¿Por qué existe una preferencia tan fuerte por los ángulos de 45 grados en el enrutamiento de PCB?

Siempre me he preguntado esto: cada PCB moderno se enruta en incrementos de ángulo de 45 grados. ¿Por qué la industria prefiere esto tanto? ¿El enrutamiento en cualquier ángulo no ofrece más flexibilidad?

Una teoría plausible sería que las herramientas existentes solo admiten incrementos de 45 grados y que no hay mucha presión para alejarse de esto.

Pero después de haber investigado este tema en Google, me topé con TopoR, el enrutador topológico , que elimina los incrementos de 45 grados y, según sus materiales de marketing, hace un trabajo considerablemente mejor que los competidores limitados a 45 grados.

¿Lo que da? ¿Qué necesitaría personalmente para comenzar a enrutar ángulos arbitrarios? ¿Se trata de soporte en su software favorito o hay razones más fundamentales?

Ejemplo de enrutamiento que no es de 45 grados:texto alternativo

PD: También me preguntaba lo mismo sobre la ubicación de los componentes, pero resulta que muchas máquinas de recoger y colocar están diseñadas de tal manera que no pueden colocarse en ángulos arbitrarios, lo que parece bastante justo.

Las herramientas modernas admiten ángulos arbitrarios, por lo que esa ya no es la razón.
Como nota al margen, cuando se utiliza un enrutamiento de 45 grados, las vías octogonales le darán el mayor espacio libre mientras mantienen más área de cobre en el anillo anular.
También señalaría que el programa gEDA PCB gratuito tiene un toporouter, no solo este. Hace lo mismo, y no creo que se deba a la eliminación de la limitación de 45 grados.
@reem nunca vio una vía octogonal, y las imágenes de Google no están siendo útiles... si publica un enlace, ¡se lo agradeceré! También gracias por mencionar gEDA, parece muy prometedor.
Las herramientas modernas admiten ángulos arbitrarios, por lo que esa ya no es la razón.
@rom - Eagle tiene vías y almohadillas octogonales, y también están disponibles en gEDA.
@romkyns: las almohadillas octagonales también son una opción en Altium.
@romkyns, el ejemplo dado es el resultado de un enrutador automático , no de un enrutamiento manual. Muchas de las respuestas dadas se aplican solo al enrutamiento manual (re: eficiencia de diseño).
@tyblu Lo sé. Todavía no veo ninguna lógica en las afirmaciones de que el enrutamiento manual en la cuadrícula puede ser de mejor calidad que el enrutamiento manual sin cuadrícula.
@romkyns, realmente es solo tiempo y esfuerzo de diseño: no tiene que modificar las pistas al enrutar en una cuadrícula, porque sabe que están siguiendo el espacio mínimo que configuró de antemano. Cuando busca un espacio mínimo sin una cuadrícula, debe verificar el espacio o confiar en un DRC en tiempo real para decirle que la equivocó.
@tyblu con herramientas horribles, tal vez. No veo por qué una buena herramienta no permitiría que sus pistas se "ajusten" al espacio mínimo que ha establecido en sus reglas de diseño. En serio, entiendo el argumento de que las herramientas actuales apestan en eso, pero no que esta sea una propiedad inherente del diseño sin cuadrícula.
"Liquid PCB" sourceforge.net/projects/liquidpcb hace algunos trazos interesantes con muchas curvas elegantes.
Sé que esta discusión tuvo lugar hace un tiempo, sin embargo, me gustaría invitarlos a todos al foro de habla inglesa relacionado con TopoR. Si tiene alguna pregunta sobre esta herramienta, no dude en preguntar allí :) forum.eremex.com
¿Nadie recuerda las trampas de ácido?
@ScottSeidman Claramente no, ¿le gustaría expandirse? Suena interesante.
Con las técnicas de grabado con ácido, los ángulos agudos harían que el ácido se acumulara en las esquinas, haciendo cosas malas. Por supuesto, los ángulos de 45 grados no significan que no puedas tener trampas de ácido: innofour.com/image/picture/INNOFOUR04171_web.jpg
Tal vez se reduce parcialmente a la apariencia. La imagen de arriba se parece a un dibujo de tercer grado.
El enlace TopoR en la pregunta del OP está muerto.

Respuestas (11)

Básicamente, básicamente se reduce al hecho de que el software es mucho más fácil de diseñar con solo ángulos de 45°.

Los enrutadores automáticos modernos están mejorando, pero la mayoría de las herramientas de PCB disponibles tienen raíces que se remontan a los días de DOS y, por lo tanto, existe una enorme presión heredada para no rediseñar completamente la interfaz de diseño de PCB.

