PCB草圖布線器：在更短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)布線

與手動(dòng)布線相比，自動(dòng)布線的主要優(yōu)勢(shì)在于速度。但是，純自動(dòng)布線也有問(wèn)題。時(shí)間證明，對(duì)于成功布線環(huán)境而言，用戶控制、質(zhì)量和性能都是必需的。大多數(shù)自動(dòng)布線器都非常快速，但若質(zhì)量不好，結(jié)果就需要進(jìn)行大量編輯。

當(dāng)質(zhì)量較差時(shí)，清理布線結(jié)果的時(shí)間有時(shí)會(huì)比一開(kāi)始就進(jìn)行手動(dòng)布線所需的時(shí)間更長(zhǎng)。Mentor Graphics 的草圖布線器可為設(shè)計(jì)人員帶來(lái)通常只能在自動(dòng)布線時(shí)才有的性能，同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)用戶控制和布線質(zhì)量。

相比手動(dòng)布線，草圖布線器憑借什么實(shí)現(xiàn)高性能呢?有兩個(gè)主要因素，即出線優(yōu)化和多條飛線布線。

出線優(yōu)化

有了 BGA 和大型連接器后，其中會(huì)出現(xiàn)數(shù)百有時(shí)甚至數(shù)千條飛線。若 BGA 是 ASIC 或者若是沒(méi)有布線管腳優(yōu)化的 FPGA，由于彼此間交叉的飛線數(shù)量龐大，會(huì)成為非常復(fù)雜的布線問(wèn)題;您可以在圖 1 中看到其繁亂程度。這樣的設(shè)計(jì)如果采用手動(dòng)布線，如何讓這些飛線的布線不會(huì)相互阻礙是最難的。

圖 1：混亂飛線 = 高難度布線挑戰(zhàn)

手動(dòng)布線時(shí)，從一個(gè) BGA 開(kāi)始，布線可以按照非常有序的方式扇出出線至元器件邊緣，逐個(gè)添加或使用 MultiPlow 批量添加。一開(kāi)始就采用優(yōu)化出線布線，則不難填滿每層的所有通道。問(wèn)題出現(xiàn)在到達(dá)目標(biāo)元器件時(shí)。用非優(yōu)化飛線布線至 BGA 會(huì)出現(xiàn)重大問(wèn)題?，F(xiàn)在，布線井然有序，但飛線的交叉只能說(shuō)是一團(tuán)糟。

初始飛線可以很輕松地布線到 BGA，但隨著布線越來(lái)越多，則需要曲徑才能完成。曲徑走線很快就會(huì)阻擋其它布線，并且沒(méi)有更多的通道用于新的走線。根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)，估計(jì)這些布線中約 30% 需要重新布線，并在初始位置以不同的方向開(kāi)始，以找到通往目標(biāo)管腳或過(guò)孔的開(kāi)放通道。

對(duì)失敗布線路徑重新布線是使布線變慢的最主要原因。即使在開(kāi)始時(shí)從不同的方向重新布線，也不一定確?？梢酝瓿刹季€。這是件困難的事情，并且有時(shí)令人沮喪。通常，需要更多的過(guò)孔來(lái)完成布線。當(dāng)然，若允許并應(yīng)用管腳交換或自動(dòng)管腳優(yōu)化，布線挑戰(zhàn)就沒(méi)那么讓人望而生畏。然而，并非始終允許這種讓布線更直接的準(zhǔn)備工作。

草圖布線器如何處理出線優(yōu)化，創(chuàng)造非凡的呢?在考慮要布線的飛線時(shí)，草圖布線器將同時(shí)從 BGA 或連接器(或該用途的任何其它元器件)飛線的兩端出線，并排列這些飛線使其無(wú)需額外過(guò)孔即完成布線。這種方法能使性能有巨大提升。請(qǐng)注意圖 2 的示例。布線看起來(lái)干凈，但需要進(jìn)行的沒(méi)有過(guò)孔的布線的走線順序并不簡(jiǎn)單。

圖 2：混亂飛線的草圖布線器出線優(yōu)化

多條飛線布線

草圖布線器能實(shí)現(xiàn)高性能的另一方面在于，它能同時(shí)考慮從一條到數(shù)百條飛線的布線。筆者最近完成的一個(gè)示例是，在兩個(gè) BGA 之間布線 765 條飛線。筆者用了 6 層，并使用了不同的草圖路徑，在 18 分鐘內(nèi)完成了 650 條布線。每次使用草圖布線器時(shí)，它會(huì)嘗試對(duì)所有選擇的飛線進(jìn)行布線，并且若失敗，它們會(huì)保持選中，可以使用草圖布線器在下一層上對(duì)其進(jìn)行布線，甚至可在需要時(shí)重新使用之前的草圖路徑。請(qǐng)記住，這種布線的實(shí)現(xiàn)未用到除現(xiàn)有扇出過(guò)孔外的任何額外的過(guò)孔。圖 3 是這種布線在某一層上的示例。

僅使用扇出過(guò)孔在 6 個(gè)層上布線 650 條飛線，要花費(fèi)您多長(zhǎng)時(shí)間?

圖 3：草圖布線器，一層——6.5 分鐘 151 條飛線

大型數(shù)字設(shè)計(jì)中，草圖布線器比手動(dòng)布線快超過(guò) 20 倍，這樣的例子不勝枚舉。但是，并非所有的設(shè)計(jì)都是這種類型。我們征求了測(cè)試版客戶在對(duì)其設(shè)計(jì)使用草圖布線技術(shù)后的預(yù)期。這里有一些反饋：

我們的問(wèn)題如下：“您估計(jì)整體布線任務(wù)快了多少?”

“根據(jù)設(shè)計(jì)而定，如果 BGA 和大型網(wǎng)絡(luò)組多，可提速 50%-60%。”

“我個(gè)人認(rèn)為可提速 35%-40%。”

“我關(guān)注的是布線 DDR3，以前這需要 2.5 至 3 天的時(shí)間進(jìn)行布線。現(xiàn)在只需大約 4 個(gè)小時(shí)即可完成!”

結(jié)論

這篇文章不僅向您介紹草圖布線器的功能，還介紹了它如何處理布線的三個(gè)重要方面：控制、質(zhì)量和性能。

Xpedition Layout 中的草圖布線環(huán)境在用戶控制、質(zhì)量和性能方面表現(xiàn)卓越，是其在 PCB 布線上取得重大突破的核心要素。