Что такое автоматическая маршрутизация? Определение, типы и процесс
2026-09-17
содержание
- Что такое автоматическая трассировка печатной платы (автотрассировка)?
- Как работает автоматическая маршрутизация печатных плат?
- Типы алгоритмов автоматической трассировки, используемых в печатных платах
- Ограничения автоматической трассировки печатной платы
- Лучшие практики при использовании автоматической маршрутизации
- Заключение
Плотная многослойная печатная плата обычно представляет собой сложную печатную плату, имеющую три или болеемедные слои, расположенные друг над другом диэлектрические изоляционные слои, отличаются высокой плотностью монтажа компонентов и высокой плотностью межсоединений.
Меньшая площадь печатной платы обычно приводит к более высокой плотности компонентов, тем самым обеспечивая больше функций на единицу площади и уменьшая необходимость во внешней проводке.
Компактная плотность этой многослойной печатной платы обусловлена пространственной оптимизацией многослойных сегментов. Разработчики добиваются более компактной конструкции, прокладывая трассы сигналов, чтобы разместить больше цепей на очень небольшой площади. Плотность является результатом интеграции следующих основных функций:
-
Межсоединение высокой плотности (HDI)Приложения для устройств: широко используйте такие пакеты, какBGA и QFNс контактами с мелким шагом (например, шаг контактов <0,5 мм), что приводит к резкому увеличению количества узлов, которые необходимо соединить между собой на единицу площади.
-
Микроуточненные линии и высота: благодаря передовым технологиямпроизводственные процессы, ширина линии/междустрочный интервал могут достигать 3–4 мил (приблизительно 75–100 микрон) или даже меньше, обеспечивая физическую основу для проводки, но также налагая строгие требования к установлению правил.
-
Сложная структура межслойных соединений: широкое использование слепых, скрытых и микроотверстий для достижения трехмерных пространственных соединений между различными сигнальными слоями, что является ключом к освобождению пространства трассировки и достижению высокой плотности.
-
Многоуровневая сеть распределения электроэнергии (PDN): благодаря выделенным слоям питания и заземления она обеспечивает стабильнуюисточник питанияк многочисленным компонентам и путям возврата сигналов управления, что имеет решающее значение для целостности сигнала (SI) и электромагнитной совместимости (ЭМС).
Многоуровневые схемы обычно появляются в системах связи высокого класса.медицинское оборудование,автомобильная электроникаи других областях, где эти устройства выигрывают от меньшего размера печатной платы. Некоторые современные коммуникационные платы, особенно те, которые относятся к телекоммуникационным, сетевым или радиолокационным модулям, могут иметь более 20 слоев печатной платы. Однако это также создает основную проблему при маршрутизации: соблюдение всех требований к электрическим характеристикам, целостности сигнала и технологичности в чрезвычайно ограниченном пространстве.
Что такое автоматическая трассировка печатной платы (автотрассировка)?
Автоматическая трассировка печатных плат — это больше, чем просто инструмент для разводки проводов; это процесс постобработки макета печатной платы, который управляется алгоритмами, управляемыми программным обеспечением. Автоматическая трассировка самостоятельно определяет и устанавливает геометрическое расположение дорожек и переходных отверстий в соответствии с заранее заданными физическими и электрическими ограничениями, которые генерируются из импортированного списка соединений, полученного из схемы.
Другими словами, процесс автоматической трассировки основан на программном обеспечении и определяет физическое расположение сигнальных путей и переходных отверстий для многослойных печатных плат с использованием описания схемы в списке соединений. Успех этого процесса зависит от полноты и точности правил, определяющих ограничения. Ограничения обычно соответствуют предопределенным форматам, которые составляют основу процесса автотрассировки, включая:
-
Физические правила: Ширина трассы, интервал трассировкисогласностандарты МПК, а также размер и ограничения для различныхтипы переходных отверстий (сквозные, глухие и скрытые).
-
Правила использования электроприборов:
-
Контроль импеданса:Определите желаемый импеданс для высокоскоростных сигналов (таких как DDR и PCIe) и задайте его с помощью ширины дорожки, толщины диэлектрика и опорных плоскостей.