Además, muchos paquetes EDA modernos le permiten "empujar" grupos de trazas, con el enrutador automático interviniendo para permitir que una traza obligue a otras trazas a moverse, incluso durante el enrutamiento manual. Esto también es mucho más difícil de implementar cuando no está limitado a ángulos rígidos de 45°.

Aceptado. Para que conste, TopoR afirma ser capaz de empujar grupos de trazas mejor que las herramientas estándar, aunque yo mismo no lo he probado. Tomo su punto de que es más difícil programar enrutadores automáticos de ángulo arbitrario, pero la gente ha hecho cosas mucho más difíciles ... simplemente no hay suficiente demanda para esto de alguna manera (y todavía no sé por qué: D).
Además, probé la demostración de TopoR y me parece muy "alfa". La interfaz es muy torpe.
¿Por qué no hay mucha demanda? El mercado de software EDA es pequeño , por eso.
Los segmentos de línea recta son mucho más fáciles de calcular sin pérdida de precisión en comparación con los segmentos de línea de arco. Esto solía ser un problema en los primeros días, cuando el procesamiento era limitado, pero ahora ya no lo es. Todos siguen usando ángulos de 45 grados porque todos usan ángulos de 45 grados.

Consulte https://sourceforge.net/projects/liquidpcb/

Es un paquete CAD EDA que estaba escribiendo, pero el desarrollo se desaceleró mucho cuando tenía hijos. No admite pistas rectas en absoluto. Todas las pistas se curvan libremente y toman las rutas más óptimas a sus destinos.

LíquidoPCB

NOTA: liquidpcb.org es un enlace muerto que se refiere a un servicio de búsqueda de dominios.
@Daniel Grillo: Gracias por la corrección. Dejé que el nombre de dominio caducara porque ya no lo estaba usando.

Se ve más ordenado y permite colocar la mayoría de las pistas en un área determinada. también es mejor para pistas de impedancia controlada.

Para agregar a esto: a medida que realiza su enrutamiento en una cuadrícula fija, las líneas paralelas estarán al menos a 1 marca de cuadrícula de distancia. Si forman una esquina juntas, un ángulo de 45° da el mayor espacio entre esas dos pistas en la diagonal. Diferentes ángulos pueden requerir que estas pistas comiencen más separadas para garantizar un espacio mínimo, lo que resulta en un enrutamiento menos denso que el óptimo. [Tenga en cuenta que no digo que más denso sea mejor, pero a menudo es deseable].
Dije "un ángulo de 45° da más..." y debería haber dicho "un ángulo de 45° da más... que si el ángulo fuera menor".
@tyblu, lo siento, pero esto no tiene ningún sentido. En primer lugar, las líneas diagonales en las marcas de cuadrícula NO están espaciadas a 1 marca de cuadrícula, sino a solo 0,7 marcas de cuadrícula, y en segundo lugar, si tiene más ángulos, SIEMPRE tiene más oportunidades para un enrutamiento más denso. ¿Cómo es posible que tenga menos posibilidades de enrutar densamente al enrutar de una manera que contiene completamente un enrutamiento de 45 grados como un caso especial?
@romkyns, hay algunos malentendidos. Siguiendo los principios de diseño comunes, está limitado a esquinas de <45°, sigue una cuadrícula fija y una orientación xy. Lograr transiciones desde horiz. a vert. usar <45° en una cuadrícula fija usa más espacio que 45°.
@tyblu Correcto, de hecho, hubo un malentendido de mi parte. Bajo esas restricciones, una junta de 45 grados tiene sentido, pero me parecen restricciones muy artificiales. Supongo que mi pregunta podría reformularse a "¿por qué los profesionales de PCB todavía operan bajo estas restricciones artificiales de orientación x/y y una cuadrícula fija?" (Sin embargo, creo que obtuve mi respuesta: demasiado software heredado en esta industria)
Cuadrícula fija y orientación xy: tiempo de diseño más rápido al tiempo que garantiza el espaciado y la alineación. <45°: evita las trampas de ácido ; de alta frecuencia consideraciones (500 MHz+ sinusoidal o 50 MHz+ digital).
Todavía no veo cómo el enrutamiento de 45 grados permite "colocar la mayor cantidad de pistas en un área determinada". Ni por qué es mejor para pistas de impedancia controlada. @Leon, ¿estabas comparando con ángulos arbitrarios o con un enrutamiento de 90 grados?
Es un problema de espacio de empaque, no solo un problema heredado. Imagina una caja y un montón de palitos que estás tratando de empacar en la caja. Si un ser humano hace el embalaje, va a ir con todo a 90 grados o va a tirarlo todo ingenuamente. ¿Cuál crees que funcionará mejor? Dudo que los enrutadores automáticos sean generalmente lo suficientemente inteligentes como para no tener el mismo problema, de verdad.
@darron: Un ser humano también podría ir con ángulos de 60 grados. En realidad, el diseño de la placa basado en una cuadrícula triangular equilátera probablemente funcionaría muy bien si las dimensiones de los componentes estuvieran diseñadas para encajar en dicha cuadrícula y si el equipo de colocación pudiera manejar rotaciones de 60 grados de manera rutinaria. Los paquetes de chips hexagonales podrían tener cables más cortos cerca de las esquinas que los rectangulares o cuadrados. Sin embargo, cortar eficientemente una oblea en dados hexagonales requeriría cortes en zig-zag, que podrían ser más difíciles que usar cortes rectos en la oblea.

