Routage automatique de PCB avec le routeur topologique Situs

Il y a un outil dans une application de conception de PCB que les gens adorent détester : les autorouteurs. J'ai utilisé des autorouteurs dans certaines de mes premières conceptions qui avaient beaucoup de pistes. Ces quelques premières cartes n'avaient aucune exigence qui limiterait la liberté de routage comme l'impédance contrôlée ou les budgets de perte. J'aurais probablement pu (et aurais dû) router ces premières cartes à la main juste pour acquérir plus d'expérience dans la disposition de PCB, mais j'ai utilisé un autorouteur de toute façon.

Alors que de nombreux autorouteurs de la génération actuelle répondent à chacune de ces exigences à un certain degré, les approches basées sur la grille, la forme ou la géométrie qu'ils adoptent pour cartographier l'espace de routage présentent de sérieuses limitations avec des technologies d'emballage de composants plus denses, non orthogonales et géométriquement irrégulières - des technologies qui deviennent plus courantes dans la conception de cartes modernes. Les autorouteurs de la génération actuelle, en raison de leurs limitations géométriques, ont également tendance à produire des résultats qui "semblent autoroutés", conduisant à un retravail manuel important. En effet, de nombreux concepteurs évitent d'utiliser des autorouteurs à cause de cette limitation seule.

L'autorouteur Situs™ d'Altium Designer est un outil qui peut être utilisé pour router automatiquement des réseaux spécifiques ou des classes de réseaux, et il pourrait être un outil utile pour votre processus de conception. Il est important de noter que cet autorouteur est un outil d'automatisation avancé qui peut aider à éliminer beaucoup de routage manuel, mais il est important de savoir quand et où l'utiliser.

L'autorouteur Situs n'est pas un outil de type pointez-et-cliquez. Il nécessite une planification et une configuration.

Pour tirer le meilleur parti de cet outil, une certaine planification et réflexion préalables dans la disposition du PCB sont nécessaires, en configurant les Classes de Réseaux de sorte que des groupes de réseaux spécifiques puissent être ciblés avec l'autorouteur, et même en concevant une stratégie de routage personnalisée à mettre en œuvre avec l'autorouteur Situs.Dans cet article, nous examinerons certains aspects de l'autoroutage, comment configurer l'autorouteur Situs, et un exemple montrant les résultats d'un autorouteur comme Situs. Utilisez les liens du Tableau des Matières ci-dessus pour sauter à chaque section de ce guide.

Vue d'ensemble de l'Autorouteur Situs

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Approches Traditionnelles de l'Autoroutage

Un design électronique est essentiellement une collection de composants dont les broches sont connectées les unes aux autres d'une manière particulière. Le design est mis en œuvre en disposant les composants sur une structure mécanique multicouche, appelée une carte de circuit imprimé (PCB). Les connexions sont physiquement réalisées par des chemins de cuivre discrets qui traversent et parcourent la PCB, d'une broche de composant à une autre.

La tâche de créer le chemin de cuivre discret, ou la route, pour chaque connexion peut être très complexe. Un design typique pourrait avoir des milliers de connexions entre les broches des composants, et les chemins peuvent devoir être créés entre des composants qui sont très serrés sur la surface de la PCB.

Les premiers autorouteurs cartographiaient un espace de design en définissant une grille régulière et fixe sur toute la carte, les objectifs étant d'avoir chaque broche de composant se trouvant directement sur un point de grille et d'inclure suffisamment de points de grille dans l'espace libre pour router toutes les connexions. Les premiers composants étaient fournis avec leurs broches espacées par multiples de 0,1 pouce, donc définir une grille adaptée était relativement facile, comme montré ci-dessous.

Lorsque tous les composants avaient des broches avec un pas de 0,1", un routeur de grille pouvait être utilisé.

Avec l'introduction des composants montés en surface, l'espacement entre les broches des composants est devenu beaucoup plus petit, et les fabricants ont également commencé à fournir des composants avec un espacement des broches en métrique. Les améliorations dans la technologie de fabrication ont permis au concepteur d'utiliser des chemins de routage très étroits, qui pouvaient être espacés plus étroitement. Ces facteurs combinés ont rendu les routeurs à grille uniforme inutilisables sur des conceptions employant ces technologies de conditionnement et de fabrication. Parce que la grille devait être suffisamment fine pour faire face efficacement aux nouvelles technologies, les routeurs à grille nécessitaient d'énormes quantités de mémoire et de puissance de traitement - sans parler du temps - pour construire la grille de routage et router la conception.

Pour améliorer cette approche, une technique connue sous le nom d'expansion rectiligne [1] a été développée. Cette technique définit l'espace entre les obstacles sur la carte comme une série de rectangles. Une fois l'ensemble des rectangles défini, un chemin de routage est déterminé en suivant les bords des rectangles. Cette technique a permis de router des composants avec différents espacements de broches, et elle a également permis à l'autorouteur de faire face aux technologies de fabrication alors plus récentes telles que les composants montés en surface. Cette approche est souvent désignée sous le nom d'autoroutage basé sur la forme, car elle modélise les canaux de routage en utilisant des formes rectangulaires, comme le montre l'image ci-dessous.