-
Ограничение по времени:Выполняйте маршрутизацию одинаковой длины или сопоставление длины для групп сигналов, которые нуждаются в синхронизации, таких как синхронизация доменов и шины данных, чтобы контролировать задержки сигналов.
-
-
ТопологияПравила:Укажите порядок подключения основных сетей для решения проблем перегрузки при планировании маршрутов и планировок.
Основная цель состоит в том, чтобы добиться создания решения маршрутизации, которое может удовлетворить электрические ограничения, оптимизировать целостность сигнала и выполнитьПроектирование для технологичности (DFM)ограничения.
Как работает автоматическая маршрутизация печатных плат?
Автоматическая трассировка печатных плат представляет собой многоэтапный процесс оптимизации, общий рабочий процесс которого выглядит следующим образом:
-
Предварительная обработка и настройка ограничений:
-
Включите оптимизированную компоновку компонентов, поскольку неэффективная компоновка компонентов является основной причиной сбоя маршрутизации.
-
Загрузите набор правил для электрических ограничений (трассировка/пространство), параметров для дифференциальных пар, целевых значений импеданса и правил для толщины и диаметра переходных отверстий.
-
Эти правила составляют основу всех последующих операций, выполняемых алгоритмом.
-
Сортировка по приоритету сети:
-
Инструмент различает типы сетей на основе критичности (например, тактовые сети, дифференциальные пары, высокоскоростные сигналы) и сложности маршрутизации (например, резервная маршрутизация BGA).
-
Сети с высоким приоритетом получают преимущество при распределении ресурсов маршрутизации.
-
Исследование пути и маршрутизация (фаза основного алгоритма):
-
Механизм маршрутизации использует различные алгоритмы для поиска путей в сетке ресурсов маршрутизации печатной платы. Основная цель — найти лучший путь (минимизирующий определенную функцию стоимости, возможно, принимая во внимание длину, количество переходов, перегрузку и т. д.), который существует между двумя точками, не нарушая правил проектирования (DRC).
-
Комбинация гибридных алгоритмов:Современные автоматические маршрутизаторы используют гибридный подход, а не чистый алгоритм. Таким образом, например, алгоритм кратчайшего пути на основе графа (такой как A*) может использоваться при начальной маршрутизации соединения; тогда для глобальной маршрутизации можно использовать алгоритм, учитывающий перегрузки; наконец, для детализации геометрии трассы можно использовать метод «толкай и толкай» или маршрутизацию на основе формы.
-
Через стратегию иОптимизация:
-
Алгоритм автоматически добавляет переходные отверстия, когда требуются переходы между слоями. Опытный маршрутизатор учитывает пути возврата сигнала, термический анализ и планы, предотвращая чрезмерное использование переходных отверстий, особенно ввысокоскоростнойследы.
-
ИтеративныйОптимизацияи разрешение конфликтов:
-
Для тех сетей, которые не имеют пути маршрутизации или не следуют правилам автоматической маршрутизации, он запускает процесс «отмены маршрутизации и повторной маршрутизации», а затем повторяет попытки до тех пор, пока не произойдет сходимость или не будет достигнут предел итераций.
-
Постобработка и проверка: после завершения процесса автотрассировкиПроверка правил проектирования (DRC)и выполняются проверки компоновки и схемы (LVS).
-
Решающий замкнутый цикл моделирования:
-
Результаты автоматической маршрутизации печатных плат не могут быть напрямую использованы в производстве. Отражение, перекрестные помехи и синхронизация должны быть проверены посредством моделирования целостности сигнала (SI); Импеданс и шум сети электропитания должны быть проверены посредством моделирования целостности питания (PI). Результаты моделирования часто необходимо передавать обратно в правила ограничений или макет для нескольких раундов итеративной оптимизации.
