Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Автоматизация конструкторского проектирования в радиоэлектронике и вычислительной технике. Автоматизация конструкторского проектирования вычислительной техники

.pdf
Скачиваний:
3
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
6.19 Mб
Скачать

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ЛИТОВСКОЙ ССР

КАУНАССКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. АНТАНАСА СНЕЧКУСА

МЕЖВУЗОВСКИЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ

АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНСТРУКТОРСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ВРАДИОЭЛЕКТРОНИКЕ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ

ТOKI 5

Автоматизация конструкторского Tipоектировация вычис­ лительной техники

ВИЛЬНЮС 198Г>

Межвузовский сборник научных трудов ^Автоматиза­ ция конструкторского проектирования в радиоэлектро­ нике и вычислительной технике", т. 5 .

"Автоматизация конструкторского проектирования вы­ числительной техники", й 9 8 5 г.

В сборник включены статьи, описывающие алгоритмы трас­ сировки коммутаций, построения и анализа тестов. Рассматри­ ваются особенности автоматического и интерактивного проек­ тирования печатных плат и БИС, вопросы организации систем технического проектирования ЭВА и РЭА,

Редакционная коллегия: д.т.н., проф. П.П. Сыпчук (глав­ ный редактор), д.т.н., проф. Л.Б. Абрайтис (зам, гл. рецакт.), к.т.н., дэц. И.-К.Л. Матицкас (ответственный редактор), д.т.н., проф. Б.И. Белов, к.т.н., доц. Л.И. Зарудный, к.т.н., доц.

В.А, Жилявичюс, д.т.н., проф. Б.М. Михайлов, д.т.н., проф. П.П. Нэренков, д.т.н., проф. А.И. Петренко, д.т.н., проф. Р.И. Шейнпускас, к.т.н., доц. А.Э, Таргамадзе.

©Министерство вьющего и среднего специального образова­ ния Литовской ССР

А

—331 4 -4 0

В -85

 

М 862-85

 

УДК 6 8 1 .3 2 5 ,6 5

ГИБКАЯ ТРАССИРОВКА ПЕЧАТНЫХ ПРОВОДНИКОВ С УЧЕТОМ МЕТРИЧЕСКИХ ОГРАНИЧЕНИЙ

Д.И. Б ати щ ев, Е.Ф. М о р о зо в

Рассмотрим задачу построения коммутационных соедине­ ний на плате с произвольно заданной конфигурацией границ в следующей постановке.

Представим математическую модель печатной платы в ви­ це дискретной топЪлогичёской модели - множества квадратных

ячеек со стороной

А**а.+ £ {где & - максимально допустимая

ширина проводника,

& - минимально допустимый зазор между

проводниками), ограниченных на плоскости внешним контуром (границей платы), среди которых указаны фиксируемые коор­

динаты

(Л * ,^), занимаемые /V контактами. (На

рис.

1 пред­

ставлен

фрагмент модели платы). Вся сов окупиость *

контак­

тов разбивается на т

подмножеств (связей)

каждое из

которых содержит

контактов, требующих совместного со­

единения в соответствии с электрической схемой,

 

 

Требуется в соответствии с указанными связями боединить контакты кусочно-ломаными отрезками, ортогональными осями

координат *гаким образом,

чтобы:

 

1)

суммарная длина реализации каждой с связи

бьща

минимальной:

 

 

 

 

 

( t)

2)

число пересечений

6 между реализациями всех т

t

X

связей должно быть наименьшим (в наиболее благоприятном случае OKD должно равняться нулю),т.е. пересечения между реализациями связей должны отсутствовать:

fniflfSj-

(2)

В этой постановке исходная задача построения коммута­ ционных соединений сводится к многокритериальной задаче оп­

тимизации с /77*/

частным

критерием оптимальности t t j .

Предположим,

что каждый из

частных критериев Ц пред­

почтительнее критерия

>S

iTm) т.е. будем считать,

что число пересечений между реализациями связей может быть любым. Тогда от задачи векторной оптимизации (1 )-(2 ) пе­ реходим к /77 - критериальной задаче .(1). В том случае, ког­

да все п7 частных критериев ^

равноценны по важности (<*/-

fj**)* использование в качестве обобщенного критерия

аддитивной функции

& позволяет свести решение задачи

многокритериальной

оптимизации

(1) к последовательному ре-

4

шекию/77

однокритериальных задач

оптимизации, сформулиро­

ванных для конкретной

связи / /

 

 

 

 

 

 

 

длина соединения

К контакта

с J

 

,3>

6*J

-

контактом,

 

принадлежащих

с

связи,

отрезком

прямой в ев­

 

 

 

 

клидовой метрике;

 

 

 

 

 

 

U *j} ~ одна из возможных реализаций /

связи в виде

 

 

кусочно-ломаной, соединяющей в любом порядке

 

 

>7/

контактов

отрезками прямых;

 

 

 

 

суммарная

длина соединений всех

контактов/

 

 

связи отрезками прямых;

 

 

 

 

Di

~

допустимое множество возможных реализаций С

 

 

связи.

