PCB設(shè)計(jì)時(shí)代：自動(dòng)布線器

最初，自動(dòng)路由的想法聽起來(lái)不錯(cuò)。一臺(tái)能為您完美布線的機(jī)器？那不是太神奇了嗎？不幸的是，早期的自動(dòng)布線器遠(yuǎn)非完美。

我們發(fā)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）出現(xiàn)之前，設(shè)計(jì)印刷電路板（PCB）是一項(xiàng)艱巨的工作，這將我們引向了自動(dòng)布線器。

自動(dòng)布線器是PCB世界中一個(gè)神秘而又神秘的野獸。實(shí)際上，自動(dòng)路由引擎確實(shí)不是神話中的野獸，它們也不是那么神秘。它們是真實(shí)的，并且-信不信由你-有些人實(shí)際使用它們，但是為什么要這樣做？事實(shí)是，如果您是一位經(jīng)驗(yàn)豐富的電子設(shè)計(jì)師，那么您就會(huì)知道自動(dòng)布線器通常無(wú)法滿足要求。它們的設(shè)置很耗時(shí)，通常效果不理想，然后您可以花很多時(shí)間清理所有內(nèi)容。

最初，自動(dòng)路由的想法聽起來(lái)不錯(cuò)。一臺(tái)能為您完美布線的機(jī)器？那不是太神奇了！正是這種想法開始了最早的自動(dòng)路由器的開發(fā)。最初的自動(dòng)布線器遠(yuǎn)非完美。老實(shí)說(shuō)，它們遠(yuǎn)沒(méi)有什么好處。1980年代的早期自動(dòng)布線器對(duì)電路板的布局空間管理不善，表現(xiàn)出層偏斜，并增加了過(guò)多的過(guò)孔。

如果有一種方法可以表征自動(dòng)路由開發(fā)的早期時(shí)代，那就是“由硬件限制引起的困擾”。自動(dòng)布線器算法根本無(wú)法減小網(wǎng)格大小以獲得更好的布線質(zhì)量，而不必訴諸專用CPU和額外的內(nèi)存來(lái)支持所有必需的數(shù)據(jù)。在沒(méi)有基于硬件的解決方案的情況下，EDA供應(yīng)商開始探索其他途徑，包括基于形狀的自動(dòng)路由。這些新的基于形狀的自動(dòng)布線器通過(guò)以下方式幫助滿足了電路板制造和信號(hào)完整性要求：

l在組件之間創(chuàng)建有效的互連。

l通過(guò)在自動(dòng)布線過(guò)程中添加更少的過(guò)孔來(lái)降低PCB成本。

l增加間距，同時(shí)在PCB上使用更少的層。

即使有了這些進(jìn)步，自動(dòng)路由技術(shù)在客觀上仍然保持中等水平。盡管EDA供應(yīng)商設(shè)法克服了硬件限制，但PCB設(shè)計(jì)人員仍然猶豫采用自動(dòng)布線技術(shù)。

與任何技術(shù)一樣，進(jìn)步仍在繼續(xù)。在1990年代，引入了新功能，包括優(yōu)化角度，推動(dòng)和推動(dòng)布線模式，減少通孔的使用，甚至上光以去除多余的線段。這些改進(jìn)聽起來(lái)不錯(cuò)，但對(duì)PCB設(shè)計(jì)社區(qū)影響不大。設(shè)計(jì)人員仍然必須花時(shí)間在開始之前設(shè)置自動(dòng)布線器，然后在之后修復(fù)自動(dòng)布線不良的路徑，并且生產(chǎn)的某些電路板的布線不完善且優(yōu)化不良。盡管在1990年代取得了進(jìn)步-當(dāng)涉及到實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)-手動(dòng)布線仍然是最主要的。

