Автотрассировка или без автотрассировки? История неудач автоматизации проектирования

Добро пожаловать в мир электроники. Наступил 2016 год, и мы стали свидетелями большей технологической продвинутости, чем в любой другой период в истории человечества. Только за этот год автономные транспортные средства начали внедряться в общественное пространство, ракеты возвращаются с орбиты для повторного использования с высокой точностью посадки, а закон Мура продолжает действовать, демонстрируя нескончаемый рост. Но во всем этом технологическом прогрессе не хватает одного – достойного сравнения автоматических трассировщиков печатных плат.

Настоящая проблема с автотрассировщиками

Хотя автотрассировщики печатных плат существуют столько же, сколько инженеры знают, что такое САПР, дизайнеры, занимающиеся созданием плотных раскладок печатных плат, почти полностью игнорировали внедрение этой технологии автоматизации, и справедливо. Алгоритмы автотрассировки не сильно изменились с момента их первого введения.

Когда вы сочетаете застой технологий с поставщиками EDA, которые предлагают технологию автоматической трассировки с различной степенью производительности и настройками конфигурации, неудивительно, что автотрассировщики не получили широкого распространения. Эта технология, которая должна была сэкономить время инженеров и улучшить рабочие процессы, просто не смогла повысить свои возможности до уровня опыта и эффективности опытного дизайнера печатных плат. Действительно ли это все, что могут предложить автотрассировщики?

Ранние начала технологии автотрассировки

Первые автотрассировщики, произведенные поставщиками EDA, отличались плохими результатами и производительностью. В большинстве случаев они не предлагали никаких руководств или настроек для сохранения целостности сигнала, часто добавляя избыточное количество переходных отверстий (виас) в процессе. Кроме того, ранние технологии автотрассировки были ограничены строгим требованием к сетке X/Y и имели предвзятость к слоям.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Learn More

В результате этих ограничений пространство платы часто использовалось неэффективно, и инженерам приходилось исправлять беспорядок несбалансированной компоновки PCB. Время, затраченное инженером на исправление плохо оптимизированной компоновки PCB от автотрассировщика, часто превышало время, которое потребовалось бы для ручной трассировки платы. С самого начала автотрассировка не задалась.

Пример автотрассировки без сетки^[1]  

Прогресс автотрассировки 80-х

По мере того как годы шли, технология автоматической трассировки улучшалась лишь незначительно, и качество не соответствовало ожиданиям дизайнера печатных плат. Проблема неправильного использования пространства платы, предвзятость в выборе слоев и избыточное количество переходных отверстий (виас) оставались актуальными. Чтобы помочь в развитии этой устаревшей технологии, поставщики ЭДА начали внедрять новые компоненты земляных плоскостей и технологии плат, чтобы облегчить выполнение требований к целостности сигнала.

Если охарактеризовать этот период развития автотрассировки, то это было бы ограничение из-за аппаратных ограничений. Алгоритмы автотрассировки просто не могли уменьшить размеры сетки для улучшения качества трассировки без использования специализированных ЦП и дополнительной памяти для поддержки всех необходимых данных. Не имея аппаратного решения, поставщики ЭДА начали исследовать другие пути, включая автотрассировку на основе формы схем.

Конструирование высокоскоростных печатных плат

Простые решения для сложных задач проектирования высокоскоростных печатных плат

Изучите предлагаемые решения

Эти новые автотрассировщики на основе формы действительно помогли удовлетворить требования к изготовлению плат и целостности сигнала, путем:

• Создания эффективных соединений между компонентами

• Снижения стоимости ПП с меньшим количеством добавленных в процессе автотрассировки виас

• Увеличения расстояния при использовании меньшего количества слоев на ПП

Несмотря на эти достижения, технология автотрассировки все еще оставалась в лучшем случае средней по качеству. Несмотря на преодоление аппаратных ограничений поставщиками ЭДА, дизайнеры печатных плат все еще оставались скептически настроенными к принятию технологии автоматического проектирования трассировки.

Лучшая интерактивная маршрутизация

Сократите время маршрутизации вручную даже для самых сложных проектных решений.

Изучите предлагаемые решения

Пример автотрассировки лабиринта^[2]    

Невыразительное Развитие 90-х

Перед наступлением нового тысячелетия, автоматические трассировщики продолжали совершенствоваться, получая новые возможности, включая оптимизированные углы, режимы трассировки сдвигом и толканием, меньшее использование переходных отверстий (виас) и даже полировку для удаления лишних сегментов проводов. Были даже попытки создать технологию автотрассировки, не имеющую предпочтений к слоям.

Хотя все эти нововведения звучали многообещающе, оказали ли они необходимое влияние на сообщество дизайнеров печатных плат? К сожалению, нет. Чем больше поставщики EDA пытались навязать технологии автотрассировки неохотным дизайнерам печатных плат, тем больше побочных эффектов это вызывало, включая:

• Увеличение производства плат с неполными и плохо оптимизированными трассами.

• Увеличение сложности настройки автотрассировки, требующей экспертных конфигураций.

