Automatyczne trasowanie PCB z wykorzystaniem topologicznego autoroutera Situs

Jest jedno narzędzie w aplikacji do projektowania PCB, które ludzie uwielbiają nienawidzić: autoroutery. Używałem autorouterów w niektórych z moich pierwszych projektów, które miały dużo ścieżek. Te pierwsze płytki nie miały żadnych wymagań, które ograniczałyby swobodę trasowania, takich jak kontrolowana impedancja czy budżety strat. Prawdopodobnie mógłbym (i powinienem) trasować te wczesne płytki ręcznie, aby zdobyć więcej doświadczenia w układaniu PCB, ale i tak użyłem autoroutera.

Chociaż wiele autorouterów obecnej generacji spełnia te wymagania w pewnym stopniu, siatkowe, oparte na kształtach lub geometryczne podejścia, które stosują w mapowaniu przestrzeni trasowania, przedstawiają poważne ograniczenia przy gęstszych, nieortogonalnych i geometrycznie nieregularnych technologiach pakowania komponentów - technologie, które stają się coraz bardziej powszechne w nowoczesnym projektowaniu płyt. Autoroutery obecnej generacji, ze względu na swoje geometryczne ograniczenia, również mają tendencję do produkowania wyników, które "wyglądają jak z autoroutera", prowadząc do obszernych ręcznych poprawek. Rzeczywiście wielu projektantów unika używania autorouterów właśnie z powodu tego ograniczenia.

Situs™ autorouter w Altium Designer to jedno z narzędzi, które można wykorzystać do automatycznego trasowania określonych sieci lub klas sieci, i może być przydatnym narzędziem w procesie projektowania. Ważne jest, aby zauważyć, że ten autorouter to zaawansowane narzędzie automatyzacji, które może pomóc wyeliminować wiele ręcznego trasowania, ale ważne jest, aby wiedzieć, kiedy i gdzie go używać.

Autorouter Situs nie jest narzędziem typu "kliknij i działaj". Wymaga planowania i konfiguracji.

Maksymalne wykorzystanie tego narzędzia wymaga pewnego planowania i przemyślenia układu PCB, ustawienia Klas Sieci, tak aby określone grupy sieci mogły być celowane przez autorouter, a nawet zaprojektowania niestandardowej strategii trasowania do zaimplementowania z autorouterem Situs.W tym artykule przyjrzymy się niektórym podstawom autoroutingu, jak skonfigurować autorouter Situs oraz przykładowi pokazującemu wyniki użycia autoroutera takiego jak Situs. Użyj linków w Spisie Treści powyżej, aby przejść do każdej sekcji w tym przewodniku.

Przegląd Autoroutera Situs

[Powrót do góry]

Tradycyjne podejścia do autoroutingu

Projekt elektroniczny to w zasadzie zbiór komponentów, których wyprowadzenia są połączone ze sobą w określony sposób. Projekt realizowany jest poprzez rozmieszczenie komponentów na wielowarstwowej strukturze mechanicznej, zwaną płytką drukowaną (PCB). Połączenia są fizycznie realizowane poprzez dyskretne ścieżki miedziane, które przebiegają wzdłuż i przez PCB, od jednego wyprowadzenia komponentu do drugiego.

Zadanie stworzenia dyskretnej ścieżki miedzianej, czyli trasy, dla każdego połączenia może być bardzo skomplikowane. Typowy projekt może mieć wiele tysięcy połączeń między wyprowadzeniami komponentów, a ścieżki mogą musieć być tworzone między komponentami, które są bardzo ciasno upakowane na powierzchni PCB.

Wczesne autoroutery mapowały przestrzeń projektową, definiując regularną siatkę na całej płycie, mając na celu umieszczenie każdego wyprowadzenia komponentu bezpośrednio na punkcie siatki oraz uwzględnienie wystarczającej liczby punktów siatki w wolnej przestrzeni, aby poprowadzić wszystkie połączenia. Wczesne komponenty były dostarczane z wyprowadzeniami rozmieszczonymi w wielokrotnościach 0,1 cala, więc zdefiniowanie odpowiedniej siatki było stosunkowo łatwe, jak pokazano poniżej.

Kiedy wszystkie komponenty miały wyprowadzenia na rozstawie 0,1", można było użyć routera siatkowego.

Wprowadzenie elementów montowanych powierzchniowo spowodowało, że odstępy między wyprowadzeniami komponentów stały się znacznie mniejsze, a producenci zaczęli również dostarczać komponenty z metrycznym rozstawem wyprowadzeń. Postępy w technologii produkcji pozwoliły projektantom stosować bardzo wąskie ścieżki prowadzące, które mogły być umieszczane bliżej siebie. Te czynniki połączone sprawiły, że tradycyjne routery siatkowe stały się nieprzydatne w projektach wykorzystujących te technologie pakowania i produkcji. Ponieważ siatka musiała być na tyle drobna, aby skutecznie radzić sobie z nowymi technologiami, routery siatkowe potrzebowały ogromnych ilości pamięci i mocy obliczeniowej - nie wspominając o czasie - aby zbudować siatkę trasowania i zaprojektować trasowanie.

Aby ulepszyć to podejście, opracowano technikę znaną jako rozszerzenie prostokątne [1]. Technika ta definiuje przestrzeń między przeszkodami na płytce jako serię prostokątów. Po zdefiniowaniu zestawu prostokątów, ścieżka trasowania jest określana poprzez podążanie za krawędziami prostokątów. Ta technika pozwoliła na trasowanie komponentów z różnym rozstawem wyprowadzeń, a także umożliwiła autorouterowi radzenie sobie z wówczas nowszymi technologiami produkcji, takimi jak elementy montowane powierzchniowo. To podejście często określa się mianem autoroutingu opartego na kształtach, ponieważ modeluje ono kanały trasowania za pomocą kształtów prostokątnych, jak pokazano na poniższym obrazie.

