará horizontal o verticalmente si necesita evitar un obstáculo en una capa angulada.

Evite usar la dirección Any - la capa que se elige para trazar una conexión se basa en cuán alineada está la conexión con la dirección de la capa, por lo que esta capa se convierte en la capa de último recurso. La dirección Any generalmente solo se usa en placas de un solo lado.

Prioridad de Enrutamiento

Utilice las reglas de Prioridad de Enrutamiento para establecer una mayor prioridad en redes difíciles, o aquellas que desea que tengan el trazado más limpio.

Control de Fanout de SMD

El sistema de consulta incluye palabras clave que apuntan específicamente a los diferentes paquetes de componentes de montaje superficial, incluyendo IsLCC (Portador de Chip sin Plomo), IsSOIC (Circuito Integrado de Contorno Pequeño), y IsBGA (Matriz de Bolas). Las reglas predeterminadas se crean automáticamente para los paquetes más comunes y, dado que las pasadas de despliegue se realizan al principio del proceso de autoruteo, hay poca penalización en mantener reglas que no se aplican a ningún componente. Deberías tener al menos una regla de diseño de control de despliegue SMD si hay componentes de montaje superficial en la placa - una consulta adecuada para una regla única que apunte a todos los componentes de montaje superficial sería IsSMTComponent. Para información sobre cómo cada palabra clave de consulta identifica un paquete de componentes, abre el Query Helper, escribe la palabra clave requerida y presiona F1.

Las reglas de fanout incluyen configuraciones que controlan si los pads deben ser distribuidos hacia adentro o hacia afuera, o una mezcla de ambos. Para ayudar a familiarizarse con el comportamiento de los atributos de la regla de Control de Fanout, el comando Route » Fanout » Component puede ejecutarse en cualquier componente de montaje superficial que no tenga redes asignadas. Así como usar esto para verificar qué tan bien se distribuye un componente con la tecnología de enrutamiento actual definida en la placa, también puedes usarlo para distribuir un componente que quieras mantener en una biblioteca como una huella pre-distribuida. Una vez que esté distribuido en el espacio de trabajo del PCB, copia y pega el componente y las pistas y vías de distribución en una biblioteca.

Prioridades de las Reglas

La precedencia, o prioridad, de las reglas es definida por el diseñador. La prioridad de la regla se utiliza para determinar qué regla aplicar cuando un objeto está cubierto por más de una regla. Si la prioridad no se establece correctamente, puedes encontrar que una regla no se está aplicando en absoluto.

Por ejemplo, si la regla con una consulta de InNet('VCC') tiene una prioridad menor que la regla con una consulta de All, entonces la regla All se aplicará a la red VCC. Utiliza el botón Priorities en el diálogo PCB Rules and Constraints Editor para acceder al diálogo Edit Rule Priorities, desde donde se pueden refinar las prioridades según sea necesario. Ten en cuenta que la prioridad no es importante cuando dos ámbitos de regla no se superponen (no apuntan a los mismos objetos). Por ejemplo, no hace ninguna diferencia cuál de estos dos ámbitos de regla tiene una prioridad más alta - InNet('VCC') o InNet('GND').

La Regla de Oro

El paso más importante es realizar una verificación de la regla de diseño (DRC) antes de comenzar con el autoruteo. Al usar los comandos Route » Auto Route » Setup, o Route » Auto Route » All, Situs realiza su propio análisis previo al ruteo y presenta los resultados como un informe en el diálogo Situs Routing Strategies.

Asegúrate de que el Informe de Configuración de Enrutamiento esté limpio antes de iniciar el autoruteador.

El informe proporciona información que incluye:

• Reglas de diseño actualmente definidas para el diseño que serán seguidas por el autoruteador (y el número de objetos de diseño - redes, componentes, almohadillas - afectados por cada regla)
• Direcciones de enrutamiento definidas para todas las capas de enrutamiento de señales
• Definiciones de pares de capas de perforación

El informe enumera problemas potenciales que podrían afectar el rendimiento del enrutador. Donde sea posible, se proporcionan sugerencias para asesorar en la mejor preparación del diseño para el autoruteado. Cualquier error/advertencia/sugerencia que se liste debe ser examinado y, si es necesario, las reglas de enrutamiento correspondientes ajustadas, antes de proceder a enrutear el diseño.

Revisa todos los errores, advertencias y sugerencias para entender qué problemas potenciales enfrentará el autoruteador.

Es esencial que cualquier violación de reglas relacionadas con el enrutamiento se resuelva antes de iniciar el autoruteador. No solo las violaciones pueden prevenir el enrutamiento en la ubicación de la violación, sino que también pueden ralentizar mucho al enrutador ya que intenta continuamente enrutear un área no enrutables.

Consejos para Ejecutar el Autoruteador

• Los comandos del Autoruteador están en el submenúRoute » Auto Route.
• Tanto los comandos Ruta » Auto Ruta » Todo como Ruta » Auto Ruta » Configuración abren el diálogo de Estrategias de Enrutamiento de Situs, la diferencia es que cuando eliges Todo, el diálogo incluye un botón de Enrutar Todo.
• No tengas miedo de experimentar. Si los resultados no son aceptables, haz algo para cambiar el enfoque del enrutador. Añade pasadas de limpieza intermedia y enderezamiento, haz más espacio alrededor de áreas densas o cambia las direcciones de las capas.
• A medida que experimentas con el enrutador - creando tus propias estrategias para controlar el orden de las pasadas, cambiando el número de vías con el control de Vía, cambiando las direcciones de las capas de enrutamiento, limitando el enrutador solo a rutas ortogonales, y así sucesivamente - mantén notas de las combinaciones que has probado. De esa manera, podrás identificar y reutilizar qué configuraciones funcionan mejor con tus diseños.
• Realiza pasadas de despliegue por su cuenta primero y evalúa la calidad. Puede que necesites desplegar manualmente cualquier área problemática.

