Автоматизированная трассировка печатных плат с использованием топологического авторутера Situs

Есть один инструмент в приложении для проектирования печатных плат, к которому люди относятся с нелюбовью: автотрассировщики. Я использовал автотрассировщики в некоторых из своих первых проектов, где было много дорожек. Эти первые платы не имели каких-либо требований, которые ограничивали бы свободу трассировки, таких как контролируемое сопротивление или бюджеты потерь. Вероятно, я мог (и должен) был проложить эти дорожки вручную, чтобы получить больше опыта в разводке печатных плат, но тем не менее я использовал автотрассировщик.

Хотя многие автотрассировщики нового поколения в какой-то степени отвечают этим требованиям, сеточные, основанные на формах или геометрические подходы, которые они используют для картографирования пространства трассировки, представляют серьезные ограничения при работе с более плотными, неортогональными и геометрически нерегулярными технологиями упаковки компонентов - технологиями, которые становятся более распространенными в современном дизайне плат. Автотрассировщики нового поколения, из-за своих геометрических ограничений, также склонны давать результаты, которые "выглядят автотрассированными", что приводит к обширной ручной доработке. Действительно, многие дизайнеры избегают использования автотрассировщиков именно из-за этого ограничения.

Автотрассировщик Situs™ от Altium Designer - это один из инструментов, который может быть использован для автоматической трассировки определенных сетей или классов сетей, и он может стать полезным инструментом в вашем процессе проектирования. Важно отметить, что этот автотрассировщик является продвинутым инструментом автоматизации, который может помочь устранить множество ручной трассировки, но важно знать, когда и где его использовать.

Автотрассировщик Situs не является инструментом "нажми и иди". Он требует планирования и настройки.

Чтобы максимально использовать этот инструмент, необходимо некоторое планирование и предварительное обдумывание на этапе размещения компонентов на печатной плате, настройка классов сетей, чтобы можно было нацелиться на определенные группы сетей с помощью автотрассировщика, и даже разработка собственной стратегии трассировки для реализации с помощью автотрассировщика Situs.В этой статье мы рассмотрим некоторые основы автотрассировки, как настроить автотрассировщик Situs, и пример, показывающий результаты работы автотрассировщика, подобного Situs. Используйте ссылки на оглавление выше, чтобы перейти к каждому разделу этого руководства.

Обзор автотрассировщика Situs

[Вернуться к началу]

Традиционные подходы к автотрассировке

Электронный дизайн по сути представляет собой набор компонентов, чьи выводы соединены друг с другом определенным образом. Дизайн реализуется путем размещения компонентов на многослойной механической структуре, называемой печатной платой (PCB). Соединения физически реализуются через дискретные медные пути, которые проходят по поверхности и сквозь PCB, от одного вывода компонента к другому.

Задача создания дискретного медного пути, или трассы, для каждого соединения может быть очень сложной. Типичный дизайн может иметь тысячи соединений между выводами компонентов, и пути могут быть созданы между компонентами, которые очень плотно упакованы на поверхности PCB.

Ранние автоматические трассировщики картографировали пространство дизайна, определяя регулярную сетку по всей доске, целями были размещение каждого вывода компонента непосредственно на точке сетки и включение достаточного количества точек сетки в свободное пространство для трассировки всех соединений. Ранние компоненты поставлялись с выводами, расположенными кратно 0,1 дюйма, поэтому определение подходящей сетки было относительно просто, как показано ниже.

Когда все компоненты имели выводы с шагом 0,1 дюйма, мог быть использован роутер сетки.

С введением компонентов для поверхностного монтажа расстояние между выводами компонентов значительно уменьшилось, а производители также начали поставлять компоненты с метрическим шагом выводов. Улучшения в технологии изготовления позволили конструктору использовать очень узкие трассировочные пути, которые могли быть расположены ближе друг к другу. Эти факторы вместе сделали традиционные роутеры с единым сеточным размещением непригодными для проектов, использующих эти технологии упаковки и изготовления. Поскольку сетка должна была быть достаточно мелкой, чтобы эффективно справляться с новыми технологиями, роутерам с сеткой требовались огромные объемы памяти и вычислительной мощности - не говоря уже о времени - для построения сетки трассировки и трассировки проекта.

Для улучшения этого подхода была разработана техника, известная как прямоугольное расширение [1]. Эта техника определяет пространство между препятствиями на плате как серию прямоугольников. После определения набора прямоугольников путь трассировки определяется путем следования по краям прямоугольников. Эта техника позволила трассировать компоненты с различным шагом выводов, а также позволила автороутеру справиться с тогда новыми технологиями изготовления, такими как компоненты для поверхностного монтажа. Этот подход часто называют автотрассировкой на основе форм, потому что он моделирует каналы трассировки, используя прямоугольные формы, как показано на изображении ниже.