Router prostoliniowy dzieli przestrzeń na strefy prostokątne, które następnie są wykorzystywane do znalezienia ścieżki trasowania.

Chociaż autoroutery z ekspansją prostoliniową mogą pokonać niektóre problemy związane z prędkością i pamięcią routerów o jednolitej siatce, nadal są ograniczone geometrycznie w możliwych do zidentyfikowania ścieżkach trasowania. Gdy mapa prostokątna jest ustalona dla płytki, fronty trasowania "rozprzestrzeniają się" wzdłuż krawędzi przylegających prostokątów - tylko w kierunkach pionowych i poziomych. Trasowanie jest ograniczone ortogonalnie do granic prostokątów. Problemy mogą pojawić się z geometriami nieortogonalnymi, takimi jak te znalezione na przykład w komponentach z przesuniętą siatką pinów lub obróconych komponentach. Często w tych przypadkach nie można znaleźć ortogonalnej ścieżki trasowania, a routery z ekspansją prostoliniową zawiodą.

Opakowania komponentów ciągle się zmniejszają pod względem rozmiaru i odstępu między pinami, a nowsze pakiety takie jak Ball Grid Arrays (BGAs) używają przesuniętych siatek, aby maksymalizować gęstość ich pinów. W połączeniu z tym, małe i nietypowe opakowania produktów często wymagają umieszczenia komponentów w nieregularnych orientacjach i na nietypowo kształtowanych PCB. W miarę jak te trendy nabierają tempa, będzie coraz trudniej dla routerów z ekspansją prostoliniową sprostać wyzwaniom trasowania nowoczesnych projektów płyt.

Potrzebna była nowa technika mapowania przestrzeni trasowania, która nie modeluje płyty jako proste prostokąty i nie ogranicza się do prostoliniowych ścieżek między przeszkodami.

• [1] Metoda bezsiatkowego trasowania płytek drukowanych, 22^nd Konferencja Automatyzacji Projektowania, Dokument 32.2 1984, A.C. Finch, K.J. Mackenzie, G.J. Balsdon, G Symonds z Racal Redac Ltd.

Topologiczne podejście

Topologiczne podejście do autorutowania, takie jak używane przez autorouter Situs w Altium Designer, stosuje inną metodę mapowania przestrzeni trasowania - jedną, która nie jest ograniczona geometrycznie. Zamiast używać informacji o współrzędnych roboczych jako punktu odniesienia, topologiczny autorouter tworzy mapę, używając tylko względnych pozycji przeszkód w przestrzeni, bez odniesienia do ich współrzędnych.

Mapowanie topologiczne to technika analizy przestrzennej, która trianguluje przestrzeń między sąsiednimi przeszkodami. Ta ztriangulowana mapa jest następnie używana przez algorytmy trasowania do "przewijania się" między parami przeszkód, od punktu początkowego trasy do punktu końcowego trasy. Największe zalety tego podejścia to niezależność mapy od kształtu (przeszkody i ścieżki trasowania mogą mieć dowolny kształt) oraz możliwość przemierzania przestrzeni pod dowolnym kątem - algorytmy trasowania nie są ograniczone wyłącznie do ścieżek pionowych lub poziomych, jak w przypadku routerów z ekspansją prostokątną.

Aby zbudować topologiczną mapę płytki, Situs łączy każdą przeszkodę na płytce z jej sąsiednimi przeszkodami, tworząc coś na kształt zestawu połączonych sieci pajęczych. Potencjalne ścieżki trasowania są następnie definiowane przez przechodzenie od jednego strzępu sieci do następnego, a następnie do kolejnego, i tak dalej, aż do osiągnięcia celu. To podejście do mapowania nie jest geometrycznie związane z przestrzenią trasowania; potencjalna ścieżka po prostu przewija się między każdą parą przeszkód, jak pokazano na poniższym obrazie.

Mapa topologiczna eliminuje fundamentalne ograniczenie wcześniejszych routerów - ograniczenie wynikające z używania tej samej przestrzeni geometrycznej do mapowania ścieżek, co do ich trasowania. Poprzez oddzielenie przestrzeni mapowania od przestrzeni trasowania, router topologiczny jest w stanie mapować bardziej naturalne ścieżki oraz znajdować ścieżki trasowania, które nie są ortogonalne. Proces mapowania działa bardzo podobnie do sposobu działania projektantów, ponieważ projektanci szukają ścieżki, która przebiega przez płytę w najbardziej bezpośredni sposób, jednocześnie zachowując, do pewnego stopnia, kierunki warstw, które przypisali. Projektanci nie ograniczają swoich decyzji na podstawie tego, czy połączenie przez określony obszar może być wykonane za pomocą serii ortogonalnych ścieżek, ale po prostu decydują, czy ścieżka będzie pasować, czy nie przez możliwy kanał trasowania.

Jak pokazuje ścieżka zmapowana na obrazie po lewej stronie, początkowa ścieżka zdefiniowana topologicznie może nie być odpowiednia jako gotowa ścieżka trasowania. Za pomocą zaawansowanych algorytmów trasowania, Situs konwertuje zmapowaną ścieżkę na odpowiednią ścieżkę trasowania, przykład czego pokazano na obrazie po prawej stronie.