世紀(jì)之交帶來(lái)了許多新的組件和電路板技術(shù)，從而改變了手動(dòng)布線PCB的方式。在大多數(shù)設(shè)計(jì)中，現(xiàn)在必須減少通孔以保存信號(hào)完整性，信號(hào)開始需要延遲或時(shí)間管理，差分對(duì)成為高速應(yīng)用的規(guī)范，而BGA成為許多大引腳數(shù)器件的封裝首選。這種設(shè)計(jì)意識(shí)的轉(zhuǎn)變催生了泛舟時(shí)代。

河道法非常有效。它顯著減少了板上的過(guò)孔數(shù)量，均勻利用了各層，并且沒(méi)有布線層偏置。盡管取得了這些進(jìn)步，但是該方法的采用卻處于歷史最低水平，但是為什么呢？這次不是技術(shù)。相反，這是PCB設(shè)計(jì)師的思維定勢(shì)。由于PCB設(shè)計(jì)人員在放置組件時(shí)會(huì)不斷在腦海中布線，因此這直接影響到零件的放置方式和位置，進(jìn)而影響布線的實(shí)施。對(duì)于許多工程師而言，嘗試使用河流路由方法中斷此工作流的中途是不可行的。

作為河道的替代方案，出現(xiàn)了新的路線規(guī)劃趨勢(shì)。這種新方法為設(shè)計(jì)人員提供了用于配置自動(dòng)路由設(shè)置的完整工具集，其中包括層堆棧定義，設(shè)計(jì)規(guī)則約束，信號(hào)屏蔽等。不幸的是，盡管迫切需要所有這些設(shè)置來(lái)證明PCB設(shè)計(jì)人員使用自動(dòng)布線是合理的，但配置所有屬性所花費(fèi)的時(shí)間卻比手工執(zhí)行布線過(guò)程要長(zhǎng)。

最終結(jié)果是，盡管自1980年代，1990年代和2000年代以來(lái)，自動(dòng)路由技術(shù)取得了所有進(jìn)步，但直到最近，該領(lǐng)域確實(shí)沒(méi)有太多進(jìn)展。如今，我們似乎已經(jīng)退后一步，有了所謂的“輔助路由”。但這真的倒退了一步嗎？我不這么認(rèn)為。

通常，PCB工程師采用自頂向下的方法，通常在10,000英尺處可視化電路板布局，以識(shí)別邏輯組件的放置和互連點(diǎn)，然后進(jìn)行組件的放置和手拉手布線。對(duì)于密集的電路板布局，工程師通常在紙上繪制總線系統(tǒng)和子系統(tǒng)的草圖，然后將其用作手工布線過(guò)程的指南。另一方面，自動(dòng)布線器從下至上一次解決了同一布線挑戰(zhàn)，一次互連。

像Altium和Mentor Graphics這樣的公司在開發(fā)輔助布線技術(shù)時(shí)會(huì)牢記正確的想法。借助這些技術(shù)，人們能夠（但不是必需）像在一張紙上那樣迅速繪制出所需的路線，然后讓他們的ECAD工具完成其余的工作。這些工具甚至可以處理長(zhǎng)度調(diào)整和差分對(duì)，如下面的兩個(gè)屏幕截圖所示。

選定的差分對(duì)進(jìn)行布線

路由和調(diào)諧差分對(duì)

使用輔助布線方法而不是完全自動(dòng)化的方法，設(shè)計(jì)人員可以以類似于計(jì)算機(jī)的速度來(lái)實(shí)現(xiàn)類似于人的結(jié)果。目前，似乎完全不值得嘗試以自動(dòng)化的方式進(jìn)行工作。一個(gè)人需要花費(fèi)數(shù)小時(shí)來(lái)設(shè)置程序，這對(duì)于硬件設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)已經(jīng)是一個(gè)很大的麻煩。最重要的是，您對(duì)走線的路徑?jīng)]有任何發(fā)言權(quán)，從而導(dǎo)致走線和通孔雜亂無(wú)章。當(dāng)前，至少在技術(shù)趕上并為我們完全布線之前，基于使用輔助路由器的中間立場(chǎng)提供了最佳解決方案。