Прямолинейный маршрутизатор делит пространство на прямоугольные зоны, которые затем используются для поиска пути маршрута.

Хотя автоматические маршрутизаторы с прямолинейным расширением могут преодолеть некоторые проблемы скорости и памяти, свойственные маршрутизаторам с равномерной сеткой, они все еще геометрически ограничены в возможных путях маршрутизации, которые они могут определить. Как только для платы установлена прямоугольная карта, "волновые фронты" маршрутизации расширяются вдоль краев смежных прямоугольников - только в вертикальном и горизонтальном направлениях. Маршрутизация ограничена ортогонально границам прямоугольников. Проблемы могут возникнуть с неортогональными геометриями, как, например, в случае с компонентами на смещенной сетке выводов или повернутыми компонентами. Часто в этих случаях ортогональный путь маршрутизации не может быть найден, и маршрутизаторы с прямолинейным расширением не справляются.

Упаковка компонентов продолжает уменьшаться в размере и шаге выводов, а новые пакеты, такие как шариковые сетки (BGA), используют смещенные сетки для максимизации плотности их выводов. В сочетании с этим, маленькие и необычные упаковки продуктов часто требуют размещения компонентов в нерегулярных ориентациях и на необычно формированных печатных платах. По мере того как эти тенденции набирают обороты, станет всё более и более сложно для маршрутизаторов с прямолинейным расширением соответствовать вызовам маршрутизации современного дизайна плат.

Требовалась новая техника картографирования пространства трассировки, которая не моделирует плату как простые прямоугольники и не ограничивается прямолинейными путями между препятствиями.

• [1] Метод безсеточной трассировки печатных плат, 22^-я Конференция по автоматизации проектирования, Доклад 32.2 1984 г., A.C. Finch, K.J. Mackenzie, G.J. Balsdon, G Symonds из Racal Redac Ltd.

Топологический подход

Топологический подход к автотрассировке, такой как используемый автотрассировщиком Situs в Altium Designer, использует другой метод картографирования пространства трассировки - один, который не ограничен геометрически. Вместо использования информации о координатах рабочего пространства в качестве системы отсчета, топологический автотрассировщик создает карту, используя только относительные позиции препятствий в пространстве, без ссылки на их координаты.

Топологическое картирование — это техника пространственного анализа, которая триангулирует пространство между соседними препятствиями. Полученная триангулированная карта затем используется алгоритмами трассировки для "прохождения" между парами препятствий, от начальной точки маршрута до конечной точки маршрута. Главные преимущества этого подхода заключаются в том, что карта не зависит от формы (препятствия и пути трассировки могут иметь любую форму) и пространство может быть пройдено под любым углом - алгоритмы трассировки не ограничены исключительно вертикальными или горизонтальными путями, как в случае с ректлинейными расширяющими маршрутизаторами.

Для построения топологической карты платы Situs связывает каждое препятствие на плате с его соседними препятствиями, создавая что-то вроде набора связанных паутин. Потенциальные пути трассировки затем определяются шагом от одной нити паутины к следующей, затем к следующей нити и так далее, пока не будет достигнута цель. Этот подход к картированию не связан геометрически с пространством трассировки; потенциальный путь просто прокладывает свой путь между каждой парой препятствий, как показано на изображении ниже.

Топологическая карта устраняет фундаментальное ограничение предыдущих маршрутизаторов - ограничение, создаваемое использованием одного и того же геометрического пространства для картографирования путей, как и для их прокладки. Разделяя пространство картографирования от пространства маршрутизации, топологический маршрутизатор способен картографировать более естественные пути и также находить маршрутные пути, которые неортогональны. Этот процесс картографирования работает так же, как и дизайнеры, в том смысле, что дизайнеры ищут путь, который проходит через плату наиболее прямым образом, сохраняя, до некоторой степени, направления слоев, которые они назначили. Дизайнеры не ограничивают свои решения тем, может ли соединение через определенную область быть выполнено с использованием серии ортогональных трасс, а просто решают, подойдет ли трасса или нет через возможный канал маршрутизации.

Как показано на изображении слева, первоначально определенный топологический путь может не подходить в качестве готового маршрутного пути. С помощью сложных алгоритмов маршрутизации, Situs преобразует нанесенный на карту путь в подходящий маршрутный путь, пример которого показан на изображении справа.

  

Топологический маршрутизатор не пытается картографировать в геометрию пространства, он ищет путь между препятствиями.

