Uprość trasowanie dzięki wymianie pinów, części i par różnicowych

Podczas umieszczania części do projektu PCB, rozmieszczenie często prowadzi do połączeń, które będą się krzyżować. Chociaż za pomocą przelotek do innych warstw lub nieco dłuższego trasowania ścieżek można rozwiązać problem niewielkiej liczby krzyżujących się połączeń, duża liczba krzyżowań, jak te na poniższym rysunku, może sprawić, że trasowanie stanie się niezwykle trudne i czasochłonne.

W przypadku bardziej złożonego trasowania z większą liczbą krzyżowań, projektanci PCB zwykle stosują zamianę pinów urządzeń i podczęści, aby zmniejszyć liczbę krzyżujących się połączeń. Chociaż zamiana pinów lub części eliminuje krzyżowania w PCB, takie zmiany muszą być również przekazane z powrotem do schematu. Ten dokument opisuje metodę, dzięki której zamiana pinów, podczęści i par różnicowych może być łatwo zarządzana w celu optymalizacji trasowania poprzez zmniejszenie liczby krzyżujących się połączeń, jednocześnie zachowując synchronizację projektu między schematem a uproszczeniem trasowania PCB.

PCB z wieloma krzyżującymi się połączeniami

WPROWADZENIE

Optymalne rozmieszczenie komponentów ma duże znaczenie dla minimalizacji liczby krzyżujących się linii połączeń. Jednakże krzyżowania nigdy nie można całkowicie uniknąć. Duża liczba krzyżujących się połączeń sprawia, że trasowanie PCB staje się niezwykle wyzwaniem i pochłania dużo czasu. Powszechną praktyką wśród projektantów PCB jest, tam gdzie to elektrycznie możliwe, zamiana przypisań sieci z jednego pinu urządzenia na inny kwalifikujący się pin urządzenia. Podobnie, podczęści w obrębie wspólnej obudowy mogą być zamieniane, aby zmniejszyć liczbę krzyżujących się połączeń.

Zamiana pinów opiera się na fakcie, że sieci dwóch różnych fizycznych pinów mogą być zamieniane bez negatywnego wpływu na funkcjonalność elektryczną projektu. Podstawowym przykładem mogą być dwa piny rezystora. Ponieważ pin rezystora nie ma unikalnej polaryzacji, można swobodnie zamieniać piny, aby wyeliminować krzyżowanie, a mimo to nadal funkcjonować zgodnie z przeznaczeniem.

Kolejnym praktycznym przykładem może być złącze o dużej liczbie pinów, gdzie nie ma ścisłego wymogu dotyczącego przypisania konkretnych sygnałów do każdego z pinów. Dzięki możliwości zamiany wielu pinów w złączu, można potencjalnie wyeliminować kilka połączeń krzyżowych. Być może najbardziej odpowiednim typem komponentu do zamiany pinów jest urządzenie FPGA, gdzie jego użytkownika definiowalne piny I/O, w obrębie odpowiednich banków napięć, pozwalają na swobodne przypisywanie pinów według potrzeb.

Przy zamianie sub-części, podobne części w obrębie wspólnej obudowy są zamieniane. Na przykład, układ LM6154 Quad Op Amp IC ma cztery oddzielne i identyczne wzmacniacze operacyjne w jednej obudowie. W związku z tym, można zamienić wzmacniacz operacyjny C (piny 8, 9 i 10) z wzmacniaczem operacyjnym A (piny 2, 3 i 1), aby wyeliminować linie połączeń krzyżowych, zachowując przy tym tę samą funkcjonalność. Zamiana sub-części jest czasami nazywana „zamianą bramek”, co sugeruje, że 4 indywidualne bramki w obudowie bramki NOR SN74S02N Quad mogą być swobodnie zamieniane.

Zamiana pinów urządzenia i sub-części znacznie pomaga w redukcji ogólnej liczby połączeń krzyżowych w uziemieniu PCB. Aby skutecznie zaimplementować zamianę pinów urządzenia lub sub-części, należy zdefiniować z góry, które piny mogą być zamieniane. Ponadto, po dokonaniu zamiany pinów lub części w projekcie płytki drukowanej PCB, schemat musi zostać zaktualizowany, aby odzwierciedlał zmiany i pozostał zsynchronizowany z układem PCB. Niezachowanie ich synchronizacji może prowadzić do katastrofalnych błędów.