Un routeur rectiligne divise l'espace en zones rectangulaires, qui sont ensuite utilisées pour trouver un chemin de routage.

Bien que les autorouteurs à expansion rectiligne puissent surmonter certains des problèmes de vitesse et de mémoire des routeurs à grille uniforme, ils restent géométriquement contraints dans les chemins de routage possibles qu'ils peuvent identifier. Une fois la carte rectangulaire établie pour un circuit imprimé, les "fronts d'onde" de routage se déploient le long des bords des rectangles adjacents - uniquement dans les directions verticale et horizontale. Le routage est contraint orthogonalement aux limites des rectangles. Des problèmes peuvent survenir avec des géométries non orthogonales, comme on en trouve, par exemple, avec des composants de grille de broches décalées ou des composants tournés. Souvent, dans ces cas, un chemin de routage orthogonal ne peut être trouvé et les routeurs à expansion rectiligne échoueront.

L'emballage des composants continue de réduire en taille et l'espacement des broches, et de nouveaux emballages tels que les Ball Grid Arrays (BGAs) utilisent des grilles décalées pour maximiser la densité de leurs broches. Combiné à cela, l'emballage de produits petits et inhabituels nécessite souvent que les composants soient placés dans des orientations irrégulières et sur des PCBs de formes inhabituelles. À mesure que ces tendances prennent de l'ampleur, il deviendra de plus en plus difficile pour les routeurs à expansion rectiligne de relever les défis de routage des conceptions de cartes modernes.

Ce qui était nécessaire était une nouvelle technique pour cartographier l'espace de routage, qui ne modélise pas la carte comme de simples rectangles et qui n'est pas limitée à des chemins rectilignes entre les obstacles.

• [1] Une méthode de routage sans grille pour les cartes de circuits imprimés, 22^e Conférence sur l'automatisation de la conception, Document 32.2 1984, A.C. Finch, K.J. Mackenzie, G.J. Balsdon, G Symonds de Racal Redac Ltd.

L'Approche Topologique

Une approche topologique de l'autoroutage, telle que celle utilisée par l'autorouteur Situs d'Altium Designer, utilise une méthode différente pour cartographier l'espace de routage - une qui n'est pas géométriquement contrainte. Plutôt que d'utiliser les informations de coordonnées de l'espace de travail comme cadre de référence, un autorouteur topologique construit une carte en utilisant uniquement les positions relatives des obstacles dans l'espace, sans référence à leurs coordonnées.

La cartographie topologique est une technique d'analyse spatiale qui triangule l'espace entre les obstacles adjacents. Cette carte triangulée est ensuite utilisée par les algorithmes de routage pour "tisser" entre les paires d'obstacles, du point de départ du tracé au point de fin. Les plus grandes forces de cette approche sont que la carte est indépendante de la forme (les obstacles et les chemins de routage peuvent être de n'importe quelle forme) et l'espace peut être traversé sous n'importe quel angle - les algorithmes de routage ne sont pas limités à des chemins purement verticaux ou horizontaux, comme avec des routeurs à expansion rectiligne.

Pour construire une carte topologique d'un circuit imprimé, Situs relie chaque obstacle sur le circuit à ses obstacles voisins, créant quelque chose qui ressemble à un ensemble de toiles d'araignées connectées. Les chemins de routage potentiels sont ensuite définis en passant d'un fil de toile au suivant, puis au suivant, et ainsi de suite, jusqu'à ce que la cible soit atteinte. Cette approche de la cartographie n'est pas géométriquement liée à l'espace de routage ; le chemin potentiel se fraye simplement un chemin entre chaque paire d'obstacles, comme le montre l'image ci-dessous.

La carte topologique élimine la limitation fondamentale des routeurs antérieurs - la limitation créée en utilisant le même espace géométrique pour cartographier les chemins comme ils le font pour router. En séparant l'espace de cartographie de l'espace de routage, le routeur topologique est capable de cartographier des chemins plus naturels et également de trouver des chemins de routage qui ne sont pas orthogonaux. Ce processus de cartographie fonctionne beaucoup comme le feraient les concepteurs, en ce sens que les concepteurs cherchent un chemin qui traverse la carte de la manière la plus directe possible, tout en maintenant, dans une certaine mesure, les directions des couches qu'ils ont attribuées. Les concepteurs ne limitent pas leurs décisions en fonction de la possibilité de réaliser une connexion à travers une zone particulière en utilisant une série de pistes orthogonales, mais décident simplement si une piste peut ou non s'insérer à travers un canal de routage possible.

Comme le montre le chemin cartographié dans l'image à gauche, le chemin initialement défini topologiquement peut ne pas convenir en tant que chemin de routage final. Grâce à des algorithmes de routage sophistiqués, Situs convertit le chemin cartographié en un chemin de routage adapté, un exemple de cela est montré dans l'image à droite.