  

Router topologiczny nie próbuje mapować do geometrii przestrzeni, szuka ścieżki między przeszkodami.

Początkowa analiza topologiczna ścieżki trasy, bez uwzględnienia współrzędnych przeszkód, prowadzi do wysokich wskaźników zakończenia i wysokich prędkości na płytach, które tradycyjnie uważane są za trudne dla autorouterów - na przykład tych z niestandardowymi geometriami, gęsto rozmieszczonymi komponentami z przesuniętymi pinami, lub nieregularnie ukształtowanymi obrysami i wycięciami.

Znalezienie Ścieżki Trasy

Kolejną korzyścią podejścia topologicznego jest to, że analiza i określenie ścieżek trasowania jest znacznie bardziej podobna do tej, używanej przez projektanta podczas ręcznego trasowania płytki.

Na przykład, doświadczenie pokazało, że najbardziej efektywne jest trasowanie wszystkich połączeń, które dzielą warstwę, w tym samym kierunku, co prowadzi do koncepcji kierunku warstwy trasowania. Na prostych płytach dwuwarstwowych robi się to przez przypisanie jednej warstwy jako poziomej, a drugiej jako pionowej. Zarówno projektant, jak i autorouter mogą wtedy umieszczać trasy zgodnie z tą konwencją.

Podobnie jak pasy na drodze, to podejście wprowadza porządek do zadania trasowania, pozwalając projektantowi lub autorouterowi postrzegać płytę jako serię kanałów, które następnie mogą być przydzielane w uporządkowany sposób. Zarówno w tradycyjnych routerach siatkowych, jak i routerach z ekspansją prostokątną, kierunki warstw są ograniczone do pionowych - ścieżki biegnące od góry do dołu płyty, i poziomych - ścieżki przebiegające przez płytę z jednej strony na drugą.

Wraz ze wzrostem gęstości projektu, wzrośnie również liczba warstw wymaganych do trasowania płyty. Gdy projekt wymaga więcej niż dwóch warstw, może być bardziej efektywne szukanie ścieżek trasowania w kierunkach innych niż pionowy i poziomy. To właśnie robiłby projektant - analizowałby przepływ linii połączeń i, jeśli wystarczająca liczba z nich poruszałaby się w określonej orientacji, powiedzmy po przekątnej, przydzieliłby warstwę w tym kierunku, a następnie trasował te połączenia na tej warstwie w tym kierunku.

Ani router z ustaloną siatką, ani router z ekspansją prostokątną nie mogą bezpośrednio mapować w kierunku nieortogonalnym; mogą jedynie mapować przestrzeń w sposób poziomy/pionowy. Aby wyprodukować schludne trasy diagonalne, tego typu autoroutery muszą najpierw zdefiniować trasę za pomocą ścieżek ortogonalnych, a następnie uruchomić specjalne procedury post-processingu, aby przekształcić narożniki pod kątem prostym na diagonale.

Z drugiej strony, router topologiczny nie jest ograniczony geometriami ortogonalnymi i może bezpośrednio identyfikować trasy diagonalne oraz przypisywać je do odpowiedniej warstwy. Nie tylko prowadzi to do bardziej "naturalnego" autoroutingu, ale także generuje bardziej efektywne trasowanie i minimalizuje liczbę potrzebnych przelotek w gotowym projekcie.

Finalizowanie Trasowania

Jak wspomniano wcześniej, analiza topologiczna zapewnia efektywny sposób określania możliwej ścieżki trasowania, ale ta topologiczna ścieżka musi zostać przetłumaczona na trasę o wysokiej jakości. Podobnie jak projektant, autorouter napotka różnorodne sytuacje, które należy rozwiązać na różne sposoby, takie jak rozstrzyganie ścieżki trasowania przez mapę, podążanie za granicą, lub pchanie istniejących obiektów trasy w próbie przesunięcia ich dalej.

Aby sprostać tym różnym sytuacjom, Situs wykorzystuje szereg silników trasowania, w tym trasownik pamięci, trasowniki wzorcowe, trasownik mocy i masy, trasownik fali frontowej, trasowniki oparte na kształcie z możliwością przesuwania i przepychania, oraz szereg trasowników heurystycznych dla specyficznych sytuacji, takich jak rozwijanie BGA. Te silniki opierają się na dojrzałych i potężnych algorytmach trasowania i zostały rozwijane przez wiele lat. W Situs te silniki trasowania wykorzystują inteligentne określanie ścieżki trasy procesu mapowania topologicznego, aby produkować połączenia o wysokiej jakości.

Silniki trasowania Situs są kontrolowane przez zaawansowany zestaw plików strategii, które działają jako "mózg" autoroutera. Projektant człowiek ma szereg przewag nad autorouterem, jeśli chodzi o trasowanie płyty. Ludzki umysł może planować, i robiąc to, może rozważać i porządkować dużą liczbę czynników, przybliżać, aby skupić się na indywidualnym elemencie, a następnie wracać, aby ponownie rozważyć sytuację. Autoroutery używają pliku strategii, aby zdefiniować swoje wzorce myślenia. Plik strategii kontroluje silniki trasowania, wywołując je w razie potrzeby i ważąc ich działania, jak to robi.

Aby docenić ważną rolę pliku strategii, należy rozważyć, jak zmienia się charakter zadania trasowania w miarę postępu trasowania. Metody używane do trasowania pustej płytki na początku procesu trasowania znacznie różnią się od tych używanych, gdy gęstość trasowania wzrasta, wymagając różnych silników trasujących, odpowiednio ważonych. Instrukcje zapisane w pliku strategii definiują plan, jak trasować płytę, wywołując i ważąc silniki trasujące w szczególny sposób, gdy przestrzeń do trasowania jest stosunkowo pusta, a następnie zmieniając silniki i ich ważenie, gdy przeciska ostateczne trasy przez gęsto zajętą przestrzeń trasowania.