Pasadas de Enrutamiento y Estrategias de Enrutamiento

Las estrategias de enrutamiento actualmente definidas se listan en la región inferior del diálogo Estrategias de Enrutamiento de Situs. Haz clic en el botón Agregar para acceder al diálogo Editor de Estrategia de Situs, desde donde puedes especificar las pasadas a incluir en una nueva estrategia. Alternativamente, usa el botón Duplicar para duplicar una estrategia existente y luego editarla según sea necesario.

Ejemplo de edición de una estrategia duplicada.

Las estrategias definidas por el usuario pueden editarse en cualquier momento, pero estas estrategias predeterminadas no pueden modificarse:

• Limpieza
• Tablero de 2 Capas Predeterminado
• Tablero de 2 Capas Predeterminado con Conectores de Borde
• Tablero Multicapa Predeterminado
• Ortogonal General
• Conservador de Vías

Las siguientes pasadas de enrutamiento están disponibles. Las pasadas pueden usarse en cualquier orden, como guía examina una estrategia existente para ver el orden de las pasadas.

 

 

Ejemplo de Resultados del Autoruteador

[Volver arriba]

En este ejemplo, tomaremos una placa de desglose de interfaz que ha sido utilizada en algunos videos recientes, y aplicaremos el autoruteador a algunas de las redes. El objetivo es ver cuándo el autoruteador comete errores, cómo la herramienta maneja conjuntos de reglas complejas (y posiblemente mutuamente excluyentes), así como cómo trabajar con la herramienta en general.

Para comenzar, tengo una placa terminada que usaremos como base en este ejemplo; toda la placa fue enrutada a mano. Esto se muestra a continuación.

Esta placa es semi-compleja, al menos en términos de las reglas requeridas para el diseño y enrutamiento. Esta placa es una placa de interfaz entre algunos conectores SMD en lados opuestos de la placa. Las reglas de diseño incluyen impedancia controlada para pares diferenciales, y la placa incluye capas internas para múltiples rieles de alimentación, tierra y algunos canales diferenciales.

En este ejemplo, se utilizaron las siguientes configuraciones:

• Estrategia general de enrutamiento ortogonal (Horizontal superior e inferior, SIG1 y SIG2 Vertical)
• Todos los pre-enrutamientos fueron bloqueados
• Todas las redes eran digitales de baja velocidad (GPIOs y I2C), no se requería control de impedancia
• En total, se requirió el enrutamiento de 27 redes

El último punto y la construcción del apilado de la PCB nos permite generalmente salir adelante con el enrutamiento de estas señales siendo enrutadas en múltiples capas, a través de múltiples vías, y sin ninguna limitación de longitud. Placas más complejas o más densas pueden requerir configuraciones más especializadas.

Los resultados para las rutas en las capas de señal se muestran a continuación.

 

 

Entonces, ¿cuál es el veredicto? Para este caso particular, las rutas requerían la limpieza de solo una violación de cortocircuito en la capa inferior. Eso es bastante bueno considerando la disposición de los pines en el conector horizontal superior. Creo que esto es apropiado

Pensamientos Finales

[Volver al inicio]

A lo largo de este tutorial, llegué a darme cuenta de algo importante: la estrategia del autoruteador y una topología de enrutamiento aceptable en tu placa deben coincidir. Por ejemplo, supongamos que tienes una placa multicapa con un gran número de redes, y quieres implementar el autoruteo con carriles ortogonales; tu autoruteador en particular estará mejor preparado para implementar esta estrategia solo si una opción ortogonal está integrada en tu autoruteador. ¿Es este enfoque adecuado para ti? Todo depende de tu flujo de trabajo particular y de tu enfoque hacia los diseños.

No todas las placas son adecuadas para esto. En algunos ejemplos, he mostrado placas donde una estrategia ortogonal, estrategia de conector de borde, o el enrutamiento de 2 capas simplemente no cumplirán con los requisitos operativos para cada red. En este caso, es una buena idea enrutar primero las pistas más sensibles, luego intentar autorutear las redes restantes. Un buen ejemplo que he discutido recientemente está en grandes arreglos en fase; las líneas de alimentación requieren un emparejamiento de fase muy preciso, y el tiempo de configuración podría terminar siendo más largo que tu tiempo de enrutamiento y ajuste manual. Debido a que esas pistas son tan importantes, tiene sentido enrutarlas a mano.

Creo que un buen autoruteador es tan bueno como la habilidad del usuario para manejarlo y el nivel de configuración requerido. Si te tomas un tiempo para establecer las reglas necesarias, planeas grupos específicos de redes para autorutear en cada intento, y elaboras una estrategia de limpieza, puedes minimizar el retrabajo manual. Lo grandioso de una herramienta de automatización es que puede reutilizarse para otros diseños. Una vez que los perfiles de reglas están creados, pueden implementarse para el autoruteo en otros diseños de PCB.

Cuando necesites acceder a las mejores utilidades de automatización para el diseño de PCB, utiliza el conjunto completo de herramientas de diseño y enrutamiento de PCB en Altium Designer. Cuando hayas terminado tu diseño y quieras enviar los archivos a tu fabricante, la plataforma Altium 365 facilita la colaboración y el compartir tus proyectos.

Solo hemos arañado la superficie de lo que es posible con Altium Designer en Altium 365. Comienza tu prueba gratuita de Altium Designer + Altium 365 hoy.