Semplifica il Routing con lo Scambio di Pin, Componenti e Coppie Differenziali

Quando si posizionano i componenti per un design di PCB, il posizionamento spesso porta a connessioni che si incroceranno tra loro. Sebbene l'uso di vie verso altri strati o il routing di tracce leggermente più lunghe possa essere utilizzato per affrontare un piccolo numero di connessioni incrociate, un grande numero di incroci, come quelli nella figura sottostante, può rendere il routing estremamente difficile e dispendioso in termini di tempo.

Per routing più complessi con un maggior numero di incroci, i progettisti di PCB impiegano tipicamente lo scambio di pin dei dispositivi e di sottoparti per ridurre il numero di connessioni incrociate. Mentre lo scambio di pin o parti elimina gli incroci nel PCB, tali modifiche devono anche essere riportate allo schema. Questo documento descrive un metodo mediante il quale lo scambio di pin, sottoparti e coppie differenziali può essere facilmente gestito per ottimizzare il routing riducendo le connessioni incrociate, mantenendo al contempo la sincronizzazione del design tra lo schema e semplificando il routing del PCB.

Un PCB con molte connessioni incrociate

INTRODUZIONE

Un posizionamento ottimale dei componenti contribuisce notevolmente a minimizzare le linee di connessione incrociate. Tuttavia, gli incroci non possono mai essere completamente evitati. Un grande numero di connessioni incrociate rende il routing del PCB estremamente impegnativo e dispendioso in termini di tempo da completare. È comune per i progettisti di PCB, ove elettricamente possibile, scambiare le assegnazioni di rete da un pin di un dispositivo a un altro pin idoneo dello stesso dispositivo. Analogamente, le sottoparti all'interno di un comune pacchetto possono essere scambiate per ridurre le connessioni incrociate.

Lo scambio di pin si basa sul fatto che le reti di due pin fisici differenti possono essere scambiate senza avere alcun impatto negativo sulla funzionalità elettrica del design. Un esempio basilare sarebbe i due pin di una resistenza. Poiché un pin di una resistenza non ha una polarità unica, è possibile scambiare liberamente i pin per eliminare un incrocio, e tuttavia funzionare come previsto.

Un altro esempio pratico potrebbe essere un connettore con un alto numero di pin, dove non c'è un requisito rigoroso per l'assegnazione specifica di ogni singolo pin a un segnale. Con la flessibilità di scambiare molti pin su un connettore, diverse connessioni incrociate potrebbero potenzialmente essere eliminate. Forse il tipo di componente più idoneo per lo scambio di pin è un dispositivo FPGA, dove i suoi pin di I/O definibili dall'utente, all'interno delle banche di tensione applicabili, ti permettono di riassegnare liberamente i pin secondo necessità.

Con lo scambio di sottoparti, parti simili all'interno di un comune pacchetto vengono scambiate. Ad esempio, un IC LM6154 Quad Op Amp ha quattro op amp separati e identici all'interno di un singolo pacchetto. Quindi, potresti scambiare l'op amp C (pin 8, 9 e 10) con l'op amp A (pin 2, 3 e 1) per eliminare le linee di connessioni incrociate mantenendo la stessa funzionalità. Lo scambio di sottoparti è talvolta chiamato "gate swapping", implicando che i 4 gate individuali all'interno di un pacchetto SN74S02N Quad NOR gate possono essere liberamente scambiati.

Lo scambio di pin dei dispositivi e di sottoparti aiuta notevolmente a ridurre il numero complessivo di connessioni incrociate in una messa a terra del PCB. Per implementare con successo lo scambio di pin dei dispositivi o di sottoparti, devi definire in anticipo quali pin sono idonei per essere scambiati. Inoltre, una volta effettuati gli scambi di pin o parti all'interno del design del Printed Circuit Board PCB, lo schema deve essere aggiornato per riflettere i cambiamenti e rimanere sincronizzato con il layout del PCB. Non mantenere sincronizzati può portare a errori disastrosi.

