Разработка и исследование подсистемы учебно-исследовательской САПР РЭА

РЕЦЕНЗИЯ

на дипломную работу на тему:

"Разработка и исследование подсистемы

учебно-исследовательской САПР РЭА"

Горбач Дмитрия Александровича,

студента тр.Р-53, специальности "Радиотехника"

Дальневосточного Технологического института.

Представленная н рецензию дипломная работа содержит по-

яснительную записку в объеме 102а страницы печатного текста,

включая 37 илл., 7 таблиц, 14 библ. и 6 листов графического

материала формата А3.

В настоящее время в промышленности широкое распростране-

ние получили различные системы автоматизированного проектиро-

вания (САПР). В частности, для проектирования печатных плат

(ПП) широко используется система P-CAD, разработанная фирмой

Personal CAD System.

При подготовке специалистова радиотехническиха специаль-

ностей целесообразно организовать учебную исследовательскую

работу студентов на системах автоматизированного проектирова-

ния промышленного уровня.

В связи с этим, представленная на рецензию дипломная ра-

бота является актуальной.

В работе приводится обзор современных алгоритмов, исполь-

зуемых на различных этапах радиотехнических САПР - при расчете

конструктивного объема РЭА, компоновке печатныха плата и их

трассировке. На примере разработки двух блоков, отличающихся

составом элементной базы, произведены исследования возмож-

ностей программ пакета P-CAD. Приведена методика компоновки в

втоматическом и интерактивном режимах программы PC-PLACE, оп-

ределен последовательность действий оператора, позволяющая

достичь максимального использования ресурсова печатной платы.

Дана сравнительныйа анализа алгоритмова трассировкиа программы

PC-ROUTE. Расчет экономической эффективности САПР с применени-

ем данного пакета убедительно показывает снижение трудоемкости

работы проектировщиков более чем в два раза.

Дипломником самостоятельно разработана программа, содер-

жащая описания большого количества РЭК, позволяющая рассчитать

конструктивный объем проектируемых изделий и размеры печатной

платы, что не позволяет сделать система P-CAD.

Пояснительная записк содержит большое количество рисун-

ков, выполненных средствами компьютерной графики, в частности

в пакетах P-CAD, Picture Maker, Paint Brush и др.

Графический материал представлен плакатами, исполненными

на плоттере под управлением программы PC-PLOT. Подготовлен ряд

демонстрационных слайдов, поясняющих ход экспериментов и наг-

лядно отображающих результаты исследований.

Результаты работы - методика исследований и данные экспе-

риментов - могут быть использованы при организации курса лабо-

раторных работ на основе пакета P-CAD, так же будут полезны

разработчикам РЭА, использующим эту систему.

Дипломная работа заслуживает оценки "Отлично", диплом-

ник Горбач Д.А. присвоения квалификации радиоинженера.

Начальник отдела САПР

АО Приморгражданпроект И.В.Третьяков

.

Дальневосточный технологический институт

Кафедра радиоэлектроники и компьютерной техники

"УТВЕРЖДАЮ"

Зав.кафедрой

"" 1993г.

З А Д А Н И Е

на дипломное проектирование

студенту Горбач Дмитрию Александровичу

1. Тем работы:а Разработк иа исследование подсистемы

учебно-исследовательской САПР РЭА.

тверждена приказом по институту No 191/1 от 22.03.93.

2. Срок сдачи работы 01.06.93

3. Техническое задание к работе

3.1. Цель:а исследованиеа и разработк подсистем и

звеньев учебно-исследовательской САПР РЭА.

3.2. Решаемые задачи:а обзора алгоритмова и методов

конструирования печатныха плат;а pазpаботка пpогpаммы pасчета

констpуктивного объема РЭА; исследование алгоритмов, использу-

емыха ва системе автоматизированного проектирования на основе

пакет P-CAD;а технико-экономическоеа обоснование внедpения

pассматpиваемой САПР в пpомышленное пpоизводство.

4. Работ представляется пояснительной запиской и гpафи-

ческим матеpиалом.

5. Содержание пояснительной записки:а введение; обзоp ал-

гоpитмов, используемых в САПР РЭА (pасчет констpуктивного объ-

ема, модель печатной платы, алгоpитмы компоновки и тpассиpовки

печатных плат); исследование методов пpоектиpования и алгоpит-

мов, используемых в САПР РЭА на основе пакета P-CAD; экономи-

ческое обоснование внедpения pассматpиваемой САПР в пpомышлен-

ное пpоизводство; пpиложения (пpогpамма pасчета констpуктивно-

го объема РЭА, стpуктуpы баз данных пpогpаммы).

6. Перечень гpафического матеpиала (плакаты формата А3):

1) Пример I. Блок видеомагнитофона. Схем электрическая прин-

ципиальная;

2) Пример I. Компоновочный эскиз печатной платы.

3) Пример I. Трассировка в слое COMP.

4) Пример I. Трассировка в слое SOLDER.

5) Диаграмма - сравнение эффективности алгоритмов трассировки.

6) Диаграмма - снижение трудоемкости при внедрении САПР.

7. Консультант по экономическому разделу работы

Бешенцева О.В.

Дата выдачи задания 10.03.93.

Руководитель дипломного проектирования

Колесник Н.Я.

.

АННОТАЦИЯ

Горбач Д.А.

Разработка и исследование подсистемы

учебно-исследовательской САПР РЭА.

Дипломная работа. ДВТИ, 1993, 102 с., 37 илл.,

7 табл., 14 библ., 6 пл.

Цель дипломной работы - исследование и разработка

подсистем и звеньев учебно-исследовательской САПР РЭА на осно-

ве пакета P-CAD, в частности программ компоновки и трассировки

печатных плат, как наиболее трудоемкого и нуждающегося в авто-

матизации этапа проектирования радиоэлектронной аппаратуры.

В работе приводится обзор современных алгоритмов, исполь-

зуемых на различных этапах радиотехнических САПР - при расчете

конструктивного объем РЭА, компоновке печатныха плат и их

трассировке. С целью облегчить расчет конструктивного объема

проектируемыха изделий была разработана программа RTN (IBM PC,

Clipper), содержащая описание более 2 компонентов отечест-

венной элементной базы. На примере разработки двух разнотипных

блоков произведен ряд экспериментов с цельюа исследовать воз-

можности программ пакета P-CAD. Приведена методика компоновки

в автоматическом и интерактивном режимаха программы PC-PLACE,

определена последовательность действий оператора, позволяющая

достичь максимального использования ресурсов печатнойа платы.

Дана сравнительныйа анализа алгоритмова трассировкиа программы

PC-ROUTE. Расчет экономической эффективности САПР с применени-

ем данного пакета убедительно показывает снижение трудоемкости

работы проектировщиков более чем в два раза. При внедрении по-

добной асистемы н промышленном предприятии срок окупаемости

составит 2-3 месяца.