Исходный топологический анализ пути трассировки, без учета координат препятствий, приводит к высоким показателям завершенности и высоким скоростям на платах, традиционно считающихся сложными для автотрассировщиков - например, те, что имеют нестандартные геометрии, плотные компоненты с чередующимися выводами или нерегулярные контуры и вырезы.

Поиск пути трассировки

Еще одним преимуществом топологического подхода является то, что анализ и определение путей трассировки гораздо более похожи на те, которые использует дизайнер при ручной трассировке платы.

Например, опыт показал, что наиболее эффективно трассировать все соединения, которые разделяют слой, в одном направлении, что привело к концепции направления слоя трассировки. На простых двухслойных платах это делается путем назначения одного слоя горизонтальным, а другого - вертикальным. Таким образом, как дизайнер, так и автотрассировщик могут размещать трассы в соответствии с этой конвенцией.

Как полосы на дороге, этот подход приносит порядок в задачу трассировки, позволяя дизайнеру или автотрассировщику видеть плату как серию каналов, которые затем могут быть распределены упорядоченным образом. Как в традиционных сеточных трассировщиках, так и в трассировщиках с прямоугольным расширением, направления слоев ограничены вертикальными - дорожками, идущими от верха платы к низу, и горизонтальными - дорожками, пересекающими плату с одной стороны на другую.

Однако, по мере увеличения плотности дизайна, также увеличивается и количество слоев, необходимых для трассировки платы. Как только дизайн требует более двух слоев, может оказаться более эффективным искать пути трассировки в направлениях, отличных от вертикального и горизонтального. Именно это и делает дизайнер - изучает поток линий соединений и, если достаточное количество из них движется в определенной ориентации, скажем, по диагонали, назначает слой в этом направлении, затем трассирует эти соединения на этом слое в этом направлении.

Ни маршрутизатор с фиксированной сеткой, ни маршрутизатор с прямоугольным расширением не могут напрямую картографировать в неортогональном направлении; они могут картографировать пространство только горизонтально/вертикально. Для создания аккуратных диагональных маршрутов эти типы автоматических маршрутизаторов должны сначала определить маршрут с использованием ортогональных трасс, а затем запустить специальные процедуры постобработки для преобразования прямоугольных углов в диагонали.

Топологический маршрутизатор, с другой стороны, не ограничен ортогональными геометриями и может напрямую идентифицировать диагональные маршруты и назначать их на правильный слой. Это не только приводит к более "естественной" автоматической трассировке, но и обеспечивает более эффективную трассировку и минимизирует количество необходимых переходных отверстий (via) в готовом дизайне.

Завершение трассировки

Как было упомянуто ранее, топологический анализ предоставляет эффективный способ определения возможного пути трассировки, но этот топологический путь должен быть переведен в качественный готовый маршрут. Как и дизайнер, автоматический маршрутизатор столкнется с различными ситуациями, которые необходимо решать разными способами, например, определяя путь трассировки через карту, следуя за границей или пытаясь сдвинуть существующие объекты маршрута в попытке переместить их.

Для учета этих различных ситуаций Situs использует ряд маршрутизационных движков, включая маршрутизатор памяти, паттерн-маршрутизаторы, маршрутизатор для питания и земли, волновой маршрутизатор, формо-ориентированные маршрутизаторы с возможностью толкания и перемещения, а также ряд эвристических маршрутизаторов для конкретных ситуаций, таких как разветвление BGA. Эти движки основаны на зрелых и мощных алгоритмах маршрутизации и были разработаны на протяжении многих лет. В Situs эти маршрутизационные движки используют интеллектуальное определение пути маршрута процесса топологического картографирования для создания высококачественных завершенных соединений.

Маршрутизационные движки Situs контролируются сложным набором стратегических файлов, которые действуют как "мозг" автоматического маршрутизатора. У человеческого дизайнера есть ряд преимуществ перед автоматическим маршрутизатором, когда дело доходит до прокладки платы. Человеческий разум может планировать, и при этом он может учитывать и упорядочивать большое количество факторов, углубляться, чтобы сосредоточиться на отдельном элементе, а затем возвращаться, чтобы пересмотреть ситуацию. Автоматические маршрутизаторы используют стратегический файл для определения своих моделей мышления. Стратегический файл контролирует маршрутизационные движки, вызывая их по мере необходимости и взвешивая их действия.

Чтобы понять важную роль файла стратегии, рассмотрим, как меняется характер задачи трассировки по мере ее выполнения. Подходы, используемые для трассировки пустой платы в начале процесса, сильно отличаются от тех, которые применяются по мере увеличения плотности трассировки, требуя различных движков трассировки с соответствующим весом. Инструкции, записанные в файле стратегии, определяют план трассировки платы, вызывая и назначая вес движкам трассировки определенным образом, когда пространство для трассировки относительно пустое, а затем изменяя движки и их веса, когда они проталкивают последние трассы через плотно занятое пространство трассировки.

