Стоит ли использовать автотрассировщик для проектирования печатных плат?
Следует ли использовать автотрассировщик для проектирования печатных плат?
По З.М. Петерсон • 23 апреля 2020 г.
Когда лучше всего использовать автотрассировщик для вашей печатной платы? Если вы новичок в проектировании печатных плат, то это справедливый вопрос. Все профессиональные дизайнеры, которых я знаю, избегают утилит автотрассировки. Вероятно, это связано с тем, что этот класс проектировщиков создает очень сложные топологии, а автотрассировка просто не может учитывать все возможные стратегии трассировки для каждой печатной платы.
Несмотря на недостатки автотрассировщиков, они находят свое место в более простых конструкциях. Алгоритмы, которые запускают утилиты автотрассировщика, со временем стали лучше, и их можно использовать для получения полезных результатов в некоторых конкретных ситуациях.
Однако не все автотрассировщики созданы одинаковыми, и они могут создавать результаты, требующие ручной очистки. Наилучшее использование автотрассировщика зависит от стратегии трассировки, которую вы будете использовать, сложности разводки вашей печатной платы и выбранных вами настроек. Давайте рассмотрим некоторые ситуации, когда следует использовать автотрассировщик вместо некоторых других полуавтоматических утилит маршрутизации.
Алгоритмы автотрассировщика
Автотрассировщик работает только потому, что существует алгоритм, автоматически определяющий топологию маршрутизации. Маршрутизация дифференциальных пар, согласование длины/времени в параллельных цепях и маршрутизация между слоями требуют много времени, и автотрассировщик предназначен для ускорения или полной автоматизации некоторых из этих задач. Существует три типа алгоритмов автотрассировки, которые были реализованы в различных пакетах САПР за последние несколько десятилетий:
- Случайный поиск.
Этот тип алгоритма автотрассировки похож на дифференциальную эволюцию. Фактически, дифференциальная эволюция использовалась в задачах проектирования схем с тех пор, как она была впервые представлена в 1996 году Райнером Сторном и Кеннетом Прайсом. Алгоритм случайного поиска в основном основан на пробах и ошибках; если случайно сгенерированное решение для трассы удовлетворяет правилам проектирования печатных плат в ваших инструментах САПР, оно будет принято в качестве возможного решения. Это создает бесконечное количество возможностей маршрутизации. - Направленный поиск. Этот тип алгоритма ближе к градиентному методу. В автотрассировщике определяется цель (например, кратчайшая длина), и автотрассировщик пытается последовательно сгенерировать возможную стратегию трассировки, которая достигает этой цели, не нарушая никаких правил проектирования.
- Речной маршрут. Возможно, это самый продвинутый тип алгоритма автотрассировки.
Основным недостатком автотрассировщика является то, что он может давать нереалистичные результаты, которые могут создать проблемы с целостностью сигнала. Это часто требует ручной проверки или автоматических DRC с последующей ручной очисткой любых цепей, которые нарушают правила проектирования или требования целостности сигнала. Включение метрик целостности сигнала в автотрассировщик значительно увеличивает время и сложность алгоритма, а также возвращает речную маршрутизацию в область направленного поиска.
Для более простых плат, где целостность сигнала не будет серьезной проблемой, вы, вероятно, можете обойтись без использования автотрассировщика (подробнее об этом в конце статьи).
Автотрассировщик не всегда будет создавать такие чистые, направленные дорожки.
Вот почему мир программного обеспечения для проектирования печатных плат дал нам автоматическую интерактивную трассировку. Этот тип трассировки дает пользователю контроль над ходом трассировки, в то же время автоматизируя некоторые части процесса трассировки, подобно стандартному автотрассировщику.
Авто-интерактивная трассировка
Инструменты авто-интерактивной трассировки сочетают в себе лучшее из обоих миров: они помогают автоматизировать трассировку нескольких цепей в проекте, но при этом позволяют пользователю контролировать поток трасс печатных плат между двумя точками. Усовершенствованные автоматические интерактивные инструменты маршрутизации попытаются расположить трассы в соответствии с вашими правилами проектирования и допусками геометрии трасс.