Implementując procesy myślowe lub mózg autoroutera w pliku strategii, możliwe jest dla Altium łatwe ewoluowanie autoroutera, gdy technologie płyt się zmieniają. Plik strategii Situs jest jednym z najbardziej zaawansowanych plików strategii jakiegokolwiek autoroutera dostępnego dzisiaj. Uosabia lata badań nad procesem trasowania, ujmując wiedzę wielu doświadczonych projektantów PCB.

Automatyczne trasowanie PCB

[Wróć do góry]

Router topologiczny Situs wprowadza nowe podejście do wyzwania, jakim jest autorouting. Wykorzystuje zaawansowane mapowanie topologiczne, aby najpierw zdefiniować ścieżkę routingu, a następnie korzysta z różnorodnych sprawdzonych algorytmów routingu, aby przekształcić tę „ludzką” ścieżkę w trasę wysokiej jakości. Jako integralna część edytora PCB, podąża za elektrycznymi definicjami i regułami routingu PCB.

Planowanie korzystania z autoroutingu

Chociaż Situs jest prosty w konfiguracji i uruchomieniu, istnieją pewne kroki przed-routingowe, które można wykonać, aby narzędzie wyprodukowało optymalny routing z minimalną ilością poprawek. Kilka wskazówek dotyczących autoroutingu obejmuje:

1. Zidentyfikuj sieci z najluźniejszymi ograniczeniami. Zazwyczaj są to wolniejsze cyfrowe sieci, które nie mają wymagań co do impedancji.
2. Określ, które grupy sieci chcesz poddać autoroutingowi i dodaj je do klas sieci (Net Classes).
3. Trasuj najbardziej krytyczne sieci jako pierwsze. Zazwyczaj są to szybsze sieci par różnicowych, sieci RF o wyższej częstotliwości i interfejsy analogowe o niższej częstotliwości.
4. Zostaw otwarte kanały routingu, aby narzędzie mogło umieszczać ścieżki.
5. Zastosuj narzędzie autoroutera do każdej klasy sieci indywidualnie. Możesz również użyć narzędzia do celowania w konkretne komponenty, a nawet pojedyncze sieci (patrz poniżej).

Umieszczanie komponentów

Ostatecznie, rozmieszczenie komponentów ma największy wpływ na wydajność trasowania. Edytor PCB w Altium Designer zawiera szereg narzędzi, takich jak dynamicznie optymalizowane linie połączeń, które pozwalają na dokładne dostosowanie rozmieszczenia komponentów. Optymalne rozmieszczenie komponentów to takie, gdy linie połączeń są jak najkrótsze i najmniej "zakręcone".

Inne dobre praktyki projektowe obejmują rozmieszczanie komponentów tak, aby ich pady były na regularnej siatce (aby maksymalizować ilość wolnej przestrzeni między padami dla trasowania), umieszczanie komponentów montażu powierzchniowego o podobnych rozmiarach dokładnie naprzeciwko siebie na dwustronnych płytach oraz konsultowanie kart katalogowych producentów urządzeń w celu uzyskania wytycznych dotyczących rozmieszczenia elementów odsprzęgających. To nie jest kompletna lista rozważań dotyczących rozmieszczania, tylko kilka sugestii.

Strefy zakazane

Router wymaga zamkniętej granicy, utworzonej z umieszczonych obiektów stref zakazanych. Zazwyczaj ta granica śledzi krawędź płyty. Umieszczone obiekty będą przestrzegać odpowiedniej zasady odstępów, aby zapewnić, że pozostaną one w odpowiedniej odległości od tej granicy, aby zaspokoić wszelkie wymagania mechaniczne lub elektryczne, jakie może mieć projekt. Router będzie również przestrzegać stref zakazanych wewnątrz tej zewnętrznej granicy, jak również stref zakazanych specyficznych dla warstw.

Możesz utworzyć zamkniętą granicę, która będzie śledzić kształt płytki, używając Dialogu Linii/Łuków z Kształtu Płytki. Aby uzyskać więcej informacji na temat obszarów wyłączonych, zobacz Specyficzne Wyłączenia Obiektów.

Wylewki Poligonowe

Wylewki poligonowe (lub miedziane) mogą być albo pełne (wypełnione jednym lub więcej regionami miedzi), albo kratkowane (skonstruowane z torów i łuków). Średnia do duża kratkowana wylewka poligonowa zawiera dużą liczbę torów i łuków. Chociaż router może trasować płytkę zawierającą takie wylewki poligonowe, ogromna liczba obiektów, które wprowadzają, zwiększa złożoność procesu trasowania.

Zazwyczaj powinieneś umieszczać wylewki poligonowe przed trasowaniem tylko wtedy, gdy są wymagane, na przykład są używane do konstruowania nietypowo ukształtowanych trasowań przedtrasowania, być może głównego trasowania sieciowego lub krytycznego regionu uziemienia. W przeciwnym razie preferowane jest dodanie wylewek poligonowych do projektu po zakończeniu trasowania.

Czy jest trasowalne?

Autorouter próbuje zrozumieć i modelować proces trasowania. Jeśli płyta zawiera obszar, który nie może być trasowany ręcznie, wówczas nie zostanie on również zautomatyzowany. Jeśli router nieustannie napotyka problemy z komponentem lub sekcją płyty, powinieneś spróbować trasować ją interaktywnie. Może się okazać, że problemy z rozmieszczeniem lub konfiguracją reguł uniemożliwiają trasowanie.