 

 

 

 

 

 

 

 

Мощность множества равна чиолу возможных реализа-

ций связи

[2]:

 

 

 

 

n;-Jt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4)

 

 

 

C a r d - г?; *

 

 

 

Из (3) следует, что среди возможных реализаций

6 связи

необходимо выбрать такую реализацию, которая имеет мини­

мальную суммарную длину соединений

/7;

контактов отрезка­

ми прямых. Реализация

/

связи длиной /Д являющаяся ре­

шением экстремальной задачи (3) есть минимальное связы­

вающее дерево

(кратчайшая связывающая сеть). При /7 = 2

из (4) следует

Carc/J>i91j т.е. для связи

JL£J

состоящей из

двух контактов

К и J

минимальное связьюающее дерево яв­

ляется отрезком прямой между

и J

контактами. Если связь

состоит

из

нескольких

контактов

( /7/ £ J ), то

минималь­

ное связывающее дерево представляет собой ломаную из от­

резков прямых линий, построенную согласно алгоритму Прима

и.

В случае, когда в лесе, полученном путем решеиия сово­ купности экстремальных задач (3), отсутствуют пересечения (J*-0), исходная задача векторной onTUMviaauun (1 )-(2 ) ре­ шена и минимальная суммарная ^длина проведенных коммута­ ционных соединений равна .В противном случае

КS t О ) необходимо за счет увеличения длин соединений от­ дельных связей получить бесперекрестный лес, т.е. путем вве­ дения уступок на увеличение длин соединений каждой связи

) требуется получить Sf равное нулю. Сформулиро­ ванное требование можно записать в виде задачи многэкритерни 1ЬНОй оптимизации, реализующей принцип минимизации усту­ пок по каждой связи:

/7?S/rf^ t * ) j

t = 1 p 7 ? jS 90

( 5 )

Предположим, HTD все

связи

ът равноценны пц важ­

ности, тогда задача (5) с помощью аддитивного обобщенного критерия может быть сведена к следующей экстремальной за­ даче:

 

miffZ Us-t?)^в9О.

(6)

Оптимальное решение задачи (6) - минимальный бесперек-

рестный лес -

позволяет при

отсутствии пересечений между

реализациями всех т связей получить для каждой

из них сум­

марную длину

, как можно меньше отличающуюся

от ее ми­

нимально возможного значения I *

 

Алгоритм'решения задачи

(6) состоит в следующем [ 4].

Заменим каждый контакт

вершиной с фиксированны­

ми координатами, в которую необходимо провести соединение (рис. 1). При этом контактные площадки, включающие группу

дискретов

топологической

модели,

считаются

объеди­

ненными

вершинами

(объединенная

вершина -

верши­

на

левого нижнего

угла

левого

низшего

дискре­

та

из

группы

дискретов,

включенных в контактную пло­

щадку;. каждая j

вершина характеризуется вектором

ресурса

 

 

 

де

Ьм “ РесУРс f

Направления вдоль/

контакта, равный максимальному числу печатных проводников, которое можно провести на дискретной рабочей модели огибая контакт по смежным ортогональным направлениям против ча­ совой стрелки. Для определения компонент вектора ресурса Rj используется цифровая волна, распространяющаяся в соответ­ ствующем Ас направлению квадранте, который задается осями координат ( л У# ), /с= Волна распространяется до тех пор, пока в какой-либо очередной фронт не войдет 'занятая" ячей­ ка дискретной модели. Соответствующий ресурс tjk равен чис­

лу «*<»-/, где #с - очередной фронт волны, на котором встрети­ лось препятствие.

Сокращение числа пересечений пар ветвей деревьев, со—

6

держащих хотя бы одну висячую вершину, имеющую не.нулевой обобщенный ресурс, может быть достигнуто путем замены од­ ного из пересекающихся отрезков двумя огибающими висячую вершину ребрами [5]. Обобщенный ресурс вершиныj вычисля­ ется по формуле:

 

 

I- = min

(7)

 

 

J /$•*$«

где

L - номер квадранта, в котором расположена вершина,

соединенная

отрезком прямой с J

вершиной. Ребра, огибающие

J

вершину,

уменьшают ее ресурс.

