Simplifica el enrutamiento con intercambio de pines, componentes y pares diferenciales

Al colocar componentes para un diseño de PCB, la colocación a menudo conduce a conexiones que se cruzarán entre sí. Aunque se pueden usar vías a otras capas o rutas de trazas ligeramente más largas para abordar un pequeño número de conexiones cruzadas, un gran número de cruces, como los de la figura a continuación, pueden hacer que el enrutamiento sea extremadamente difícil y consuma mucho tiempo.

Para enrutamientos más complejos con un mayor número de cruces, los diseñadores de PCB suelen emplear el intercambio de pines de dispositivos y subpartes para reducir el número de conexiones cruzadas. Mientras que el intercambio de pines o partes elimina cruces en el PCB, dichos cambios también deben ser reflejados en el esquemático. Este documento describe un método mediante el cual el intercambio de pines, subpartes y pares diferenciales puede ser gestionado fácilmente para un enrutamiento óptimo reduciendo conexiones cruzadas, todo mientras se mantiene la sincronización del diseño entre el esquemático y simplifica el enrutamiento del PCB.

Un PCB con muchas conexiones cruzadas

INTRODUCCIÓN

Una colocación óptima de componentes contribuye en gran medida a minimizar las líneas de conexión cruzada. Sin embargo, los cruces nunca pueden ser completamente evitados. Un gran número de conexiones cruzadas hace que el enrutamiento del PCB sea extremadamente desafiante y consuma mucho tiempo para completarse. Es común que los diseñadores de PCB, siempre que sea eléctricamente posible, cambien las asignaciones de red de un pin de dispositivo a otro pin de dispositivo elegible. De manera similar, las subpartes dentro de un paquete común pueden ser intercambiadas para reducir las conexiones cruzadas.

El intercambio de pines se basa en el hecho de que las redes de dos pines físicos diferentes pueden ser intercambiadas sin tener ningún impacto negativo en la funcionalidad eléctrica del diseño. Un ejemplo básico serían los dos pines de una resistencia. Debido a que un pin de resistencia no tiene una polaridad única, puedes intercambiar libremente los pines para eliminar un cruce, y aún así funcionar como se pretende.

Otro ejemplo práctico sería un conector de alto número de pines, donde no hay un requisito estricto para una asignación de señal específica a cada pin. Con la flexibilidad para intercambiar muchos pines en un conector, varias conexiones cruzadas podrían potencialmente eliminarse. Quizás el tipo de componente más elegible para el intercambio de pines sea un dispositivo FPGA, donde sus pines de E/S definibles por el usuario, dentro de los bancos de voltaje aplicables, te permiten reasignar libremente los pines según sea necesario.

Con el intercambio de subpartes, se intercambian partes similares dentro de un paquete común. Por ejemplo, un IC LM6154 Quad Op Amp tiene cuatro op amps separados e idénticos dentro de un solo paquete. Por lo tanto, podrías intercambiar el op amp C (pines 8, 9 y 10) con el op amp A (pines 2, 3 y 1) para eliminar líneas de conexiones cruzadas manteniendo la misma funcionalidad. El intercambio de subpartes a veces se llama "intercambio de puertas", lo que implica que las 4 puertas individuales dentro de un paquete de puerta NOR cuádruple SN74S02N pueden intercambiarse libremente.

El intercambio de pines de dispositivos y subpartes ayuda enormemente a reducir el número total de conexiones cruzadas en una puesta a tierra de PCB. Para implementar con éxito intercambios de pines de dispositivos o subpartes, debes definir de antemano qué pines son elegibles para ser intercambiados. Además, una vez que se realizan intercambios de pines o partes dentro del diseño de la Placa de Circuito Impreso PCB, el esquemático debe actualizarse para reflejar los cambios y permanecer sincronizado con el diseño del PCB. No mantenerlos sincronizados puede llevar a errores desastrosos.

INTERCAMBIO DE PINES Y PARTES

El intercambio de pines o partes se logra en tres pasos generales: configurar los datos de intercambio, realizar los intercambios de pines o partes y, finalmente, sincronizar los esquemáticos con las actualizaciones de intercambio.

CONFIGURANDO LOS GRUPOS DE INTERCAMBIO

Los grupos de intercambio definen los pines que pueden intercambiarse libremente. Cualquier pin dentro de un grupo de intercambio dado puede intercambiarse con cualquier otro pin dentro del mismo grupo. Definir grupos de intercambio es típicamente un esfuerzo único que se puede realizar a nivel de la biblioteca de símbolos, el nivel esquemático o dentro del documento PCB. Los grupos de intercambio pueden definirse para cualquier componente o instancia de componente en cualquier momento del proceso de diseño utilizando el panel Configure Pin Swapping. Definir grupos de intercambio para el intercambio de Pares Diferenciales y Subpartes puede definirse de manera similar. La figura es una captura de pantalla que muestra cómo se pueden definir fácilmente los grupos de intercambio.

Definiendo un grupo de pines de E/S de FPGA según el número de banco

REALIZANDO LOS INTERCAMBIOS DE PINES O PARTES

Una vez que se han definido los grupos de intercambio, se puede realizar el intercambio de pines, el intercambio de pares diferenciales o el intercambio de subpartes de manera interactiva dentro del documento del proceso de diseño de PCB. Puedes invocar las capacidades de intercambio interactivo utilizando Herramientas > Intercambio de Pin/Parte, de acuerdo con las selecciones de intercambio de pines que hayas realizado. También existe un modo de intercambio de pines automático, que analizará todas las conexiones cruzadas dentro del diseño y automáticamente intercambiará múltiples pines para lograr el número mínimo de cruces posibles.

SINCRONIZANDO LOS ESQUEMÁTICOS CON LAS ACTUALIZACIONES DE INTERCAMBIO:

Un aspecto muy crítico del intercambio de pines es actualizar el esquemático para sincronizar el proyecto con los cambios de intercambio de pines que se realizaron en el diseño de PCB. Esto se hace simplemente realizando una actualización de PCB a Esquemático dentro de Altium Designer. Una mejor práctica a tener en cuenta es usar la conexión por Etiqueta de Red en los esquemáticos para cualquier red que pueda estar asociada con un grupo de intercambio. Esta práctica asegura que los únicos cambios realizados en el esquemático serán sustituciones de Etiqueta de Red. De lo contrario, si no hay etiquetas de red disponibles, el intercambio de pines requeriría sustituciones de pines de símbolos esquemáticos para lograr el intercambio de pines. La sustitución de pines esquemáticos está permitida, pero está desactivada por defecto. No se aconseja porque los símbolos resultantes diferirán de los símbolos originales dentro de la biblioteca. La conexión por etiqueta de red es el método más práctico para apoyar el intercambio de pines.

Una vez que se han realizado los intercambios, puedes revisar nuevamente las conexiones para ver cuánta mejora se hizo. Usando los métodos descritos aquí, la placa en la primera ilustración ahora aparece abajo. Hay una reducción significativa en el número de cruces.

Intercambio de pines realizado en FPGA (comparar con la figura anterior

CONCLUSIÓN

Las conexiones cruzadas dentro de un editor de PCB pueden complicar la tarea de enrutamiento y requerir tiempo o capas adicionales para enrutarse. Declarar qué pines o subpartes pueden intercambiarse dentro de un proyecto o biblioteca de símbolos crea muchas oportunidades para eliminar cruces. Usar capacidades de intercambio interactivo o automático reduce en gran medida el número de conexiones cruzadas dentro de un diseño.