No creo que exista una preferencia tan fuerte por el ángulo de 45 grados. He visto una vieja placa de osciloscopio Tektronix (Tek 2213 para ser precisos) con trazos que parecen dibujados a mano :-)

ingrese la descripción de la imagen aquí

La razón por la que los trazos parecen dibujados a mano es porque lo son. La preferencia de 45 ° solo es común en las placas de circuito diseñadas por computadora . Su tek scope es anterior al diseño de PCB de la computadora y, como tal, el diseño se realizó manualmente (con cinta, para ser específicos).
@ConnorWolf: Y todavía nos quejamos de nuestras herramientas de PCB ;) Diseñar algo así sin CAD es bastante impresionante.

Esto es anterior a cualquier problema con el software y el enrutamiento de PCB: las tres razones principales que nos dieron en las clases de ingeniería electrónica a fines de la década de 1970 fueron:

1) La esquina exterior afilada de la curva puede causar problemas a frecuencias más altas, ya que los puntos pueden actuar como mini antenas e irradiar las señales.

2) Debido a que la esquina exterior de una curva de 90 grados es un punto delgado, se puede grabar fácilmente si los tiempos de grabado no se controlan con mucho cuidado y, por lo tanto, afectan el grosor de la traza.

3) Las esquinas internas y externas de 90 grados hacen que esa área sea más susceptible a problemas donde el proceso de grabado se come debajo del trazo.

Entiendo cómo 45 grados es mejor que 90 grados, pero quería preguntar por qué todavía se usa con preferencia a ángulos y curvas arbitrarias.

Otra cosa a considerar es que hace que los archivos Gerber sean más pequeños. Los archivos Gerber definen una serie de líneas (entre otras formas).

Por ejemplo, dibujar un círculo verdadero en un archivo Gerber requiere cientos (¿miles?) de líneas. Pero para dibujar un octágono solo se necesitan ocho líneas.

¿Por qué los archivos Gerber más pequeños son mejores que los más grandes?
Solía ​​ser un problema, ya no es realmente uno.
Otro argumento que destaca que el problema es el antiguo software heredado. @Fake, ¿quiere decir que Gerbers ahora puede representar arcos de manera eficiente, o que a nadie le importa si el diseño tiene unas pocas decenas de MB?
@tyblu, muchas de las máquinas de enrutamiento de más de un año o dos todavía usan líneas seriales de 9600 baudios. Escribí una utilidad que convertía archivos Gerber a un formato usado en un Fuji pick-n-place que todavía está en uso en mi antigua empresa y en varias otras. El único enlace de la máquina con el mundo exterior era una serie de 9600 baudios, en la que se encontraba una PC basada en Irix con algún software propietario. Supongo que un Gerber de 10 MB está bien para ti, hasta que seas tú quien tenga que sentarse y esperar media hora para que se cargue entre diseños.
10 MB/9,6 kbps son aproximadamente 2,5 horas; ¡Entiendo tu argumento! ;)
Por supuesto, esto no solo afecta a los Gerber. También afecta a la base de datos de diseño. Se necesitan menos bits para representar una línea recta entre dos puntos que una curva arbitraria. Y una base de datos de diseño más pequeña brindará una herramienta más receptiva. Es posible que no vea la diferencia en una placa de 2 capas, pero el tipo que diseña una placa base de PC de 16 capas probablemente notará la diferencia.
¿No hay primitivos de arco en los archivos gerber? ¿En serio? Eso es terrible. Los tenemos en gcode, y ese es un lenguaje de descripción igualmente antiguo.
Hay arc-primitives en los archivos gerber, pero no todos los sistemas cad de pcb los utilizan. Es posible dibujar un círculo o arco verdadero sin usar cientos de líneas. Solo lea un manual de gerber de UCAMCO.
Los archivos Gerber admiten círculos y arcos, esto no debería ser un problema para las herramientas que usan RS-247X.
Por supuesto, solo hace que los gerberes sean más grandes si usa curvas o muchos segmentos de línea pequeños. Una sola línea Gerber es un comando de trazador que contiene "punto a" y "punto b" y siempre tiene el mismo tamaño sin importar el ángulo en el que se encuentre. :) Sólo vale la pena señalar.

