Упрощение трассировки с помощью перестановки выводов, компонентов и дифференциальных пар

При размещении компонентов для дизайна печатной платы (PCB) часто возникают соединения, которые пересекают друг друга. Хотя для решения проблемы небольшого количества пересечений можно использовать переходы на другие слои или немного более длинные трассы, большое количество пересечений, как показано на рисунке ниже, может сделать трассировку крайне сложной и времязатратной.

Для более сложной трассировки с большим количеством пересечений дизайнеры печатных плат обычно используют замену выводов устройств и подкомпонентов, чтобы уменьшить количество пересечений. Хотя замена выводов или компонентов устраняет пересечения на печатной плате, такие изменения также должны быть отражены в схеме. В этой статье описывается метод, с помощью которого можно легко управлять заменой выводов, подкомпонентов и дифференциальных пар для оптимальной трассировки за счет уменьшения пересечений, при этом поддерживая синхронизацию дизайна между схемой и упрощением трассировки печатной платы.

Печатная плата с множеством пересечений

ВВЕДЕНИЕ

Оптимальное размещение компонентов значительно снижает количество линий пересечения. Однако полностью избежать пересечений невозможно. Большое количество пересечений делает трассировку печатной платы крайне сложной и затратной по времени. Дизайнеры печатных плат часто, где это возможно с электрической точки зрения, меняют присвоение сетей с одного вывода устройства на другой подходящий вывод. Аналогичным образом, подкомпоненты в общем корпусе могут быть заменены для уменьшения пересечений.

Замена выводов основана на том факте, что сети двух разных физических выводов могут быть заменены без какого-либо негативного влияния на электрическую функциональность дизайна. Простым примером может служить два вывода резистора. Поскольку вывод резистора не имеет уникальной полярности, вы можете свободно менять местами выводы для устранения пересечения, и при этом он будет функционировать как предполагалось.

Еще один практический пример - это разъем с большим количеством контактов, где нет строгих требований к конкретному назначению сигнала каждому контакту. Благодаря возможности переключения многих контактов на разъеме, можно потенциально устранить несколько перекрестных соединений. Возможно, наиболее подходящим типом компонента для переключения контактов является устройство FPGA, где его пользовательские вводы/выводы, в пределах применимых банков напряжения, позволяют вам свободно переназначать контакты по мере необходимости.

При замене подкомпонентов, похожие части в общем корпусе заменяются. Например, интегральная схема LM6154 Quad Op Amp имеет четыре отдельных и идентичных операционных усилителя в одном корпусе. Таким образом, вы можете заменить операционный усилитель C (контакты 8, 9 и 10) на операционный усилитель A (контакты 2, 3 и 1), чтобы устранить перекрестные соединения, сохраняя при этом ту же функциональность. Замена подкомпонентов иногда называется «заменой вентилей», подразумевая, что 4 отдельных вентиля в пакете Quad NOR вентилей SN74S02N могут быть свободно заменены.

Замена контактов устройства и подкомпонентов значительно помогает в сокращении общего числа перекрестных соединений на земляной плате ПП. Для успешного выполнения замены контактов устройства или подкомпонентов, вы должны заранее определить, какие контакты могут быть заменены. Кроме того, после того как замены контактов или частей выполнены в дизайне печатной платы, схема должна быть обновлена, чтобы отразить изменения и оставаться синхронизированной с компоновкой ПП. Несоблюдение этого синхронизма может привести к катастрофическим ошибкам.

ЗАМЕНА КОНТАКТОВ И ЧАСТЕЙ

Замена контактов или частей выполняется в три общих шага: настройка данных для замены, выполнение замены контактов или частей, и, наконец, синхронизация схем с обновлениями замены.

НАСТРОЙКА ГРУПП ЗАМЕНЫ

Группы замены определяют контакты, которые могут быть свободно заменены. Любой контакт в данной группе замены может быть заменен любым другим контактом в той же группе. Определение групп замены обычно является разовой задачей, которая может быть выполнена на уровне библиотеки символов, на уровне схемы или в документе ПП. Группы замены могут быть определены для любого компонента или экземпляра компонента в любое время процесса проектирования с использованием панели настройки замены контактов. Определение групп замены для замены дифференциальных пар и подкомпонентов может быть выполнено аналогичным образом. На рисунке показано, как легко определить группы замены.

Определение группы контактов FPGA I/O в соответствии с номером банка

ВЫПОЛНЕНИЕ ЗАМЕНЫ КОНТАКТОВ ИЛИ ЧАСТЕЙ

После того как группы для обмена определены, можно выполнить обмен контактов, обмен дифференциальных пар или обмен подкомпонентов интерактивно в процессе проектирования печатной платы. Вызвать интерактивные возможности обмена можно через Инструменты > Обмен контактов/частей, в соответствии с выбранными настройками интерактивного обмена контактов. Также существует автоматический режим обмена контактов, который анализирует все перекрестные соединения на макете и автоматически меняет местами несколько контактов для достижения минимально возможного числа перекрестных соединений.

СИНХРОНИЗАЦИЯ СХЕМ С ОБНОВЛЕНИЯМИ ОБМЕНА:

Очень важным аспектом обмена контактов является обновление схемы для синхронизации проекта с изменениями обмена контактов, которые были выполнены в макете печатной платы. Для этого просто выполните обновление с ПКБ на схему в Altium Designer. Лучшей практикой является использование соединений по метке сети в схемах для любых сетей, которые могут быть связаны с группой обмена. Эта практика гарантирует, что единственными изменениями в схеме будут замены меток сети. В противном случае, если метки сети недоступны, для обмена контактов потребуется замена контактов символов схемы. Замена контактов символов схемы допускается, но по умолчанию отключена. Это не рекомендуется, поскольку в результате символы будут отличаться от оригинальных символов в библиотеке. Соединение по метке сети является наиболее практичным методом поддержки обмена контактов.

После выполнения обмена вы можете снова проверить соединения, чтобы увидеть, какое улучшение было достигнуто. Используя описанные здесь методы, плата на первом иллюстрации теперь выглядит как показано ниже. Заметно уменьшено количество перекрестных соединений.

Выполнен обмен контактов на FPGA (сравните с предыдущим рисунком

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Перекрестные соединения в редакторе ПКБ могут усложнить задачу трассировки и потребовать дополнительного времени или слоев для трассировки. Определение, какие контакты или подкомпоненты могут быть обменены в проекте или библиотеке символов, создает множество возможностей для устранения перекрестных соединений. Использование интерактивных или автоматических возможностей обмена значительно сокращает количество перекрестных соединений в дизайне.