【導(dǎo)讀】PCB布線方法在不斷進(jìn)步，靈活的布線技術(shù)可以縮短導(dǎo)線長(zhǎng)度，釋放更多的PCB空間。傳統(tǒng)PCB布線受到導(dǎo)線坐標(biāo)固定和缺少任意角度導(dǎo)線的限制。去除這些限制可以顯著改善布線的質(zhì)量。本文將通過(guò)實(shí)際例子介紹任意角度布線的優(yōu)勢(shì)、靈活布線的優(yōu)勢(shì)以及一種用于構(gòu)造Steiner樹(shù)的新算法。
背景
我們首先來(lái)介紹一些術(shù)語(yǔ)。我們將任意角度布線定義為使用任意角度的線段和弧度進(jìn)行的導(dǎo)線布線。它是一種導(dǎo)線布線，但不限于只能使用90度和45度角度的線段。拓?fù)涫讲季€是不粘附柵格和坐標(biāo)的導(dǎo)線布線，不使用像基于形狀的布線器那樣的規(guī)則或不規(guī)則柵格。
讓我們把術(shù)語(yǔ)靈活布線定義為沒(méi)有形狀固定的導(dǎo)線布線，能夠通過(guò)實(shí)時(shí)導(dǎo)線形狀再計(jì)算實(shí)現(xiàn)下文的轉(zhuǎn)變可能性。只有來(lái)自障礙物的圓弧和它們的公切線被用來(lái)形成走線形狀。（障礙物包括引腳、銅箔、禁布區(qū)、過(guò)孔和其它物體）
圖1顯示了兩種pcb模型的部分電路。其中的綠色導(dǎo)線和紅線導(dǎo)線分別走在pcb模型的不同層上。藍(lán)色圓圈是過(guò)孔。紅色元件被高亮顯示。另外有一些紅色的圓形引腳。圖1a是只使用線段和線段間夾角為90度的模型。圖1b是使用弧和任意角度的pcb模型。也許任意角度布線看起來(lái)很奇怪，但它確實(shí)有許多優(yōu)勢(shì)。它的這種布線方式與半個(gè)世紀(jì)前工程師的手工布線方式非常類似。
圖1：兩種pcb模型的部分電路。頂圖：傳統(tǒng)設(shè)計(jì)版本。底圖：同樣的設(shè)計(jì)但采用了任意角度的布線。
圖2顯示了一家名為Digibarn的美國(guó)公司在1972年開(kāi)發(fā)的完全手工布線的真實(shí)pcb。這是一塊基于Intel 8008的計(jì)算機(jī)內(nèi)的pcb板。圖2所示的任意角度布線事實(shí)上與圖1b很相似。為何他們會(huì)使用任意角度的布線呢？因?yàn)檫@種布線方式有許多優(yōu)勢(shì)。
圖2：1972年開(kāi)發(fā)的一塊基于Intel 8008的計(jì)算機(jī)中的印刷電路板。（資源來(lái)源：DigiBarn計(jì)算機(jī)博物館）
任意角度布線的優(yōu)勢(shì)
任意角度布線有許多優(yōu)勢(shì)。首先，不使用線段間的角度可以節(jié)省pcb空間（多邊形所占的空間總是要大于內(nèi)切圓）。
傳統(tǒng)的自動(dòng)布線器在緊鄰元件之間只能布3根線（見(jiàn)圖3中的左邊和中間）。而任意角度布線時(shí)的空間足以在相同路徑上布4根線而不違反設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC），見(jiàn)圖3右邊。
圖3：左邊和中間的圖：傳統(tǒng)自動(dòng)布線器在緊鄰元件之間只能布3根線。右圖：任意角度布線時(shí)的空間足以在相同路徑上布4根線而不違反DRC。
假設(shè)我們有一個(gè)正方式芯片，想把芯片引腳連接到另外兩列引腳（見(jiàn)圖4）。只使用90度夾角要占很大的面積（見(jiàn)圖4頂部）。
圖4：正方形芯片布線：（頂部）正交版圖布線要求很大的面積；（中間）任意角度布線不僅有助于縮短導(dǎo)線長(zhǎng)度，而且在確保滿足所有要求的同時(shí)占用更小的面積；（底部）旋轉(zhuǎn)芯片可以提供更好的效果，占用面積可以進(jìn)一步縮小兩倍以上。
使用任意角度布線可以縮短芯片和其它引腳之間的距離（圖4中間），同時(shí)減小占用面積。在本例中，面積從30平方厘米縮小到了23平方厘米。
任意角度旋轉(zhuǎn)芯片還可以提供更好的效果。在本例中，面積從23平方厘米縮小到了10平方厘米（圖4底部）。圖5顯示了一塊真實(shí)的pcb。帶旋轉(zhuǎn)芯片功能的任意角度布線是這種電路板的唯一布線方法。這不僅是一個(gè)理論，也是得到實(shí)際應(yīng)用的解決方案（有時(shí)是唯一可行的解決方案）。
圖5：帶旋轉(zhuǎn)芯片功能的任意角度布線是給這種電路板布線的唯一方法。
圖6顯示了一個(gè)簡(jiǎn)單pcb的例子。拓?fù)洳季€器結(jié)果如圖6a所示，而基于最佳形狀的自動(dòng)布線器結(jié)果如圖6b所示。圖6c是實(shí)際pcb的照片。基于最佳形狀的自動(dòng)布線器無(wú)法完成這種電路板的布線，因?yàn)樵恍D(zhuǎn)成任意角度放置。你需要更多的面積，如果不旋轉(zhuǎn)元件，設(shè)備必須做得更大。
圖6：pcb布線例子：（a）拓?fù)涫阶詣?dòng)布線器（完成了100％導(dǎo)線的布線）；（b）基于最佳形狀的自動(dòng)布線器（完成了56．3％的導(dǎo)線布線）；（c）實(shí)際pcb。
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