Router
Englisch: router
Algorithmus bei der Entwurfung von integrierten Schaltkreisen oder Leiterplatten zur Verlegung aller notwendigen Leitungen zum korrekten Verbinden aller platzierten Bauelemente unter Einhaltung aller Entwurfsregeln.
Router: der Algorithmus, der deine Leiterplatte verdrahtet
Ein Router in der Leiterplattenentwicklung ist ein Softwaretool, das automatisch Kupferleiterbahnen zwischen Bauteilpads zieht, um elektrische Verbindungen herzustellen. Nachdem ein Platzierungstool jedes IC, jeden Widerstand, Kondensator und andere Bauteile auf der Platine positioniert hat, übernimmt der Router: Er berechnet optimale Pfade für jedes Signal, das von einem Pad zu einem anderen laufen muss, verlegt Drähte (Leiterbahnen) durch den verfügbaren Raum auf einer oder mehreren Schichten der Platine und berücksichtigt dabei Abstände, Layer-Aufbau und elektrische Anforderungen.
Router arbeiten nach dem Prinzip eines riesigen Constraint-Satisfactory-Problems. Der Algorithmus muss Kurzschlüsse vermeiden (Leiterbahnen, die sich berühren, wo sie nicht sollten), Mindestabstände zu anderen Leiterbahnen und zu Platinenkanten einhalten (typischerweise 5 bis 10 mil bei Standard-Leiterplatten) und sicherstellen, dass Hochgeschwindigkeitssignale auf bevorzugten Schichten bleiben oder Längenabgleichsregeln befolgen. Verschiedene Router nutzen unterschiedliche Strategien: Manche verwenden gitterbasierte Pfadfindung ähnlich wie Labyrinth-Algorithmen, andere setzen auf Ripup-and-Reroute-Logik, die bereits verlegte Leiterbahnen aufreißt und ersetzt, wenn ein Konflikt auftritt oder eine Optimierung nötig wird.
Routing-Herausforderungen und Varianten
Ein Design kann unverlegbar sein, wenn die Bauteilplatzierung zu dicht ist oder die Schichtanzahl zu niedrig. Komplexe Hochgeschwindigkeitsplatinen (20+ Schichten) erfordern oft Differential-Pair-Routing, bei dem zwei zusammenhängende Leiterbahnen einen genauen Abstand und gleiche Länge halten müssen, um die Signalintegrität zu bewahren. BGAs mit hunderten Pins benötigen Escape-Routing, bei dem Leiterbahnen in Mustern aus dem Pad-Array ausfächern, damit nachfolgende Schichten längere Verbindungen handhaben können. Manche Platinen nutzen Blind-Vias (verbinden nur äußere mit inneren Schichten) oder Buried-Vias (verbinden nur innere Schichten), um Verlegungsplatz freizugeben.
Autorouter setzen Geschwindigkeit gegen Qualität ab. Ein vollautomatischer Router kann eine einfache Platine in Minuten fertig stellen, hinterlässt aber oft schlechtes Routing mit zu langen Leiterbahnen, zahlreichen Schichtwechseln oder ineffizientem Platzgebrauch. Design-Teams nutzen oft interaktives Routing stattdessen, bei dem der Autorouter Standardverbindungen handhabt und Ingenieure kritische Pfade, Stromversorgung und Hochgeschwindigkeitskanäle manuell aufräumen. Bei sehr dichten Designs können Menschen die ganze Platine von Hand verlegen und den Autorouter als Startpunkt oder Verifikationstool nutzen.
Der Begriff "Router" lehnt sich an die Netzwerk-Terminologie an, wo ein Router Pakete zwischen Zielen lenkt. In der Leiterplattenentwicklung erfüllt er die entsprechende Rolle, Signale von Quelle zu Ziel zu leiten. Die Qualität eines verlegten Designs wirkt sich direkt auf Fertigungsausbeute, elektromagnetische Verträglichkeit, Signalintegrität und Wärmeverhalten aus; schlechtes Routing kann in der Simulation funktionieren, fällt aber in der Produktion oder im Feld aus.