Przedtrasowanie

Przedtrasuj krytyczne sieci i, jeśli jest to istotne, aby nie zostały zmienione przez proces trasowania, zablokuj je, aktywując opcję Zablokuj wszystkie przedtrasowania w oknie dialogowym Strategie trasowania Situs. Unikaj jednak niepotrzebnego blokowania; duża liczba zablokowanych obiektów może znacznie utrudnić problem trasowania.

Sieci par różnicowych muszą być trasowane ręcznie i zablokowane przed użyciem autoroutera. Jeśli tego nie zrobisz, trasowanie bardzo prawdopodobnie ulegnie zmianie i wpłynie na integralność sygnału pary różnicowej.

Konfiguracja reguł projektowych

Termin domyślna reguła opisuje regułę o zakresie zapytania Wszystkie.

Jeśli reguła zawiera wartości Minimalne, Preferowane i Maksymalne, autorouter będzie używał wartości Preferowanej.

Upewnij się, że zasady projektowania trasowania są odpowiednie do technologii płyty, której używasz. Słabo dobrane lub nieodpowiednie zasady projektowania mogą prowadzić do bardzo słabej wydajności autoroutingu. Należy zauważyć, że router przestrzega wszystkich zasad projektowania elektrycznego i trasowania, z wyjątkiem zasady zaokrągleń trasowania.

Zasady są definiowane w Edytorze zasad i ograniczeń PCB (Projekt » Zasady), który można otworzyć bezpośrednio z dialogu Strategii trasowania Situs.

Jeśli zasada zawiera wartości Minimalne, Preferowane i Maksymalne, autorouter będzie używał wartości Preferowanej.

System zasad w Altium Designer jest hierarchiczny. Idea polega na tym, że zaczynasz od domyślnej zasady dla wszystkich obiektów, a następnie dodajesz dodatkowe zasady, aby selektywnie kierować się na inne obiekty, które mają różne wymagania. Na przykład, powinieneś mieć domyślną zasadę dla szerokości trasowania, która obejmuje najczęściej używaną szerokość trasowania na płycie, a następnie dodawać kolejne zasady, aby selektywnie kierować się na inne sieci, klasy sieci i tak dalej.

Aby sprawdzić, czy reguła jest skierowana na odpowiednie obiekty, skopiuj zapytanie reguły do panelu Filtra PCB i zastosuj je. Tylko te obiekty, które są celem reguły, powinny przejść przez filtr i pozostać wyświetlone z pełną siłą. Alternatywnie, użyj panelu Reguł i Naruszeń PCB, aby szybko zobaczyć zastosowanie reguły w odniesieniu do dowolnej zdefiniowanej reguły dla aktualnej płyty.

Najważniejszymi regułami są reguły Szerokości i Odstępu. Te ustawienia technologii trasowania definiują, jak ciasno można 'zapakować' trasowanie. Wybór tych wartości to proces balansowania - im szersze ścieżki i większy odstęp, tym łatwiej jest wykonać płytę; w przeciwieństwie do węższych ścieżek i odstępów, które ułatwiają trasowanie płyty. Zaleca się konsultację z producentem, aby ustalić ich 'punkty cenowe' dla szerokości trasowania i odstępów, te wartości, które jeśli zostaną przekroczone, skutkują niższymi wydajnościami fabrykacji i wyższymi cenami PCB. Oprócz spełnienia wymagań elektrycznych projektu, technologia trasowania powinna być również dobrana do technologii komponentów, aby umożliwić trasowanie do każdego pinu.

Trzecia zasada, która jest częścią technologii trasowania, to Styl Przejścia Trasowania. Powinna być również dobrana odpowiednio do używanej ścieżki i odstępów, biorąc pod uwagę koszty produkcji wybranego rozmiaru otworu i pierścienia wokół otworu.

Powinieneś również unikać nadmiernych lub niepotrzebnych zasad - im więcej zasad, tym więcej czasu przetwarzania, tym wolniejsze trasowanie. Zasady mogą być wyłączone, jeśli nie są wymagane do autoroutingu.

Szerokość Trasowania

Upewnij się, że istnieje zasada Szerokości Trasowania z Zapytaniem Wszystkie (zasada domyślna) i że preferowane ustawienie jest odpowiednie dla najczęściej wymaganej przez Ciebie szerokości trasowania. Upewnij się, że ta szerokość, w połączeniu z odpowiednią zasadą odstępu, pozwala na trasowanie do wszystkich padów. Skonfiguruj dodatkowe zasady szerokości trasowania dla sieci, które wymagają szerszego lub węższego trasowania.

Jeśli istnieją komponenty o małym rozstawie nóżek, które mają piny w sieciach o szerszych szerokościach trasowania - na przykład, sieci zasilające - przetestuj trasowanie wychodzące z pinu zasilania oraz trasuj pin po obu stronach, aby upewnić się, że fizycznie możliwe jest trasowanie tych pinów.

Ograniczenie Odległości

Sprawdź specjalne wymagania dotyczące odstępów, takie jak elementy o drobnych rozstawach, których pady są bliżej siebie niż standardowe odstępy na płytce. Można temu zaradzić, stosując odpowiednio zakreśloną i uprzywilejowaną regułę projektową. Zauważ, że choć możesz zdefiniować regułę celującą w ślad, nie będzie ona celować w trasowanie, które łączy się z tym śladem. Jak wspomniano w sekcji Szerokość Trasowania, przetestuj trasę, aby upewnić się, że piny komponentu są trasowalne.

