Đơn giản hóa việc định tuyến với việc hoán đổi Pin, Phần, và Cặp Dây Khác Biệt

Khi đặt các linh kiện cho thiết kế PCB, việc đặt linh kiện thường dẫn đến việc các kết nối sẽ chéo lên nhau. Mặc dù việc sử dụng via sang các lớp khác hoặc định tuyến dấu vết hơi dài hơn có thể được sử dụng để giải quyết một số ít kết nối chéo, nhưng một số lượng lớn các kết nối chéo, như những cái trong hình dưới đây, có thể làm cho việc định tuyến trở nên cực kỳ khó khăn và tốn thời gian.

Đối với việc định tuyến phức tạp hơn với số lượng lớn các kết nối chéo, các nhà thiết kế PCB thường sử dụng việc hoán đổi chân và phần con của thiết bị để giảm số lượng các kết nối chéo. Mặc dù việc hoán đổi chân hoặc phần giúp loại bỏ các kết nối chéo trong PCB, nhưng những thay đổi đó cũng phải được chuyển lại cho sơ đồ mạch. Bài báo này mô tả một phương pháp mà việc hoán đổi chân, phần con, và cặp diff-pair có thể được quản lý dễ dàng để tối ưu hóa việc định tuyến bằng cách giảm các kết nối chéo, tất cả trong khi duy trì sự đồng bộ hóa thiết kế giữa sơ đồ mạch và đơn giản hóa việc định tuyến PCB.

Một PCB với nhiều kết nối chéo

GIỚI THIỆU

Việc đặt linh kiện tối ưu đi một chặng đường dài để giảm thiểu các dòng kết nối chéo. Tuy nhiên, các kết nối chéo không bao giờ có thể được tránh hoàn toàn. Một số lượng lớn các kết nối chéo làm cho việc định tuyến PCB trở nên cực kỳ thách thức và tốn thời gian để hoàn thành. Thông thường, các nhà thiết kế PCB sẽ, nơi có thể về mặt điện, hoán đổi các gán kết nối mạng từ một chân thiết bị này sang chân thiết bị khác phù hợp. Tương tự, các phần con trong một gói chung có thể được hoán đổi để giảm các kết nối chéo. Việc hoán đổi chân dựa trên thực tế là mạng của hai chân vật lý khác nhau có thể được hoán đổi mà không gây ra bất kỳ tác động tiêu cực nào đến chức năng điện của thiết kế. Một ví dụ cơ bản là hai chân của một điện trở. Bởi vì chân của điện trở không có độc tính duy nhất, bạn có thể tự do hoán đổi các chân để loại bỏ một kết nối chéo, và vẫn hoạt động như dự định.

Một ví dụ thực tế khác có thể là một kết nối có số lượng chân cao, nơi không có yêu cầu nghiêm ngặt về việc gán tín hiệu cụ thể cho từng chân. Với khả năng hoán đổi nhiều chân trên một kết nối, một số kết nối chéo có thể được loại bỏ. Có lẽ loại linh kiện đáng chú ý nhất cho việc hoán đổi chân là thiết bị FPGA, nơi mà các chân I/O có thể định nghĩa bởi người dùng, trong các ngân hàng điện áp áp dụng, cho phép bạn tự do gán lại chân khi cần thiết.

Với việc hoán đổi phụ tùng, các bộ phận tương tự trong một gói chung được hoán đổi. Ví dụ, một IC LM6154 Quad Op Amp có bốn op amp riêng biệt và giống hệt nhau trong một gói đơn. Do đó, bạn có thể hoán đổi op amp C (chân 8, 9 và 10) với op amp A (chân 2, 3 và 1) để loại bỏ các đường kết nối chéo mà vẫn giữ nguyên chức năng. Việc hoán đổi phụ tùng đôi khi được gọi là “hoán đổi cổng”, ngụ ý rằng 4 cổng riêng lẻ trong gói cổng NOR SN74S02N Quad có thể được hoán đổi tự do.

Hoán đổi chân và phụ tùng thiết bị giúp giảm đáng kể tổng số kết nối chéo trong mạch nối đất PCB. Để thực hiện thành công việc hoán đổi chân hoặc phụ tùng, bạn phải xác định trước những chân nào có thể được hoán đổi. Hơn nữa, một khi việc hoán đổi chân hoặc phần đã được thực hiện trong thiết kế Bảng Mạch In PCB, sơ đồ mạch phải được cập nhật để phản ánh các thay đổi và duy trì đồng bộ với bố trí PCB. Không giữ chúng đồng bộ có thể dẫn đến những lỗi thảm họa.