Результаты работы - методика исследований и данные экспе-

риментов - могут быть использованы при организации курса лабо-

раторных работ на основе пакета P-CAD, так же будут полезны

разработчикам РЭА, использующим эту систему.

.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1. АНАЛИЗ АЛГОРИТМОВ САПР ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ 6

1.1. Модель печатной платы для электрических соединений 6

1.2. Алгоритмы компоновки печатных плат 11

1.3. Алгоритмы проектирования печатного монтаж 19

1.4. Способы соединения контактов 39

2. ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В СИСТЕМЕ P-CAD 41

2.1. Постановка задачи 41

2.2. Пример I. Блок видеомагнитофона. 41

2.3. Пример II. Имитатор целей РЛС. 65

3. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ САПР P-CADа 81

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 90

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 92

Приложение I. Программа RTV. 93

.

ВВЕДЕНИЕ

С величениема степени интеграции современной радиоэлект-

ронной аппаратуры (РЭА) существенно возрастает иа трудоемкость

ее проектирования. Это связано с ростом размерности задач, ре-

шаемых в процессе разработки. Эффективныма средствома решения

этой проблемы является применение компьютерной техники на всех

этапах создания РЭА. В последнее время методы автоматизирован-

ного проектирования, как и радиоэлектроника в целом, находятся

на этапе стремительного совершенствования. Поскольку высокоэф-

фективные компьютеры перестали быть редкостью, методы машинно-

го проектирования постепенно превращаются в инструмент, поль-

зоваться которым может практически каждый.

Инженер по радиоэлектронике и автоматике в условияха тех-

нической оснащенностиа интеллектуальнойа деятельности должен

свободно владеть средствами математического и программного мо-

делирования и решения задач проектирования и эксплуатации ап-

паратуры с помощью ЭВМ. При этом, направленное обучение специ-

листова по использованию компьютерной техники и программного

обеспечения АМа инженера, является весьм актуальным и

обусловлено широкима внедрениема в инженерную практику персо-

нальных ЭВМ.

В настоящее время в промышленности широкое распростране-

ние получили различные системы автоматизированного проектиро-

вания (САПР). В частности, для проектирования печатныха плат

(ПП), гибридных интегральных схем (ГИС), микросборок (МБС) и

другиха подобныха конструктивова широко используется система

P-CAD, разработанная фирмой Personal CAD System. По оценке

специалистов система P-CAD является несомненным лидерома среди

другиха система аналогичного назначения, функционирующиха на

персональных компьютерах класса IBM PC.

Cистема P-CAD (Personal Computer Aided Design) предназна-

чена для автоматизированного проектирования печатныха плат.

Данный пакет включает в себя средства, позволяющие пользовате-

лю создавать описания радиоэлектронныха компонентова (РЭК),

электрическиха принципиальныха схем, задавать форму печатной

платы, расставлять РЭК на плате как вручную, так и автомати-

чески, также производить трассировку печатной платы. Резуль-

таты могут быть выданы на принтер, плоттер, фотошаблон.

- 5 $$$

При подготовке специалистова радиотехническиха специаль-

ностей целесообразно в курсах по конструированию РЭА (или ана-

логичных курсах) организовать учебную исследовательскую работу

студентова на системах автоматизированного проектирования про-

мышленного уровня, преследуя при этом следующие цели:

- сформировать достаточно полное представление оба основ-

ных элементах, структуре и принципах функционирования промыш-

ленных систем автоматизированного проектирования;

- способствовать получению своеобразного "фундамента" для

упрощения в дальнейшем освоения других промышленных систем ав-

томатизированного проектирования.

Необходимость организации такойа работы пользователей со

средствами САПР РЭА в диалоговом режиме ставита задачу разра-

ботки учебных систем диалогового проектирования, ориентирован-

ных на дисплейные классы. Рассмотренная система на основе паке-

т P-CAD предназначена для конструирования разнообразных ст-

ройств РЭА и изучения методов и алгоритмов автоматизированного

проектирования.

Целью данной дипломной работы является исследование раз-

личных алгоритмов и методов, используемых пакетома P-CADа для

решения задач размещения радиоэлектронных элементов и трасси-

ровки печатных плат. Эти задачи составляют основу подсистемы

учебно-исследовательской САПР, связанной с вопросами компонов-

ки и топологии, как наиболее трудоемкого и нуждающегося в ав-

томатизации этапа проектирования радиоэлектронной аппаратуры.

.

- 6 $$$

1. АНАЛИЗ АЛГОРИТМОВ САПР ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

1.1. Модель печатной платы для электрических соединений

Использование формальных методов проектирования топологии

проводникова н монтажныха платаха требует решения вопросов о

компьютерном представлении модели поверхностей слоев платы.

Необходимым словием корректности модели монтажного

пространства является требование адекватности отображения в

ней всех факторов, определяющих ресурсы и ограничения прообра-

за при проектировании печатного монтажа. К числу основных па-

раметров модели следует отнести: число слоев и размеры каждого

слоя платы, координаты и геометрию контактов, допустимые формы

печатныха проводникова и минимальные зазоры между ними, зоны

запрета на трассировку.

Наибольшее распространение в практике трассировки получи-

ла ортогональная модель поля платы. Рассмотрим правила постро-

ения такой модели.

Пусть на каждый слой платы, имеющей контакты, проводники

и зоны запрета, наложена некоторая регулярная сетка, образо-

ванная множествами вертикальныха иа горизонтальныха прямыха и

состоящая из ячеек размером (dx x dy) каждая.

Каждой ячейке соответствует некоторый признак, значение

которого идентифицирует одну из следующих ситуаций:

- ячейка содержит участок проводника, зоны запрета или контакта, то есть ячейка занята и через нее недопустима прокладка

проводника;

- ячейка не содержит перечисленных выше компонент.

Размеры dxа и dyа выбираются иза словия: dx >= Hmin,

dy >= Hmin, где Hmin - минимальное расстояние между осями двух

параллельных сигнальных проводников.

Введенную сетку, покрывающую монтажное пространство слоя

платы, будем называть дискретной сеткой.

Описанная дискретная модель достаточно просто формируется

и представляется в компьютерной памяти са помощьюа двумерного

числового массива-матрицы, каждыйа компонент которого взаим-

но-однозначно соответствует одной ячейке сетки. Соответствую-

щий ячейке нулевой код означает, что она свободна для проклад-

ки печатного проводника, ненулевой код станавливает запрет на

- 7 $$$

прокладку.

Платы с двумя и более слоями монтажа программно представ-

ляются в видеа трехмерного массива-матрицы M( x, y, z), где

значения индекса z соответствуют номерам слоев платы.

Недостатком матричного отображения монтажного прост-

ранства плат является большой объем компьютерной памяти, тре-

буемый для представления этой модели. Однако до настоящего

времени она остается наиболее популярной.

