【導(dǎo)讀】PCB布線的方式一直在加速改進(jìn)，靈活地布線方式也多了起來(lái)?，F(xiàn)在人們不斷地改進(jìn)和提高，布線的質(zhì)量已經(jīng)有了明顯的提升。PCB布線方式之前已經(jīng)通過(guò)《精華集萃【一】：PCB任意角度布線的巧思及優(yōu)勢(shì)》來(lái)闡述，那么本文要講解的是PCB布線的靈活布線的優(yōu)勢(shì)。
靈活布線的優(yōu)勢(shì)
元件的人工和自動(dòng)移動(dòng)不會(huì)破壞靈活布線中的走線。布線器會(huì)自動(dòng)計(jì)算導(dǎo)線的最佳形狀(考慮必要的安全間隙)。因此靈活布線可以極大地減少編輯拓?fù)渌璧臅r(shí)間，很好地支持因?yàn)橐獫M足限制條件而做的多次重新布線。圖1a顯示的是一個(gè)PCB設(shè)計(jì)，移動(dòng)過(guò)孔和分支點(diǎn)后的結(jié)果如圖1b所示。
圖1：自動(dòng)移動(dòng)過(guò)孔(淡藍(lán)色圓)和分支點(diǎn)。(a)原始設(shè)計(jì)的一部分，(b)移動(dòng)過(guò)孔后的設(shè)計(jì)，(c)分支點(diǎn)(3條紅色導(dǎo)線)被自動(dòng)移動(dòng)到最佳位置。
在自動(dòng)移動(dòng)過(guò)程中，導(dǎo)線分支點(diǎn)和過(guò)孔被調(diào)整到最佳位置(如圖1c所示)。在大多數(shù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)系統(tǒng)中，布線互連問(wèn)題被簡(jiǎn)化為在焊盤、禁布區(qū)和已布好的導(dǎo)線形成的迷宮中按順序?qū)ふ页蓪?duì)點(diǎn)之間的路徑問(wèn)題。當(dāng)找到一條路徑時(shí)，它就被固定下來(lái)，并成為迷宮的一部分。順序布線的缺點(diǎn)是布線結(jié)果可能與布線的順序有關(guān)。
當(dāng)拓?fù)滟|(zhì)量仍然離完美很遠(yuǎn)時(shí)，在局部很小的區(qū)域?qū)l(fā)生“被困住”的問(wèn)題。但不管你重新布線哪根導(dǎo)線，都無(wú)法改善布線的質(zhì)量。這是在使用順序優(yōu)化的所有CAD系統(tǒng)中都存在的很嚴(yán)重的問(wèn)題。
這時(shí)應(yīng)用打彎消除過(guò)程就很有用了。導(dǎo)線打彎是指某條網(wǎng)絡(luò)中的導(dǎo)線想要接入某個(gè)物體時(shí)必須圍著另一條網(wǎng)絡(luò)上的物體四周行走的現(xiàn)象。重新布線一條導(dǎo)線并不能糾正這種現(xiàn)象。
圖2a顯示了一個(gè)打彎的例子。一條點(diǎn)亮的紅色導(dǎo)線圍繞另一條網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)引腳行走，一條未點(diǎn)亮的紅色導(dǎo)線接入這個(gè)引腳。圖2b顯示了自動(dòng)處理結(jié)果。在第2種情況中(另一層上)，一條點(diǎn)亮的綠色導(dǎo)線通過(guò)改變布線層得到了自動(dòng)調(diào)整(重新布線)(從綠色層到紅色層)。
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在Steiner樹(shù)中，所有連線都必須以線段方式連接到頂點(diǎn)(終點(diǎn)和新增點(diǎn))。在每個(gè)新增頂點(diǎn)的頂部，三個(gè)線段必須匯聚在一起，終點(diǎn)的線段不得超過(guò)3個(gè)。集中到頂點(diǎn)的線段之間的夾角不得小于120度。構(gòu)造具有這些充足條件性能的Steiner不是很困難，但沒(méi)有必要是最小的。圖3中的灰色Steiner樹(shù)不是最優(yōu)的，但黑色Steiner樹(shù)是最優(yōu)的。
