神來之筆:完成復(fù)雜設(shè)計(jì)的草圖布線,彌補(bǔ)自動(dòng)布線不足之處
發(fā)布時(shí)間:2016-01-15 責(zé)任編輯:susan
【導(dǎo)讀】PCB設(shè)計(jì)軟件中的自動(dòng)化功能可讓工程師以更快的速度完成更復(fù)雜的設(shè)計(jì),而自動(dòng)布線便是其中一部分。然而,自動(dòng)化有其局限性,甚至?xí)沟米詣?dòng)化試圖取代的設(shè)計(jì)變得更加繁瑣不堪。
圖 1:自動(dòng)化概念往往在理論上令人滿意,在現(xiàn)實(shí)中卻不盡人意。
隨著設(shè)計(jì)復(fù)雜性的提高,要?jiǎng)?chuàng)建并維護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)則,使其提供的布線結(jié)果能夠與有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員手動(dòng)布線的結(jié)果相媲美,將變得愈發(fā)困難。設(shè)計(jì)人員對(duì)自動(dòng)布線避之不及的部分原因包括:
1.嘗試設(shè)置自動(dòng)布線器,使其能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)人員的構(gòu)想轉(zhuǎn)換為屏幕內(nèi)容,這本身就給設(shè)計(jì)人員帶來了挑戰(zhàn);
2.與手工設(shè)計(jì)相比質(zhì)量出現(xiàn)下降;
3.花在自動(dòng)布線器后的清理工作上的時(shí)間足以采用手動(dòng)方式完成布線;
4.過孔數(shù)量過多,或者說,自動(dòng)布線器完成的設(shè)計(jì)普遍不具備能夠與有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員相媲美的精致外觀。
手動(dòng)布線與自動(dòng)布線之間是否存在折衷之道?
自動(dòng)布線和手動(dòng)布線都要求細(xì)致的規(guī)劃策略和執(zhí)行操作,才能獲得理想的結(jié)果。一般而言,如果設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)有專門的時(shí)間充分考慮自動(dòng)布線,并規(guī)劃、布置、約束和優(yōu)先處理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù),往往能夠獲得最佳的自動(dòng)布線結(jié)果。自動(dòng)布線成功與否還取決于設(shè)計(jì)人員對(duì)于其自動(dòng)布線器算法及歷史性能的了解程度。
然而,PCB設(shè)計(jì)布線的難度與日俱增。設(shè)計(jì)受到設(shè)計(jì)規(guī)則日益繁多、物理空間日趨較小、信號(hào)完整性規(guī)則以及其他多種因素的嚴(yán)格約束。所有這些約束都對(duì)希望使用傳統(tǒng)自動(dòng)布線技術(shù)來精簡(jiǎn)設(shè)計(jì)流程的設(shè)計(jì)人員構(gòu)成了巨大的挑戰(zhàn)。對(duì)于獨(dú)立工作的工程師而言,由于沒有完整的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)來構(gòu)建和維護(hù)專門與自動(dòng)布線器配用的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù),要完成這一任務(wù)更是難于登天。是否存在某種方法兼具自動(dòng)布線的便捷性與手動(dòng)布線的優(yōu)勢(shì),從而化解與日俱增的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)?