ZAMIANA PINÓW I CZĘŚCI

Zamiana pinów lub części jest realizowana w trzech ogólnych krokach: konfigurowanie danych zamiany, wykonanie zamiany pinów lub części oraz ostatecznie, synchronizacja schematów z aktualizacjami zamiany.

KONFIGUROWANIE GRUP ZAMIAN

Grupy zamian definiują piny, które mogą być swobodnie zamieniane. Każdy pin w danej grupie zamian może być zamieniony z dowolnym innym pinem w tej samej grupie. Definiowanie grup zamian to zazwyczaj jednorazowy wysiłek, który może być wykonany na poziomie biblioteki symboli, schematu lub w dokumencie PCB. Grupy zamian można definiować dla dowolnego komponentu lub instancji komponentu w dowolnym momencie procesu projektowania za pomocą panelu Konfiguracja Zamiany Pinów. Definiowanie grup zamian dla Zamiany Par Różnicowych i Sub-Części może być podobnie zdefiniowane. Rysunek to zrzut ekranu pokazujący, jak łatwo można zdefiniować grupy zamian.

Definiowanie grupy pinów I/O FPGA według numeru banku

WYKONYWANIE ZAMIAN PINÓW LUB CZĘŚCI

Po zdefiniowaniu grup zamiany, zamiana pinów, zamiana par różnicowych lub zamiana podczęści może być przeprowadzana interaktywnie w dokumencie procesu projektowania PCB. Możesz wywołać interaktywne możliwości zamiany za pomocą Narzędzia > Zamiana Pinów/Części, zgodnie z dokonanymi wyborami zamiany pinów. Istnieje również automatyczny tryb zamiany pinów, który analizuje wszystkie połączenia krzyżujące się w układzie i automatycznie zamienia wiele pinów, aby osiągnąć jak najmniejszą liczbę krzyżowań.

SYNCHRONIZACJA SCHEMATÓW Z AKTUALIZACJAMI ZAMIAN:

Bardzo ważnym aspektem zamiany pinów jest aktualizacja schematu, aby zsynchronizować projekt ze zmianami zamiany pinów, które zostały wykonane w układzie PCB. Zrób to, po prostu wykonując aktualizację PCB do Schematu w Altium Designer. Dobrą praktyką jest używanie połączeń przez Etykietę Sieci w schematach dla wszelkich sieci, które mogą być powiązane z grupą zamiany. Ta praktyka zapewnia, że jedynymi zmianami dokonanymi w schemacie będą zamiany Etykiet Sieci. W przeciwnym razie, jeśli etykiety sieci nie są dostępne, zamiana pinów wymagałaby zamiany pinów symboli schematycznych, aby dokonać zamiany pinów. Zamiana pinów w schemacie jest dozwolona, ale domyślnie wyłączona. Nie jest zalecana, ponieważ wynikowe symbole będą różnić się od oryginalnych symboli w bibliotece. Połączenie przez etykietę sieci jest najbardziej praktyczną metodą wspierającą zamianę pinów.

Po dokonaniu zamian, możesz ponownie przejrzeć połączenia, aby zobaczyć, jak dużo poprawy zostało osiągnięte. Korzystając z opisanych tutaj metod, płyta z pierwszej ilustracji teraz wygląda jak poniżej. Jest znaczące zmniejszenie liczby krzyżowań.

Zamiana pinów wykonana na FPGA (porównaj z wcześniejszą figurą

WNIOSKI

Połączenia krzyżujące się w edytorze PCB mogą komplikować zadanie trasowania i wymagać dodatkowego czasu lub warstw do trasowania. Deklarowanie, które piny lub podczęści mogą być zamieniane w projekcie lub bibliotece symboli, stwarza wiele możliwości eliminacji krzyżowań. Korzystanie z interaktywnych lub automatycznych możliwości zamiany znacznie redukuje liczbę połączeń krzyżujących się w projekcie.