Styl Przejścia Trasowania

Upewnij się, że istnieje reguła Stylu Przejścia Trasowania z zapytaniem Wszystkie i że preferowane ustawienie jest odpowiednie. Dołącz reguły o wyższym priorytecie dla tych sieci, które wymagają innego stylu przejścia niż domyślna reguła.

Altium Designer wspiera ślepe i zakopane przelotki, a decyzja o ich użyciu jest określana przez dozwolone zamiany warstw zdefiniowane w Menadżerze Stosu Warstw (Projekt » Menadżer Stosu Warstw). Podobnie jak w przypadku interaktywnego trasowania, kiedy autorouter przełącza się między dwoma warstwami, sprawdza aktualne definicje Typu Przelotki - jeśli te warstwy są zdefiniowane jako para warstw ślepa lub zakopana, to umieszczona przelotka będzie miała te warstwy jako swoje warstwy początkowe i końcowe. Ważne jest, aby zrozumieć ograniczenia związane z użyciem ślepych/zakopanych przelotek; powinny być one stosowane tylko po konsultacji z producentem płytek. Oprócz ograniczeń narzuconych przez technologię stosu fabrykacji, istnieją również kwestie niezawodności i dostępności testowania. Niektórzy projektanci uważają, że lepiej jest dodać więcej warstw trasowania niż używać ślepych/zakopanych przelotek.

Warstwy Trasowania

Upewnij się, że istnieje reguła Warstwy Trasowania z zapytaniem Wszystkie. Wszystkie włączone warstwy sygnałowe (zdefiniowane w stosie warstw) zostaną wymienione. Włącz warstwy, na których chcesz zezwolić na trasowanie, w miarę potrzeb. Dołącz reguły o wyższym priorytecie dla sieci, które chcesz mieć trasowane tylko na określonych warstwach.

Jeśli chcesz wykluczyć określoną sieć (lub klasę sieci) z trasowania przez autorouter, zdefiniuj regułę warstwy trasowania, która będzie celować w tę sieć lub klasę sieci i, w regionie Ograniczenia dla tej reguły, upewnij się, że opcja Zezwalaj na Trasowanie dla każdej włączonej warstwy sygnałowej jest wyłączona. Priorytet dla reguły musi być wyższy niż domyślnej reguły (tej z zapytaniem Wszystkie).

Kierunki Warstw

Kierunek trasowania warstw jest określany w oknie dialogowym Kierunki Warstw, do którego dostęp uzyskuje się z okna dialogowego Strategie Trasowania Situs. Wszystkie aktywne warstwy sygnałowe (zdefiniowane w stosie warstw) zostaną wyświetlone. Wybierz odpowiednie kierunki warstw, aby dopasować je do przepływu linii połączeń. Situs używa topologicznego mapowania do definiowania ścieżek trasowania, więc nie jest ograniczony do trasowania tylko w poziomie i pionie. Zazwyczaj najlepiej jest mieć zewnętrzne warstwy jako poziome i pionowe. Jeśli jednak masz wielowarstwową płytę z dużą liczbą połączeń pod kątem '2 godziny', ustaw jedną lub więcej wewnętrznych warstw, aby miały to jako preferowany kierunek trasowania. Przejście przez wzory warstw w szczególności wykorzystuje te informacje, a wybór odpowiedniego kierunku może znacząco wpłynąć na wydajność trasowania zarówno pod względem czasu, jak i jakości. Należy zauważyć, że przy użyciu warstw pod kątem nie musisz mieć warstwy partnerskiej biegnącej pod kątem 90 stopni do tej warstwy, ponieważ router zazwyczaj będzie trasował w poziomie lub pionie, jeśli będzie musiał ominąć przeszkodę na warstwie pod kątem.

Unikaj używania kierunku Any - warstwa, która jest wybrana do prowadzenia połączenia, jest oparta na tym, jak ściśle połączenie jest zgodne z kierunkiem warstwy, więc ta warstwa staje się warstwą ostatniej szansy. Kierunek Any jest zwykle używany tylko na płytach jednostronnych.

Priorytet trasowania

Użyj zasad priorytetu trasowania, aby ustawić wyższy priorytet dla trudnych sieci lub tych, które chcesz mieć najczystsze trasowanie.

Kontrola rozwidlenia SMD

System zapytań zawiera słowa kluczowe, które specyficznie celują w różne obudowy komponentów montowanych powierzchniowo, w tym IsLCC (Leadless Chip Carrier), IsSOIC (Small Outline IC) oraz IsBGA (Ball Grid Array). Domyślne reguły są automatycznie tworzone dla najbardziej powszechnych obudów, a ponieważ przebiegi rozwijania wyprowadzeń są realizowane na wczesnym etapie procesu autoroutingu, zachowanie reguł, które nie mają zastosowania do żadnych komponentów, nie wiąże się z dużą stratą. Powinieneś mieć przynajmniej jedną regułę kontroli rozwijania wyprowadzeń SMD, jeśli na płytce znajdują się komponenty montowane powierzchniowo - odpowiednie zapytanie dla pojedynczej reguły, która celuje we wszystkie komponenty montowane powierzchniowo, to IsSMTComponent. Aby uzyskać informacje o tym, jak każde słowo kluczowe zapytania identyfikuje obudowę komponentu, otwórz Query Helper, wpisz wymagane słowo kluczowe i naciśnij F1.