Рассмотрим вопрос о размещении матрицы в компьютерной па-

мяти и системуа адресации ее элементов. Актуальность данного

вопроса связана с повышением быстродействия алгоритмов трасси-

ровки, использующиха матричную модель. Для большинства совре-

менных компьютеров характерна векторная структур представле-

ния многомерных массивов (в частности, трехмерных M( x, y, z).

Положение элемента матрицы M( x, y, z) относительно начального

дреса вектора V определяется выражением

kj = (zj - 1) * Xo * Yo + Xo * (yj - 1) + xj (1.1)

где kj - индекс вектора V;а Xo, Yo - максимальные значения ин-

дексов x и y для матрицы M.

Представленная схема адресации элементов матрицы в векто-

ре Vа имеет один существенный недостаток. Действительно, при

распространении волнового фронта (см.п.1.3.6) на каждой итера-

ции обработки очередного элемента выполняется анализ состояния

матрицы в соответствии с рис. 1.2.

В даннома случае рассмотрение осуществляется на одном из

слоев, например Zj = 1. Если положить индексы текущего дискре-

та в M( x, y, z), Xj и Yj, то в векторе V этот дискрет займет

положение kj в соответствии с (1.1). Тогда дискреты 1, 2, 3, 4

(рис. 1.2)а будут занимать места в векторе V в соответствии со

следующими выражениями:

1. kj = kj + Xo

2. kj = kj + 1

3. kj = kj - Xo

4. kj = kj - 1

.

- 8 $$$

Zj = 1 Zj = 2

┌───┬───┬───┐ ┌───┬───┬───┐

3 │ G │ H │ I │ 3 │ P │ R │ S │

├───┼───┼───┤ ├───┼───┼───┤

2 │ D │ E │ F │ 2 │ M │ N │ O │

├───┼───┼───┤ ├───┼───┼───┤

1 │ A │ B │ C 1 │ J │ K │ L │

└───┴───┴───┘ └───┴───┴───┘

Yjа /а 1 2 3 Yjа /а 1 2 3а ]

Xj Xj

а) б)

V

┌───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬─ ─┬───┬───┐

│ A │ B │ C │ D │ E │ F │ G │ H │ I │ J │ K │ ... │ R │ S │

└───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴─ ─┴───┴───┘

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10а 11 17а 18

Kj

в)

Рис. 1.1. Иллюстрация расположения элементов матрицы в

векторной структуре:а а, б - словное представление элементов

матрицы M( x, y, z) (Xo = Yo = 3);а в - расположение элементов

матрицы M( x, y, z) в векторной структуре.

┌───┐

│ 1 │

│

┌──────┼───┼──────┐

│ 4 <─ │ O │ ─> 2 │

└──────┼───┼──────┘

а │

│ 3 │

└───┘

Рис. 1.2. Схема анализа соседних элементов.

.

- 9 $$$

Очевидно, что такое расположение элементов вектора явля-

ется неудачным, так как требует для анализа этих четырех эле-

ментов четыре команды обращения к памяти. Практика трассировки

показывает, что операции выборки и анализа дискретов при расп-

ространении волнового фронт полностью определяюта быстро-

действие алгоритма. Поэтому актуальной задачей является поиск

новых вариантов упаковки элементов массивов в векторы, позво-

ляющих сократить количество обращений к последним.

Одним иза решений этой задачи является диагональное

представление рабочего поля платы в компьютерной памяти [1],

где паковка массива производится по следующей формуле:

kj = [(xj + yj)*Yo + yj + (zj - 1)*Xo*Yo] mod( Zo Xo Yo) (1.2)

где

T, при T <а q

T mod(q) = {

(T - q), при T >= q

В 1.2а предполагается, что индексы трехмерной матрицы

M( x, y, z) лежат в следующих диапазонах:

x E [ 0, Xo - 1]

y E [ 0, Yo - 1]

z E [ 0, Zo - 1].

На рис. 1.3а представлена иллюстрация паковки элементов

матрицы M( x, y, z) в вектор V.

Анализ (1.2) и иллюстрация показывают, что данная паков-

ка выгодно отличается от предыдущей тем, что элементы, сосед-

ние с каждым текущим (рис.1.2) приа распространении волнового

фронта, располагаются в векторной структуре попарно с соседни-

ми. Такое расположение элементов позволяет сократить число об-

ращений к памяти вдвое з счет одновременной выборки пары

соседних элементов. Сопутствующий положительный эффект

представленной упаковки элементов является и то, что программе

поиска пути волновым методом нет необходимостиа "помнить", на

каком слое находится данный текущий элемент. Переход с любого

- 10 $$$

Zj = 1 Zj = 2

┌───┬───┬───┐ ┌───┬───┬───┐

3 │ G │ H │ I │ 3 │ P │ R │ S │

├───┼───┼───┤ ├───┼───┼───┤

2 │ D │ E │ F │ 2 │ M │ N │ O │

├───┼───┼───┤ ├───┼───┼───┤

1 │ A │ B │ C │ 1 │ J │ K │ L │

└───┴───┴───┘ └───┴───┴───┘

Yjа /а 1 2 3а Yjа /а 1 2 3а ]

Xj Xj

а) б)

V

┌───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬─ ─┬───┬───┐

│ A │ R │ B │ D │ S │ C │ E │ G │ J │ F │ H │ ... │ N │ P │

└───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴─ ─┴───┴───┘

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10а 11 17а 18

Kj

в)

Рис. 1.3. Иллюстрация расположения элементова матрицы в

векторной структуреа при диагональном представлении рабочего

поля.

из двух слоев на другой выполняется всегда корректно приа уве-

личении zj на единицу.

И, наконец, диагональноеа представление модели рабочего

поля позволяет осуществлять эффективный контроль з процессом

распространения волнового фронта, не позволяя значению индекса

элемента выходить за границы размера массива.

.

- 11 $$$

1.2. Алгоритмы компоновки печатных плат

1.2.1. Общие вопросы практики компоновки

Компоновка РЭ - размещение ва пространствеа или на

плоскости ЭЛ, имеющих электрические соединения в соответствии

са принципиальной схемой, и обеспечение допустимого минимума

паразитныха взаимодействий, которыеа не нарушают значения

расчетных выходных параметров РЭА.

Энергетическое несовершенство РЭА по преобразованию энер-

гии источников питания в энергию выходного сигнала (чаще всего

КПД = 10e-3...10e-10) - причин большиха тепловыделений, для

отвод которыха требуется развитие поверхности конструкций и

высокая эффективность теплоносителя.

Емкостные и индуктивные ЭЛ РЭА требуют для нормальной ра-

боты определенного пространства, в котором при их работе воз-

никают электрические и магнитные поля. Их локализация требует

увеличения объема конструкции РЭА либо использования специаль-

ных экранов.