SCAMBIO DI PIN E PARTI

Lo scambio di pin o parti si realizza in tre passaggi generali: configurare i dati di scambio, eseguire gli scambi di pin o parti e, infine, sincronizzare gli schemi con gli aggiornamenti degli scambi.

CONFIGURAZIONE DEI GRUPPI DI SCAMBIO

I gruppi di scambio definiscono i pin che possono essere liberamente scambiati. Qualsiasi pin all'interno di un dato gruppo di scambio può essere scambiato con qualsiasi altro pin all'interno dello stesso gruppo. La definizione dei gruppi di scambio è tipicamente uno sforzo una tantum che può essere eseguito a livello di libreria dei simboli, a livello di schema o all'interno del documento PCB. I gruppi di scambio possono essere definiti per qualsiasi componente o istanza di componente in qualsiasi momento del processo di progettazione utilizzando il pannello Configure Pin Swapping. La definizione dei gruppi di scambio per lo scambio di Differential Pair e Sub-Parts può essere definita in modo simile. La figura è uno screenshot che mostra come i gruppi di scambio possono essere facilmente definiti.

Definizione di un gruppo di pin I/O FPGA in base al numero di banca

ESERCIZIO DEGLI SCAMBI DI PIN O PARTI

Una volta definiti i gruppi di scambio, lo scambio di pin, lo scambio di coppie differenziali o lo scambio di sottoparti possono essere eseguiti interattivamente all'interno del documento di progettazione del PCB. Puoi invocare le capacità di scambio interattivo utilizzando Strumenti > Scambio Pin/Parte, in base alle selezioni di scambio pin interattive che hai effettuato. Esiste anche una modalità di scambio pin automatico, che analizzerà tutti i collegamenti incrociati all'interno del layout e scambierà automaticamente più pin per ottenere il numero minimo possibile di incroci.

SINCRONIZZAZIONE DEGLI SCHEMI CON GLI AGGIORNAMENTI DI SCAMBIO:

Un aspetto molto critico dello scambio di pin è aggiornare lo schema per sincronizzare il progetto con le modifiche di scambio pin che sono state effettuate nel layout del PCB. Questo si fa semplicemente eseguendo un aggiornamento da PCB a Schema all'interno di Altium Designer. Una buona pratica da tenere a mente è utilizzare la connessione tramite Etichetta di Rete negli schemi per qualsiasi rete che possa essere associata a un gruppo di scambio. Questa pratica garantisce che le uniche modifiche apportate allo schema saranno sostituzioni di Etichetta di Rete. Altrimenti, se le etichette di rete non sono disponibili, lo scambio di pin richiederebbe sostituzioni dei pin dei simboli schematici per realizzare lo scambio di pin. La sostituzione dei pin nello schema è permessa, ma è disabilitata per impostazione predefinita. Non è consigliata perché i simboli risultanti differiranno dai simboli originali all'interno della libreria. La connessione tramite etichetta di rete è il metodo più pratico per supportare lo scambio di pin.

Una volta effettuati gli scambi, puoi nuovamente rivedere i collegamenti per vedere quanto miglioramento è stato fatto. Utilizzando i metodi descritti qui, la scheda nella prima illustrazione appare ora qui sotto. C'è una significativa riduzione nel numero di incroci.

Scambio di pin eseguito su FPGA (confronta con la figura precedente

CONCLUSIONE

I collegamenti incrociati all'interno di un editor di PCB possono complicare il compito di routing e richiedere più tempo o strati per il routing. Dichiarare quali pin o sottoparti possono essere scambiati all'interno di un progetto o di una libreria di simboli crea molte opportunità per eliminare gli incroci. Utilizzare le capacità di scambio interattivo o automatico riduce notevolmente il numero di collegamenti incrociati all'interno di un progetto.