  

Un routeur topologique ne tente pas de cartographier dans la géométrie de l'espace, il cherche un chemin entre les obstacles.

L'analyse topologique initiale d'un chemin de routage, sans tenir compte des coordonnées des obstacles, conduit à des taux d'achèvement élevés et à des vitesses élevées sur des cartes traditionnellement considérées comme difficiles pour les autorouteurs - par exemple, celles avec des géométries non standard, des composants à broches décalées denses, ou des contours et des découpes de forme irrégulière.

Trouver un Chemin de Routage

Un autre avantage de l'approche topologique est que l'analyse et la détermination des chemins de routage sont beaucoup plus similaires à celles utilisées par un concepteur lors du routage manuel d'une carte.

Par exemple, l'expérience a montré qu'il est plus efficace de router toutes les connexions qui partagent une couche dans la même direction, donnant naissance au concept de direction de couche de routage. Sur des cartes simples à deux couches, cela se fait en attribuant une couche pour être horizontale et l'autre pour être verticale. Le concepteur et l'autorouteur peuvent alors placer les routes conformément à cette convention.

Comme les voies sur une route, cette approche apporte de l'ordre à la tâche de routage, permettant au concepteur ou à l'autorouteur de voir la carte comme une série de canaux, qui peuvent ensuite être attribués de manière ordonnée. Dans les routeurs à grille traditionnels et les routeurs à expansion rectiligne, les directions des couches sont limitées à la verticale - pistes allant du haut vers le bas de la carte, et à l'horizontale - pistes traversant la carte d'un côté à l'autre.

À mesure que la densité du design augmente, le nombre de couches nécessaires pour router la carte augmentera également. Une fois que le design nécessite plus de deux couches, il peut être plus efficace de rechercher des chemins de routage dans des directions autres que verticale et horizontale. C'est exactement ce qu'un concepteur ferait - examiner le flux des lignes de connexion et, s'il y a un nombre suffisant se déplaçant dans une orientation particulière, disons en diagonale, attribuer une couche à cette direction, puis router ces connexions sur cette couche dans cette direction.

Ni le routeur à grille fixe ni le routeur à expansion rectiligne ne peuvent se mapper directement dans une direction non orthogonale ; ils ne peuvent cartographier l'espace que de manière horizontale/verticale. Pour produire des tracés diagonaux nets, ces types d'autorouteurs doivent d'abord définir un itinéraire en utilisant des pistes orthogonales, puis exécuter des routines de post-traitement spéciales pour convertir les coins à angle droit en diagonales.

Un routeur topologique, en revanche, n'est pas contraint par les géométries orthogonales et peut identifier directement les itinéraires diagonaux et les assigner à la couche correcte. Cela conduit non seulement à un autoroutage plus "naturel", mais produit également un routage plus efficace et minimise le nombre de vias nécessaires dans la conception finale.

Fin du Routage

Comme mentionné précédemment, l'analyse topologique offre un moyen efficace de déterminer un chemin de routage possible, mais ce chemin topologique doit être traduit en un routage fini de qualité. Comme un concepteur, l'autorouteur rencontrera une variété de situations qui doivent être traitées de différentes manières, telles que résoudre le chemin de routage à travers la carte, suivre une limite, ou pousser contre des objets de route existants dans une tentative de les déplacer.

Pour répondre à ces différentes situations, Situs utilise un éventail de moteurs de routage, incluant un routeur de mémoire, des routeurs de motifs, un routeur pour l'alimentation et la masse, un routeur de front d'onde, des routeurs de poussée et de tirage basés sur la forme, ainsi qu'un certain nombre de routeurs heuristiques pour des situations spécifiques, telles que le dégagement de BGA. Ces moteurs sont basés sur des algorithmes de routage matures et puissants et ont été développés au fil de nombreuses années. Dans Situs, ces moteurs de routage exploitent la détermination intelligente du chemin de routage du processus de cartographie topologique pour produire des connexions finies de haute qualité.

Les moteurs de routage de Situs sont contrôlés par un ensemble sophistiqué de fichiers de stratégie qui agissent comme le "cerveau" de l'autorouteur. Un concepteur humain possède un certain nombre d'avantages par rapport à un autorouteur lorsqu'il s'agit de router une carte. L'esprit humain peut planifier, et ce faisant, il peut considérer et ordonner un grand nombre de facteurs, se concentrer sur un élément individuel, puis revenir pour reconsidérer la situation. Les autorouteurs utilisent un fichier de stratégie pour définir leurs schémas de pensée. Le fichier de stratégie contrôle les moteurs de routage, les appelant lorsque nécessaire et pondérant leurs actions en conséquence.

Pour comprendre le rôle important du fichier de stratégie, considérez comment la nature de la tâche de routage change à mesure que le routage progresse. Les approches utilisées pour router une carte vide en début de processus de routage sont assez différentes de celles utilisées à mesure que la densité de routage augmente, nécessitant différents moteurs de routage, pondérés en conséquence. Les instructions écrites dans le fichier de stratégie définissent un plan de comment router la carte, appelant et pondérant les moteurs de routage d'une manière particulière lorsque l'espace de routage est relativement vide, puis changeant les moteurs et leurs pondérations alors qu'il presse les routes finales à travers un espace de routage densément occupé.

En implémentant les processus de pensée ou le cerveau de l'autorouteur dans un fichier de stratégie, il est possible pour Altium d'évoluer facilement l'autorouteur à mesure que les technologies de cartes changent. Le fichier de stratégie Situs est l'un des fichiers de stratégie les plus sophistiqués de tout autorouteur disponible aujourd'hui. Il incarne des années de recherche dans le processus de routage, capturant l'expertise de nombreux concepteurs de PCB seniors.

Router automatiquement un PCB

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Le routeur topologique Situs apporte une nouvelle approche au défi de l'autoroutage. Il utilise une cartographie topologique avancée pour définir d'abord le chemin de routage, puis fait appel à une variété d'algorithmes de routage éprouvés pour convertir ce chemin « semblable à celui d'un humain » en une route de haute qualité. En tant que partie intégrante de l'éditeur de PCB, il suit les définitions des règles électriques et de routage du PCB.

Planifier l'utilisation de l'autoroutage

Bien que Situs soit simple à configurer et à exécuter, il existe quelques étapes préalables au routage que vous pouvez entreprendre pour garantir que l'outil produise un routage optimal avec un nettoyage minimal. Voici quelques conseils pour l'autoroutage :

1. Identifiez les réseaux avec les contraintes les plus souples. Ce sont généralement des réseaux numériques plus lents qui n'ont pas d'exigence d'impédance.
2. Déterminez quels groupes de réseaux vous souhaitez autorouter et ajoutez-les dans des Classes de Net.
3. Routez d'abord les réseaux les plus critiques. Ce sont généralement des réseaux de paires différentielles plus rapides, des réseaux RF de plus haute fréquence, et des interfaces analogiques de fréquence plus basse.
4. Laissez des canaux de routage ouverts pour que l'outil puisse placer des traces.
5. Appliquez l'outil d'autoroutage à chaque Classe de Net individuellement. Vous pouvez également utiliser l'outil pour cibler des composants spécifiques, ou même des réseaux individuels (voir ci-dessous).

Placement des composants

En fin de compte, le placement des composants a l'impact le plus significatif sur la performance du routage. L'éditeur PCB d'Altium Designer inclut un certain nombre d'outils, tels que des lignes de connexion dynamiquement optimisées, qui vous permettent de peaufiner le placement des composants. Le placement optimal des composants est atteint lorsque les lignes de connexion sont aussi courtes et les moins "emmêlées" possible.

D'autres bonnes pratiques de conception incluent le placement des composants de manière à ce que leurs pads soient sur une grille régulière (pour maximiser la quantité d'espace libre entre les pads pour le routage), placer des composants montés en surface de taille similaire exactement opposés les uns aux autres sur des cartes à double face, et consulter les fiches techniques des fabricants de dispositifs pour les directives de placement de découplage. Ceci n'est pas une liste exhaustive des considérations de placement, simplement quelques suggestions.

Keepouts

Le routeur nécessite une limite fermée, constituée d'objets de keepout placés. Typiquement, cette limite suit le bord de la carte. Les objets placés respecteront la règle de dégagement applicable pour s'assurer qu'ils restent à une distance appropriée de cette limite, pour satisfaire toute exigence de dégagement mécanique ou électrique que la conception peut avoir. Le routeur respectera également les keepouts à l'intérieur de cette limite extérieure, ainsi que les keepouts spécifiques à chaque couche.

Vous pouvez créer une limite fermée qui suit le bord de la forme de la carte, en utilisant le dialogue Ligne/Arc Primitives à partir de la forme de la carte. Pour plus d'informations sur les interdictions, consultez Interdictions Spécifiques aux Objets.

Remplissages de Polygone

Les remplissages de polygone (ou de cuivre) peuvent être soit solides (remplis d'une ou plusieurs régions de cuivre) soit hachurés (construits à partir de pistes et d'arcs). Un remplissage de polygone hachuré de taille moyenne à grande comprend un grand nombre de pistes et d'arcs. Bien que le routeur puisse router une carte qui inclut de tels remplissages de polygone, le nombre élevé d'objets qu'ils introduisent augmente la complexité du processus de routage.

Typiquement, vous ne devriez placer des remplissages de polygone avant le routage que s'ils sont nécessaires, par exemple, ils sont utilisés pour construire un pré-routage de forme inhabituelle, peut-être le routage des arrivées principales ou une région de masse critique. Autrement, il est préférable que les remplissages de polygone soient ajoutés à la conception une fois le routage terminé.

Est-ce Routable ?

Un autorouteur tente de comprendre et de modéliser le processus de routage. Si la carte contient une zone qui ne peut pas être routée à la main, alors elle ne pourra pas non plus être autoroutée. Si le routeur échoue continuellement sur un composant ou une section de la carte, alors vous devriez essayer de le router interactivement. Il se peut qu'il y ait des problèmes de placement ou de configuration des règles qui rendent le routage impossible.

Pré-routage

Pré-routez les réseaux critiques et, si il est essentiel qu'ils ne soient pas modifiés par le processus de routage, verrouillez-les en activant l'option Verrouiller tous les pré-routages dans le dialogue Stratégies de Routage Situs. Évitez cependant de verrouiller inutilement ; un grand nombre d'objets verrouillés peut rendre le problème de routage beaucoup plus difficile.

Les réseaux de paires différentielles doivent être routés manuellement et verrouillés avant d'utiliser l'autorouteur. Si vous ne faites pas cela, le routage est très susceptible de changer et d'altérer l'intégrité du signal de la paire différentielle.

Configuration des Règles de Conception

Le terme règle par défaut est utilisé pour décrire une règle avec un champ d'application de la requête Tous.

Si une règle inclut des valeurs Minimum, Préférée et Maximum, l'autorouteur utilisera la valeur Préférée.

Assurez-vous que les règles de conception de routage sont adaptées à la technologie de carte que vous utilisez. Des règles de conception mal ciblées ou inappropriées peuvent conduire à une performance d'autoroutage très médiocre. Notez que le routeur obéit à toutes les règles de conception Électrique et de Routage, à l'exception de la règle des Coins de Routage.

Les règles sont définies dans le dialogue Éditeur de Règles et de Contraintes PCB (Conception » Règles), auquel on peut accéder directement depuis le dialogue Stratégies de Routage Situs.

Si une règle inclut des valeurs Minimum, Préférée et Maximum, l'autorouteur utilisera la valeur Préférée.

Le système de règles d'Altium Designer est hiérarchique. L'idée est que vous commencez avec une règle par défaut pour tous les objets, puis ajoutez des règles supplémentaires pour cibler sélectivement d'autres objets qui ont des exigences différentes. Par exemple, vous devriez avoir une règle par défaut pour la largeur de routage qui couvre la largeur de routage la plus commune utilisée sur la carte, puis ajouter des règles subséquentes pour cibler sélectivement d'autres réseaux, classes de réseaux, etc.

Pour vérifier qu'une règle cible bien les objets corrects, copiez la requête de la règle dans le panneau Filtre PCB et appliquez la. Seuls les objets ciblés par la règle devraient passer à travers le filtre et rester affichés en pleine intensité. Alternativement, utilisez le panneau Règles et Violations PCB pour voir rapidement l'application de la règle à travers n'importe quelle règle définie pour la carte actuelle.

Les règles les plus importantes sont les règles de Largeur et de Dégagement. Ces paramètres de technologie de routage définissent à quel point le routage peut être 'compacté'. Le choix de ces paramètres est un processus d'équilibrage - plus les pistes sont larges et le dégagement important, plus la fabrication de la carte est facile ; inversement, plus les pistes et les dégagements sont étroits, plus il est facile de router la carte. Il est conseillé de consulter votre fabricant pour établir ses 'points de prix' pour les largeurs de routage et les dégagements, ces valeurs en dessous desquelles vous obtiendrez des rendements de fabrication plus faibles et des PCBs plus coûteux. En plus de satisfaire les exigences électriques de la conception, la technologie de routage devrait également être choisie pour s'adapter à la technologie des composants, pour permettre de router chaque broche.

La troisième règle qui fait partie de la technologie de routage est le Style de Via de Routage. Elle doit également être sélectionnée pour convenir à la piste et aux dégagements utilisés, tout en considérant les coûts de fabrication de la taille de trou et de l'anneau annulaire choisis.

Vous devriez également éviter les règles excessives ou inutiles - plus il y a de règles, plus le temps de traitement est long, plus le routage est lent. Les règles peuvent être désactivées si elles ne sont pas nécessaires pour l'autoroutage.

Largeur de Routage

Assurez-vous qu'il y a une Règle de Largeur de Routage avec une Requête de Tous (une règle par défaut), et que le paramètre Préféré est approprié pour la largeur de routage la plus courante dont vous avez besoin. Assurez-vous que cette largeur, combinée à la règle de dégagement appropriée, permet de router vers tous les pads. Configurez des règles de largeur de routage supplémentaires pour les réseaux nécessitant un routage plus large ou plus étroit.

Si il y a des composants à pas fin qui ont des broches sur des réseaux avec des largeurs de routage plus larges - par exemple, les réseaux d'alimentation - testez le routage à partir d'une broche d'alimentation et routez également la broche de chaque côté pour vous assurer qu'il est physiquement possible de router ces broches.