В зависимости от того, в

каких квадрантах расположено ребро AjAi и висячая вершина пересекаемого отрезка ( Аа ), для которого строится пара оги­ бающих ребер, соответствующие компоненты вектора ресурса Я* уменьшаются на единицу. Последовательность процедур по­ строения бесперекрестнэго леса приведена в [4 ]. Из возмож­ ных ситуаций определения огибаемой вершины в качестве ба­ зовой выбирается та, у которой удовлетворяются следующие требования:

1)число пересечений с другими ветвями леса (Si) мини­

мально;

2)ресурс (ij/c) по направлению огибания вершины макси­

мален;

3) суммарная длина

огибающих ребер (<£ ) как можно мень­

ше отличается от длины заменяемого ребра

(£*).

Таким образом выбор огибаемой вершины сводится к за­

даче векторной оптимизации:

 

min с£ ; mi/74 ^ ; т/л

^8 ^

Предполагая, что частные критерии задачи (8) лексико­

графически упорядочены

Sj> 4 ^ > -^ в ы б о р огибаемой вер­

шины сводится к последовательной проверке

частных критери­

ев в порядке их приоритета.

Алгоритм построения минимального бесперекрестного ле­ са завершает свою .работу, если S (рис. 2), либо на оче­ редном цикле не удалось уменьшить числа пересечений. Повто­ ром случае .последовательно удаляются отдельные ветви дере­ вьев (либо целиком деревья для определенных технологий реа­ лизации печатного монтажа), имеющие максимальное число пе­ ресечений (а при равенстве числа пересечений - имеющие ми­ нимальную длину), до полного устранения всех пересечений.

7

На основании полученного бесперекрестного леса

(рис. 2)

на макроцискретном рабочем поле (МРП) проводится

послед о-

X

вательная гибкая трассировка соединений с использованием волновDrD алгоритма^ Построение МРП осуществляется следу­ ющим образом%Координаты контактных площадок (объединен­ ных вершин на ДРП) упорядочиваются по координатам, X и У- Совпадающие координаты исключаются из списка ^кроме од­ ной), На основе полученных кортежей координат <Л*->,<:$» на плоскости печатной платы строится ортогональная макро-

цискретная сетка. Пропускные способности ребер макродискретов определяются с* учетом реальной геометрии контактных шюшацэк, границ платы и запрещенных областей. Если какоелибо ребро макроаискрета целиком принадлежит границе платы, запрещенной для проведения трасс области, либо контактной площадке, то пропускная способность его равна нулю.

11а МРП наносятся ребра полученного на предыдущем эта-

8

Р«с. 3 .

пе плоского метрического графа соединений (рис. 3). Произ­ водится последовательное удаление ветвей деревьев и трасси­ ровка соединений между вершинами удаленных ветвей волно­ вым алгоритмом в реальной геометрии МРП. Волна распрост­ раняется по ребрам макродискретов, имеющим пропускную спо­ собность больше и равную единице. При этом отрезки прямых, представляющих ветви других деревьев (а также проведенные трассы), рассматриваются как препятствия. На рис* 3 показан этап проведения соединения между контактами А и Н. Волна распространяется от контакта А Проведенная трасса указа­ на пунктирной линией. При проведении очередной трассы пре­ дыдущая сдвигается по ребрам макродискретов (при наличии запаса пропускной способности)*, если не обеспечиваются не­ обходимые зазоры между проводниками. На рис. 4 представ­ лен результат трассировки соединений на МРП. Переход к ор­ тогональным трассам не вызывает затруднений, т.к. каждо^ ребро макродискрета кратно л .

Л и т е р а т у р а

1, БАТИШЕВ Д.И, Задачи и методы векторной оптимиза­ ции, - Учебное пособие, Горький, ГГУ им, Н.И. Лобачевского, 1979. - 90 с.

2. ДЕНЬДОБРЕНКО Б.Н., МАЛИКА А,С, Автоматизация конструирования РЭА: Учебник для вузов. - М., Высшая шко­ ла, 1980, - 384 с.

3. ПРИМ Р.К, Кратчайшие связьшаюшие сети и некото­ рые обобщения. - В кн.: Кибернетический сборник. М., Изд-вс>

иностр,

лит., *1961, с. 9 5 -1 0 7 .

4,

БАТИЩЕВ Д.И., МОРОЗОВ В.Ф., АСЛАНОВ А.А, Гео­

метрический подход к реализации метода гибкой трассировки печатных проводников. - В кн.: Автоматизация проектирования

электронной аппаратуры. - Таганрог: ТР1П, 1982, вып. 1, с. 7 7 -8 0 .

10

Соседние файлы в папке книги