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在专业PCB设计公司，公司拥有平均设计经验10年以上的设计工程师队伍，可以提供各种多层、高频、高速等电路板的布线设计服务。接着，说明PCB设计配线的加速和改善PCB。
PCB布线方法不断进步，灵活的布线技术缩短了布线长度，可以释放更多PCB空间。现有的PCB布线由于导线坐标固定且任意角度导线缺失而受到限制。如果除去这些限制，配线的品质就会显著改善。本文通过实例介绍了用于构建任意角度布线的优点、柔性布线的优点和Steiner树的新算法。
背景
首先，介绍几个用语1-3。任意角度布线被定义为使用任意角度线段和弧度的布线。虽然是电线，但不限于只能使用90度和45度角的线段。拓扑式配线是不粘接网格和坐标的配线，不使用基于形状的布线器那样的规则或不规则的网格。将柔性布线定义为没有形状固定的布线，通过实时布线形状重新计算可以实现以下转换可能性。仅来自障碍物的圆弧和它们的切线用于形成拉线状4、5。（作为障碍物，包括销、铜箔、涂覆禁止区域、开口部、其他物体）
图1示出了两个PCB模型的部分电路。绿色的线和红色的线分别走在PCB模型的不同的层上。蓝色的圆穿过洞。突出显示红色组件。也有红色的圆销。图1a是仅使用线段和线段之间的夹角为90度的模型。图1b是使用圆弧和任意角度的PCB模型。任何角度的布线可能看起来很奇怪，但确实有很多好处。这种布线方式与半个世纪前工程师的手工布线方式非常相似。
图1:2个PCB模型的部分电路。顶层图：常规设计版本。下图：虽然设计相同，但采用了任意角度的配线。
图2示出了1972年开发的Digibarn美国公司的完全手工布线的真实性PCB。这是基于Intel8008的计算机内的PCB板。图2所示的任何角度布线实际上类似于图1b。为什么他们使用任意角度的布线呢。因为这种布线方式有很多优点。
图2:1972年开发的Intel8008基于电脑的印刷电路板。（来源：DigiBarn计算机博物馆）
任意角度布线的优点
任意角度布线有很多优点。首先，如果不使用线段间的角度PCB就可以节省空间（多边形所占的空间总是大于内接圆）。
以往的自动布线器只能在相邻的要素之间配置3条线（参照图3的左和中央）。另一方面，以任意角度布线时的空间足以在相同路径上布线4条线而不违反设计规则检查（DRC），并且参考图3的右侧。
图3：左和中央的图：现有的自动布线器只能在相邻元件之间配置3条线。右图：以任意角度接线时的空间，不违反DRC，在同一路径上接线4条线就足够了。
假设有正芯片想将芯片销连接到另一列的销（参见图4）。如果只使用90度的角度，则占大面积（参照图4的上部）。
图4:正方形芯片布线：（上部）正交图布线需要较大的面积。（中间）任意角度布线不仅有助于缩短导线的长度，而且在确保满足所有要求的同时，占据较小的面积。（底部）旋转芯片提供更好的效果，并且占用面积可以进一步缩小两倍以上。
通过使用任意的角度布线，可以缩短芯片与其他针之间的距离（图4的中间），并减少占用面积。在这个例子中，面积从30平方厘米缩小到23平方厘米。
通过以任意角度旋转芯片，可以获得更好的效果。在这个例子中，面积从23平方厘米缩小到10平方厘米（图4的底部）。图5表示真实的块PCB。具有旋转芯片功能的任何角度布线是该电路板的唯一布线方法。这不仅是理论，也是实际应用的解决方案（有时唯一可执行的解决方案）。
图5:具有旋转芯片功能的任何角度布线是布线到这样的电路板的唯一方法。
图6示出了简单的PCB示例。拓扑布线器的结果如图6a所示，以基于最佳形状的自动布线器结果如图6b来表示。图6c是实际PCB的照片。在基于最佳形状的自动布线器中，由于元件以任意角度旋转配置，所以该电路基板的配线未完成。如果不旋转元件，设备就必须更大。