Типы алгоритмов автоматической трассировки, используемых в печатных платах
| Типы алгоритмов | Функции | Варианты использования |
| Маршрутизация в лабиринте | Найдите пространство маршрутизации в каждой ячейке, чтобы определить, существует ли допустимый путь между двумя выводами в заданных ограничениях. | Первоначальное обнаружение пути при маршрутизации печатных плат и СБИС |
| Кратчайший путь на основе графа | Находит пути с минимальной стоимостью на основе длины, переходов и штрафов за перегрузку. | Подпрограмма внутри автотрассировщиков |
| Разрыв и изменение маршрута (R&R) | Удаляет существующие маршруты и перенаправляет их с обновленными затратами. | Глобальная оптимизация маршрутизации |
| Согласованная маршрутизация перегрузки | Постепенно наказывается за чрезмерное использование ресурсов, пока перегрузка не исчезнет. | Глобальная маршрутизация в плотных проектах |
| Push-and-Shove маршрутизация | Перемещает существующие следы, чтобы освободить место, сохраняя при этом DRC. | Интерактивная и автоматическая трассировка печатных плат |
| Маршрутизация на основе формы | Маршруты с использованием реальных форм трасс вместо ячеек сетки | Современные автотрассировщики печатных плат (мелкий шаг, HDI) |
| Топологическая маршрутизация | Определяет относительный порядок маршрутизации и топологию перед геометрией. | Раннее планирование маршрутизации |
| Иерархическая маршрутизация | Разбивает большие проекты на регионы и иерархически маршрутизирует. | Большие многослойные платы |
| Генетические алгоритмы | Развитие решений маршрутизации на протяжении поколений | Исследовательские прототипы |
| Поиск по дереву Монте-Карло (MCTS) | Исследует решения по маршрутизации с использованием стохастической выборки. | Новые исследования EDA |
Ограничения автоматической трассировки печатной платы
-
Плохая компоновка компонентов сделает любой автотрассировщик неэффективным.
-
Оптимальныйразмещение компонентовможет привести к неразрешимой перегрузке маршрутизации
-
Аналоговые, радиочастотные сети, силовые цепи и силовые преобразователи, чувствительные к шуму, требующие специального согласования или экранирования, должны полагаться на инженеров при ручной или управляемой маршрутизации для обеспечения целостности сигнала.
-
Алгоритмы обычно ищут «приемлемые решения», а не математически глобальные оптимальные решения, что может привести к чрезмерному количеству переходных отверстий или неидеальной трассировке, усилению таких эффектов, как отражение от земли и перекрестные помехи, а также к ухудшению электрических характеристик.
-
Чрезмерно сложные или противоречивые правила проектирования могут привести к стагнации алгоритма или возникновению непредвиденных ситуаций.шаблоны маршрутизации.
Лучшие практики при использовании автоматической маршрутизации
-
Ограничения прежде всего, макетСотрудничество:Разработайте подробные и последовательные правила ограничений перед автоматической трассировкой и сотрудничайте с компоновкой печатной платы для оптимизации.
-
Предварительная маршрутизация критически важных сетей вручную:Вручную предварительно маршрутизируйте часы, критические дифференциальные пары, чувствительные аналоговые сигналы и т. д., блокируйте их пути и слои и устанавливайте «главные дороги» для автоматической маршрутизации.
-
Иерархическая и зональная стратегия:Спланируйте основные направления маршрутизации для каждого уровня сигнала (например, горизонтальную маршрутизацию для уровня X и вертикальную маршрутизацию для уровня Y) и используйте мощность/наземные плоскостидля эффективной изоляции.
-
Поэтапная и выборочная маршрутизация:Сначала запустите высокоприоритетные сети, проверьте результаты, а затем маршрутизируйте общие сети. Для чрезвычайно сложных модулей рассмотрите маршрутизацию по регионам.
-
Итеративный подход, основанный на моделированииоптимизация:Установите замкнутый процесс «маршрутизация – моделирование – корректировка правил/макета – изменение маршрутизации», который является единственным надежным путем к достижению высокопроизводительного проектирования.
Заключение
Автотрассировка плотныхмногослойные печатные платы— это сложная технология, объединяющая строгие правила проектирования, эффективные алгоритмы поиска и глубокий инженерный опыт. Понимание принципов его работы, освоение настроек ограничений и четкое осознание его ограничений являются ключом к достижению эффективного сотрудничества человека и машины. Только объединив мощные вычислительные возможности автоматической трассировки печатных плат с профессиональным подходом инженеров к системной архитектуре, целостности сигналов и технологичности, мы сможем эффективно и надежно решить задачи проектирования печатных плат для современных высокопроизводительных электронных продуктов с высокой плотностью размещения.
Последние новости
