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PCB 布局中的引脚交换和栅极交换
PCB 布局中的引脚交换和栅极交换
无论您的 PCB 设计有多少规划，您都可能会发现自己在走线布线期间处于引脚交换的位置。在原理图和布局之间移动会给歧义留下空间，这取决于布线以最小化交叉。如果您发现您的设计是老鼠窝，可以通过在 PCB 中进行引脚交换来清理它。
在组件数量较少的简单设计中，引脚交换可能不是那么重要。但是在具有高引脚密度组件的设备中，例如 FPGA 或微控制器，您的信号路由很快就会变成 PCB 布局中错综复杂的连接。
FPGA 引脚交换
片上系统设备的趋势增加了FPGA的使用。使用 FPGA 技术，设计人员可以在他们的设备中实现几乎所有基于逻辑的功能。FPGA 不是设计具有数百甚至数千个逻辑 IC 的系统，而是在单个 IC 中提供相同的设计自由度。在 PCB 上成功集成 FPGA 的挑战在于正确布线电源、接地、配置、时钟和用户 I/O 信号。
将正确的走线连接到 PCB 上的 FPGA 可能是一项艰巨的任务。在 FPGA 端，引脚分配给硬件描述语言信号，形成在 FPGA 中实现的逻辑。引脚必须连接到正确的网络，以便将其连接到 PCB 上的其他组件。当前的设备可以有超过 1500 个引脚，手动执行引脚交换既耗时又容易出错。
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如果不交换电路板上的其他组件，则无法交换某些 FPGA 引脚。例如，接地和 I/O 引脚、电源和 I/O 引脚或电源和接地引脚不应相互交换。如果您确实在布局中进行了这些交换，则需要对其他电路板进行重新设计。值得庆幸的是，一款带有内置规则检查的优秀设计软件可以防止这种错误。
然而，一组内的 I/O 引脚可以相互交换，这可能有助于清理您的 PCB 设计。在开始随意交换 I/O 引脚之前要小心。某些引脚可能是差分对的一部分，这些引脚只能与另一个差分对交换。虽然某些引脚具有双向功能，但它们可以在原理图上配置为单独的输入或输出。输入引脚不应与输出引脚互换，反之亦然。
门交换
由于可能需要 FPGA 和其他组件与外部逻辑 IC 接口，因此可能还需要门交换来清理您的 PCB 设计。栅极交换可能涉及重新安排到 IC 上不同引脚的走线布线，甚至将 IC 交换为具有不同引脚布局的 IC。这两种策略都有助于最大程度地减少交叉并清理您的信号轨迹。
门交换只能在单个封装中具有可互换器件的芯片中进行。两个很好的例子是 74xx00 四 NAND 封装和 CD4000 三输入 NAND 封装。这些芯片在单个封装中具有多个相同的器件，因此您可以将走线移动到不同的栅极，而不会影响整体设计。
将一个 IC 换成不同的 IC 是另一种野兽。不同的 IC 可能具有不同的引脚布局，可让您解开走线。如果您必须更换 IC，电气输入和输出电平应与两种 IC 封装兼容。例如，更换您的 IC 可能会导致新的扇出值，如果下游驱动太多门，则可能无法进行交换。交换同一逻辑系列（TTL 或 CMOS）内的 IC 也很重要。
在不牺牲性能的情况下交换逻辑 IC 需要一个具有预定义电气特性和引脚布局的综合组件。通过使用不同的 IC 进行引脚交换时要小心。您需要注意新 IC 中的扇入和扇出、传播延迟以及电源和接地引脚放置等问题。不同的传播延迟在高速设备中尤为重要。
DIP 封装的逻辑 IC。
在低功率器件中，逻辑 IC 上的引脚交换可以通过降低逻辑门上的电容负载来降低功耗。应交换引脚，以便承载最高频率信号的走线连接到具有最低容性负载的引脚。这在使用非对称逻辑门时尤为重要。