Para mis propios PCB, me gustan las pistas redondeadas y curvas, no hay problemas siempre que esté enrutando manualmente.

En la mayoría de las PCB industriales, es solo una tradición debido a las limitaciones del software de enrutamiento anterior/actual.

Ángulos menos agudos = /*marginalmente */ mejor calidad de señal.

La última vez que me molesté en mirar de cerca mi placa base, creo que me di cuenta de que todos los trazos estaban redondeados en todas las esquinas.
no diría "calidad de señal marginalmente mejor". Las esquinas redondeadas hasta el punto de "redondeo" recortado con láser pueden ser obligatorias para el funcionamiento a alta frecuencia.

La razón principal es que facilita un conjunto de problemas y puede ser más fácil de diseñar. Hay algunas propiedades útiles que proporciona un sistema de 45/90 grados. La razón principal por la que diré es que le permite mantener el espacio de cuadrícula deseado sin una gran penalización.

Si comienza desde un punto en una cuadrícula, cada dirección cardinal (arriba, derecha, abajo, izquierda) llegará a un punto de cuadrícula adyacente en 1 unidad. Cualquier ángulo de 45 grados también llegará a un punto adyacente, aunque la distancia será (sqrt 2) unidades. Si tuviera que usar un ángulo de 30 o 60 grados, llegaría a un punto medio entre un punto de cuadrícula, lo que requeriría que tuviera una cuadrícula más fina. Una cuadrícula más fina aumenta el tiempo de cálculo para la evaluación de rutas y puede dificultar la optimización limpia del circuito.

El software TopoR utiliza un algoritmo completamente diferente al del enrutador típico, lo que lo hace único. Los diseños de PCB que hace TopoR se parecen a los antiguos diseños de PCB dibujados a mano de los años 60 y 70.

Pero el "espaciado de cuadrícula" es solo una petición de principio, ya que el concepto de "cuadrícula" es solo un artefacto del diseño XY.
No lo había pensado de esa manera. Tienes razón
Alinear las cosas en una cuadrícula ayuda a evitar situaciones en las que, al usar, por ejemplo, pistas de 5 mil con un espacio de 5 mil, termina habiendo un espacio de 14 mil en un lado de un componente donde sería útil tener una pista, mientras que en el otro lado hay un espacio de 7 mil que bien podría ser un espacio de 5 mil. Si uno tiene herramientas que pueden mover las cosas de manera eficiente mientras mantiene un diseño ordenado, simplemente podría empujar el componente y algunas pistas para expandir el espacio de 14 mil a 15 mil, pero si no puede mover las cosas tan bien, es más fácil comience con una cuadrícula y evite tales problemas en primer lugar.

Leí que, históricamente, las máquinas de producción de PCB tenían solo movimientos de 90/45/0, pero lo más importante, 45 grados son preferibles a las curvas de 90 grados porque en los tiempos dol, los giros de 90 grados eran propensos al deterioro, por lo que era más probable que un giro de 90 grados a su vez perdería cobre y rompería la conexión... así que antes del software, la razón del hardware... se trata de historia y legado

La razón es que tradicionalmente (a partir de los años 60) las máquinas de destellos de máscara trabajaban con un conjunto limitado de anteojeras y destellos, así como también los ángulos eran fijos. Algunos no eran capaces de hacer una rotación precisa que no fuera de 45 grados. Del mismo modo, el software no permitía la superposición de flashes que no fueran de 90 y 45 grados, lo que evitaba el flasheo de esquinas incorrectas. Bueno, y se ve mejor, lo que facilita la localización de problemas.

Nadie lo dijo antes, así que aquí hay una pequeña explicación: cuando un trazo de PCB gira en una esquina en un ángulo de 90 grados, puede ocurrir un reflejo. Esto se debe principalmente al cambio de ancho de la traza. En el vértice del giro, el ancho de la traza aumenta a 1,414 veces su ancho. Esto altera las características de la línea de transmisión, especialmente la capacitancia distribuida y la autoinducción de la traza, lo que da como resultado la reflexión. Es un hecho que no todas las trazas de PCB pueden ser rectas, por lo que tendrán que doblar esquinas. Los giros a 45 grados ofrecen características mucho mejores. La mejor característica que puedes obtener con giros redondeados. Puede encontrar dichas pistas en aplicaciones de RF.

No hay nada de malo en lo que dijo, pero ¿sabe que la capacitancia adicional de una esquina cuadrada puede ignorarse de manera segura incluso para señales de tiempo de subida de 10 ps?
La pregunta es por qué no ir hasta el final y suavizar la esquina en un bonito arco redondo.
¿Por qué existe una preferencia tan fuerte por los ángulos de 45 grados en el enrutamiento de PCB?
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