图6：PCB配线例：（a）拓扑式自动布线器（100%配线完成）（b）基于最佳形状的自动布线器（56.3%的导线配线完成）；（c）实际PCB。
电磁干扰EMI
如果没有并行线段，并行线段通常是串扰源，因此布局性能大大提高。随着并行线的长度增加，串扰水平线性增加。当并行线之间的间隔增加时，串扰减少二次方。将两条并行1mm长导线的间距d中产生的串扰电平设定为e（参照图7）。
如果导引段之间存在角度，则串扰水平随着角度的增加而降低。这种情况下的串扰不取决于导线的长度，仅限于角度值。
其中alpha；表示线段之间的角度。
图7:当如何引导段之间存在夹角时，串扰水平随着该夹角的增加而减小（d:导线段之间的距离，alpha；线段之间的角度。
以下，考虑3种布线方式。在图8的左侧（90度布局），对于并行段存在最大的线长和最大的电磁干扰值。在图8的中间（45度布局）中，导线长度和电磁干扰值减少。在图8的右侧（任意角度），由于导线长度最短且没有并行的导线段，所以干扰值可以被忽略。
图8:3种电线布线方式。
因此，任何角度布线有助于降低总导线长度并显著降低电磁干扰。另外，还记得对信号延迟的影响（导线方向不并联，PCB不垂直于玻璃纤维方向）。
柔性布线的优点
构成部件的手动及自动移动不会破坏柔性布线。布线器自动计算导线的最佳形状（考虑必要的安全间隙）。因此，柔性布线可以大大缩短编辑拓扑所需的时间，并且可以成功地支持多次重新布线以满足限制条件。图9a表示在图9b中移动了孔和分支点的结果PCB设计。
图9：自动移动孔（淡蓝色的圆）和分支点。（a）原始设计的一部分，（b）移动孔的设计，（c）分支点（3根红色导线）自动移动到最佳位置。
在自动移动期间，如图9c所示，将导线分支点和检修调整到最佳位置。
在许多计算机辅助设计CAD系统中，布线互连的问题简化为在由垫、禁布区域和布线导线形成的迷宫中顺序地寻找对点之间的路径问题。找到路径时，它会被固定，成为迷宫的一部分。序列布线的缺点是布线结果可能与布线的顺序有关。
拓扑当质量还完全远离时，在局部非常小的区域中发生ldquo。是被关起来的形式。但是，任何电线再布线，都无法改善布线质量。这是在使用顺序优化的所有CAD系统中严重的问题。
此时，应用弯曲去除过程是有用的。线弯曲指的是当网络中的导线试图访问某个物体时，必须在另一网络上的物体周围行走的现象。即使重新布线电线，也不能修正这种现象。
图10a示出弯曲的示例。一条点亮的红色导线围绕另一个网络的一个引脚走，一条未点亮的红色导线连接到这个引脚。图10b是表示自动处理结果的图。在第2情况下（在另一层上），通过改变布线层，自动调整（再布线）一条所点亮的绿色导线（从绿色层到红色层）。
图10：通过自动优化导线形状来移除导线的弯曲（段近似弧用于显示没有电弧的任何角度示例）。（上部）删除原始设计，（下部）弯曲后的设计。红色的弯曲线被高亮显示。
在Steiner树中，所有连接线必须用线段连接到顶点（终点和新点）。每一个新的顶点的上部集中有3个段，终点的段不能超过3个。集中在顶点的线段之间的角度必须在120度以下。构筑具有这些充分条件性能的Stepier并不难，但不需要最小化。图11的灰色Steiner树不最佳，但黑色Steiner树最佳。
图11:灰色Steiner树不最佳，但黑色Steiner树最佳。
在实际的通信设计中，必须考虑不同种类的障碍物的存在。这些限制使用两个算法构建最小生成树（图12a）的能力和使用几何方法构建Steiner树（图12b）的能力。图中用灰色表示障碍物。
图12:树和（灰色显示的）障碍物。（a）最小生成树、（b）Steiner树。
