如何用草图完善自动布线的不足

PCB设计软件中的自动化功能可让工程师以更快的速度完成更复杂的设计，而自动布线便是其中一部分。然而，自动化有其局限性，甚至会使得自动化试图取代的设计变得更加繁琐不堪。点击放大图片

图 1：自动化概念往往在理论上令人满意，在现实中却不尽人意。

随着设计复杂性的提高，要创建并维护设计规则，使其提供的布线结果能够与有经验的设计人员手动布线的结果相媲美，将变得愈发困难。设计人员对自动布线避之不及的部分原因包括：

1.尝试设置自动布线器，使其能够将设计人员的构想转换为屏幕内容，这本身就给设计人员带来了挑战；

2.与手工设计相比质量出现下降；

3.花在自动布线器后的清理工作上的时间足以采用手动方式完成布线；

4.过孔数量过多，或者说，自动布线器完成的设计普遍不具备能够与有经验的设计人员相媲美的精致外观。

手动布线与自动布线之间是否存在折衷之道？

自动布线和手动布线都要求细致的规划策略和执行操作，才能获得理想的结果。一般而言，如果设计团队有专门的时间充分考虑自动布线，并规划、布置、约束和优先处理设计数据库，往往能够获得最佳的自动布线结果。自动布线成功与否还取决于设计人员对于其自动布线器算法及历史性能的了解程度。

然而，PCB设计布线的难度与日俱增。设计受到设计规则日益繁多、物理空间日趋较小、信号完整性规则以及其他多种因素的严格约束。所有这些约束都对希望使用传统自动布线技术来精简设计流程的设计人员构成了巨大的挑战。对于独立工作的工程师而言，由于没有完整的设计团队来构建和维护专门与自动布线器配用的设计数据库，要完成这一任务更是难于登天。是否存在某种方法兼具自动布线的便捷性与手动布线的优势，从而化解与日俱增的设计挑战？

本文将介绍如何利用 Mentor Graphics 提供的引进自经验证的 Xpedition? 技术的 PADS? Professional 草图布线环境，来支持独立工作的 PCB 设计人员和基于项目的 PCB 设计人员快速、轻松地布线高质量的规则驱动型设计，并获得手动布线设计的外观和风格。

PCB 设计人员心理活动概览

通常，设计人员在第一次处理新的 PCB Layout 时，会在布局设计中的元器件时显示布线。

他们必须留意元器件的排列方式以及扇出模式的生成方式，以确保能够使用元器件的管脚和过孔并优化布线通道。与此同时，设计人员会专注于具有最高优先级的网络，确定他们需要采用手动方式布线的网络，并记住所有设计规则。配置自动布线器，使其按照设计人员显示的内容完成布线，这可能是件令人望而生畏的任务。因此，大多数设计人员转而采用手动方式完成大量设计布线工作，尤其是关键网络的布线工作，以确保获得理想的结果。

借助草图布线，重新思考自动化

关键网络的布线能否“自动”进行？借助全新的辅助布线方法 —— 草图布线，你完全有可能做到这一点！Mentor Graphics 的草图布线器可消除 PCB 设计人员在自动布线执行方案中需要费尽心思设置的一些步骤。借助草图布线，PCB 设计人员可以在查看布线的同时执行复杂的布线任务 —— 所有操作都是实时进行的。

PADS 草图布线环境提供了一套高度集成的自动布线功能，例如草图布线器、真实走线布线以及动态推挤等。结合使用这些功能可以带来良好的布线体验，从而获得高质量、良好的用户控制和卓越的性能。

利用草图布线，设计人员可以：

1.绘制草图路径，以确定所选飞线的走线布线；

2.以远超手动布线的速度实现高质量的设计和高完成率；

3.为单独的走线或成百上千个单端／差分对进行布线；

4.自动优化管脚出线，在增强布线效果的同时避免增加不必要的过孔。

图 2：PADS Professional 使布线变得前所未有的轻松。

草图布线的工作方式

要使用草图布线，设计人员只需画一条线来指示路径，布线器会将所选择的网络沿着这个路径自动布出。在为数条、数十条甚至数百条飞线布线时，草图布线器的速度要比手动布线快上数倍。图 3 中选中了22 条数据线路。最常见的草图布线方法会使用现有的过孔扇出，而不会增加任何额外的过孔。

图 3：用于指示布线位置的草图路径。

图 4：通过图 3 草图路径获得的按钮布线结果。

如图 4 所示，草图布线的质量非常出色，体现出了手动布线所具有的质量和特征。需要的清理工作极少，而很多情况下甚至不需要任何清理工作。能够取得较高的完成率 (90% - 100%) 要归功于草图布线器能够自动组织出线，使其无需任何额外的过孔就能实现最优布线。如果你不关心结果，或希望尝试某种替代方法，只需几次点击操作即可取消结果并重新执行草图布线。借助草图布线，即使是经验最丰富的设计人员也能以超过手动布线 30 倍的速度生成布线结果。

草图布线的另一项实用功能是能够以紧缩或非紧缩模式布线网络。如图 5 中布线的串行网络所示，在紧缩模式下，将根据最小设计规则值来优化布线间距。这种情况下，图 6 所示的非紧缩模式效果更为理想，因为它提供了最直接的网络连接，并避免了不必要的过度拥挤的走线。

图 5：在紧缩模式下对串行网络执行草图布线

图 6：在非紧缩模式下对串行网络执行草图布线

草图布线为何能够大幅提高布线效率？

绘制草图路径非常轻松。草图路径的方向决定了起始管脚和结束管脚。根据需要，草图布线器在完成选定网络的布线之前，会综合考虑多达十种不同的方法，但即便如此，它仍能在很短的时间内完成操作。每种方法都会考虑每个管脚出线方向对应的布线结果，然后按照最佳结果对应的方法布局走线。

压缩：确定最优方法后，草图布线器将运行多遍操作，朝管脚方向压缩网络。这将确保布线的管脚出现经过优化，能够容纳进一步的设计布线。

居中放置：然后，草图布线器会将布线居中放置在包围设计人员所绘草图路径且经过压缩的管脚出线之间。如果没有绘制草图路径，草图布线器会将布线居中放置在经过压缩的管脚出线之间。

平滑处理：在平滑处理操作期间，草图布线器可通过尝试尽量减少走线区段来确保尽可能直接的布线。

草图布线器无法布线某个网络时怎么办？

如果草图布线无法 100% 完成指定网络束中的布线，设计人员可使用真实走线布线和动态推挤来完成布线。

真实走线布线：当需要布线个别网络时，可利用真实走线布线，在移动鼠标的过程中通过鼠标生成走线流，从而最大限度地减少布线单端网络和差分对网络所需的工作量 —— 无需任何额外的点击操作，即使在完成布线时也是如此！真实走线布线自动化使用动态可视化反馈来指导布线操作，同时借助推挤功能移动沿途的过孔和走线，甚至在布线过程中清除平面区域。

动态推挤：要移动一大组布线（甚至跨越规则区域），可使用动态推挤来实现平滑、快速的移动，该功能会自动删除额外的区段并保持高质量。

结论

如果你试过在 GPS 中输入某个本地目的地并收到有问题的路线建议，你可能就会明白，不管科技变得多么先进，它都无法完全取代因积年累月行驶该条路线而积累的熟悉程度。作为有经验的驾驶员，你最终必定会选出最佳路径。

PCB 布线同样如此。自动化固然有其作用，但它仍无法完全替代熟练的 PCB 设计人员所具备的知识和经验（这也让这些经验丰富的设计人员能够长舒一口气）。我们相信自己的经验能够提供指导并确保所有设计元素“看起来正确无误”。但在当今市场中，时间也是一个关键要素。借助 PADS Professional 中的草图布线环境自动执行的辅助布线，PCB 设计人员可以高出手动布线 30 倍的速度轻松地布线高质量的规则驱动型设计，并且所有布线都将获得手动布线的 PCB 设计的质量、外观和风格。通过重新思考自动化，我们建立了一种采用高级布线技术的方法，并将其与个体 PCB 设计人员的知识和构想结合使用。