Сложные словия эксплуатации, энергетическое несовер-

шенство РЭА, необходимость чет приа компоновке "объемов"

электрических и магнитных полей - причин усложнения проблем

компоновки Ла РЭА, которая может быть определяющим фактором

при выборе того или иного компоновочного решения РЭА. Поэтому

компоновочными моделямиа ЭЛ РЭА в целом являются не геометри-

чески адекватные им модели, модели, геометрически обобщающие

всю совокупность их свойств. Такая модель называется обобщен-

ной геометрической моделью (ОГМ).

Сложность расчет объем и формы ОМа [2]а -а причина

использования в практике компоновочных работ прощенных компо-

новочныха моделей в виде становочных объемов Vуст или площади

Sуст ЭЛ. Vуст (Sуст) - прямоугольный параллелепипеда (прямоу-

гольник), описанный вокруг ЭЛ с четом его максимальных уста-

новочных размеров, требований по монтажу и регулировке и до-

полнительных объемов или пространства, обеспечивающих его нор-

мальную работу при данном тепловыделении, электрических и маг-

нитных взаимодействиях.

Размеры ОГМ (Vуст и Sуст) - функция геометрии Ла и его

режим работы. При малых коэффициентах нагрузки (Кн) по мощ-

- 12 $$$

ности (0.1...0.3) можно использовать прощенныеа соотношения

для вычислений Vуст и Sуст по нормированным установочным раз-

мерам (рис.1.4):

Vуст = 1.5 * Amax * Bmax * Hmax

Sуст = 1.3 * Amax * Bmax

При значенияха Кн > 0.3...0.5 вычисление Vуст и Sуст зат-

рудняется, так как необходимо вычисление объемной или плоской

ОГМ со сложными образующими (рис.1.5), что требует знания на-

чальных и граничных словий.

1.2.2. Аналитическая компоновка

В основе аналитической компоновки лежат выражения

Vs = Kv * SUM( Vустi) = ( 1/Kvзап) * SUM( Vустi)

Ss = Ks * SUM( Sустi) = ( 1/Ksисп) * SUM( Sустi)

где Vs (Ss) - суммарный объем (площадь) РЭА;

Kv (Ks) - коэффициенты величения объем (площади), зависящие ота назначения и словий эксплуатации и

равные 5..1 (3..1);

Vустi (Sустi) - становочный объем (площадь) i-го элемента

Kvзап - коэффициент заполнения РЭА по объему (0.2...0.1)

Ksисп - коэффициент использования площади платы, шасси и

т.п. (0.33...1).

Объемная масс РЭ обычно лежит в пределах

0.4...1.6 г/см^3.

Расчет конструктивного объема РЭА по вышеизложенному ме-

тоду реализован в программе RTV, являющейся авторской разра-

боткой (Приложение I). Программа производит расчет объемов из-

делия и площади печатной платы, так же сообщает рекомендуе-

мые размеры платы. Баз данныха программы насчитывает свыше

2 компонентов отечественной элементной базы, проста и доб-

на ва использовании. Результаты расчетов могут использоваться

.

- 13 $$$

на различных этапах проектирования РЭА, в частности служить в

качестве исходной информации для компоновки печатных плат.

1.2.3. Задачи компоновки печатных плат РЭА

Цель компоновки заключается в создании наилучшиха словий

для последующего синтез топологии электрических соединений

при выполнении конструкторских и технологическиха ограничений.

Н решениеа задачи компоновки большое влияние оказывают типы

проектируемых блоков. В зависимости от типа блок (цифровой,

налоговый илиа цифроналоговый)а решаются различные задачи и

определяется тот или иной метод их решения.

Элемент блока является одновременно геометрическим объек-

том Ti( Xi, Qi), где Xi, Qi - параметры становки элемента, и

элементом схемы соединений. Задача компоновки состоит в опти-

мизации оценки качества Ф( X1, Q1, Г1,..., Xn, Qn, Гn), при

условиях непересечения геометрических объектов, соответствую-

щих любой паре элементов и расположения каждого элемента в по-

ле платы.

Эта задача является многопараметрической задачей оптими-

зации. Аналитический вид зависимости оптимизируемого критерия

от параметров компоновки неизвестен, в связи са этима решение

задачи в общей постановке невозможно. Задача компоновки разби-

вается на ряд частных задач, которые согласуются со спецификой

проектирования субблоков РЭА.

В процессе размещения минимизируются суммарная длина сое-

динений и максимальное число соединений в сечении канала. Об-

щая стратегия состоита в получении начального размещения и в

последующем его улучшении с помощью ряда итерационных алгорит-

мов, применяемых в различных порядках.

1.2.4. Допущения, прощающие задачу

Анализ практических задач, возникающих при проектировании

конкретных устройств РЭА, позволил выделить следующие ограни-

чения, прощающие постановку задач паковки: пространство про-

ектирования двумерное; гол поворота системы координат элемен-

- 14 $$$

та относительно системы координат платы может принимать значе-

ния: 0', 90', 180' или 270'; координаты расположения элементов

на поле платы при упаковке могута принимать только конечное

множество значений;а все типы элементов, как геометрические

объекты, имеют вид прямоугольников.

1.2.5. Последовательный алгоритма паковкиа элементова на

плате с заданной сеткой посадочных мест

Пусть во множество A входят элементы k видов T1, T2,...,

Ti,..., Tk. Некоторые элементы могут быть фиксированы на поле

платы. Тогда паковка производится в следующей последователь-

ности:

Шаг 1. Вычеркивание занятых посадочных мест из заданной

сетки, в том числе учитываются фиксированные элементы;

Шаг 2. Выбор вида элемента. Из множества элементов A вы-

бирается один вида Ti. Критерии выбора могут быть различными.

Например:а выбор по наибольшим габаритам, по наибольшему коли-

честву контактов, по наибольшему количеству элементов в виде;

Шаг 3. Производится последовательно-одиночная упаковка

элементов выбранного вид ва заданное множество посадочных

мест. Занятые посадочные места отмечаются;

Шаг 4. Контроль пакованных элементов на наложение с сет-

кой посадочных мест неупакованных элементов.

Шаг 5. Проверка на возможность дальнейшей паковки. Про-

веряется возможность ва свободные посадочные места упаковать

оставшиеся элементы. Если возможно, переходим к следующему ша-

гу, иначе меняется последовательность паковки.

Шаг 6. Поиск незанятых посадочных мест, оставшихся после

упаковки данного вида элементов. Координаты этих посадочных

мест запоминаются для дальнейшего использования программами

расстановки.

Шаг 7. Проверка на завершение. Все виды элементов пако-

ваны?а Если нет, переходим ко второму шагу, иначе упаковка за-

вершена.

Рассмотренный алгоритма проста ва реализации, не требует

большого объема компьютерной памяти, время счета линейно за-

.

- 15 $$$

висита ота количества видов элементов и практически не зависит

от количества элементов в каждом виде.