HOÁN ĐỔI CHÂN VÀ PHẦN

Việc hoán đổi chân hoặc phần được thực hiện qua ba bước chung: cấu hình dữ liệu hoán đổi, thực hiện hoán đổi chân hoặc phần, và cuối cùng, đồng bộ hóa sơ đồ mạch với các cập nhật hoán đổi.

CẤU HÌNH CÁC NHÓM HOÁN ĐỔI

Nhóm hoán đổi xác định các chân có thể được hoán đổi tự do. Bất kỳ chân nào trong một nhóm hoán đổi có thể được hoán đổi với bất kỳ chân nào khác trong cùng một nhóm. Việc xác định nhóm hoán đổi thường là một nỗ lực một lần và có thể được thực hiện ở cấp độ thư viện biểu tượng, cấp độ sơ đồ mạch, hoặc trong tài liệu PCB. Nhóm hoán đổi có thể được xác định cho bất kỳ linh kiện hoặc thể hiện linh kiện nào tại bất kỳ thời điểm nào trong quá trình thiết kế sử dụng bảng Cấu Hình Hoán Đổi Chân. Việc xác định nhóm hoán đổi cho Hoán Đổi Cặp Đối Xứng và Phụ Tùng có thể được định nghĩa tương tự. Hình ảnh là ảnh chụp màn hình cho thấy cách các nhóm hoán đổi có thể được xác định dễ dàng.

Xác định một nhóm chân I/O FPGA theo số ngân hàng

THỰC HIỆN HOÁN ĐỔI CHÂN HOẶC PHẦN

Sau khi đã xác định các nhóm hoán đổi, việc hoán đổi chân, hoán đổi cặp vi sai, hoặc hoán đổi phần con có thể được thực hiện một cách tương tác trong tài liệu quy trình thiết kế PCB. Bạn kích hoạt khả năng hoán đổi tương tác bằng cách sử dụng Công cụ > Hoán Đổi Chân/Phần, tùy thuộc vào lựa chọn hoán đổi chân tương tác mà bạn đã thực hiện. Cũng có một chế độ hoán đổi chân tự động, sẽ phân tích tất cả các kết nối chéo trong bố cục và tự động hoán đổi nhiều chân để đạt được số lượng kết nối chéo tối thiểu có thể.

ĐỒNG BỘ HÓA SƠ ĐỒ VỚI CÁC CẬP NHẬT HOÁN ĐỔI:

Một khía cạnh rất quan trọng của việc hoán đổi chân là cập nhật sơ đồ để đồng bộ hóa dự án với các thay đổi hoán đổi chân đã được thực hiện trong bố cục PCB. Làm điều này bằng cách đơn giản thực hiện cập nhật từ PCB sang Sơ đồ trong Altium Designer. Một phương pháp tốt nhất cần nhớ là sử dụng kết nối bằng Nhãn Mạch trong sơ đồ cho bất kỳ mạch nào có thể được liên kết với một nhóm hoán đổi. Phương pháp này đảm bảo rằng chỉ có sự thay đổi Nhãn Mạch được thực hiện trong sơ đồ. Nếu không, nếu nhãn mạch không khả dụng, việc hoán đổi chân sẽ yêu cầu thay thế chân biểu tượng sơ đồ để thực hiện hoán đổi chân. Thay thế chân sơ đồ được cho phép, nhưng mặc định là bị vô hiệu hóa. Điều này không được khuyến khích vì các biểu tượng kết quả sẽ khác biệt so với các biểu tượng gốc trong thư viện. Kết nối bằng nhãn mạch là phương pháp thực tế nhất để hỗ trợ hoán đổi chân.

Sau khi các hoán đổi đã được thực hiện, bạn có thể một lần nữa xem xét các kết nối để xem sự cải thiện được thực hiện như thế nào. Sử dụng các phương pháp được mô tả ở đây, bảng mạch trong hình minh họa đầu tiên giờ đây xuất hiện bên dưới. Có sự giảm đáng kể trong số lượng kết nối chéo.

Hoán đổi chân được thực hiện trên FPGA (so sánh với hình trước

KẾT LUẬN

Các kết nối chéo trong một biên tập viên PCB có thể làm phức tạp nhiệm vụ định tuyến và yêu cầu thêm thời gian hoặc lớp để định tuyến. Khai báo chân hoặc phần con nào có thể được hoán đổi trong một dự án hoặc thư viện biểu tượng tạo ra nhiều cơ hội để loại bỏ các kết nối chéo. Sử dụng khả năng hoán đổi tương tác hoặc tự động giảm đáng kể số lượng kết nối chéo trong thiết kế.