Contrainte de Dégagement

Vérifiez les exigences spéciales de dégagement, telles que les composants à pas fin dont les pastilles sont plus proches que les dégagements standard du circuit imprimé. Cela peut être pris en compte en utilisant une règle de conception convenablement définie et priorisée. Notez que, bien que vous puissiez définir une règle ciblant un empreinte, cela ne ciblera pas le routage qui se connecte à cette empreinte. Comme mentionné juste avant dans la section Largeur de Routage, testez le routage pour vous assurer que les broches du composant sont routables.

Style de Via de Routage

Assurez-vous qu'il y a une règle de Style de Via de Routage avec une Requête de Tous et que le paramètre préféré est approprié. Incluez des règles de priorité supérieure pour les réseaux qui nécessitent un style de via différent de la règle par défaut.

Altium Designer prend en charge les vias aveugles et enterrées, leur utilisation est déterminée par les permutations de couches autorisées par les Types de Via définis dans le Gestionnaire de Pile de Couches (Conception » Gestionnaire de Pile de Couches). Comme pour le routage interactif, lorsque l'autorouteur passe d'une couche à une autre, il vérifie les définitions actuelles du Type de Via - si ces couches sont définies comme une paire de couches aveugle ou enterrée, alors la via placée aura ces couches comme couches de départ et d'arrivée. Il est important de comprendre les restrictions à l'utilisation des vias aveugles/enterrées ; elles ne devraient être utilisées qu'en consultation avec votre fabricant. En plus des restrictions imposées par la technologie de superposition de fabrication, il y a également des considérations de fiabilité et d'accessibilité aux tests. Certains concepteurs considèrent qu'il est préférable d'ajouter plus de couches de routage plutôt que d'utiliser des vias aveugles/enterrées.

Couches de Routage

Assurez-vous qu'il y a une Règle des Couches de Routage avec une requête de Tout. Toutes les couches de signal activées (définies dans la pile de couches) seront listées. Activez les couches sur lesquelles vous souhaitez autoriser le routage selon les besoins. Incluez des règles de priorité supérieure pour les réseaux que vous souhaitez faire router sur des couches spécifiques uniquement.

Si vous souhaitez exclure un réseau particulier (ou une classe de réseaux) du routage par l'autorouteur, définissez une règle de Couche de Routage ciblant ce réseau ou cette classe de réseaux et, dans la région des Contraintes pour cette règle, assurez-vous que l'option Permettre le Routage pour chaque couche de signal activée est désactivée. La priorité de la règle doit être supérieure à celle de la règle par défaut (celle avec une requête de Tous).

Directions des Couches

La direction du routage des couches est spécifiée dans la boîte de dialogue des directions des couches, accessible depuis la boîte de dialogue des stratégies de routage Situs. Toutes les couches de signal activées (définies dans l'empilement des couches) seront listées. Choisissez les directions de couche appropriées pour s'adapter au flux des lignes de connexion. Situs utilise une cartographie topologique pour définir les chemins de routage, donc il n'est pas contraint de router horizontalement et verticalement. Typiquement, il est préférable d'avoir les couches extérieures en horizontal et vertical. Cependant, si vous avez une carte multicouche avec un grand nombre de connexions à un angle de '2 heures', alors réglez une ou plusieurs couches internes pour avoir ceci comme direction de routage préférée. Le passage des motifs de couche utilise en particulier cette information, et choisir la bonne direction peut faire une différence significative sur la performance de routage en termes de temps et de qualité. Notez que lorsque vous utilisez des couches inclinées, vous n'avez pas besoin d'avoir une couche partenaire se déroulant à 90 degrés de cette couche, puisque le routeur routera typiquement horizontalement ou verticalement s'il doit éviter un obstacle sur une couche inclinée.

Évitez d'utiliser la direction Any - la couche choisie pour router une connexion est basée sur la proximité de l'alignement de la connexion avec la direction de la couche, donc cette couche devient la couche de dernier recours. La direction Any est typiquement utilisée uniquement sur les cartes à simple face.

Priorité de Routage

Utilisez les règles de Priorité de Routage pour définir une priorité plus élevée sur les réseaux difficiles, ou ceux pour lesquels vous souhaitez avoir le routage le plus propre.

Contrôle de Fanout SMD

Le système de requête inclut des mots-clés qui ciblent spécifiquement les différents boîtiers de composants montés en surface, y compris IsLCC (Leadless Chip Carrier), IsSOIC (Small Outline IC) et IsBGA (Ball Grid Array). Des règles par défaut sont automatiquement créées pour les boîtiers les plus courants et, étant donné que les passages de fanout sont effectués tôt dans le processus d'autoroutage, il y a peu de pénalités à conserver des règles qui ne s'appliquent à aucun composant. Vous devriez avoir au moins une règle de conception de contrôle de fanout SMD s'il y a des composants montés en surface sur la carte - une requête appropriée pour une règle unique ciblant tous les composants montés en surface serait IsSMTComponent. Pour des informations sur la manière dont chaque mot-clé de requête identifie un boîtier de composant, ouvrez l'Query Helper, tapez le mot-clé requis et appuyez sur F1.

