Simplifiez le routage avec l'échange de broches, de composants et de paires différentielles

Lors du placement des composants pour un design de PCB, le placement conduit souvent à des connexions qui vont se croiser entre elles. Bien que l'utilisation de vias vers d'autres couches ou le routage de pistes légèrement plus long puisse être utilisé pour adresser un petit nombre de connexions croisées, un grand nombre de croisements, comme ceux présentés dans la figure ci-dessous, peut rendre le routage extrêmement difficile et chronophage.

Pour un routage plus complexe avec un plus grand nombre de croisements, les concepteurs de PCB emploient généralement l'échange de broches de dispositifs et de sous-parties pour réduire le nombre de connexions croisées. Bien que l'échange de broches ou de parties élimine les croisements dans le PCB, ces changements doivent également être répercutés sur le schéma. Ce document décrit une méthode par laquelle l'échange de broches, de sous-parties et de paires différentielles peut être facilement géré pour un routage optimal en réduisant les connexions croisées, tout en maintenant la synchronisation de la conception entre le schéma et la simplification du routage du PCB.

Un PCB avec de nombreuses connexions croisées

INTRODUCTION

Un placement optimal des composants contribue grandement à minimiser les lignes de connexion croisées. Cependant, les croisements ne peuvent jamais être complètement évités. Un grand nombre de connexions croisées rend le routage du PCB extrêmement difficile et chronophage à réaliser. Il est courant pour les concepteurs de PCB, lorsque cela est électriquement possible, de permuter les affectations de réseau d'une broche de dispositif à une autre broche de dispositif éligible. De même, les sous-parties au sein d'un même boîtier peuvent être échangées pour réduire les connexions croisées.

L'échange de broches repose sur le fait que les réseaux de deux broches physiques différentes peuvent être échangés sans avoir aucun impact négatif sur la fonctionnalité électrique de la conception. Un exemple simple serait les deux broches d'une résistance. Étant donné qu'une broche de résistance n'a pas de polarité unique, vous pouvez librement échanger les broches pour éliminer un croisement, tout en conservant la fonction prévue.

Un autre exemple pratique serait un connecteur à nombre élevé de broches, où il n'y a pas d'exigence stricte pour une affectation spécifique de chaque broche à un signal. Avec la flexibilité de permuter de nombreuses broches sur un connecteur, plusieurs connexions croisées pourraient potentiellement être éliminées. Peut-être que le type de composant le plus éligible au swapping de broches est un dispositif FPGA, où ses broches d'E/S définissables par l'utilisateur, dans les banques de tension applicables, vous permettent de réaffecter librement les broches selon les besoins.

Avec le swapping de sous-parties, des pièces similaires dans un boîtier commun sont échangées. Par exemple, un IC Quad Op Amp LM6154 a quatre amplificateurs opérationnels séparés et identiques dans un seul boîtier. Ainsi, vous pourriez échanger l'amplificateur opérationnel C (broches 8, 9 et 10) avec l'amplificateur opérationnel A (broches 2, 3 et 1) pour éliminer les lignes de connexions croisées tout en maintenant la même fonctionnalité. Le swapping de sous-parties est parfois appelé « swapping de portes », impliquant que les 4 portes individuelles dans un boîtier de porte NOR Quad SN74S02N peuvent être librement échangées.

Le swapping de broches de dispositif et de sous-parties aide grandement à réduire le nombre global de connexions croisées dans une mise à la terre de PCB. Pour mettre en œuvre avec succès le swapping de broches de dispositif ou de sous-parties, vous devez définir à l'avance quelles broches sont éligibles à être échangées. De plus, une fois les échanges de broches ou de pièces effectués dans la conception du Circuit Imprimé PCB, le schéma doit être mis à jour pour refléter les changements et rester synchronisé avec la disposition du PCB. Ne pas les maintenir synchronisés peut conduire à des erreurs désastreuses.

ÉCHANGE DE BROCHES ET DE PIÈCES

L'échange de broches ou de pièces est accompli en trois étapes générales : configurer les données d'échange, effectuer les échanges de broches ou de pièces, et enfin, synchroniser les schémas avec les mises à jour d'échange.

CONFIGURATION DES GROUPES D'ÉCHANGE

Les groupes d'échange définissent les broches qui peuvent être librement échangées. Toute broche au sein d'un groupe d'échange donné peut être échangée avec n'importe quelle autre broche du même groupe. La définition des groupes d'échange est généralement un effort unique qui peut être effectué au niveau de la bibliothèque de symboles, au niveau du schéma, ou au sein du document PCB. Les groupes d'échange peuvent être définis pour n'importe quel composant ou instance de composant à tout moment du processus de conception en utilisant le panneau Configure Pin Swapping. La définition des groupes d'échange pour le swapping de Paires Différentielles et de Sous-Parties peut être définie de manière similaire. La figure est une capture d'écran montrant comment les groupes d'échange peuvent être facilement définis.

Définition d'un groupe de broches d'E/S FPGA selon le numéro de banque

RÉALISATION DES ÉCHANGES DE BROCHES OU DE PIÈCES

Une fois que les groupes d'échange ont été définis, l'échange de broches, l'échange de paires différentielles ou l'échange de sous-parties peuvent être effectués de manière interactive dans le document de conception du PCB. Vous invoquez les capacités d'échange interactives en utilisant Outils > Échange de Broche/Pièce, selon les sélections d'échange de broches interactives que vous avez effectuées. Il existe également un mode d'échange automatique de broches, qui analysera toutes les connexions croisées dans la disposition et échangera automatiquement plusieurs broches pour atteindre le nombre minimal de croisements possible.

SYNCHRONISATION DES SCHÉMAS AVEC LES MISES À JOUR D'ÉCHANGE :

Un aspect très critique de l'échange de broches est de mettre à jour le schéma pour synchroniser le projet avec les changements d'échange de broches qui ont été effectués dans la disposition du PCB. Faites-le simplement en effectuant une mise à jour du PCB vers le Schéma dans Altium Designer. Une bonne pratique à garder à l'esprit est d'utiliser la connexion par Étiquette de Net dans les schémas pour tous les réseaux qui peuvent être associés à un groupe d'échange. Cette pratique garantit que les seuls changements apportés au schéma seront des substitutions d'Étiquette de Net. Sinon, si les étiquettes de réseau ne sont pas disponibles, l'échange de broches nécessiterait des substitutions de broches de symbole schématique pour accomplir l'échange de broches. La substitution de broches schématiques est permise, mais est désactivée par défaut. Elle n'est pas conseillée car les symboles résultants différeront des symboles originaux de la bibliothèque. La connexion par étiquette de réseau est la méthode la plus pratique pour soutenir l'échange de broches.

Une fois les échanges effectués, vous pouvez à nouveau examiner les connexions pour voir combien d'amélioration a été réalisée. En utilisant les méthodes décrites ici, la carte dans la première illustration apparaît maintenant ci-dessous. Il y a une réduction significative du nombre de croisements.

Échange de broches effectué sur FPGA (comparer à la figure précédente

CONCLUSION

Les connexions croisées dans un éditeur de PCB peuvent compliquer la tâche de routage et nécessiter plus de temps ou de couches pour le routage. Déclarer quelles broches ou sous-parties peuvent être échangées au sein d'un projet ou d'une bibliothèque de symboles crée de nombreuses opportunités d'éliminer les croisements. Utiliser les capacités d'échange interactives ou automatiques réduit grandement le nombre de connexions croisées au sein d'une conception.