• Увеличение времени, затрачиваемого дизайнерами печатных плат на исправление плохих путей автотрассировки.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Explore Solutions

90-е показали продолжающуюся тенденцию - когда дело доходило до выполнения реальных проектов, ручная трассировка по-прежнему оставалась вне конкуренции.

Трассировка на основе формы  

Принесут ли 2000-е Новую Надежду?

Новое тысячелетие приходит и приносит с собой множество новых компонентов и технологий печатных плат, что вызывает изменения в способах ручной трассировки ПП. В большинстве проектов теперь приходилось уменьшать количество переходных отверстий (виас), чтобы сохранить целостность сигнала, сигналы начали требовать управления задержками/временем, дифференциальные пары стали нормой для высокоскоростных приложений, а BGA стал предпочтительным вариантом для многоконтактных корпусов. Это изменение в сознании дизайнеров породило эпоху "Речного маршрутизирования" (River-Routing).

Метод "Речного маршрутизирования" оказался удивительно эффективным, значительно сократил количество виас на печатной плате, использовал слои равномерно и не имел предвзятости к слоям трассировки. Несмотря на эти достижения, уровень принятия был на исторически низком уровне, но почему? На этот раз дело не в технологии, а в менталитете дизайнера ПП. Поскольку дизайнеры ПП постоянно трассируют плату в своем уме, когда они размещают компоненты, это напрямую влияет на то, как и где компоненты размещаются, что, в свою очередь, влияет на реализацию трассировки. Попытка прервать этот рабочий процесс на полпути с методологией "Речного маршрутизирования" оказалась неприемлемой для многих инженеров.

В качестве альтернативы методу River-Routing появилось новое направление в планировании трассировки. Этот метод предоставил конструкторам полный набор инструментов для настройки параметров автотрассировки, включая определения стека слоев, ограничения правил проектирования, защиту сигналов и многое другое. И хотя все эти настройки были крайне необходимы для обоснования использования автотрассировки PCB-дизайнером, время, затраченное на настройку атрибутов, все еще занимало больше времени, чем процесс ручной трассировки.

Различные методологии для достижения одних и тех же целей

Несмотря на все достижения в технологии автотрассировки за последние три десятилетия, эта технология по-прежнему остается малоиспользуемой большинством инженеров. Может ли проблема заключаться в самой технологии, или, возможно, дело в несоответствии ожиданий между PCB-дизайнерами и автотрассировщиками?

Как правило, инженеры по PCB рассматривают размещение компонентов и трассировку как единый процесс, часто визуализируя компоновку платы с высоты 10,000 футов для определения логического размещения компонентов и точек соединения. С другой стороны, автотрассировщики подходят к этой же задаче трассировки снизу вверх, трассируя одно соединение за разом.

Для более плотных раскладок плат инженеры обычно набрасывают систему шин и подсистемы на бумаге, которые затем используют в качестве руководства для их ручного процесса трассировки. И в то время как инженер размещает компоненты, он часто одновременно учитывает несколько других переменных, включая сроки поставки, сложность дизайна, стоимость продукта и многое другое.

Есть, конечно, опасный Приказ об Изменении Инженерии (ECO), который может вызвать кошмарную цепную реакцию, особенно когда это касается сложной области дизайна, например, BGA. Когда речь идет о таких задачах, автоматические трассировщики могут быть эффективным инструментом, только если они могут оптимизировать выходы трасс или разветвления без добавления дополнительных переходных отверстий. И хотя хороший дизайнер может облегчить боль этого процесса с помощью оптимизированных назначений контактов, вызов остается тем же, с автоматическим трассировщиком или без него.

Что действительно нужно индустрии EDA

Вот мы, спустя три десятилетия, и мы все еще ждем интерактивного трассировщика в один клик, который мгновенно превращает желаемую топологию трассировки в реальность. Что должна включать в себя технология автоматической трассировки будущего, чтобы ее воспринимали всерьез?

• Гибкость. Эта технология должна быть достаточно гибкой, чтобы дать конструкторам печатных плат полный контроль над направлением трассировки, расположением и выбором, независимо от сложности дизайна.

• Эффективность. Эта технология должна быть значительно более эффективной, чем ручная трассировка платы, чтобы оправдать время, потраченное на ее использование.

• Простота. Эта технология должна быть легкой в настройке, позволяя конструкторам печатных плат редактировать пути по мере необходимости.

• Качество. Эта технология должна сохранять качество целостности сигнала, одновременно выполняя трассировку и распределение по нескольким слоям без предвзятости к какому-либо слою.

• Надежность. Эта технология должна постоянно давать надежные результаты, которые затем можно будет изготовить с первого раза.

• Интегрированность. Эта технология должна быть интегрирована с нашими существующими решениями для проектирования и связана с нашими проектными ограничениями.

• Доступность. Эта технология должна быть доступной и по средствам каждому конструктору печатных плат, если она когда-либо наберет широкую популярность.

До

После (Активно Быстро)    

Конструкторы печатных плат по всему миру ждут, когда смогут всерьез отнестись к автоматической трассировке, но последние три десятилетия не оставили нам много уверенности в этой технологии. Что ждет нас в будущем? У нас есть что вам показать...смотрите, что будет в Altium Designer^®.

Ссылки: