Warum gibt es eine so starke Präferenz für 45-Grad-Winkel beim Leiterplatten-Routing?

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Das habe ich mich immer gefragt: Jede einzelne moderne Leiterplatte ist in 45-Grad-Schritten verlegt. Warum zieht die Branche das so sehr vor? Bietet Any-Angle-Routing nicht mehr Flexibilität?

Eine plausible Theorie wäre, dass die vorhandenen Tools nur 45-Grad-Schritte unterstützen und dass nicht viel Druck besteht, sich davon zu entfernen.

Nachdem ich dieses Thema gerade auf Google recherchiert hatte, stieß ich auf TopoR - Topological Router -, das die 45-Grad-Schritte überflüssig macht, und laut Marketingmaterial ist es wesentlich besser als die 45-Grad-limitierten Konkurrenten.

Was gibt? Was würde es für Sie persönlich bedeuten, beliebige Winkel zu routen? Geht es um die Unterstützung Ihrer Lieblingssoftware, oder gibt es grundlegendere Gründe?

Beispiel für ein Routing ohne 45 Grad: Alt-Text

PS Ich habe mich auch über die Platzierung von Bauteilen gewundert, aber es hat sich herausgestellt, dass viele Bestückungsautomaten so konstruiert sind, dass sie nicht in beliebigen Winkeln platziert werden können - was fair genug erscheint.

Roman Starkov
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Moderne Werkzeuge unterstützen beliebige Winkel, das ist also nicht mehr der Grund.
Brian Carlton
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Als Randnotiz: Wenn Sie eine 45-Grad-Fräsung verwenden, erhalten Sie durch achteckige Durchkontaktierungen den größten Freiraum und gleichzeitig mehr Kupferfläche auf dem Ring.
Kevin Vermeer
Ich möchte auch darauf hinweisen, dass das kostenlose gEDA PCB-Programm einen Top-Anbieter hat - nicht nur diesen. Tut das Gleiche und ich glaube nicht, dass es daran liegt, dass die 45-Grad-Begrenzung aufgehoben wurde.
Kevin Vermeer
@reem hat noch nie ein achteckiges Via gesehen, und Google Images ist nicht hilfreich ... Wenn Sie einen Link posten, bin ich Ihnen dankbar! Auch danke für die Erwähnung von gEDA, sieht sehr vielversprechend aus.
Roman Starkov
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"Liquid PCB" sourceforge.net/projects/liquidpcb macht einige interessant aussehende Spuren mit vielen anmutigen Kurven.
Davidcary

Antworten:

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Grundsätzlich läuft es darauf hinaus, dass die Software mit nur 45 ° -Winkeln wesentlich einfacher zu entwerfen ist.

Moderne Autorouter werden immer besser, aber die meisten verfügbaren PCB-Tools haben Wurzeln, die bis in die DOS-Zeit zurückreichen, und daher besteht ein enormer Druck, die PCB-Layout-Oberfläche nicht vollständig neu zu gestalten.

Darüber hinaus können Sie in vielen modernen EDA-Paketen Gruppen von Traces "pushen" , wobei der Autorouter eingreift, damit ein Trace andere Traces zum Verschieben zwingt, auch während des manuellen Routings. Dies ist auch viel schwieriger zu implementieren, wenn Sie sich nicht auf starre 45 ° -Winkel beschränken.

Connor Wolf
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Akzeptiert. Für die Aufzeichnung behauptet TopoR, in der Lage zu sein, Spurengruppen besser zu pushen als Standardwerkzeuge - obwohl ich mich selbst nicht ausprobiert habe. Ich nehme an, dass es schwieriger ist, Autorouter mit beliebigem Blickwinkel zu programmieren, aber die Leute haben viel schwierigere Dinge getan ... es gibt einfach nicht genug Nachfrage dafür (und ich weiß immer noch nicht warum: D).
Roman Starkov
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Außerdem habe ich die TopoR-Demo ausprobiert und es fühlt sich für mich sehr "alpha" an. Die Schnittstelle ist sehr ungeschickt.
Connor Wolf
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Warum gibt es nicht viel Nachfrage? Der EDA-Softwaremarkt ist aus diesem Grund winzig .
Connor Wolf
Gerade Liniensegmente sind im Vergleich zu Bogenliniensegmenten ohne Genauigkeitsverlust viel einfacher zu berechnen. Früher war dies ein Problem, als die Verarbeitung noch begrenzt war, heute jedoch nicht mehr. Jeder verwendet weiterhin 45-Grad-Winkel, weil jeder 45-Grad-Winkel verwendet.
Jeroen3
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Siehe https://sourceforge.net/projects/liquidpcb/

Es ist ein EDA-CAD-Paket, das ich geschrieben habe, aber die Entwicklung hat sich sehr verlangsamt, als ich Kinder hatte. Es werden überhaupt keine geraden Tracks unterstützt. Alle Strecken sind frei kurvig und führen auf optimalen Wegen ans Ziel.

LiquidPCB

Raketenmagnet
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HINWEIS: liquidpcb.org ist ein toter Link, der auf einen Domain-Seeling-Service verweist.
Sempie
@ Daniel Grillo: Danke für das Update. Ich ließ den Domainnamen verfallen, weil ich ihn nicht mehr benutzte.
Rocketmagnet
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Es sieht aufgeräumter aus und ermöglicht es, die meisten Spuren in einem bestimmten Bereich abzulegen. es ist auch besser für Spuren mit gesteuerter Impedanz.

Leon Heller
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Um dies hinzuzufügen: Wenn Sie auf einem festen Gitter routen, sind parallele Linien mindestens 1 Gittermark entfernt. Wenn sie zusammen eine Ecke bilden, ergibt ein Winkel von 45 ° den größten Abstand zwischen diesen beiden Spuren auf der Diagonale. Unterschiedliche Winkel können erfordern, dass diese Spuren weiter auseinander beginnen, um einen minimalen Abstand zu gewährleisten, was zu einer weniger dichten Streckenführung als optimal führt. [Beachten Sie, dass ich nicht sage, dass dichter besser ist, aber oft wünschenswert.]
Tyblu
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Ich sagte: "Ein Winkel von 45 ° gibt am meisten ..." und hätte sagen sollen: "Ein Winkel von 45 ° gibt mehr ... als wenn der Winkel kleiner wäre."
Tyblu
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@tyblu Es tut mir leid, aber das macht überhaupt keinen Sinn. Erstens sind diagonale Linien auf Gitternetzmarkierungen NICHT 1 Gitternetzmarkierung, sondern nur 0,7 Gitternetzmarkierungen entfernt, und zweitens haben Sie IMMER mehr Möglichkeiten für dichteres Routen, wenn Sie mehr Winkel haben. Wie kann es möglich sein, dass Sie weniger Chancen haben, dicht zu routen, indem Sie auf eine Weise routen, die ausschließlich 45-Grad-Routing als Sonderfall enthält?
Roman Starkov
@romkyns, Es gibt einige Missverständnisse. Nach gängigen Gestaltungsprinzipien sind Sie auf <45 ° -Ecken beschränkt, folgen einem festen Raster und einer xy-Ausrichtung. Übergänge vom Horizont erreichen. vert. Bei Verwendung von <45 ° in einem festen Raster wird mehr Platz als 45 ° benötigt.
Tyblu
@tyblu Richtig, tatsächlich gab es ein Missverständnis von meiner Seite. Unter diesen Umständen ist ein 45-Grad-Gelenk sinnvoll, aber mir erscheinen diese Einschränkungen sehr künstlich. Ich denke, meine Frage könnte dann umformuliert werden: "Warum arbeiten Leiterplattenprofis immer noch unter diesen künstlichen Einschränkungen der x / y-Ausrichtung und eines festen Rasters?" (Ich glaube, ich habe meine Antwort bekommen: zu viel Legacy-Software in dieser Branche)
Roman Starkov
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Ich glaube nicht, dass es eine so starke Präferenz für 45-Grad-Winkel gibt. Ich habe ein altes Tektronix-Oszilloskop (genauer gesagt Tek 2213) mit Spuren gesehen, die wie von Hand gezeichnet aussehen :-)

Bildbeschreibung hier eingeben

Subin Sebastian
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Der Grund, warum die Spuren handgezeichnet aussehen, ist, dass sie es sind. Die 45 ° -Vorliebe ist nur bei Computerplatinen üblich. Ihr Tek-Oszilloskop ist älter als das Design von Computer-Leiterplatten. Daher wurde das Layout in der Tat manuell erstellt (genauer gesagt mit Klebeband).
Connor Wolf
@ConnorWolf: Und wir beschweren uns immer noch über unsere PCB-Tools;) So etwas ohne CAD zu entwerfen ist ziemlich beeindruckend.
Rev1.0
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Dies geht allen Problemen mit PCB-Software und -Routing voraus: Die drei Hauptgründe, die wir in den späten 1970er-Jahren im Unterricht für Elektrotechnik angegeben haben, waren:

1) Die scharfe Außenecke der Biegung kann bei höheren Frequenzen zu Problemen führen, da die Punkte als Miniantennen fungieren und die Signale ausstrahlen können

2) Da die äußere Ecke einer 90-Grad-Biegung ein dünner Punkt ist, kann sie leicht weggeätzt werden, wenn die Ätzzeiten nicht sehr genau gesteuert werden und sich so auf die Dicke der Leiterbahn auswirken

3) Die 90-Grad-Innen- und Außenecken machen diesen Bereich anfälliger für Probleme, bei denen der Ätzprozess unter der Spur abläuft.

Linker3000
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Ich verstehe, wie 45 Grad besser sind als 90 Grad, aber ich wollte fragen, warum es immer noch vor willkürlichen Winkeln und Kurven verwendet wird.
Roman Starkov
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Eine andere Sache zu berücksichtigen ist, dass es Gerber-Dateien kleiner macht. Gerber-Dateien definieren eine Reihe von Linien (unter anderem Formen).

Beispiel: Um einen echten Kreis in einer Gerber-Datei zu zeichnen, sind Hunderte (Tausende?) Zeilen erforderlich. Um ein Achteck zu zeichnen, sind jedoch nur acht Linien erforderlich.

Eric Cox
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Warum sind kleinere Gerber-Dateien besser als größere?
Tyblu
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Ein weiteres Argument, das hervorhebt, dass das Problem uralte Legacy-Software ist. @Fake, meinst du damit, dass Gerbers jetzt Bögen effizient darstellen kann, oder dass es niemanden interessiert, ob das Design ein paar Dutzend MB groß ist?
Roman Starkov
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@tyblu, Viele der Routing-Maschinen, die älter als ein oder zwei Jahre sind, verwenden immer noch 9600-Baud-serielle Leitungen. Ich habe ein Hilfsprogramm geschrieben, das Gerber-Dateien in ein Format konvertiert, das in einem Fuji-Pick-n-Place verwendet wird, das noch in meiner alten Firma und in mehreren anderen verwendet wird. Die einzige Verbindung der Maschine zur Außenwelt bestand aus einer seriellen 9600-Baud-Schnittstelle, auf der ein Irix-basierter PC mit einer proprietären Software installiert war. Ich denke, ein Gerber mit 10 MB ist in Ordnung für Sie, bis Sie derjenige sind, der sitzen und eine halbe Stunde warten muss, bis er zwischen den Entwürfen geladen wird.
Eric Cox
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10 MB / 9,6 kbps sind ungefähr 2,5 Stunden; Ich verstehe dein Argument! ;)
Tyblu
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Das betrifft natürlich nicht nur die Gerbers. Dies wirkt sich auch auf die Designdatenbank aus. Die Darstellung einer geraden Linie zwischen zwei Punkten erfordert weniger Bits als eine beliebige Kurve. Und eine kleinere Designdatenbank wird ein reaktionsfähigeres Tool bieten. Auf einem 2-Lagen-Board ist der Unterschied möglicherweise nicht zu erkennen, aber der Typ, der ein 16-Lagen-PC-Motherboard entwirft, wird den Unterschied wahrscheinlich bemerken.
Das Photon
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Für meine eigenen Leiterplatten mag ich abgerundete und gekrümmte Bahnen, da gibt es keine Probleme, solange Sie manuell routen.