Реализуя процессы мышления или "мозг" автотрассировщика в файле стратегии, Altium может легко адаптировать автотрассировщик по мере изменения технологий изготовления плат. Файл стратегии Situs является одним из наиболее сложных файлов стратегии среди всех доступных сегодня автотрассировщиков. Он воплощает в себе многолетние исследования процесса трассировки, захватывая опыт многих ведущих дизайнеров печатных плат.

Автотрассировка печатной платы

[Наверх]

Топологический маршрутизатор Situs представляет новый подход к задаче автоматической трассировки. Он использует продвинутое топологическое картографирование для первоначального определения пути трассировки, а затем применяет различные проверенные алгоритмы трассировки для преобразования этого "похожего на человеческий" пути в маршрут высокого качества. Являясь неотъемлемой частью редактора PCB, он следует определениям электрических и трассировочных правил печатной платы.

Планирование использования автотрассировки

Хотя Situs довольно прост в настройке и использовании, существуют некоторые предварительные шаги, которые вы можете предпринять, чтобы обеспечить оптимальную трассировку с минимальной необходимостью последующей корректировки. Некоторые советы для автотрассировки включают:

1. Определите сети с наименее строгими ограничениями. Как правило, это медленные цифровые сети, для которых не требуется соблюдение импеданса.
2. Определите, какие группы сетей вы хотите автоматически трассировать, и добавьте их в классы сетей.
3. Сначала трассируйте наиболее критические сети. Как правило, это более быстрые сети дифференциальных пар, сети высокочастотного РЧ и аналоговые интерфейсы нижней частоты.
4. Оставьте каналы трассировки открытыми, чтобы инструмент мог размещать дорожки.
5. Применяйте инструмент автотрассировщика к каждому классу сетей индивидуально. Вы также можете использовать инструмент для целевой работы с конкретными компонентами или даже отдельными сетями (см. ниже).

Размещение компонентов

В конечном итоге, размещение компонентов оказывает наибольшее влияние на производительность трассировки. Редактор печатных плат в Altium Designer включает в себя ряд инструментов, таких как динамически оптимизированные линии соединения, которые позволяют вам тонко настраивать размещение компонентов. Оптимальное размещение компонентов достигается, когда линии соединения как можно короче и менее "запутанны".

Другие хорошие практики проектирования включают размещение компонентов так, чтобы их контактные площадки находились на регулярной сетке (чтобы максимизировать количество свободного пространства между площадками для трассировки), размещение компонентов поверхностного монтажа одинакового размера строго напротив друг друга на двусторонних платах, а также консультации с техническими описаниями производителей устройств по рекомендациям по размещению развязывающих компонентов. Это не полный список соображений по размещению, просто несколько предложений.

Запретные зоны

Для маршрутизатора требуется замкнутая граница, состоящая из размещенных объектов запретных зон. Обычно эта граница следует за краем платы. Размещенные объекты будут соблюдать соответствующее правило зазора, чтобы обеспечить их подходящее расстояние от этой границы, чтобы удовлетворить любые механические или электрические требования к зазору, которые может иметь дизайн. Маршрутизатор также будет соблюдать запретные зоны внутри этой внешней границы, а также запретные зоны, специфичные для слоя.

Вы можете создать замкнутую границу, которая следует за контуром платы, используя Диалоговое окно "Линии/Дуги из формы платы". Для получения дополнительной информации о зонах запрета размещения смотрите Зоны запрета размещения для конкретных объектов.

Заливки полигонами

Полигоны (или заливки медью) могут быть как сплошными (заполненными одной или несколькими областями меди), так и штриховыми (состоящими из трасс и дуг). Средний или большой штриховый полигон включает в себя большое количество трасс и дуг. Хотя маршрутизатор может прокладывать трассы на плате, которая включает такие полигоны, огромное количество объектов, которые они вводят, увеличивает сложность процесса маршрутизации.

Как правило, вы должны размещать полигоны до начала маршрутизации только если это необходимо, например, они используются для создания необычной формы предварительной маршрутизации, возможно, входящей основной маршрутизации или критически важной зоны заземления. В противном случае предпочтительнее добавлять полигоны в дизайн после завершения маршрутизации.

Возможно ли маршрутизировать?

Автотрассировщик пытается понять и смоделировать процесс трассировки. Если на плате есть область, которую нельзя проложить вручную, то и автотрассировщик с ней не справится. Если трассировщик постоянно терпит неудачу на каком-то компоненте или участке платы, то вам следует попытаться проложить трассу в интерактивном режиме. Возможно, проблема заключается в размещении компонентов или настройках правил, из-за чего трассировка вообще становится невозможной.