Это очень важно при проектировании с учетом ширины дорожки и импеданса или при размещении платы HDI.
Работа с этими инструментами очень проста: просто выберите средние точки между начальным и конечным местоположением, и часть инструмента, предназначенная для автотрассировки, заполнит промежутки. Поскольку расстояния между последовательными точками трассировки короче, а количество трассируемых цепей меньше, алгоритм речной трассировки может быстро размещать трассы, при этом соблюдая правила и ограничения проектирования вашей печатной платы. К таким ограничениям относятся допуски на импеданс, синхронизацию и длину, а также допуски на зазоры и связь дифференциальных пар.
Эти инструменты маршрутизации являются обычными в различных приложениях для проектирования печатных плат, и все они имеют очень похожие функции. На мой взгляд, лучший автотрассировщик и автоматический интерактивный маршрутизатор можно найти в Altium Designer просто потому, что к ним легко получить доступ, использовать и настроить.
Также легко разместить предварительно спроектированный переход вдоль пути маршрутизации. Однако автоинтерактивный маршрутизатор Allegro также дает почти идентичные результаты при использовании той же стратегии маршрутизации и правил проектирования. То же самое относится и к другим инструментам автоинтерактивной маршрутизации (например, в Zuken и Mentor PADS). Полное раскрытие: Altium — один из моих текущих клиентов, и я написал ряд статей об их инструментах маршрутизации.
Группа трасс в правой половине этого изображения может быть проложена одновременно с использованием автоинтерактивной трассировки.
Вывод таков: типичный автотрассировщик подходит для конструкций с малым количеством компонентов, низкой плотностью выводов и контактных площадок и достаточно простым (с точки зрения топологии трассировки), чтобы было трудно неправильно развести плату. . Плата, вероятно, будет работать нормально, независимо от того, как вы разводите дорожки между компонентами.
Для более сложных проектов с компонентами с большим количеством выводов и высокой плотностью трасс вы можете ускорить время проектирования с помощью автоинтерактивного маршрутизатора. Это просто потому, что вы можете упростить маршрутизацию нескольких цепей одновременно, но при этом вы можете контролировать общий путь маршрутизации.
В NWES мы создаем такие конструкции, которые просто невозможно автоматизировать с помощью инструмента автотрассировки. Мы проектируем современные печатные платы и создаем передовые технологии для инновационных компаний, производящих электронику и программное обеспечение. Мы также напрямую сотрудничаем с компаниями EDA и несколькими передовыми производителями печатных плат, и мы позаботимся о том, чтобы ваша следующая компоновка печатной платы была полностью изготовлена в масштабе. Свяжитесь с NWES для консультации.
Стратегии компоновки при использовании автотрассировщика печатных плат | Блог о расширенном проектировании печатных плат
Ключевые выводы
Эффективное использование автотрассировщика печатных плат
Различные варианты и возможности автотрассировки печатных плат
Трассировка Scribble позволяет разработчику набросать желаемый путь цепи, в то время как маршрутизатор выполняет всю работу
Один из самых приятных аспектов разводки печатных плат — разводка дорожек.
Рисование линий, которые превращают направляющие сетки в металлические соединения, может быть очень катарсическим и приносить огромное чувство выполненного долга. С другой стороны, ручная трассировка трасс может быть очень сложной, особенно на очень большой и сложной печатной плате. Кроме того, это может занять много времени, повлиять на графики проектирования и поглотить ресурсы сотрудников. Автоматизированная трассировка печатных плат была введена давно, чтобы преодолеть эти трудности, и ее возможности продолжали расти и адаптироваться по мере того, как технологии печатных плат становились все более сложными.
Автотрассировщик печатных плат изначально был доступен только в качестве сторонних приложений, которые было сложно изучить и использовать, и они стоили дорого. Ранние автотрассировщики требовали сложных конфигураций, и проектировщикам приходилось выполнять сложные шаги для обмена проектными данными между маршрутизаторами и их CAD-системами. Кроме того, результаты первых автотрассировщиков часто были непредсказуемы, и дизайнеры были вынуждены тратить дополнительное время на проверку и полировку трассировки, прежде чем они могли закончить свои проекты.