圖3：灰色Steiner樹(shù)不是最優(yōu)的，但黑色Steiner樹(shù)是最優(yōu)的。
在實(shí)際通信設(shè)計(jì)中，必須考慮到存在不同種類的障礙物。它們會(huì)限制使用兩種算法構(gòu)造最小生成樹(shù)(圖4a)的能力和使用幾何方法構(gòu)造Steiner樹(shù)(圖4b)的能力。圖中用灰色表示障礙物。
圖4：樹(shù)和(灰色顯示的)障礙物。(a)最小生成樹(shù)，(b)Steiner樹(shù)。
我們建議從任意一個(gè)終結(jié)頂點(diǎn)開(kāi)始。如果有超過(guò)一個(gè)的相鄰終結(jié)頂點(diǎn)，你應(yīng)該選擇一個(gè)允許你繼續(xù)使用第二個(gè)頂點(diǎn)的那個(gè)頂點(diǎn)。這是由角度決定的。這里的主要機(jī)制是一種基于力的算法，它會(huì)計(jì)算作用在新增頂點(diǎn)上的力，并反復(fù)移動(dòng)它們到一個(gè)平衡點(diǎn)(力的幅度和方向取決于鄰近分支點(diǎn)的導(dǎo)線)。如果接入某個(gè)頂點(diǎn)(終點(diǎn)或新增點(diǎn))的一對(duì)線段之間的角度小于120度(圖5a和圖5b)，可以再增加一個(gè)分支點(diǎn)(圖5b和圖5d)，然后使用力學(xué)算法優(yōu)化頂點(diǎn)的位置(圖5c和圖5d)。最終結(jié)果如圖5e所示。
1．如果頂點(diǎn)增加到其它新增頂點(diǎn)的鄰近位置，要檢查最小的四引腳網(wǎng)絡(luò)(圖5a)。
2．如果四引腳網(wǎng)絡(luò)不是最小的，選擇一對(duì)“對(duì)角”(屬于四邊形對(duì)角線)終點(diǎn)或虛擬的終端節(jié)點(diǎn)(虛擬終端節(jié)點(diǎn)－導(dǎo)線彎曲)。
3．連接終點(diǎn)(虛擬終點(diǎn))到最近的新增頂點(diǎn)的線段被連接終點(diǎn)(虛擬終點(diǎn))到遠(yuǎn)處的新增頂點(diǎn)的線段所代替(圖5b)。
4．使用力學(xué)算法優(yōu)化頂點(diǎn)的位置(圖5c)。
圖5：重新構(gòu)建四引腳子網(wǎng)(a-c)：算法步驟。
這種方法并不保證構(gòu)建最小的網(wǎng)絡(luò)，但相比其它方法，它不用牧舉就能實(shí)現(xiàn)最小的網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)度。它還考慮到了終點(diǎn)連接被禁止的區(qū)域，并且終端節(jié)點(diǎn)數(shù)量可以是任意的。其它優(yōu)勢(shì)
任何角度靈活布線還有其它一些有趣的優(yōu)勢(shì)。例如，如果你能借助自動(dòng)的實(shí)時(shí)導(dǎo)線形狀重新計(jì)算功能自動(dòng)移動(dòng)許多物體，你可以創(chuàng)建并行的蛇形線。這種布線方式能夠更好的利用空間，最大限度地減小反復(fù)次數(shù)，并且允許靈活地使用容差(見(jiàn)圖6)。如果有兩條蛇形線相互交織在一起，自動(dòng)布線器會(huì)減小其中一條或同時(shí)減小兩條的長(zhǎng)度，具體取決于規(guī)則優(yōu)先級(jí)。
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