Предварительная трассировка

Предварительно проложите критически важные сети и, если важно, чтобы они не изменялись в процессе трассировки, заблокируйте их, активировав опцию Заблокировать все предварительные трассы в диалоговом окне Стратегии трассировки Situs. Однако избегайте ненужной блокировки; большое количество заблокированных объектов может существенно усложнить задачу трассировки.

Сети дифференциальных пар должны быть проложены вручную и заблокированы перед использованием автотрассировщика. Если вы этого не сделаете, трассировка скорее всего изменится, что повлияет на целостность сигнала дифференциальной пары.

Настройка правил проектирования

Термин правило по умолчанию используется для описания правила с областью запроса Все.

Если правило включает минимальные, предпочтительные и максимальные значения, автотрассировщик будет использовать предпочтительное значение.

Убедитесь, что правила проектирования трассировки соответствуют технологии платы, которую вы используете. Неправильно подобранные или несоответствующие правила проектирования могут привести к очень плохой производительности автотрассировки. Обратите внимание, что трассировщик соблюдает все электрические и трассировочные правила, за исключением правила углов трассировки.

Правила определяются в диалоговом окне Редактор правил и ограничений печатной платы (Проект » Правила), к которому можно получить прямой доступ из диалогового окна Стратегии трассировки Situs.

Если правило включает минимальные, предпочтительные и максимальные значения, автотрассировщик будет использовать предпочтительное значение.

Система правил Altium Designer иерархична. Идея заключается в том, что вы начинаете с правила по умолчанию для всех объектов, а затем добавляете дополнительные правила для выборочного нацеливания на другие объекты, которые имеют разные требования. Например, у вас должно быть правило по умолчанию для ширины трассировки, которое охватывает наиболее общую ширину трассировки, используемую на плате, а затем добавлять последующие правила для выборочного нацеливания на другие сети, классы сетей и так далее.

Чтобы проверить, что правило нацелено на корректные объекты, скопируйте запрос правила в панель фильтрации PCB и примените его. Только те объекты, на которые нацелено правило, должны пройти через фильтр и остаться отображаемыми в полной мере. В качестве альтернативы, используйте панель Правил и Нарушений PCB, чтобы быстро увидеть применение правила ко всем определенным правилам для текущей платы.

Самыми важными правилами являются правила Ширины и Расстояния. Эти настройки технологии трассировки определяют, насколько плотно можно 'упаковать' трассировку. Выбор этих параметров - это процесс балансировки: чем шире дорожки и больше расстояние, тем проще изготовить плату; в то время как чем уже дорожки и расстояния, тем проще проложить трассировку. Рекомендуется проконсультироваться с вашим производителем, чтобы установить их 'ценовые точки' для ширин трасс и расстояний, значения ниже которых приведут к снижению выхода годных изделий на производстве и увеличению стоимости печатных плат. Помимо удовлетворения электрических требований к дизайну, технология трассировки также должна быть выбрана с учетом технологии компонентов, чтобы обеспечить возможность трассировки к каждому контакту.

Третье правило, которое является частью технологии трассировки, это Стиль переходного отверстия. Оно также должно быть выбрано с учетом используемых дорожек и зазоров, а также учитывая стоимость изготовления выбранного размера отверстия и кольцевого зазора.

Вам также следует избегать избыточных или ненужных правил - чем больше правил, тем больше времени на обработку, тем медленнее трассировка. Правила могут быть отключены, если они не требуются для автотрассировки.

Ширина трассы

Убедитесь, что есть правило Ширина трассы с запросом Все (правило по умолчанию), и что предпочтительное значение подходит для наиболее обычной ширины трассы, которая вам требуется. Проверьте, что эта ширина, в сочетании с соответствующим правилом зазора, позволяет соединить все контактные площадки. Настройте дополнительные правила ширины трассы для сетей, которым требуется более широкая или более узкая трассировка.

Если есть компоненты с мелким шагом, у которых контакты на сетях с более широкой шириной трасс - например, силовые сети - протестируйте трассировку от силового контакта и также проложите трассу от контакта по обе стороны, чтобы убедиться, что физически возможно проложить эти контакты.

Ограничение зазора

Учитывайте особые требования к зазорам, такие как компоненты с мелким шагом, у которых контактные площадки расположены ближе, чем стандартные зазоры на плате. Это можно учесть, используя соответствующее и приоритетное правило проектирования. Обратите внимание, что, хотя вы можете определить правило для целевой площадки, оно не будет касаться трассировки, соединяющей эту площадку. Как только что было упомянуто в разделе о Ширине Трассировки, проверьте трассировку, чтобы убедиться, что контактные выводы компонента могут быть соединены.

