如何用草圖完善自動布線的不足

PCB設計軟件中的自動化功能可讓工程師以更快的速度完成更復雜的設計，而自動布線便是其中一部分。然而，自動化有其局限性，甚至會使得自動化試圖取代的設計變得更加繁瑣不堪。點擊放大圖片

圖 1：自動化概念往往在理論上令人滿意，在現(xiàn)實中卻不盡人意。

隨著設計復雜性的提高，要創(chuàng)建并維護設計規(guī)則，使其提供的布線結(jié)果能夠與有經(jīng)驗的設計人員手動布線的結(jié)果相媲美，將變得愈發(fā)困難。設計人員對自動布線避之不及的部分原因包括：

1.嘗試設置自動布線器，使其能夠?qū)⒃O計人員的構想轉(zhuǎn)換為屏幕內(nèi)容，這本身就給設計人員帶來了挑戰(zhàn)；

2.與手工設計相比質(zhì)量出現(xiàn)下降；

3.花在自動布線器后的清理工作上的時間足以采用手動方式完成布線；

4.過孔數(shù)量過多，或者說，自動布線器完成的設計普遍不具備能夠與有經(jīng)驗的設計人員相媲美的精致外觀。

手動布線與自動布線之間是否存在折衷之道？

自動布線和手動布線都要求細致的規(guī)劃策略和執(zhí)行操作，才能獲得理想的結(jié)果。一般而言，如果設計團隊有專門的時間充分考慮自動布線，并規(guī)劃、布置、約束和優(yōu)先處理設計數(shù)據(jù)庫，往往能夠獲得最佳的自動布線結(jié)果。自動布線成功與否還取決于設計人員對于其自動布線器算法及歷史性能的了解程度。

然而，PCB設計布線的難度與日俱增。設計受到設計規(guī)則日益繁多、物理空間日趨較小、信號完整性規(guī)則以及其他多種因素的嚴格約束。所有這些約束都對希望使用傳統(tǒng)自動布線技術來精簡設計流程的設計人員構成了巨大的挑戰(zhàn)。對于獨立工作的工程師而言，由于沒有完整的設計團隊來構建和維護專門與自動布線器配用的設計數(shù)據(jù)庫，要完成這一任務更是難于登天。是否存在某種方法兼具自動布線的便捷性與手動布線的優(yōu)勢，從而化解與日俱增的設計挑戰(zhàn)？

本文將介紹如何利用 Mentor Graphics 提供的引進自經(jīng)驗證的 Xpedition? 技術的 PADS? Professional 草圖布線環(huán)境，來支持獨立工作的 PCB 設計人員和基于項目的 PCB 設計人員快速、輕松地布線高質(zhì)量的規(guī)則驅(qū)動型設計，并獲得手動布線設計的外觀和風格。

PCB 設計人員心理活動概覽

通常，設計人員在第一次處理新的 PCB Layout 時，會在布局設計中的元器件時顯示布線。

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，設計人員會專注于具有最高優(yōu)先級的網(wǎng)絡，確定他們需要采用手動方式布線的網(wǎng)絡，并記住所有設計規(guī)則。配置自動布線器，使其按照設計人員顯示的內(nèi)容完成布線，這可能是件令人望而生畏的任務。因此，大多數(shù)設計人員轉(zhuǎn)而采用手動方式完成大量設計布線工作，尤其是關鍵網(wǎng)絡的布線工作，以確保獲得理想的結(jié)果。

借助草圖布線，重新思考自動化

關鍵網(wǎng)絡的布線能否“自動”進行？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！Mentor Graphics 的草圖布線器可消除 PCB 設計人員在自動布線執(zhí)行方案中需要費盡心思設置的一些步驟。借助草圖布線，PCB 設計人員可以在查看布線的同時執(zhí)行復雜的布線任務 —— 所有操作都是實時進行的。

PADS 草圖布線環(huán)境提供了一套高度集成的自動布線功能，例如草圖布線器、真實走線布線以及動態(tài)推擠等。結(jié)合使用這些功能可以帶來良好的布線體驗，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，設計人員可以：

