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(lái)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。

 

 

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(lái)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(lái)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(lái)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。

 

 

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。

 

 

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(lái)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。

 

 

要使用草圖布線，設(shè)計(jì)人員只需畫一條線來(lái)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(wú)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。

 

 

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(lái)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

 

 

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(lái)確保盡可能直接的布線。

 

 

如果草圖布線無(wú)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(lái)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(wú)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(lái)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(lái)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。

 

 

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(wú)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(wú)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(lái)正確無(wú)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(lái)源：MENTOR GRAPHICS