Стиль Переходных Отверстий

Убедитесь, что существует правило Стиль Переходных Отверстий с Запросом Все и что предпочтительная настройка является подходящей. Включите правила более высокого приоритета для тех сетей, которым нужен другой стиль переходных отверстий, чем по умолчанию.

Altium Designer поддерживает скрытые и захороненные переходные отверстия (vias), использование которых определяется разрешенными перестановками слоев, заданными в определениях Типов Переходных Отверстий в Менеджере Стека Слоев (Проект » Менеджер Стека Слоев). Как и в случае с интерактивной трассировкой, когда автотрассировщик переключается между двумя слоями, он проверяет текущие определения типа переходных отверстий - если эти слои определены как пара для скрытого или захороненного переходного отверстия, то размещаемое переходное отверстие будет иметь эти слои в качестве начального и конечного. Важно понимать ограничения на использование скрытых/захороненных переходных отверстий; их следует использовать только после консультации с вашим производителем. Помимо ограничений, налагаемых технологией стека слоев при изготовлении, существуют также соображения надежности и доступности для тестирования. Некоторые дизайнеры считают лучше добавить больше слоев трассировки, чем использовать скрытые/захороненные переходные отверстия.

Слои Трассировки

Убедитесь, что существует правило Слоев Трассировки с запросом Все. Будут перечислены все активные сигнальные слои (определенные в стеке слоев). Включите слои, на которых вы хотите разрешить трассировку по мере необходимости. Включите правила более высокого приоритета для сетей, которые вы хотите трассировать только на определенных слоях.

Если вы хотите исключить определенную сеть (или класс сетей) из автоматической трассировки, определите правило слоя трассировки, нацеленное на эту сеть или класс сетей, и в области ограничений для этого правила убедитесь, что опция Разрешить трассировку для каждого активного слоя сигнала отключена. Приоритет этого правила должен быть выше, чем у правила по умолчанию (с запросом Все).

Направления слоев Strategies dialog

Направление трассировки слоев указывается в диалоговом окне Направления слоев, которое открывается из диалогового окна Стратегии трассировки Situs. Все активные сигнальные слои (определенные в стеке слоев) будут перечислены. Выберите подходящие направления слоев, чтобы они соответствовали потоку соединительных линий. Situs использует топологическое картографирование для определения путей трассировки, поэтому он не ограничен горизонтальной и вертикальной трассировкой. Обычно лучше иметь внешние слои горизонтальными и вертикальными. Однако, если у вас многослойная плата с большим количеством соединений под углом '2 часа', то установите один или несколько внутренних слоев с этим предпочтительным направлением трассировки. Особенно использует эту информацию проход Layer Patterns, и выбор правильного направления может значительно повлиять на производительность трассировки как с точки зрения времени, так и качества. Обратите внимание, что при использовании слоев под углом вам не нужно иметь партнерский слой, идущий под углом 90 градусов к этому слою, поскольку маршрутизатор обычно будет трассировать горизонтально или вертикально, если ему нужно избежать препятствия на слое под углом.

Избегайте использования направления Любое - слой, который выбирается для прокладки соединения, основывается на том, насколько соединение выровнено по направлению слоя, таким образом, этот слой становится слоем последней инстанции. Направление Любое обычно используется только на односторонних платах.

Приоритет трассировки

Используйте правила Приоритет трассировки для установления более высокого приоритета для сложных сетей или тех, для которых вы хотите иметь наиболее аккуратную трассировку.

Контроль разветвления SMD

Система запросов включает ключевые слова, которые специально нацелены на различные корпуса компонентов поверхностного монтажа, включая IsLCC (Leadless Chip Carrier, корпус без выводов), IsSOIC (Small Outline IC, малогабаритный интегральный корпус) и IsBGA (Ball Grid Array, массив шариковых контактов). Правила по умолчанию автоматически создаются для наиболее распространенных корпусов, и поскольку проходы разводки выводов выполняются на раннем этапе процесса автоматической трассировки, сохранение правил, которые не применяются к каким-либо компонентам, не влечет за собой значительных потерь. Если на плате есть компоненты поверхностного монтажа, у вас должно быть хотя бы одно правило управления разводкой выводов SMD - подходящий запрос для одного правила, нацеленного на все компоненты поверхностного монтажа, будет IsSMTComponent. Для получения информации о том, как каждое ключевое слово запроса идентифицирует корпус компонента, откройте Query Helper, введите необходимое ключевое слово и нажмите F1.