Zasady rozwijania obejmują ustawienia kontrolujące, czy pady mają być rozwijane do wewnątrz, na zewnątrz, czy też w mieszany sposób. Aby lepiej zapoznać się z zachowaniem atrybutów reguły Kontroli Rozwijania, można uruchomić polecenie Trasa » Rozwijanie » Komponent na dowolnym komponencie montażu powierzchniowego, który nie ma przypisanych do siebie sieci. Można tego użyć również do sprawdzenia, jak dobrze komponent rozkłada się przy obecnie zdefiniowanej technologii trasowania na płycie, jak również do rozwinięcia komponentu, który chcesz zachować w bibliotece jako footprint z wcześniej wykonanym rozwinięciem. Po rozwinięciu go w przestrzeni roboczej PCB, skopiuj i wklej komponent oraz ścieżki i przelotki rozwijające do biblioteki.

Priorytety Reguł

Precedencja, czyli priorytet reguł, jest definiowana przez projektanta. Priorytet reguły jest używany do określenia, która reguła ma być zastosowana, gdy obiekt jest objęty więcej niż jedną regułą. Jeśli priorytet nie jest ustawiony poprawnie, może się okazać, że reguła w ogóle nie jest stosowana.

Na przykład, jeśli reguła z zapytaniem InNet('VCC') ma niższy priorytet niż reguła z zapytaniem All, wówczas reguła All zostanie zastosowana do sieci VCC. Użyj przycisku Priorities w oknie dialogowym PCB Rules and Constraints Editor, aby uzyskać dostęp do okna dialogowego Edit Rule Priorities, skąd można w razie potrzeby dostosować priorytety. Należy zauważyć, że priorytet nie ma znaczenia, gdy zakresy dwóch reguł się nie pokrywają (nie dotyczą tych samych obiektów). Na przykład, nie ma znaczenia, która z tych dwóch reguł ma wyższy priorytet - InNet('VCC') czy InNet('GND').

Złota Zasada

Najważniejszym krokiem jest wykonanie kontroli reguł projektowych (DRC) przed rozpoczęciem korzystania z autoroutera. Przy użyciu poleceń Route » Auto Route » Setup lub Route » Auto Route » All, Situs przeprowadza własną analizę przed trasowaniem i prezentuje wyniki w formie raportu w oknie dialogowym Situs Routing Strategies.

Upewnij się, że Raport Ustawień Trasowania jest czysty przed uruchomieniem autoroutera.

Raport zawiera informacje, w tym:

• Zasady projektowania obecnie zdefiniowane dla projektu, których będzie przestrzegać autorouter (oraz liczba obiektów projektowych - sieci, komponenty, pady - dotkniętych każdą zasadą)
• Zdefiniowane kierunki trasowania dla wszystkich warstw trasowania sygnałów
• Definicje par warstw wiercenia

Raport wymienia potencjalne problemy, które mogą wpłynąć na wydajność routera. Gdzie to możliwe, podane są wskazówki, aby doradzić w lepszym przygotowaniu projektu do autoroutingu. Wszelkie błędy/ostrzeżenia/wskazówki, które są wymienione, powinny być dokładnie przeanalizowane i, jeśli to konieczne, odpowiednie zasady trasowania dostosowane, zanim przejdzie się do trasowania projektu.

Sprawdź wszystkie błędy, ostrzeżenia i wskazówki, aby zrozumieć, z jakimi potencjalnymi problemami będzie mierzyć się autorouter.

Essencjalne jest, aby wszelkie naruszenia zasad związanych z trasowaniem zostały rozwiązane przed uruchomieniem autoroutera. Naruszenia nie tylko mogą uniemożliwić trasowanie w miejscu naruszenia, ale mogą również znacznie spowolnić router, ponieważ ciągle próbuje trasować obszar, który nie może być ztrasowany.

Wskazówki dotyczące uruchamiania Autoroutera

• Polecenia Autoroutera znajdują się w Trasa » Auto Trasa podmenu.
• Obydwie komendy Trasowanie » Auto Trasowanie » Wszystko oraz Trasowanie » Auto Trasowanie » Ustawienia otwierają okno dialogowe Strategie Trasowania Situs, różnica polega na tym, że gdy wybierzesz Wszystko, okno dialogowe zawiera przycisk Trasuj Wszystko.
• Nie bój się eksperymentować. Jeśli wyniki nie są zadowalające, zmień podejście routera. Dodaj pośrednie czyszczenie i prostowanie przebiegów, zrób więcej miejsca wokół gęstych obszarów lub zmień kierunki warstw.
• Gdy eksperymentujesz z routerem - tworząc własne strategie kontrolowania kolejności przebiegów, zmieniając liczbę via za pomocą kontroli Via, zmieniając kierunki warstw trasowania, ograniczając router tylko do tras ortogonalnych itp. - prowadź notatki dotyczące kombinacji, które wypróbowałeś. Dzięki temu będziesz mógł zidentyfikować i ponownie użyć konfiguracje, które najlepiej działają z twoimi projektami.
• Najpierw uruchom przebiegi rozwidlenia samodzielnie i ocen ich jakość. Może być konieczne ręczne rozwidlenie problematycznych obszarów.

Przebiegi Trasowania i Strategie Trasowania

Obecnie zdefiniowane strategie trasowania są wymienione w dolnej części okna dialogowego Strategie Trasowania Situs. Kliknij przycisk Dodaj, aby uzyskać dostęp do okna dialogowego Edytor Strategii Situs, skąd możesz określić przejścia do włączenia w nową strategię. Alternatywnie, użyj przycisku Duplikuj, aby skopiować istniejącą strategię, a następnie edytuj ją według potrzeb.