К счастью, сегодня автотрассировка печатных плат — это совсем другой процесс. Большинство автотрассировщиков в настоящее время встроены в CAD-системы, которые дизайнеры используют для разметки своих плат. Эти встроенные автотрассировщики имеют много преимуществ, включая простоту использования и превосходные результаты, которые делают их использование полезной частью набора инструментов проектировщика. Вот некоторые подробности о том, как эффективно использовать автотрассировщики печатных плат при разводке печатных плат, а также о преимуществах, которые эти инструменты приносят разработчикам.
Подготовка проекта к автотрассировке
Одним из больших преимуществ современных автотрассировщиков является то, что многие из них встроены в инструменты САПР для печатных плат, а не работают как автономные системы. Это означает, что автотрассировщики будут использовать те же настройки, что и проект, избавляя проектировщика от необходимости дважды проходить процесс настройки в двух разных системах.
Правила проектирования
Автотрассировщик выберет ширину и интервалы дорожек из существующих правил проектирования и ограничений. Недостаточно просто установить ширину и расстояние трассы по умолчанию, так как автотрассировщик будет добросовестно использовать эти значения для всех трасс, которые он пытается развести. Разработчики должны ознакомиться с правилами и ограничениями и настроить классы цепей с соответствующей шириной трассы и расстоянием, установленным для каждого из них.
Зоны и области трассировки
Старые автономные системы автотрассировки часто требовали, чтобы в проекте были предусмотрены определенные запрещенные зоны или заблокированные области, чтобы предотвратить трассировку автотрассировщиком через определенные области.
Команды и конфигурации маршрутизатора
Многие старые системы автотрассировки требовали настройки нескольких меню и командных строк в дополнение к командам и конфигурациям, необходимым в инструментах САПР для печатных плат. Некоторые маршрутизаторы требовали включения обширных сценариев, которые дизайнеры сохраняли и повторно редактировали с каждым новым дизайном. В современных системах компоновки печатных плат используются те же типы раскрывающихся меню, что и во всех других аспектах проектирования печатных плат, что сокращает количество различных систем команд, с которыми приходится работать разработчику.
Когда автотрассировщик настроен и готов к работе, пришло время начать его использовать, что мы рассмотрим более подробно далее.
Двухслойная трассировка на печатной плате
Использование автотрассировщика печатных плат
Использование автотрассировщика печатных плат в инструментах проектирования печатных плат является простой операцией. Дизайнерам больше не нужно подготавливать и настраивать проект, а затем экспортировать его для использования автотрассировщиком. Вместо этого они просто получат доступ к другому набору меню и команд в своей системе дизайна макета. На рисунке ниже вы можете увидеть пример меню команд, доступных во встроенном автотрассировщике печатных плат. Важно отметить, что многие из этих команд могут быть настроены очень подробно, или разработчик может выбрать запуск автотрассировщика в конфигурации по умолчанию. Просто настройте систему, выберите вариант маршрутизации, который вы хотите использовать, и запустите маршрутизатор.
Современные автотрассировщики сильно изменились по сравнению со своими автономными предшественниками и имеют множество различных вариантов, из которых дизайнер может выбирать. Вот несколько примеров:
- Выходная трассировка: Эта опция направляет дорожку только от выводов для поверхностного монтажа к переходному отверстию для трассировки на другом слое. Автоматизированная маршрутизация эвакуации может значительно облегчить работу дизайнера, выполняя эту операцию очень быстро.
- Маршрутизация трасс: Существует множество способов использования автотрассировщика для трассировки обычных трасс. Вы можете настроить его для трассировки отдельных цепей или пакетной трассировки всей печатной платы с несколькими вариациями между этими двумя крайностями.
- Очистка трассировки: Этот параметр удалит некоторые нежелательные результаты автотрассировки, такие как заглушенные трассы или петли.
После завершения автотрассировки разработчик должен проверить результаты и решить, следует ли сохранить эту итерацию трассировки. На этом этапе большинство дизайнеров вмешаются, чтобы провести собственный обзор и ручную очистку трассировки. Если трассировка признана успешной, автотрассировщик можно использовать для экранирования или генерации контрольных точек, если это необходимо.