本文將介紹如何利用 Mentor Graphics 提供的引進(jìn)自經(jīng)驗(yàn)證的 Xpedition® 技術(shù)的 PADS® Professional 草圖布線環(huán)境,來支持獨(dú)立工作的 PCB 設(shè)計(jì)人員和基于項(xiàng)目的 PCB 設(shè)計(jì)人員快速、輕松地布線高質(zhì)量的規(guī)則驅(qū)動(dòng)型設(shè)計(jì),并獲得手動(dòng)布線設(shè)計(jì)的外觀和風(fēng)格。
PCB 設(shè)計(jì)人員心理活動(dòng)概覽
通常,設(shè)計(jì)人員在第一次處理新的 PCB Layout 時(shí),會(huì)在布局設(shè)計(jì)中的元器件時(shí)顯示布線。
他們必須留意元器件的排列方式以及扇出模式的生成方式,以確保能夠使用元器件的管腳和過孔并優(yōu)化布線通道。與此同時(shí),設(shè)計(jì)人員會(huì)專注于具有最高優(yōu)先級(jí)的網(wǎng)絡(luò),確定他們需要采用手動(dòng)方式布線的網(wǎng)絡(luò),并記住所有設(shè)計(jì)規(guī)則。配置自動(dòng)布線器,使其按照設(shè)計(jì)人員顯示的內(nèi)容完成布線,這可能是件令人望而生畏的任務(wù)。因此,大多數(shù)設(shè)計(jì)人員轉(zhuǎn)而采用手動(dòng)方式完成大量設(shè)計(jì)布線工作,尤其是關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)的布線工作,以確保獲得理想的結(jié)果。
借助草圖布線,重新思考自動(dòng)化
關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)的布線能否“自動(dòng)”進(jìn)行?借助全新的輔助布線方法 —— 草圖布線,你完全有可能做到這一點(diǎn)!Mentor Graphics 的草圖布線器可消除 PCB 設(shè)計(jì)人員在自動(dòng)布線執(zhí)行方案中需要費(fèi)盡心思設(shè)置的一些步驟。借助草圖布線,PCB 設(shè)計(jì)人員可以在查看布線的同時(shí)執(zhí)行復(fù)雜的布線任務(wù) —— 所有操作都是實(shí)時(shí)進(jìn)行的。
PADS 草圖布線環(huán)境提供了一套高度集成的自動(dòng)布線功能,例如草圖布線器、真實(shí)走線布線以及動(dòng)態(tài)推擠等。結(jié)合使用這些功能可以帶來良好的布線體驗(yàn),從而獲得高質(zhì)量、良好的用戶控制和卓越的性能。
利用草圖布線,設(shè)計(jì)人員可以:
1.繪制草圖路徑,以確定所選飛線的走線布線;
2.以遠(yuǎn)超手動(dòng)布線的速度實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的設(shè)計(jì)和高完成率;
3.為單獨(dú)的走線或成百上千個(gè)單端/差分對(duì)進(jìn)行布線;
4.自動(dòng)優(yōu)化管腳出線,在增強(qiáng)布線效果的同時(shí)避免增加不必要的過孔。
圖 2:PADS Professional 使布線變得前所未有的輕松。
草圖布線的工作方式
要使用草圖布線,設(shè)計(jì)人員只需畫一條線來指示路徑,布線器會(huì)將所選擇的網(wǎng)絡(luò)沿著這個(gè)路徑自動(dòng)布出。在為數(shù)條、數(shù)十條甚至數(shù)百條飛線布線時(shí),草圖布線器的速度要比手動(dòng)布線快上數(shù)倍。圖 3 中選中了22 條數(shù)據(jù)線路。最常見的草圖布線方法會(huì)使用現(xiàn)有的過孔扇出,而不會(huì)增加任何額外的過孔。
圖 3:用于指示布線位置的草圖路徑。
圖 4:通過圖 3 草圖路徑獲得的按鈕布線結(jié)果。
如圖 4 所示,草圖布線的質(zhì)量非常出色,體現(xiàn)出了手動(dòng)布線所具有的質(zhì)量和特征。需要的清理工作極少,而很多情況下甚至不需要任何清理工作。能夠取得較高的完成率 (90% - 100%) 要?dú)w功于草圖布線器能夠自動(dòng)組織出線,使其無需任何額外的過孔就能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)布線。如果你不關(guān)心結(jié)果,或希望嘗試某種替代方法,只需幾次點(diǎn)擊操作即可取消結(jié)果并重新執(zhí)行草圖布線。借助草圖布線,即使是經(jīng)驗(yàn)最豐富的設(shè)計(jì)人員也能以超過手動(dòng)布線 30 倍的速度生成布線結(jié)果。
緊縮和非緊縮模式
草圖布線的另一項(xiàng)實(shí)用功能是能夠以緊縮或非緊縮模式布線網(wǎng)絡(luò)。如圖 5 中布線的串行網(wǎng)絡(luò)所示,在緊縮模式下,將根據(jù)最小設(shè)計(jì)規(guī)則值來優(yōu)化布線間距。這種情況下,圖 6 所示的非緊縮模式效果更為理想,因?yàn)樗峁┝俗钪苯拥木W(wǎng)絡(luò)連接,并避免了不必要的過度擁擠的走線。
圖 5:在緊縮模式下對(duì)串行網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行草圖布線
圖 6:在非緊縮模式下對(duì)串行網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行草圖布線
草圖布線為何能夠大幅提高布線效率?