1.2.6. паковк элементова н плате беза задания сетки

посадочных мест

В данном случае возникает необходимость ва автоматическом

построении сетки посадочных мест. Пространство проектирования

покрывается сеткой квадратов t1 x t2 и поле проектирования To

представляется в виде порядоченных пар ( t1, t2) индексов по-

павших в него квадратов - позиций. В каждую позицию поля про-

ектирования может быть становлен полюс элемента Ti( Xi, Qi),

где Xi=( t1i, t2i), Qi={ 0, 90', 180', 270').

Задачу паковки можно свести к линейной (одномерной). Это

даст возможность использовать при решении методы целочисленно-

го программирования, простит и скорит получение результата.

1.2.7. паковк элементов методом раскроя

Для решения задачи паковки без задания сетки посадочных

мест можно использовать алгоритмы задачи раскроя прямоугольно-

го листа на прямоугольные заготовки, суть которого состоита в

следующем:а задан плоский лист размером X на Y и m прямоуголь-

ных площадок размером xi на yi, i = 1...m. Требуется найти на-

именьшее неотрицательное решение функционального равнения:

f(x,y)=MAX{ max( f(i,y)+f(x-i,y)), max( f(x,i)+f(x,y-i))} (1.3)

i=0..x i=0..j

обеспечивающее условия

f( x, 0)а = f(0,y) = 0, f(xi,yi) >= Ci, (1.4)

где Ci - стоимость i-й детали.

.

- 16 $$$

Функция f(x,y), являющаяся наименьшим решением равнений

(1.3)-(1.4), кусочно-постоянна, не бывает по x и y и допуска-

ет представление

f(x,y) = maxа (а fjа ),

j:xj<=x,yj<=y

где { xj, yj, fj} - некоторый набор троек чисел.

Идея метода состоит в последовательном итерировании реше-

ния (1.3) путем пересчета набора троек по следующим правилам.

Пусть задан некоторый набор троек (xj, yj, fj), j = 1..R.

Примем, что xj<=X, yj<=Y для любых j1,j2 положим

x'(j1,j2) = xj1 + xj2,

y"(j1,j2) = yj1 + yj2,

x"(j1,j2) = MAX{ xj1, xj2 },

y'(j1,j2) = MAX{ yj1, yj2 }.

Назовем записью набор из натуральных чисел n, k и списка

троек (xj,yj,cj), расположенныха так, что если i=1..kа и

j=i..n, то либо xi<x, либо xi=xj и yi<yj. Первые k троек назо-

вем началом списка. Это стабильная часть списка, которая будет

изменяться только за счет величения. Когда весь список будет

состоять из n троек, процесс заканчивается.

Алгоритм паковки:

Шаг 1. Начальное формирование записи с пустым началом. В

список включаются все имеющиеся элементы. Если какие-либо эле-

менты разрешается переворачивать, то в список, кромеа тройки

(xi,yi,ci), включается и тройка (xi,yi,ci)k=0. Переход к шагу

4.

Шаг 2. Пополнение начала. Из n-k троек, не входящих в на-

чало, выбирается тройка с наименьшим x, если их несколько,

то та, у которой наименьшая y. Эта тройка ставится на k+1-е

место, k присваивается значение k+1.

Шаг 3. Пополнение списка. Для всех i=0..k формируются

тройки:а (x'(i,k), y"(i,k),fi+fk) и (x"(i,k), y"(i,k),fi+fk).

Те из них, которые довлетворяют ограничениям, включаются в

список с изменением n.

- 17 $$$

Шаг 4. Редукция списка. Осуществляется процесс попарного

сравнения троек. Если найдутся такие i и j, что xi<=x, yi<=yj

и fj<=fi, то j-я тройка исключается из списка. Очевидно, что

ни одна из троек начала не будет исключена. Если после этого

исключения окажется, что n=k, процесс завершается и f(X,Y) =

max(fj), иначе переход на шаг 2.

Изложенный метод прост в реализации и не требует большого

объема памяти.

Из алгоритмов компоновки монтажныха плата следуета также

упомянуть алгоритма совместного решения задачиа упаковки и

расстановки без задания сетока посадочныха мест, описанный в

[1]. Работа его осуществляется в три этапа: упорядочение эле-

ментов, паковка элементов, оптимизация размещения, полученно-

го при паковке.

Большинство существующих промышленных систем САРа помимо

применения описанных алгоритмов до начала трассировки осущест-

вляют дополнительную оптимизацию полученных вариантов размеще-

ния -а производята распределение элементов по сторонам платы,

назначение цепей на контрольные гнезда и выводы соединителей,

переназначение эквивалентных контактова деталей. Все эти

действия позволяют улучшить исходную компоновку элементова и

облегчить проведениеа последующего этап разработкиа РЭ -

трассировки печатной платы.

1.3. Алгоритмы проектирования печатного монтажа

1.3.1. Задача трассировки межсоединений монтажных плат

Одним иза основных этапов технического проектирования РЭА

является процесс прокладки межконтактных электрическиха соеди-

нений н поле монтажныха плата ва соответствииа с заданными

конструкторско-технологическими ограничениями н их аформу и

размеры. Этота процесса получил название трассировки электри-

ческих (печатных) проводников. Задача трассировки формулиру-

ется так:а на заданном множестве слоев монтажной платы необхо-

димо определить формы всех электрических соединений, обеспечи-

вающих функционирование проектируемого электронного уст-

- 18 $$$

ройства. Наиболее распространенным критерием качества трасси-

ровки (а также и предшествующих фаз этапа технического проек-

тирования) является процент (или доля)а разведенныха цепей по

отношению к их общему числу. В ряде случаев при техническом

проектировании многослойныха печатныха плата (МПП) качество

трассировки оценивается числом слоев, требуемых для реализации

всех заданных электрических соединений.

При проектировании печатного монтажа могут использоваться

и другие критерии качества, такие как ограничение длин элект-

рических соединений для части или всех цепей, обеспечение тре-

буемых характеристик быстродействия проектируемого стройства.

Ва ряде случаев для обеспечения помехоустойчивости минимизиру-

ются длины параллельных частков близко расположенных печатных

проводников, принадлежащих разным цепям. Последние два крите-

рия в настоящее время становятся все более актуальнымиа и су-

щественным образома сложняют процесс синтеза печатных провод-

ников с точки зрения довлетворения основного критерия качест-

ва трассировки.

Результаты автоматической трассировкиа должны оставлять

возможность для трассировки в интерактивном режимеа нереализо-

ванных соединений. Поэтому на рабочем поле трассировки должны

сохраняться ресурсы для дотрассировки.

Для максимизации числ автоматически построенных трасс

необходимо предотвращать блокировку выводов элементов, к кото-

рым еще не подведены соединения. Экспериментально становлено,

что вероятность блокировки меньшается при использовании преи-

мущественных направлений трасса ва слоях (в одном слое прово-

дятся, в основном, горизонтальные отрезки, в другом - верти-

кальные) и построении трасс в порядке величения сложности.