Это дает довольно общее представление о том, как работать с автотрассировщиком. Тем не менее, существует еще больше вариантов технологии автотрассировки, доступных для дизайнеров, если они решат их использовать, и мы рассмотрим это далее.
Настройки автотрассировщика в редакторе печатных плат Cadence Allegro PCB Editor
Варианты технологии автотрассировки
Производители CAD-систем для печатных плат продолжают разрабатывать новые варианты автотрассировщиков печатных плат для своих пользователей. Вот некоторые из вариантов, которые вы можете найти:
- Маршрутизаторы областей, которые позволяют разработчикам указать конкретную область или слой платы, на которых будет ограничиваться их трассировка.
- Одиночные сетевые маршрутизаторы для разработчиков, упрощающие маршрутизацию двухточечных соединений.
- Шинные маршрутизаторы для групп похожих сетей, таких как соединения данных памяти.
- Высокоскоростные настраивающие маршрутизаторы, которые добавят функции синхронизации к трассам, чтобы увеличить их длину, чтобы она соответствовала другим трассам. Маршрутизаторы
- Scribble, как показано в начале этой статьи, позволяют разработчикам просто набросать желаемый путь сети, а автотрассировщик сделает всю работу.
- Пакетные маршрутизаторы, которые будут автоматически трассировать всю конструкцию печатной платы.
Другой вариант автотрассировщика известен как автоинтерактивный маршрутизатор. Этот инструмент по-прежнему использует технологию автотрассировки печатных плат, но дает разработчикам интерактивное управление для организации цепей и направления их пути. Чтобы использовать автоинтерактивную трассировку в системах проектирования, таких как Allegro PCB Editor от Cadence, проектировщик сначала организует цепи в пакеты для управления ими как группами. Дизайнер может редактировать пакеты, чтобы менять местами контакты, назначать слои трассировки платы или добавлять свойства цепей, чтобы облегчить их маневрирование по мере необходимости. После того, как пучки размещены так, чтобы обойти перегруженные области, проектировщик может снова отредактировать пучки, чтобы изменить конфигурацию сети, чтобы распутать штыревые соединения и сгладить разводку. Как только проектировщик будет удовлетворен шаблоном разводки пучков, разработанным на виртуальном холсте, автотрассировщик приступит к работе и преобразует пучки в проложенные трассы.
С помощью автоинтерактивной технологии разработчики печатных плат могут направлять процесс трассировки на платы высокой плотности с DDR или сложными требованиями к трассировке. Хотя пакетный автотрассировщик соединит каждую цепь на плате, он может не следовать путям или группировать дорожки так точно, как хотелось бы разработчику. Авто-интерактивная трассировка дает разработчикам точный контроль над необходимой им трассировкой, обеспечивая при этом скорость и точность традиционного пакетного автотрассировщика. Имея множество вариантов и вариантов технологии автотрассировки, доступных им в одной системе САПР для печатных плат, разработчики полностью оснащены инструментами, необходимыми для выполнения работы. Далее мы рассмотрим инструмент САПР, который предлагает все эти функции вместе в одной системе.
Авто-интерактивная трассировка Cadence позволяет группировать цепи в пакеты для организации
Autorouting в Cadence Allegro .
От возможности простой маршрутизации одиночных сетевых соединений «точка-точка» до расширенной автоматической интерактивной маршрутизации — Allegro обладает всеми возможностями автомаршрутизации, которые нужны вам как дизайнеру. В дополнение к автотрассировке Cadence Constraint Manager позволяет дизайнерам легко назначать правила проектирования и ограничения для цепей и классов цепей, а также компонентов для управления размещением деталей. Разработчики также смогут использовать Constraint Manager, чтобы назначать временные ограничения и другие электрические правила для своих цепей, а также устанавливать ограничения для изготовления и сборки. Разметка высокоскоростной печатной платы с высокой плотностью сопряжена с целым рядом проблем, и разработчикам печатных плат нужна любая помощь, которую они могут получить. Благодаря различным вариантам и вариантам автотрассировки печатных плат Allegro — это инструмент, который может наилучшим образом удовлетворить ваши потребности в проектировании.