繪制草圖路徑非常輕松。草圖路徑的方向決定了起始管腳和結(jié)束管腳。根據(jù)需要,草圖布線器在完成選定網(wǎng)絡(luò)的布線之前,會(huì)綜合考慮多達(dá)十種不同的方法,但即便如此,它仍能在很短的時(shí)間內(nèi)完成操作。每種方法都會(huì)考慮每個(gè)管腳出線方向?qū)?yīng)的布線結(jié)果,然后按照最佳結(jié)果對(duì)應(yīng)的方法布局走線。
壓縮:確定最優(yōu)方法后,草圖布線器將運(yùn)行多遍操作,朝管腳方向壓縮網(wǎng)絡(luò)。這將確保布線的管腳出現(xiàn)經(jīng)過優(yōu)化,能夠容納進(jìn)一步的設(shè)計(jì)布線。
居中放置:然后,草圖布線器會(huì)將布線居中放置在包圍設(shè)計(jì)人員所繪草圖路徑且經(jīng)過壓縮的管腳出線之間。如果沒有繪制草圖路徑,草圖布線器會(huì)將布線居中放置在經(jīng)過壓縮的管腳出線之間。
平滑處理:在平滑處理操作期間,草圖布線器可通過嘗試盡量減少走線區(qū)段來確保盡可能直接的布線。
草圖布線器無法布線某個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)怎么辦?
如果草圖布線無法 100% 完成指定網(wǎng)絡(luò)束中的布線,設(shè)計(jì)人員可使用真實(shí)走線布線和動(dòng)態(tài)推擠來完成布線。
真實(shí)走線布線:當(dāng)需要布線個(gè)別網(wǎng)絡(luò)時(shí),可利用真實(shí)走線布線,在移動(dòng)鼠標(biāo)的過程中通過鼠標(biāo)生成走線流,從而最大限度地減少布線單端網(wǎng)絡(luò)和差分對(duì)網(wǎng)絡(luò)所需的工作量 —— 無需任何額外的點(diǎn)擊操作,即使在完成布線時(shí)也是如此!真實(shí)走線布線自動(dòng)化使用動(dòng)態(tài)可視化反饋來指導(dǎo)布線操作,同時(shí)借助推擠功能移動(dòng)沿途的過孔和走線,甚至在布線過程中清除平面區(qū)域。
動(dòng)態(tài)推擠:要移動(dòng)一大組布線(甚至跨越規(guī)則區(qū)域),可使用動(dòng)態(tài)推擠來實(shí)現(xiàn)平滑、快速的移動(dòng),該功能會(huì)自動(dòng)刪除額外的區(qū)段并保持高質(zhì)量。
結(jié)論
如果你試過在 GPS 中輸入某個(gè)本地目的地并收到有問題的路線建議,你可能就會(huì)明白,不管科技變得多么先進(jìn),它都無法完全取代因積年累月行駛該條路線而積累的熟悉程度。作為有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員,你最終必定會(huì)選出最佳路徑。
PCB 布線同樣如此。自動(dòng)化固然有其作用,但它仍無法完全替代熟練的 PCB 設(shè)計(jì)人員所具備的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)(這也讓這些經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)人員能夠長(zhǎng)舒一口氣)。我們相信自己的經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蛱峁┲笇?dǎo)并確保所有設(shè)計(jì)元素“看起來正確無誤”。但在當(dāng)今市場(chǎng)中,時(shí)間也是一個(gè)關(guān)鍵要素。借助 PADS Professional 中的草圖布線環(huán)境自動(dòng)執(zhí)行的輔助布線,PCB 設(shè)計(jì)人員可以高出手動(dòng)布線 30 倍的速度輕松地布線高質(zhì)量的規(guī)則驅(qū)動(dòng)型設(shè)計(jì),并且所有布線都將獲得手動(dòng)布線的 PCB 設(shè)計(jì)的質(zhì)量、外觀和風(fēng)格。通過重新思考自動(dòng)化,我們建立了一種采用高級(jí)布線技術(shù)的方法,并將其與個(gè)體 PCB 設(shè)計(jì)人員的知識(shí)和構(gòu)想結(jié)合使用。
來源:MENTOR GRAPHICS
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