Les règles de fanout comprennent des paramètres qui contrôlent si les pads doivent être évasés vers l'intérieur ou l'extérieur, ou un mélange des deux. Pour se familiariser avec le comportement des attributs de la règle de Contrôle de Fanout, la commande Route » Fanout » Composant peut être exécutée sur n'importe quel composant de montage en surface qui n'a pas de réseaux assignés. En plus d'utiliser cela pour vérifier comment un composant s'évase bien avec la technologie de routage actuelle définie dans la carte, vous pouvez également l'utiliser pour évaser un composant que vous souhaitez conserver dans une bibliothèque comme empreinte pré-évasée. Une fois qu'il est évasé dans l'espace de travail PCB, copiez et collez le composant ainsi que les pistes et les vias d'évasement dans une bibliothèque.

Priorités des Règles

La prévalence, ou priorité, des règles est définie par le concepteur. La priorité de la règle est utilisée pour déterminer quelle règle appliquer lorsqu'un objet est couvert par plus d'une règle. Si la priorité n'est pas correctement définie, vous pourriez constater qu'une règle n'est pas appliquée du tout.

Par exemple, si la règle avec une requête de InNet('VCC') a une priorité inférieure à celle de la règle avec une requête de Tous, alors la règle Tous sera appliquée au réseau VCC. Utilisez le bouton Priorités dans la boîte de dialogue Éditeur de Règles et de Contraintes PCB pour accéder à la boîte de dialogue Modifier les Priorités des Règles, d'où il est possible d'affiner les priorités selon les besoins. Notez que la priorité n'est pas importante lorsque deux portées de règle ne se chevauchent pas (ne ciblent pas les mêmes objets). Par exemple, cela n'a aucune importance de savoir laquelle de ces deux portées de règle a une priorité plus élevée - InNet('VCC') ou InNet('GND').

La Règle d'Or

L'étape la plus importante est d'effectuer une vérification des règles de conception (DRC) avant de commencer l'autoroutage. Lors de l'utilisation des commandes Route » Auto Route » Configuration, ou Route » Auto Route » Tout, Situs réalise sa propre analyse pré-routage et présente les résultats sous forme de rapport dans la boîte de dialogue Stratégies de Routage Situs.

Assurez-vous que le Rapport de Configuration du Routage est propre avant de démarrer l'autorouteur.

Le rapport fournit des informations incluant :

• Les règles de conception actuellement définies pour le design qui seront respectées par l'autorouteur (et le nombre d'objets de conception - réseaux, composants, pastilles - affectés par chaque règle)
• Les directions de routage définies pour toutes les couches de routage de signaux
• Les définitions des paires de couches de perçage

Le rapport liste les problèmes potentiels qui pourraient affecter la performance du routeur. Lorsque c'est possible, des conseils sont fournis afin de conseiller dans la meilleure préparation du design pour l'autoroutage. Toutes les erreurs/avertissements/conseils qui sont listés doivent être examinés et, si nécessaire, les règles de routage correspondantes ajustées, avant de procéder au routage du design.

Vérifiez toutes les erreurs, avertissements et conseils pour comprendre quels problèmes potentiels l'autorouteur rencontrera.

Il est essentiel que toute violation des règles liées au routage soit résolue avant de démarrer l'autorouteur. Non seulement les violations peuvent empêcher le routage à l'emplacement de la violation, mais elles peuvent également ralentir considérablement le routeur alors qu'il tente continuellement de router une zone non routable.

Conseils pour lancer l'Autorouteur

• Les commandes de l'Autorouteur se trouvent dans le sous-menuRoute » Auto Route.
• Les commandes Route » Auto Route » All et Route » Auto Route » Setup ouvrent la boîte de dialogue Situs Routing Strategies, la différence est que lorsque vous choisissez All, la boîte de dialogue inclut un bouton Route All.
• N'ayez pas peur d'expérimenter. Si les résultats ne sont pas acceptables, faites quelque chose pour changer l'approche du routeur. Ajoutez des nettoyages intermédiaires et des passages de redressement, faites plus de place autour des zones denses, ou changez les directions des couches.
• En expérimentant avec le routeur - en créant vos propres stratégies pour contrôler l'ordre des passages, en changeant le nombre de vias avec le contrôle des Via, en changeant les directions des couches de routage, en contraignant le routeur à des routes orthogonales uniquement, et ainsi de suite - gardez des notes des combinaisons que vous avez essayées. De cette façon, vous pourrez identifier et réutiliser les configurations qui fonctionnent le mieux avec vos conceptions.
• Effectuez d'abord les passages de fanout seuls et évaluez la qualité. Vous devrez peut-être fanout manuellement les zones problématiques.