Правила разводки включают настройки, которые контролируют, должны ли контактные площадки разводиться внутрь или наружу, или быть комбинацией обоих вариантов. Чтобы лучше ознакомиться с поведением атрибутов правила управления разводкой, команду Route » Fanout » Component можно выполнить на любом компоненте поверхностного монтажа, к которому не присвоены сети. Кроме того, используя это для проверки, насколько хорошо компонент разводится с текущей технологией трассировки, определенной на плате, вы также можете использовать это для разводки компонента, который вы хотите сохранить в библиотеке как заранее разведенный отпечаток. После разводки на рабочем пространстве печатной платы скопируйте и вставьте компонент, трассы разводки и переходные отверстия в библиотеку.

Приоритеты правил

Предшественность или приоритет правил определяется конструктором. Приоритет правила используется для определения, какое правило применять, когда объект покрывается более чем одним правилом. Если приоритет установлен некорректно, вы можете обнаружить, что правило вообще не применяется.

Например, если правило с запросом InNet('VCC') имеет более низкий приоритет, чем правило с запросом All, то правило All будет применено к сети VCC. Используйте кнопку Priorities в диалоговом окне PCB Rules and Constraints Editor для доступа к диалоговому окну Edit Rule Priorities, откуда можно при необходимости уточнить приоритеты. Обратите внимание, что приоритет не важен, когда два диапазона правил не пересекаются (не нацелены на одни и те же объекты). Например, не имеет значения, какой из этих двух диапазонов правил имеет более высокий приоритет - InNet('VCC') или InNet('GND').

Золотое правило

Самым важным шагом является выполнение проверки правил проектирования (DRC) перед началом работы автоматического трассировщика. При использовании команд Route » Auto Route » Setup или Route » Auto Route » All, Situs проводит собственный предварительный анализ трассировки и представляет результаты в виде отчета в диалоговом окне Situs Routing Strategies.

Убедитесь, что отчет о настройке трассировки чист перед запуском автотрассировщика.

Отчет содержит информацию, включая:

• Правила проектирования, определенные для данного проекта, которых будет придерживаться автотрассировщик (и количество объектов проектирования - сетей, компонентов, площадок - затронутых каждым правилом)
• Определенные направления трассировки для всех слоев сигнальной трассировки
• Определения пар слоев сверления

В отчете перечислены потенциальные проблемы, которые могут повлиять на производительность трассировщика. Где это возможно, предоставляются подсказки для лучшей подготовки проекта к автотрассировке. Любые ошибки/предупреждения/подсказки, которые перечислены, должны быть тщательно изучены и, если необходимо, соответствующие правила трассировки должны быть скорректированы перед началом трассировки проекта.

Проверьте все ошибки, предупреждения и подсказки, чтобы понять, с какими потенциальными проблемами столкнется автотрассировщик.

Крайне важно, чтобы любые нарушения правил, связанные с трассировкой, были устранены перед запуском автотрассировщика. Нарушения не только могут предотвратить трассировку в месте нарушения, но и значительно замедлить трассировщик, поскольку он постоянно пытается проложить трассу в непроходимой области.

Советы по запуску автотрассировщика

• Команды автотрассировщика находятся в подменюТрассировка » Автотрассировка.
• Команды Трассировка » Автотрассировка » Все и Трассировка » Автотрассировка » Настройка открывают диалоговое окно Стратегии трассировки Situs, разница заключается в том, что при выборе Все, в диалоге появляется кнопка Трассировать все.
• Не бойтесь экспериментировать. Если результаты вас не устраивают, попробуйте изменить подход трассировщика. Добавьте промежуточные этапы очистки и выравнивания, увеличьте пространство вокруг плотных участков или измените направления слоев.
• Экспериментируя с трассировщиком - создавая свои стратегии для контроля порядка проходов, изменяя количество переходных отверстий с помощью управления переходами, изменяя направления слоев трассировки, ограничивая трассировщик только ортогональными маршрутами и так далее - делайте заметки о комбинациях, которые вы пробовали. Таким образом, вы сможете определить и повторно использовать наиболее подходящие конфигурации для ваших проектов.
• Сначала проведите этапы разветвления отдельно и оцените качество. Возможно, вам придется вручную разветвить проблемные участки.

Этапы трассировки и стратегии трассировки

В настоящее время определенные стратегии трассировки перечислены в нижней части диалогового окна Стратегии трассировки Situs. Нажмите кнопку Добавить, чтобы открыть диалоговое окно Редактор стратегий Situs, где вы можете указать проходы, которые будут включены в новую стратегию. В качестве альтернативы используйте кнопку Дублировать, чтобы скопировать существующую стратегию, а затем отредактировать ее по мере необходимости.