1.繪制草圖路徑，以確定所選飛線的走線布線；

2.以遠超手動布線的速度實現(xiàn)高質(zhì)量的設計和高完成率；

3.為單獨的走線或成百上千個單端／差分對進行布線；

4.自動優(yōu)化管腳出線，在增強布線效果的同時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。

草圖布線的工作方式

要使用草圖布線，設計人員只需畫一條線來指示路徑，布線器會將所選擇的網(wǎng)絡沿著這個路徑自動布出。在為數(shù)條、數(shù)十條甚至數(shù)百條飛線布線時，草圖布線器的速度要比手動布線快上數(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使用現(xiàn)有的過孔扇出，而不會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%) 要歸功于草圖布線器能夠自動組織出線，使其無需任何額外的過孔就能實現(xiàn)最優(yōu)布線。如果你不關心結(jié)果，或希望嘗試某種替代方法，只需幾次點擊操作即可取消結(jié)果并重新執(zhí)行草圖布線。借助草圖布線，即使是經(jīng)驗最豐富的設計人員也能以超過手動布線 30 倍的速度生成布線結(jié)果。

草圖布線的另一項實用功能是能夠以緊縮或非緊縮模式布線網(wǎng)絡。如圖 5 中布線的串行網(wǎng)絡所示，在緊縮模式下，將根據(jù)最小設計規(guī)則值來優(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，因為它提供了最直接的網(wǎng)絡連接，并避免了不必要的過度擁擠的走線。

圖 5：在緊縮模式下對串行網(wǎng)絡執(zhí)行草圖布線

圖 6：在非緊縮模式下對串行網(wǎng)絡執(zhí)行草圖布線

草圖布線為何能夠大幅提高布線效率？

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)絡的布線之前，會綜合考慮多達十種不同的方法，但即便如此，它仍能在很短的時間內(nèi)完成操作。每種方法都會考慮每個管腳出線方向?qū)牟季€結(jié)果，然后按照最佳結(jié)果對應的方法布局走線。

壓縮：確定最優(yōu)方法后，草圖布線器將運行多遍操作，朝管腳方向壓縮網(wǎng)絡。這將確保布線的管腳出現(xiàn)經(jīng)過優(yōu)化，能夠容納進一步的設計布線。

居中放置：然后，草圖布線器會將布線居中放置在包圍設計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)段來確保盡可能直接的布線。

草圖布線器無法布線某個網(wǎng)絡時怎么辦？

如果草圖布線無法 100% 完成指定網(wǎng)絡束中的布線，設計人員可使用真實走線布線和動態(tài)推擠來完成布線。

真實走線布線：當需要布線個別網(wǎng)絡時，可利用真實走線布線，在移動鼠標的過程中通過鼠標生成走線流，從而最大限度地減少布線單端網(wǎng)絡和差分對網(wǎng)絡所需的工作量 —— 無需任何額外的點擊操作，即使在完成布線時也是如此！真實走線布線自動化使用動態(tài)可視化反饋來指導布線操作，同時借助推擠功能移動沿途的過孔和走線，甚至在布線過程中清除平面區(qū)域。

動態(tài)推擠：要移動一大組布線（甚至跨越規(guī)則區(qū)域），可使用動態(tài)推擠來實現(xiàn)平滑、快速的移動，該功能會自動刪除額外的區(qū)段并保持高質(zhì)量。

結(jié)論

如果你試過在 GPS 中輸入某個本地目的地并收到有問題的路線建議，你可能就會明白，不管科技變得多么先進，它都無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)驗的駕駛員，你最終必定會選出最佳路徑。

PCB 布線同樣如此。自動化固然有其作用，但它仍無法完全替代熟練的 PCB 設計人員所具備的知識和經(jīng)驗（這也讓這些經(jīng)驗豐富的設計人員能夠長舒一口氣）。我們相信自己的經(jīng)驗能夠提供指導并確保所有設計元素“看起來正確無誤”。但在當今市場中，時間也是一個關鍵要素。借助 PADS Professional 中的草圖布線環(huán)境自動執(zhí)行的輔助布線，PCB 設計人員可以高出手動布線 30 倍的速度輕松地布線高質(zhì)量的規(guī)則驅(qū)動型設計，并且所有布線都將獲得手動布線的 PCB 設計的質(zhì)量、外觀和風格。通過重新思考自動化，我們建立了一種采用高級布線技術的方法，并將其與個體 PCB 設計人員的知識和構想結(jié)合使用。