PCB設(shè)計(jì)軟件中的自動化功能可讓工程師以更快的速度完成更復(fù)雜的設(shè)計(jì)，而自動布線便是其中一部分。然而，自動化有其局限性，甚至?xí)沟米詣踊噲D取代的設(shè)計(jì)變得更加繁瑣不堪。點(diǎn)擊放大圖片

隨著設(shè)計(jì)復(fù)雜性的提高，要創(chuàng)建并維護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)則，使其提供的布線結(jié)果能夠與有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員手動布線的結(jié)果相媲美，將變得愈發(fā)困難。設(shè)計(jì)人員對自動布線避之不及的部分原因包括：

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

2.與手工設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)普遍不具備能夠與有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)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(xì)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(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)布線的難度與日俱增。設(shè)計(jì)受到設(shè)計(jì)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(yán)格約束。所有這些約束都對希望使用傳統(tǒng)自動布線技術(shù)來精簡設(shè)計(jì)流程的設(shè)計(jì)人員構(gòu)成了巨大的挑戰(zhàn)。對于獨(dú)立工作的工程師而言，由于沒有完整的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)來構(gòu)建和維護(hù)專門與自動布線器配用的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫，要完成這一任務(wù)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(shè)計(jì)挑戰(zhàn)？

本文將介紹如何利用 Mentor Graphics 提供的引進(jìn)自經(jīng)驗(yàn)證的 Xpedition? 技術(shù)的 PADS? Professional 草圖布線環(huán)境，來支持獨(dú)立工作的 PCB 設(shè)計(jì)人員和基于項(xiàng)目的 PCB 設(shè)計(jì)人員快速、輕松地布線高質(zhì)量的規(guī)則驅(qū)動型設(shè)計(jì)，并獲得手動布線設(shè)計(jì)的外觀和風(fēng)格。

PCB 設(shè)計(jì)人員心理活動概覽

通常，設(shè)計(jì)人員在第一次處理新的 PCB Layout 時，會在布局設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)人員會專注于具有最高優(yōu)先級的網(wǎng)絡(luò)，確定他們需要采用手動方式布線的網(wǎng)絡(luò)，并記住所有設(shè)計(jì)規(guī)則。配置自動布線器，使其按照設(shè)計(jì)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(wù)。因此，大多數(shù)設(shè)計(jì)人員轉(zhuǎn)而采用手動方式完成大量設(shè)計(jì)布線工作，尤其是關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)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(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)的布線能否“自動”進(jìn)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(diǎn)！Mentor Graphics 的草圖布線器可消除 PCB 設(shè)計(jì)人員在自動布線執(zhí)行方案中需要費(fèi)盡心思設(shè)置的一些步驟。借助草圖布線，PCB 設(shè)計(jì)人員可以在查看布線的同時執(zhí)行復(fù)雜的布線任務(wù) —— 所有操作都是實(shí)時進(jìn)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(shí)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(yàn)，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(shè)計(jì)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(yuǎn)超手動布線的速度實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的設(shè)計(jì)和高完成率；

3.為單獨(dú)的走線或成百上千個單端／差分對進(jìn)行布線；

4.自動優(yōu)化管腳出線，在增強(qiáng)布線效果的同時避免增加不必要的過孔。

草圖布線的工作方式

要使用草圖布線，設(shè)計(jì)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(luò)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。

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?dú)w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(shí)現(xiàn)最優(yōu)布線。如果你不關(guān)心結(jié)果，或希望嘗試某種替代方法，只需幾次點(diǎn)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(yàn)最豐富的設(shè)計(jì)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(xiàng)實(shí)用功能是能夠以緊縮或非緊縮模式布線網(wǎng)絡(luò)。如圖 5 中布線的串行網(wǎng)絡(luò)所示，在緊縮模式下，將根據(jù)最小設(shè)計(jì)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?yàn)樗峁┝俗钪苯拥木W(wǎng)絡(luò)連接，并避免了不必要的過度擁擠的走線。

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(luò)的布線之前，會綜合考慮多達(dá)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)?yīng)的布線結(jié)果，然后按照最佳結(jié)果對應(yīng)的方法布局走線。

壓縮：確定最優(yōu)方法后，草圖布線器將運(yùn)行多遍操作，朝管腳方向壓縮網(wǎng)絡(luò)。這將確保布線的管腳出現(xiàn)經(jīng)過優(yōu)化，能夠容納進(jìn)一步的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(luò)時怎么辦？

如果草圖布線無法 100% 完成指定網(wǎng)絡(luò)束中的布線，設(shè)計(jì)人員可使用真實(shí)走線布線和動態(tài)推擠來完成布線。

真實(shí)走線布線：當(dāng)需要布線個別網(wǎng)絡(luò)時，可利用真實(shí)走線布線，在移動鼠標(biāo)的過程中通過鼠標(biāo)生成走線流，從而最大限度地減少布線單端網(wǎng)絡(luò)和差分對網(wǎng)絡(luò)所需的工作量 —— 無需任何額外的點(diǎn)擊操作，即使在完成布線時也是如此！真實(shí)走線布線自動化使用動態(tài)可視化反饋來指導(dǎo)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(shí)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(jìn)，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(yàn)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(shè)計(jì)人員所具備的知識和經(jīng)驗(yàn)（這也讓這些經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)人員能夠長舒一口氣）。我們相信自己的經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蛱峁┲笇?dǎo)并確保所有設(shè)計(jì)元素“看起來正確無誤”。但在當(dāng)今市場中，時間也是一個關(guān)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)，并且所有布線都將獲得手動布線的 PCB 設(shè)計(jì)的質(zhì)量、外觀和風(fēng)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(shù)的方法，并將其與個體 PCB 設(shè)計(jì)人員的知識和構(gòu)想結(jié)合使用。