Przykład edycji skopiowanej strategii.

Strategie zdefiniowane przez użytkownika mogą być edytowane w dowolnym momencie, ale te domyślne strategie nie mogą być modyfikowane:

• Porządkowanie
• Domyślna dwuwarstwowa płyta
• Domyślna dwuwarstwowa płyta z złączami krawędziowymi
• Domyślna wielowarstwowa płyta
• Ogólna ortogonalna
• Oszczędzająca przelotki

Dostępne są następujące przejścia trasowania. Przejścia mogą być używane w dowolnej kolejności, jako przewodnik zbadaj istniejącą strategię, aby zobaczyć kolejność przejść.

 

 

Przykładowe wyniki Autoroutera

[Wróć do góry]

W tym przykładzie zajmiemy się płytką breakout dla interfejsu, która została użyta w kilku ostatnich filmach, i zastosujemy do niektórych sieci autorouter. Celem jest zobaczenie, kiedy autorouter popełnia błędy, jak narzędzie radzi sobie z złożonymi (i możliwie wzajemnie wykluczającymi się) zestawami reguł, oraz jak ogólnie pracować z tym narzędziem.

Na początek, mam gotową płytę, którą użyjemy jako punkt odniesienia w tym przykładzie; cała płyta została zaprojektowana ręcznie. Jest to pokazane poniżej.

Ta płyta jest dość złożona, przynajmniej pod względem reguł wymaganych dla układu i trasowania. Płyta ta jest płytką interfejsową między niektórymi złączami SMD po przeciwnych stronach płyty. Reguły układu obejmują kontrolowaną impedancję dla par różnicowych, a płyta zawiera wewnętrzne warstwy dla wielu szyn zasilających, masę i kilka kanałów różnicowych.

W tym przykładzie użyto następujących ustawień:

• Ogólna strategia trasowania ortogonalnego (Góra i Dół Poziomo, SIG1 i SIG2 Pionowo)
• Wszystkie wstępne trasy zostały zablokowane
• Wszystkie sieci były cyfrowymi o niskiej prędkości (GPIO i I2C), kontrola impedancji nie była wymagana
• Łącznie wymagane było trasowanie 27 sieci

Ostatni punkt oraz konstrukcja stosu warstw PCB pozwalają nam generalnie radzić sobie z trasowaniem tych sygnałów w wielu warstwach, przez wiele przelotek, bez jakichkolwiek ograniczeń długości. Bardziej skomplikowane płyty lub bardziej gęste mogą wymagać bardziej specjalistycznych ustawień.

Wyniki dla tras w warstwach sygnałowych są pokazane poniżej.

 

 

Więc jaki jest werdykt? W tym konkretnym przypadku, trasy wymagały oczyszczenia tylko jednego naruszenia krótkiego obwodu na dolnej warstwie. To całkiem dobre, biorąc pod uwagę rozmieszczenie pinów na górnym złączu poziomym. Myślę, że jest to odpowiednie 

Ostateczne przemyślenia

[Wróć do góry]

W trakcie tego samouczka uświadomiłem sobie coś ważnego: strategia autoroutingu i akceptowalna topologia trasowania na twojej płytce muszą do siebie pasować. Na przykład, załóżmy, że masz wielowarstwową płytę z dużą liczbą sieci i chcesz zaimplementować autorouting z ortogonalnymi ścieżkami; twój konkretny autorouter będzie najlepiej dopasowany do zaimplementowania tej strategii tylko wtedy, gdy opcja ortogonalna jest wbudowana w twój autorouter. Czy to podejście jest dla ciebie odpowiednie? To wszystko zależy od twojego konkretnego przepływu pracy i podejścia do projektów.

Nie wszystkie płytki nadają się do tego. W niektórych przykładach pokazałem płytki, gdzie strategia ortogonalna, strategia złącza krawędziowego lub trasowanie dwuwarstwowe po prostu nie spełnią wymagań operacyjnych dla każdej sieci. W takim przypadku dobrym pomysłem jest najpierw trasowanie najbardziej wrażliwych ścieżek, a następnie próba autoroutingu pozostałych sieci. Dobrym przykładem, o którym ostatnio dyskutowałem, są duże układy fazowe; linie zasilające wymagają bardzo precyzyjnego dopasowania fazy, a czas ustawienia może okazać się dłuższy niż ręczne trasowanie i dostosowywanie. Ponieważ te ścieżki są tak ważne, ma sens trasowanie ich ręcznie.

Myślę, że dobry autorouter jest tak dobry, jak umiejętności użytkownika i poziom wymaganej konfiguracji. Jeśli poświęcisz trochę czasu na ustawienie wymaganych reguł, zaplanujesz konkretne grupy sieci do autoroutingu za każdym razem i opracujesz strategię czyszczenia, możesz zminimalizować ręczne poprawki. Wspaniałą rzeczą w narzędziu automatyzacji jest to, że można go użyć ponownie dla innych projektów. Gdy profile reguł zostaną utworzone, mogą być implementowane do autoroutingu w innych układach PCB.

Kiedy potrzebujesz dostępu do najlepszych narzędzi automatyzacji dla projektowania PCB, użyj kompletnego zestawu narzędzi do układania i trasowania PCB w Altium Designer®. Kiedy skończysz swój projekt i chcesz wysłać pliki do producenta, platforma Altium 365™ ułatwia współpracę i udostępnianie projektów.

Dopiero zaczynamy odkrywać, co jest możliwe z Altium Designer na Altium 365. Zacznij swoją darmową próbę Altium Designer + Altium 365 już dziś.