Passages de Routage et Stratégies de Routage

Les stratégies de routage actuellement définies sont listées dans la partie inférieure de la boîte de dialogue Stratégies de Routage Situs. Cliquez sur le bouton Ajouter pour accéder à la boîte de dialogue Éditeur de Stratégie Situs, depuis laquelle vous pouvez spécifier les passes à inclure dans une nouvelle stratégie. Alternativement, utilisez le bouton Dupliquer pour dupliquer une stratégie existante, puis modifiez-la selon les besoins.

Exemple de modification d'une stratégie dupliquée.

Les stratégies définies par l'utilisateur peuvent être éditées à tout moment, mais ces stratégies par défaut ne peuvent pas être modifiées :

• Nettoyage
• Carte 2 couches par défaut
• Carte 2 couches avec connecteurs de bord par défaut
• Carte multicouches par défaut
• Orthogonal général
• Économe en vias

Les passes de routage suivantes sont disponibles. Les passes peuvent être utilisées dans n'importe quel ordre, comme guide examinez une stratégie existante pour voir l'ordre des passes.

 

 

Exemple de Résultats d'Autorouteur

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Dans cet exemple, nous prendrons une carte d'interface qui a été utilisée dans certaines vidéos récentes, et nous appliquerons l'autorouteur à certains des réseaux. L'objectif est de voir quand l'autorouteur commet des erreurs, comment l'outil gère des ensembles de règles complexes (et possiblement mutuellement exclusifs), ainsi que comment travailler avec l'outil en général.

Pour commencer, j'ai une carte finie que nous utiliserons comme référence dans cet exemple ; toute la carte a été routée à la main. Cela est montré ci-dessous.

Cette carte est semi-complexe, du moins en termes de règles requises pour la disposition et le routage. Cette carte est une carte d'interface entre certains connecteurs CMS de côtés opposés de la carte. Les règles de disposition incluent une impédance contrôlée pour les paires différentielles, et la carte comprend des couches internes pour plusieurs rails d'alimentation, la terre, et quelques canaux différentiels.

Dans cet exemple, les paramètres suivants ont été utilisés :

• Stratégie générale de routage orthogonal (Horizontal Haut et Bas, SIG1 et SIG2 Vertical)
• Tous les pré-routages étaient verrouillés
• Tous les réseaux étaient numériques à basse vitesse (GPIOs et I2C), aucun contrôle d'impédance requis
• Au total, 27 réseaux nécessitaient un routage

Le dernier point et la construction du stackup du PCB nous permettent généralement de nous en sortir avec le routage de ces signaux étant routés sur plusieurs couches, à travers plusieurs vias, et sans aucune limitation de longueur. Des cartes plus complexes ou plus denses peuvent nécessiter des réglages plus spécialisés.

Les résultats pour les routes dans les couches de signal sont montrés ci-dessous.

 

 

Alors, quel est le verdict ? Pour ce cas particulier, les routes nécessitaient le nettoyage d'une seule violation de court-circuit sur la couche inférieure. C'est plutôt bon considérant l'arrangement des broches sur le connecteur horizontal supérieur. Je pense que cela est approprié

Réflexions finales

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Tout au long de ce tutoriel, j'ai réalisé quelque chose d'important : la stratégie de l'autorouteur et une topologie de routage acceptable sur votre carte doivent correspondre. Par exemple, supposons que vous avez une carte multicouche avec un grand nombre de réseaux, et que vous souhaitez implémenter un autoroutage avec des voies orthogonales ; votre autorouteur particulier sera le mieux adapté pour mettre en œuvre cette stratégie uniquement si une option orthogonale est intégrée à votre autorouteur. Cette approche est-elle la bonne pour vous ? Tout dépend de votre flux de travail particulier et de votre approche des conceptions.

Toutes les cartes ne sont pas adaptées à cela. Dans certains exemples, j'ai montré des cartes où une stratégie orthogonale, une stratégie de connecteur de bord ou un routage à 2 couches ne répondront tout simplement pas aux exigences opérationnelles pour chaque réseau. Dans ce cas, il est judicieux de router d'abord les traces les plus sensibles, puis d'essayer d'autorouter les réseaux restants. Un bon exemple que j'ai récemment discuté se trouve dans les grands réseaux à phases ; les lignes d'alimentation nécessitent un appariement de phase très précis, et le temps de configuration pourrait finir par être plus long que votre temps de routage et d'ajustement manuel. Parce que ces traces sont si importantes, il est logique de les router à la main.

Je pense qu'un bon autorouteur est seulement aussi bon que la compétence de l'utilisateur à l'utiliser et le niveau de configuration requis. Si vous prenez un peu de temps pour configurer les règles nécessaires, que vous planifiez des groupes spécifiques de réseaux à autorouter à chaque fois, et que vous élaborez une stratégie de nettoyage, vous pouvez minimiser le retravail manuel. L'avantage d'un outil d'automatisation est qu'il peut être réutilisé pour d'autres conceptions. Une fois que les profils de règles sont créés, ils peuvent être implémentés pour l'autoroutage dans d'autres agencements de PCB.

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