В настоящее время существует и функционирует широкий на-

бор систем, обеспечивающиха автоматизированное проектирование

монтажных плат. Однако до сих пор этапа трассировкиа является

"узким" местом в системах технического проектирования. Несмот-

ря на большую номенклатуру современных алгоритмов размещения и

трассировки, проблема получения проектов с требуемым качеством

остается нерешенной. Это объясняется следующими факторами.

1. Этапы размещения и трассировки в силу иха трудоемкости

ва программныха реализациях разделяются на последовательно вы-

полняемые шаги.

- 19 $$$

2. Методы решения задач размещения и трассировки базиру-

ются на эвристических предпосылках и, следовательно, не гаран-

тируют полной трассируемости соединений на заданнома конструк-

тиве.

3. Подавляющее большинство современных методов трассиров-

ки печатных проводников относится к классу алгоритмов последо-

вательного типа, не обеспечивающих выполнения формального ана-

лиз метрико-топологическиха зависимостей в расположении про-

водников и контактов на поле платы с целью поиск оптимальной

укладки электрических соединений.

4. Практически во всеха эксплуатируемыха системаха техни-

ческого проектирования отсутствуюта эффективные программные

средства доразводки печатного монтажа в автоматическом режиме.

Перечисленные особенности нередко приводят к тому, что

проект, получаемый в автоматическом режиме, требуета внесения

доработок конструкторома со всемиа вытекающими иза этого не-

достатками.

1.3.2. Входная информация для решения задачи трассировки

Исходные данные для трассировки определяются при состав-

лении исходного задания на проектирование и дополняются после

выполнения операций компоновки и назначения (см.п.1.2). В ито-

ге входная информация для трассировки представляется двумя

компонентами:а спискома трассируемых контактов и моделью

представления поля печатной платы.

Решение задачи трассировки соединений предполагаета пред-

варительное выполнение следующих основных этапов:

1. Определение списка всех проводников, которые должны быть

проложены между парами различных контактов.

2. Распределение проводников по слоям.

3. Определение последовательности трассировки проводникова в

каждом слое (назначение парных соединений в каналы при канальной трассировке).

4. Собственно трассировка проводников.

.

- 20 $$$

1.3.3. Алгоритм Прима

На первом этапе необходимо решить, в какой последователь-

ности следует соединять контакты одной цепи (т.е. становить

Перечень Проводникова одной цепиа для каждой пары контактов),

чтобы суммарная длина всех соединений цепи был минимальна.

Эта задача сводится к задаче построения Минимального Связываю-

щего Дерева. На рис.1.6а приведен пример такого дерева для се-

ми контактов.

Наибольшее распространение для решения этой задачи на

компьютераха получил алгоритм Прима [3]. На первом шаге алго-

ритма для произвольного контакта из n находится ближайшая вер-

шина и соединяется ребром. На остальных n-2 шагах из множества

неподсоединенных контактов выбирается тот, который находится

ближе всего к группе же связанных контактов и соединяется

кратчайшим ребром. На рис.1.6б показаны фрагменты дерева ( x1,

x2, x3, x4, x5) после четвертого шага алгоритма, ближайший

контакт x6 и кратчайшее ребро ( x5, x6), имеющее минимальную

длину среди всех возможных ребер, показанных пунктиром. Ва ре-

зультате перечень для трассировкиа цепи н рис.1.6 будет

[(x1,x2) (x2,x3) (x2,x4) (x4,x5) (x5,x6) (x6,x7)].

Алгоритм Прим применяется для определения числа пересе-

чений проводников и оценки качества решения задачи размещения.

Для печатного монтаж лучшие результаты будут получены,

если искать минимальное дерево в координатной сетке; такое де-

рево называется Минимальным Ортогональным Деревом (рис.1.6в).

Особенность задачи заключается в том, что при построении дере-

ва допускается введение дополнительных вершин x1' и x2', та-

кое дерево называется Деревом Штейнера. Для решения задачи в

данной постановке применяется ортогональная метрика и разрабо-

таны алгоритмы, аналогичные алгоритму Прима.

1.3.4. Распределение проводников по слоям

Распределение может быть выполнено двумя способами:

.

- 21 $$$

1. Последовательно проводят соединения до заполнения оче-

редного слоя, после чего переходята к заполнению следующего

слоя (приа таком подходе получается большое число слоев и не-

равномерное их заполнение).

2. Подсчитываюта возможное число пересечений проводников,

совмещенных в одном слое, затем проводята распределениеа по

слоям.

Подсчет возможного числ пересеченийа проводникова можно

осуществить для двух различных представлений соединения двух

контактов на плоскости:

1. Соединения представляются в виде прямолинейных отрез-

ков и их пересечения определяются по равненияма прямыха линий

(рис.1.7а).

2. Соединения представляются в ортогональном пространстве

и их пересечения определяются по равнениям прямых, параллель-

ных осям координат (рис.1.7б) или по факту перекрытия мини-

мальных прямоугольников, построенных для соответствующих кон-

тактов (x1,x2) и (x3,x4) на рис.1.7в.

Обе оценки дают завышенное число возможных пересечений и

имеют примерно одинаковую эффективность.

1.3.5. Определение порядка трассировки проводников

Определение порядка трассировки проводников в каждом слое

связано с тем, что спех трассировки очередного проводника су-

щественно зависит от конфигурации же проведенных трасс. Так

как задача не формализуется теоретическимиа методами, для ее

решения разработаны различные эвристические алгоритмы.

Наибольшее распространение получили методы, основанные на

оценке длины проводников. Здесь возможны два подхода:

1. Соединение проводников в порядке возрастания длины от-

дельных проводников (в качестве оценки длины принимается крат-

чайшее расстояние между соединяемыми контактами). Этота метод

основана н тома соображении, что короткие проводники вносят

меньше конфликтных ситуаций.

2. Соединение проводникова в порядке бывания длины про-

водников, так как длинные проводники труднее трассировать.

.

- 22 $$$

С точки зрения минимальной суммарной длины соединений оба

подхода дают примерно одинаковые результаты. Другие методы

упорядочения связаны с четом степени влияния проводников друг

на друга по площадиа перекрытия минимальныха прямоугольников

(см. рис. 1.7в), с четом числа контактов, попадающих в мини-

мальный прямоугольник, или с другими критериями.

Для эффективного использования ресурсов многослойной пе-

чатной платы решается задача распределения строящихся провод-

ников между слоями. Своевременное выявление конфликтова между

цепями и их устранение путем разнесения соответствующих печат-

ных проводников на различные слои позволяета существенно по-

высить качество трассировки.

