Simplifique o Roteamento com Troca de Pinos, Componentes e Pares Diferenciais

Ao posicionar componentes para um design de PCB, o posicionamento muitas vezes leva a conexões que se cruzarão entre si. Embora vias para outras camadas ou roteamento de trilhas um pouco mais longo possam ser usados para tratar um pequeno número de conexões cruzadas, um grande número de cruzamentos, como os mostrados na figura abaixo, pode tornar o roteamento extremamente difícil e demorado.

Para roteamentos mais complexos com um maior número de cruzamentos, os projetistas de PCBs normalmente empregam a troca de pinos de dispositivos e subpartes para reduzir o número de conexões cruzadas. Embora a troca de pinos ou partes elimine cruzamentos na PCB, tais mudanças também devem ser repassadas para o esquemático. Este documento descreve um método pelo qual a troca de pinos, subpartes e pares diferenciais pode ser facilmente gerenciada para otimizar o roteamento reduzindo conexões cruzadas, tudo isso mantendo a sincronização do design entre o esquemático e simplificando o roteamento da PCB.

Uma PCB com muitas conexões cruzadas

INTRODUÇÃO

Um posicionamento ótimo de componentes contribui significativamente para minimizar linhas de conexão cruzada. No entanto, cruzamentos nunca podem ser completamente evitados. Um grande número de conexões cruzadas torna o roteamento da PCB extremamente desafiador e demorado para ser completado. É comum para projetistas de PCBs, sempre que eletricamente possível, trocar atribuições de rede de um pino de dispositivo para outro pino de dispositivo elegível. Da mesma forma, subpartes dentro de um pacote comum podem ser trocadas para reduzir conexões cruzadas. A troca de pinos se baseia no fato de que as redes de dois pinos físicos diferentes podem ser trocadas sem ter nenhum impacto negativo na funcionalidade elétrica do design. Um exemplo básico seria os dois pinos de um resistor. Como um pino de resistor não possui uma polaridade única, você pode livremente trocar os pinos para eliminar um cruzamento, e ainda assim funcionar conforme o pretendido.

Um exemplo prático seria um conector de alta contagem de pinos, onde não há uma exigência estrita para a atribuição específica de sinal a cada pino. Com a flexibilidade para trocar muitos pinos em um conector, várias conexões cruzadas poderiam ser potencialmente eliminadas. Talvez o tipo de componente mais elegível para troca de pinos seja um dispositivo FPGA, onde seus pinos de E/S definíveis pelo usuário, dentro dos bancos de tensão aplicáveis, permitem que você reatribua livremente os pinos conforme necessário.

Com a troca de subpartes, partes semelhantes dentro de um pacote comum são trocadas. Por exemplo, um CI LM6154 Quad Op Amp possui quatro op-amps separados e idênticos dentro de um único pacote. Assim, você poderia trocar o op-amp C (pinos 8, 9 e 10) com o op-amp A (pinos 2, 3 e 1) para eliminar linhas de conexões cruzadas mantendo a mesma funcionalidade. A troca de subpartes é às vezes chamada de “troca de gate”, implicando que os 4 gates individuais dentro de um pacote de gate NOR quádruplo SN74S02N podem ser livremente trocados.

A troca de pinos de dispositivos e subpartes ajuda muito na redução do número total de conexões cruzadas em um aterramento de PCB. Para implementar com sucesso trocas de pinos de dispositivos ou subpartes, você deve definir previamente quais pinos são elegíveis para serem trocados. Além disso, uma vez que trocas de pinos ou partes são feitas dentro do design da Placa de Circuito Impresso PCB, o esquemático deve ser atualizado para refletir as mudanças e permanecer sincronizado com o layout da PCB. Falhar em mantê-los sincronizados pode levar a erros desastrosos.

TROCA DE PINOS E PARTES

A troca de pinos ou partes é realizada em três etapas gerais: configurando os dados de troca, realizando as trocas de pinos ou partes, e, finalmente, sincronizando os esquemáticos com as atualizações da troca.

CONFIGURANDO OS GRUPOS DE TROCA

Grupos de troca definem os pinos que podem ser livremente trocados. Qualquer pino dentro de um dado grupo de troca pode ser trocado com qualquer outro pino dentro do mesmo grupo. Definir grupos de troca é tipicamente um esforço único que pode ser realizado no nível da biblioteca de símbolos, no nível do esquemático, ou dentro do documento PCB. Grupos de troca podem ser definidos para qualquer componente ou instância de componente a qualquer momento no processo de design usando o painel Configure Pin Swapping. Definir grupos de troca para Troca de Par Diferencial e Subpartes pode ser definido de forma semelhante. A figura é uma captura de tela mostrando como os grupos de troca podem ser facilmente definidos.

Definindo um grupo de pinos de E/S de FPGA de acordo com o número do banco

REALIZANDO AS TROCAS DE PINOS OU PARTES

Uma vez que os grupos de troca tenham sido definidos, a troca de pinos, a troca de pares diferenciais ou a troca de subpartes podem ser realizadas interativamente dentro do documento de processo de design de PCB. Você invoca as capacidades de troca interativa usando Ferramentas > Troca de Pino/Parte, de acordo com as seleções de troca de pinos interativos que você fez. Há também um modo de troca de pinos automático, que analisará todas as conexões cruzadas dentro do layout e trocará automaticamente múltiplos pinos para alcançar o número mínimo de cruzamentos possível.

SINCRONIZANDO ESQUEMÁTICOS COM AS ATUALIZAÇÕES DE TROCA:

Um aspecto muito crítico da troca de pinos é atualizar o esquemático para sincronizar o projeto com as mudanças de troca de pinos que foram feitas no layout de PCB. Faça isso simplesmente realizando uma atualização de PCB para Esquemático dentro do Altium Designer. Uma prática recomendada a ter em mente é usar conexão por Rótulo de Rede nos esquemáticos para quaisquer redes que possam estar associadas a um grupo de troca. Essa prática garante que as únicas mudanças feitas no esquemático serão substituições de Rótulo de Rede. Caso contrário, se rótulos de rede não estiverem disponíveis, a troca de pinos exigiria substituições de pinos de símbolos esquemáticos para realizar a troca de pinos. A substituição de pinos esquemáticos é permitida, mas está desativada por padrão. Não é aconselhável porque os símbolos resultantes diferirão dos símbolos originais dentro da biblioteca. Conexão por rótulo de rede é o método mais prático para suportar a troca de pinos.

Uma vez que as trocas tenham sido feitas, você pode novamente revisar as conexões para ver quanto de melhoria foi feita. Usando os métodos descritos aqui, a placa na primeira ilustração agora aparece abaixo. Há uma redução significativa no número de cruzamentos.

Troca de pinos realizada em FPGA (compare com a figura anterior

CONCLUSÃO

Conexões cruzadas dentro de um editor de PCB podem complicar a tarefa de roteamento e exigir tempo adicional ou camadas para rotear. Declarar quais pinos ou subpartes podem ser trocados dentro de um projeto ou biblioteca de símbolos cria muitas oportunidades para eliminar cruzamentos. Usar capacidades de troca interativas ou automáticas reduz grandemente o número de conexões cruzadas dentro de um design.