In den meisten Industrie-Leiterplatten ist dies nur eine Tradition, da die Software für frühes / aktuelles Routing eingeschränkt ist.

Weniger scharfe Winkel = / * geringfügig * / bessere Signalqualität.

BarsMonster
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Als ich mir das letzte Mal die Mühe gemacht habe, mein Motherboard aus der Nähe zu betrachten, habe ich festgestellt, dass alle Spuren an allen Ecken abgerundet waren
Nick T
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ich würde nicht sagen "geringfügig bessere signalqualität". Für den Betrieb mit hoher Frequenz können abgerundete Ecken bis zum Punkt der lasergeschnittenen "Rundung" obligatorisch sein.
Mark
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Der Hauptgrund ist, dass es die Problemstellung erleichtert und einfacher zu entwerfen ist. Es gibt einige nützliche Eigenschaften, die ein 45/90-Grad-System bietet. Der Hauptgrund, den ich sagen möchte, besteht darin, dass Sie den gewünschten Rasterabstand ohne große Nachteile beibehalten können.

Wenn Sie von einem Punkt in einem Raster ausgehen, erreicht jede Himmelsrichtung (oben, rechts, unten, links) einen benachbarten Rasterpunkt mit einer Einheit. Jeder Winkel von 45 Grad kommt auch an einem benachbarten Punkt an, obwohl der Abstand (Quadrat 2) Einheiten beträgt. Wenn Sie einen Winkel wie 30 oder 60 Grad verwenden, gelangen Sie zu einem Mittelpunkt zwischen einem Rasterpunkt, für den Sie ein feineres Raster benötigen. Ein feineres Gitter erhöht die Rechenzeit für die Pfadauswertung und erschwert möglicherweise die saubere Optimierung der Schaltung.

Die TopoR-Software verwendet einen völlig anderen Algorithmus als der typische Router, was sie einzigartig macht. Die PCB-Designs, die TopoR herstellt, ähneln alten handgezeichneten PCB-Layouts aus den 60ern bis 70ern.

W5VO
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Aber "Gitterabstand" wirft nur die Frage auf, da das Konzept eines "Gitters" nur ein Artefakt des XY-Designs ist.
Markrages
Hatte es nicht so gesehen. Du hast recht
W5VO
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Durch das Ausrichten von Objekten auf einem Raster können Situationen vermieden werden, in denen beispielsweise bei Verwendung von 5-mil-Spuren mit 5-mil-Abständen auf einer Seite einer Komponente ein 14-mil-Abstand verbleibt, auf der anderen Seite wäre es sinnvoll, eine Spur zu haben Es gibt einen 7-mil-Raum, der genauso gut ein 5-mil-Raum sein könnte. Wenn man Werkzeuge hat, mit denen man Dinge effizient bewegen kann, während das Layout aufgeräumt bleibt, kann man einfach die Komponente und einige Spuren verschieben, um die Lücke von 14 Mil auf 15 Mil zu vergrößern, aber wenn man Dinge nicht so gut bewegen kann, ist es einfacher Beginnen Sie mit einem Raster und vermeiden Sie solche Probleme in erster Linie.
Supercat
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Ich habe gelesen, dass PCB-Produktionsmaschinen in der Vergangenheit nur 90/45/0-Bewegungen hatten, aber am wichtigsten: 45-Grad-Kurven sind 90-Grad-Kurven vorzuziehen, da in den Dol-Zeiten 90-Grad-Kurven einer Verschlechterung unterworfen waren wiederum würde Kupfer verlieren und die Verbindung unterbrechen ... also vor Software, Hardware Grund ... es geht um Geschichte und Vermächtnis

Francesco
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Der Grund dafür ist, dass traditionell (ab den 60er Jahren) Maskenblitzgeräte mit einer begrenzten Anzahl von Blendern und Blitzen arbeiteten und die Winkel festgelegt wurden. Einige waren nicht in der Lage, eine andere präzise Drehung als 45 ° durchzuführen. Die Software erlaubte keine anderen Blitzüberlappungen als 90 und 45 Grad, um zu vermeiden, dass falsche Ecken blitzen. Nun, und es sieht besser aus, was es einfacher macht, Probleme aufzuspüren.

Asdf
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