1.3.6. Волновой алгоритм трассировки соединений и его

модификации

Среди множества алгоритмов трассировки электрических сое-

динений наиболее распространенным является волновой алгоритм

(алгоритм Ли). Он обладает высокой степенью общности, прост в

реализации и имеет широкий спектр применимости для трассировки

двухслойных, многослойных печатных плат, БИС и т.д. Основан на

"просмотре" возможных вариантов решений и выборе из ниха одно-

го, удовлетворяющего требованиям поставленной задачи.

Решение задачи с использованием волнового алгоритма пред-

полагает два этапа:а на первом осуществляется поиска возможных

решений - распространение волны, на втором выбирается решение,

удовлетворяющее условиям поставленной задачи - построениеа об-

ратного следа.

Модель поля платы для трассировки представляется совокуп-

ностью дискретов (см.п.1.1). Все множество дискретов модели D

разделяются на два подмножества D' и D". Подмножество D' объ-

единяет в себе те дискреты модели, которые допустимо исполь-

зовать для прокладки через них печатныха проводников. Подмно-

жество D"а состоита иза дискретов, череза которые недопустима

прокладка трасс. Каждому дискрету из D присвоены дв числа:

весовой коэффициент Pj, определяющий особенности расположения

j-го дискрета на модели поля; волновое число Aj, характеризую-

- 23 $$$

щее факта частия данного дискрета в процессе распространения

числовой волны.

Два дискрета с координатами (Xi,Yi) и (Xj,Yj) будем назы-

вать соседними, если для них выполняется словие:

│Xi - Xj│ + │Yi - Yj│ = 1.

Всем дискретам D" присвоим значения P, равные некоторому

большому числу. Тогда схема волнового алгоритма на дискретной

модели поля может быть представлена следующим образом.

Шаг 1. Разметка всех дискретов из D' кодом A=0. Обнуление

ячеек массивов фронтов X и Y.

Шаг 2. Окраска точки "истока" волны (Xo,Yo).

Шаг 3. Далее Ao := Po; K := 1; X(1) := Xo; Y(1) := Yo.

Шаг 4.а Xj := X(1);а Yj := Y(1); Если X(1) = Y(1) = 0, то

перейти к п.6.

Шаг 5. Последовательно выбрать все дискреты с координата-

ми (Xi,Yi), удовлетворяющими следующему равнению:

│Xi - Xj│ + │Yi - Yj│ = 1.

Если характеристические числа удовлетворяюта одновременно

двум словиям: Pi <> OO и Ai < Pj + Pi, то K := K + 1; X(K) :=

Xi; Y(K) := yi, Ai = Pj + Pi;а продолжениеа операций шаг 5

(если Piа =а OOа или аAi >= Pj + Pi). После просмотра и соот-

ветствующей обработки дискретов на шаге 5 выполнить сдвига со-

держимого массивов X и Y на одну ячейку влево. Перейти к чет-

вертому шагу.

Шаг 6. Окончание процесса.

Пример работы представленной схемы волнового алгоритма

приведен на рис.1.8.

1.3.7. Канальные методы трассировки

Канальные методы трассировки определяют одно из самосто-

ятельных направлений решения задача топологического синтеза.

Эти методы имеют определенные преимущества перед другими, но

им присущи также и недостатки. Наибольшее распространение ка-

- 24 $$$

нальные методы получили при проектировании больших интеграль-

ных схем. Однако это не исключает их использование в практике

трассировки монтажных плат.

Основной единицей модели поля при канальнойа трассировке

является канал, представляющий множество свободных для трасси-

ровки вертикальныха и горизонтальных каналов-магистралей,

расположенныха междуа рядами запрещенных для трассировки зон.

Соединения между соседними каналами осуществляются череза так

называемые проходные блоки или через внешнюю область монтажа.

Процесс канальной трассировки обычно разделяют на

несколько этапов [ 4, 5].

Создание канала.

На этом шаге элементы же размещены, иа интервалы между

ними достаточны для проведения любых проводников питания и за-

земления, которые должны находиться в этих интервалах, и со-

держат некоторое пространство для проводников других цепей.

Нам не нужно особенно заботиться о ширине интервалов, посколь-

ку, если нама не дастся найтиа разводку сетей в выделенном

пространстве, мы сделаем очередную попытку с лучшим пониманием

того, какой величины должена быть каждый интервал в действи-

тельности.

Мы должны разделить все пустое пространств вокруг элемен-

тов на каналы, которые определим как условные прямоугольники

пустого пространства. Основная цель здесь состоит в том, чтобы

выполнить разделение как можно проще; "простота" формально оп-

ределена тема словием, чтобы общая длина ребер, разделяющих

прямоугольники каналов, была минимальна. Как обычно, задачу

минимизации нельзя решить точно для больших задач, поэтому мы

должны прибегнуть к эвристическому методу. Вот простой пример

такого эвристического метода:

1. Продолжима все границы элементов до пересечения других границ элементов или границ схемы (рис.1.9).

2. Рассмотрим каждый отрезок продолженных линий, начиная с самого большого. даляем отрезки, если мы можем сделать это

без нарушения прямоугольности каналов. Иначе говоря, мы не

.

- 25 $$$

можем далить отрезок границы, если это удаление создает

область, имеющую форму буквы L или T (рис.1.10).

3. Если необходимо, добавляем каналы вокруг границ схемы.

Глобальная трассировка

Следующей задачей является глобальная трассировка цепей,

иначе говоря, выбор для каждой цепи дерев каналов, которые

она должна занять. Здесь возможно использование алгоритмы на-

хождения кратчайшего пути. Наши пути будут проходить по точкам

середин граница каналов, начинаясь и заканчиваясь на выводах

одной и той же цепи.

порядочивание пересечений между каналами

На данном этапе происходит выбор точек, в которых провод-

ники пересекают стены между каналами, отдавая приоритет выбору

положения проводников внутри каналов.

Трассировка соединений в каналах

Выбрав позиции для всех точек пересечения стены, мы можем

проложить трассы проводникова внутри каждого канала отдельно,

зная, что то, что мы делаем в одном канале, неа повлияета на

другой. Более того, больше не нужно разделять точки на грани-

цах канала на точки выводов элементов и точки пересечений сте-

ны. Конечно, поскольку ширина каналов первоначально выбиралась

условно, нет гарантии, что можно выполнить требуемую трасси-

ровку данного канала даже самым мным и исчерпывающим алгорит-

мом. В этом нет ничего жасного, поскольку, когда дажеа один

канал не может быть обработан, последует величение каналов и

почти весь процесс разводки начинается сначала.

Наиболее известным методом канальной трассировки является

метод Стволова и Ветвей [6]. Как показано на рис.1.11. имеет

место одно ограничение, состоящее в том, что каждой группе

соединительныха проводникова соответствует одна горизонтальная

- 26 $$$

трасса (Ствол), и поэтому определив, какую горизонтальную до-

рожку следует использовать в данном случае, задачу трассировки

вертикальных проводников (Ветвей) можно решить автоматически.

Известны случаи, когда канальная трассировка с использо-

ванием только метода стволов и ветвей оказывается невозможной.

