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详解PCB设计中利用飞线手工布局和布线

  一个印制板的布线是否能够顺利完成,主要取决于布局,而且,布线的密度越高,布局就越重要。几乎每个设计者都遇到过这样的情况,布线仅剩下几条时却发现无论如何都布不通了,不得不删除大量或全部的已布线,再重新调整布局!合理的布局是保证顺利布线的前提。


  一个布局是否合理没有绝对的判断标准,可以采用一些相对简单的标准来判断布局的优劣。


  最常用的标准就是使飞线总长度尽可能短。


  一般来说,飞线总长度越短,意味着布线总长度也是越短(注意:这只是相对于大多数情况是正确的,并不是绝对正确);走线越短,走线所占据的印制板面积也就越小,布通率越高。在走线尽可能短的同时,还必须考虑布线密度的问题。


  如何布局才能使飞线总长度最短并且保证布局密度不至于过高而不能实现是个很复杂的问题。因为,调整布局就是调整封装的放置位置,一个封装的焊盘往往和几个甚至几十个网络同时相关联,减小一个网络飞线长度可能会增长另一个网络的飞线长度。如何能够调整封装的位置到最佳点实在给不出太实用的标准,实际操作时,主要依靠设计者的经验观查屏幕显示的飞线是否简捷、有序和计算出的总长度是否最短。


  飞线是手工布局和布线的主要参考标准,手工调整布局时尽量使飞线走最短路径,手工布线时常常按照飞线指示的路径连接各个焊盘。Protel的飞线优化算法可以有效地解决飞线连接的最短路径问题。


  飞线的连接策略Protel提供了两种飞线连接方式供使用者选择:顺序飞线和最短树飞线。


  在布线参数设置中的飞线模式页可以设置飞线连接策略,应该选择最短树策略。


  动态飞线在有关飞线显示和控制一节中已经讲到:执行显示网络飞线、显示封装飞线和显示全部飞线命令之一后飞线显示开关打开,执行隐含全部飞线命令后飞线显示开关关闭。


  飞线显示开关打开后,不仅规定的网络飞线自动在屏幕上显示,而且每当你手工调整布局移动封装位置时,与该封装连接的飞线也被自动显示。另外,自动显示连接封装飞线时,除了与该封装相连接的飞线显示外,其余所有飞线都被自动关闭。


  执行"编辑/移动/移动封装"命令,如果当前飞线显示开关处于打开状态,除了与该封装相连接的飞线自动显示外,其余所有飞线都被自动关闭。


  当飞线策略为"最短树"时,飞线的起始终止点是变化的。我们知道,最短树飞线并不是按照网络表中引脚的连接顺序来显示飞线的,而是根据封装引脚的实际位置经最短树计算后再决定一个网络中封装引脚的连接顺序;当一个封装的位置发生变时,依照最短树理论计算出的连接顺序也会发生变化,也即飞线的起始和终止点会发生变化,因此,在"最短树"策略下移动封装时,与该封装引脚相连接的飞线会随着封装位置的变化而变化,这就是所谓的动态飞线。


  动态飞线采用就近找点连接入网和保证整个网络连接长度最短的飞线策略,所以,动态飞线连同最短树飞线总长度为我们布局时提供了相对最佳的判断标准。


  具体地说:布局时,我们通过下述方式来确保动态飞线状态下布局的有效性。


  (1)在整板范围内快速移动一个封装,如果与这个封装连接的飞线不发生大的变化,说明与这个封装引脚连接的电网络中结点数少,近于一一对应的连接,这个封装的位置不能任意放置并有较高的定位优先级,参照屏幕右下角显示的飞线长度可以找到该封装的最佳放置位置。


  (2)在整板范围内快速移动一个封装,如果与这个封装连接的飞线变化比较大,说明与这个封装引脚连接的电网络中结点数多,这个封装不一定非固定放置在某个位置并具有较低的定位优先级,可以按照其他一些判别准则(如布局是否美观等)并参照屏幕右下角显示的飞线长度找到该封装的相对最佳放置位置。


  (3)移动封装,右下角显示的飞线长度最小时放置的位置相对最佳。


  (4)如果两个封装不论怎样移动位置其间的飞线连接关系不变,说明这两个封装间具有强的约束关系,应优先放置在一起;如果一个封装不论怎样移动位置与某几个封装间的飞线连接关系不变,说明这个封装与这几个封装间具有强的约束关系,应优先放置在这几个封装的重心或相对接近重心的位置;如果一个封装移动位置时飞线可以不断变化,即总能就近找到连接结点,说明这个封装与其他所有封装间具有弱约束关系,这个封装的位置可以最后确定并且所定的位置可以比较灵活。


  动态飞线无疑是一个功能强大的布局工具,但是,由于每移动一下封装都必须重新计算相关网络的最短树,这需要一定的时间。因此,在低挡PC机或大型设计上使用动态飞线时会感到移动封装不太灵活。这时,可以通过设置部分飞线模式和控制显示飞线网络的接点来解决这个问题。


  动态飞线状态下移动封装时,按R键可以调整飞线的重显频率。重显频率分为5个等级,为1时飞线重显频率最高,适合于速度较快的机器;为5时飞线重显频率最低,适合于速度较慢的机器。


  动态飞线采用就近找点连接入网和保证整个网络连接长度最短的飞线策略,所以,动态飞线连同最短树飞线总长度为我们布局时提供了相对最佳的判断标准。


  具体地说:布局时,我们通过下述方式来确保动态飞线状态下布局的有效性。


  (1)在整板范围内快速移动一个封装,如果与这个封装连接的飞线不发生大的变化,说明与这个封装引脚连接的电网络中结点数少,近于一一对应的连接,这个封装的位置不能任意放置并有较高的定位优先级,参照屏幕右下角显示的飞线长度可以找到该封装的最佳放置位置。


  (2)在整板范围内快速移动一个封装,如果与这个封装连接的飞线变化比较大,说明与这个封装引脚连接的电网络中结点数多,这个封装不一定非固定放置在某个位置并具有较低的定位优先级,可以按照其他一些判别准则(如布局是否美观等)并参照屏幕右下角显示的飞线长度找到该封装的相对最佳放置位置。


  (3)移动封装,右下角显示的飞线长度最小时放置的位置相对最佳。


  (4)如果两个封装不论怎样移动位置其间的飞线连接关系不变,说明这两个封装间具有强的约束关系,应优先放置在一起;如果一个封装不论怎样移动位置与某几个封装间的飞线连接关系不变,说明这个封装与这几个封装间具有强的约束关系,应优先放置在这几个封装的重心或相对接近重心的位置;如果一个封装移动位置时飞线可以不断变化,即总能就近找到连接结点,说明这个封装与其他所有封装间具有弱约束关系,这个封装的位置可以最后确定并且所定的位置可以比较灵活。


  动态飞线无疑是一个功能强大的布局工具,但是,由于每移动一下封装都必须重新计算相关网络的最短树,这需要一定的时间。因此,在低挡PC机或大型设计上使用动态飞线时会感到移动封装不太灵活。这时,可以通过设置部分飞线模式和控制显示飞线网络的接点来解决这个问题。


  动态飞线状态下移动封装时,按R键可以调整飞线的重显频率。重显频率分为5个等级,为1时飞线重显频率最高,适合于速度较快的机器;为5时飞线重显频率最低,适合于速度较慢的机器。

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