推荐从任意一个终端顶点开始。相邻的终端顶点有1个以上时，必须选择能够继续使用第2个顶点的顶点。这个由角度决定。
这里的主要机制是基于计算作用于新顶点的力并反复移动到平衡点（力的振幅和方向取决于相邻分支点的导线）的力的算法。当访问某个顶点（终点或新点）的一对段之间的角度小于120度时（图13a和图13b），还增加一个分支点（图13b和图13d），然后，可以使用力学算法优化顶点的位置（图13c和图13d）。最终结果如图13e所示。
只需将所有角度按降序排列并按此顺序添加新的顶点，结果将进一步恶化。添加节点后，需要确认由4个引脚构成子网的最小性。
1.顶点增加到新追加的其他顶点的接近位置时，确认最小的4针网络（图14a）。
2.4在引脚网络不最小的情况下，选择1对ldquo。对角rdquo；（属于方形对角线）终点或虚拟终端节点（虚拟终端节点-线弯曲）。
3.从连接终点（虚拟终点）到最近的新顶点的线段被从连接终点（虚拟终点）到远处的新顶点的线段替换（图14b）。
4.使用力学算法优化顶点的位置（图14c）。
图14：重建四引脚子网（a-c）：算法步骤。
虽然该方法不保证最小的网络的构建，但是与其他方法相比，可以不进行牧举而实现最小的网络长度。此外，还考虑禁止终点连接的区域，终端节点的数量可以是任意的。
其他优点
在任何角度灵活布线，还有其他有趣的优点。例如，如果您可以使用自动实时线形状重新计算功能自动移动许多物体，您可以创建平行线形状。这样的布线方式更好地利用空间，最大限度地降低重复次数，使容许差的灵活使用成为可能（参照图15）。当两条蛇行线相互交叉时，自动布线器根据规则的优先级减少一条或两条长度。
图15可以串行地执行自动模式下的延迟校准，而不是并行的。由此，能够更好地利用空间，最大限度地减少重复次数，灵活地使用容许差。
BGA元件的配线
接着，考虑BGA元件的配线7。常规ldquo；在从周围到中心的方法中，每个连续层的信道数量减少8（由于周长的减少）。例如，具有尺寸为28x28mm的784个销的元件需要10层。图中的一部分层存在脱出布线。图16示出了BGA的四分之一部分。
图16：BGA配线。ldquo;这是从周边到中心的传统方法。
同时，录用时ldquo；从中心到周边的rdquo；的布线方法时，穿过外围所需的通道数量不会随着层的变化而变化。由此，层的数量大幅减少。尺寸为28x28mm的元件7层就足够了。更大尺寸的零件也能得到双赢。图17是表示BGA的四分之一的图。
图17：BGA配线。ldquo;从中心到周边的rdquo；的布线方法。
图18BGA是表示配线的一例的图。录用时ldquo；从中心到周边的rdquo；的布线方法可以完成所有网络的布线（图18b）。可通过任意角度的拓扑式自动布线器进行此操作。在以往的自动布线器中不能配线的例子（图18a）。
图18:BGA配线。（上部）以往的自动布线器。38个网络的配线未完成。（底）任意角度的拓扑式自动布线器。所有网络的配线完成。
真实PCB的例子
图19示出了工程师将信号层的数量从6层减少到4层（与标准比较）的真实PCB的示例。另外，工程师只花了半天时间就完成了这个PCB的配线。
图19:真实PCB的例子。
小结
在本文中，我们介绍了几种PCB快速和改进布线的方法，并给出了一些真实印刷电路板的例子。任何角度的柔性布线和层内没有优先方向的布线有如下作用。
1.缩短总导线长度
2.缩小总走线面积
3.通过缩短引线长度和减少并行长度来降低电磁串扰水平
4.PCB减少由于材料的不同性质导致的信号组或差分信号中的延迟失配
5.BGA元件的配线品质的改善
6.通过构筑Steiner树改善网络结构
7.网络的简单变更拓扑