Пример редактирования скопированной стратегии.

Пользовательские стратегии могут быть отредактированы в любое время, но эти стратегии по умолчанию не могут быть изменены:

• Очистка
• Стандартная двухслойная плата
• Стандартная двухслойная плата с краевыми разъемами
• Стандартная многослойная плата
• Общая ортогональная
• Экономия через отверстий

Доступны следующие проходы трассировки. Проходы могут использоваться в любом порядке, в качестве руководства рассмотрите существующую стратегию, чтобы увидеть порядок проходов.

 

 

Примеры результатов автотрассировщика

[Вернуться к началу]

В этом примере мы возьмем плату интерфейсного адаптера, которая использовалась в некоторых недавних видео, и применим автоматическое трассирование к некоторым из сетей. Цель состоит в том, чтобы увидеть, когда автотрассировщик допускает ошибки, как инструмент справляется со сложными (и возможно взаимоисключающими) наборами правил, а также как в целом работать с этим инструментом.

Для начала у нас есть готовая плата, которую мы будем использовать в качестве базовой в этом примере; вся плата была проложена вручную. Это показано ниже.

Эта плата довольно сложная, по крайней мере, с точки зрения правил, необходимых для компоновки и трассировки. Эта плата является интерфейсной платой между некоторыми SMD-разъемами на противоположных сторонах платы. Правила компоновки включают контролируемое сопротивление для дифференциальных пар, а плата содержит внутренние слои для нескольких линий питания, земли и нескольких дифференциальных каналов.

В этом примере были использованы следующие настройки:

• Общая стратегия ортогонального трассирования (верхний и нижний слои горизонтально, SIG1 и SIG2 вертикально)
• Все предварительные трассы были зафиксированы
• Все цепи были цифровыми низкоскоростными (GPIO и I2C), контроль импеданса не требовался
• Всего требовалась трассировка 27 цепей

Последний пункт и построение стека платы позволяют нам в целом обходиться трассировкой этих сигналов в нескольких слоях, через несколько переходных отверстий и без каких-либо ограничений по длине. Более сложные платы или платы с большей плотностью могут требовать более специализированных настроек.

Результаты трассировки в слоях сигналов показаны ниже.

 

 

Итак, какой вердикт? В данном конкретном случае требовалась очистка только одного короткого замыкания на нижнем слое. Это довольно хорошо, учитывая расположение контактов на верхнем горизонтальном разъеме. Я думаю, это подходит 

Заключительные мысли

[Назад к началу]

В ходе этого учебного пособия я пришел к важному осознанию: стратегия использования автотрассировщика и приемлемая топология трассировки на вашей плате должны соответствовать друг другу. Например, предположим, что у вас есть многослойная плата с большим количеством сетей, и вы хотите реализовать автотрассировку с ортогональными дорожками; ваш автотрассировщик будет наилучшим образом подходить для реализации этой стратегии, только если в нем предусмотрена ортогональная опция. Подходит ли этот подход вам? Все зависит от вашего конкретного рабочего процесса и подхода к проектированию.

Не все платы подходят для этого. В некоторых примерах я показывал платы, где стратегия ортогональной трассировки, стратегия использования краевых разъемов или двухслойная трассировка просто не соответствуют операционным требованиям для каждой сети. В этом случае хорошей идеей будет сначала проложить наиболее чувствительные дорожки, а затем попытаться автоматически протрассировать оставшиеся сети. Хороший пример, который я недавно обсуждал, находится в больших фазированных антенных решетках; линии питания требуют очень точного согласования фаз, и время настройки может оказаться дольше, чем время ручной трассировки и корректировки. Поскольку эти дорожки так важны, имеет смысл прокладывать их вручную.

Я думаю, что хороший автотрассировщик столь же хорош, насколько пользователь умеет им пользоваться и каков уровень необходимой настройки. Если вы уделите время настройке требуемых правил, спланируете конкретные группы сетей для автотрассировки за каждый раз и разработаете стратегию очистки, вы сможете минимизировать ручную доработку. Замечательно, что инструмент автоматизации можно использовать повторно для других проектов. Как только профили правил созданы, их можно применять для автотрассировки в других компоновках печатных плат.

Когда вам нужен доступ к лучшим утилитам автоматизации для проектирования печатных плат, используйте полный набор инструментов для компоновки и трассировки в Altium Designer®. Когда вы закончили свой проект и хотите отправить файлы вашему производителю, платформа Altium 365™ упрощает сотрудничество и обмен проектами.

Мы только коснулись поверхности возможностей Altium Designer на Altium 365. Начните свою бесплатную пробную версию Altium Designer + Altium 365 сегодня.