Так, например, кака показано на рис.1.12а, маршруты двух из

трех проводников могут быть легко проложены, маршрут треть-

его - нет. Это соответствует появлению замкнутой петли на гра-

фе, характеризующем ограничения, связанные с ориентацией вет-

вей (рис.1.12б). Таким образом, если появляется замкнутая пет-

ля, то наложение проводников необходимо предотвратить, исполь-

зуя для части проводников две и более трассы (рис.1.12в). На

этом обстоятельстве основаны методы трассировки типа "Доглег",

позволяющие неа только предупреждать появление замкнутых пе-

тель, но и производить трассировку каналов с меньшенным коли-

чеством дорожек (рис.1.13).

Трассировка в областяха пересечения (рис.1.14)а произво-

дится н самом последнем этапе проектирования топологии, и,

если она оказывается невозможной, топологию приходится проек-

тировать заново, что связано со значительными затратами. Вре-

мя, затрачиваемое на решение данной задачи, довольно велико, и

для ее решения необходимо использовать алгоритмы, обеспечиваю-

щие 100%-ную трассируемость. В частности, в этом случае нахо-

дята применение алгоритмы с распределением по сетке или специ-

льные алгоритмы, в которых учитывается специфика задачи.

1.3.8. Лучевые алгоритмы трассировки

Недостатки волнового алгоритма, проявляющиеся в его низ-

ком быстродействии и значительном объеме компьютерной памяти,

требуемом для представления модели поля печатной платы, дали

стимул для разработки ряда новыха алгоритмова трассировки, в

частности лучевых.

Рассмотрим работу лучевого алгоритма на конкретном приме-

ре (рис.1.15), где требуется определить форму электрического

соединения между точками A и B.

Из точека (дискретов) трассируемой пары генерируются лучи

Л11, Л12 и Т11, Т12 (Л- и Т-типа) до встречи запретов или луча

- 27 $$$

того же типа (для контакта А генерируются лучи Л-типа, для В -

Т-типа). Если обнаружен факт пересечения лучей Л- и Т-типа, то

считается, что соединяющий путь найден. В противном случае

процесс генерации лучей обоих типова продолжается. Для этого

через ранее построенные лучи строятся перпендикулярные по пра-

вилам, описанным выше. Множества лучей Л- и Т-тип расширя-

ется: {Л11, Л12, Л21, Л22, Л23, Л24} и {Т11, Т12, Т21, Т22} и

т.д. Построение луча Т22 приводит к пересечению лучейа Л-а и

Т-типа.

Представленный алгоритма имеета высокое быстродействие,

приблизительно н дв порядк выше, чем у волнового, при

трассировке электрических связей, "потенциально" имеющих ма-

лое число поворотов (1 или 2). При поиске более сложных соеди-

нений по быстродействию этот алгоритм приближается к волново-

му.

В целях повышения быстродействия лучевого алгоритм и в

случае многоповоротных соединений допустим метод сокращенного

"просмотра" вариантов. Генерация лучей от некоторого i выпол-

няется не из каждой точки j, с некоторым шагом dЛ, значение

которого в программе трассировки станавливает пользователь.

учитывая особенности временных характеристик волнового и

лучевого алгоритмов трассировки, некоторые авторы организуют

двухэтапный процесс трассировки. Н первома этапе список

трассируемых цепей обрабатывается средствами лучевого алгорит-

ма, на втором - оставшиеся неразведенными цепи трассируются

средствами волнового алгоритма, что повышает процент разведен-

ных связей.

Наибольшее распространение лучевые методы получили при

трассировке дискретных печатных плат с регулярным расположени-

ем магистралей.

1.3.9. Прочие методы трассировки

Из методов трассировки, появившихся сравнительно недавно,

можно отметить отечественный метода периферийнойа трассировки

[1]а иа проектирование методом рекапитуляции. Основу первого

составляета принцип, согласно которому проводники каждой

трассируемой цепи должны создавать "минимум помех" для трасси-

- 28 $$$

ровки последующих цепей. Этому принципу довлетворяет располо-

жение синтезируемыха проводникова по периферииа модели поля

трассировки.

Проектирование печатного монтаж методома рекапитуляции

рассматривает трассировку проводникова кака итерационныйа про-

цесс, развитие которого сопровождается изменениями в состоянии

модели поля.

1.4. Способы соединения контактов

В общем случае рисунок межсоединений определяется деревом

Штейнера, имеющима несколько точек ветвления (рис.1.16а). В

быстродействующих ИС с целью меньшения задержки н распрост-

ранение сигналова по проводникам и снижения ровня отражений

желательно применять или непосредственное соединениеа выхода

предшествующего логического вентиля са входамиа следующих

(рис.1.16б), или же располагать входы последующих каскадов на

одной шине (рис.1.16в).

.

- 41 -

2. ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В СИСТЕМЕ P-CAD

2.1. Постановка задачи

Целью данной дипломной работы является исследование раз-

личных алгоритмов и методов, используемых пакетома P-CADа для

решения задач размещения радиоэлектронных элементов и трасси-

ровки печатных плат. Эти задачи составляют основу подсистемы

учебно-исследовательской САПР, связанной с вопросами компонов-

ки и топологии, как наиболее трудоемкого и нуждающегося в ав-

томатизации этапа проектирования радиоэлектронной аппаратуры.

Для того, чтобы знать возможности алгоритмов, реализо-

ванных в программах P-CAD, произведема разработкуа нескольких

разнотипныха блоков РЭА. Поскольку методика конструирования в

значительной мере зависит от элементной базы, используемой в

проекте (интегральные схемы в стандартных корпусах, дискретные

элементы или равновесное содержание тех и других), для иссле-

дований выбираем две схемы. Элементная база первой (рис.2.1)

содержит примерно равное количество дисретных элементов и мик-

росхем. Такое соотношение весьм характерно для современной

радио-электронной аппаратуры поколения средней степени ин-

теграции, гдеа все сильнее делается акцент на использование

микросхем. Вторая схема (рис.2.2), напротив, содержит в основ-

ном цифровые интегральные схемы. Процесс разработки такой пе-

чатной платы может служить примерома методики конструирования

изделий с регулярной структурой.

2.2. Пример I. Блок видеомагнитофона

2.2.1. Расчет конструктивного объема

Чтобы определить размеры монтажной платы проектируемого

изделия, произведем расчет конструктивного объема. Расчет вы-

полняется с помощью программы RTV. Результаты работы программы

приведены в табл.2.1.

.

- 44 -

Таблица 2.1.

Список используемых элементов

┌────────────────────────┬────────────┬──────────────┐

│ Наименование элементов │ Количество │ Размеры, мма │

├────────────────────────┼────────────┼──────────────┤

│ MЛТ_0125 │ 19 а 6x2.2x2.2а │

│ KM-5 │ 4 а 8xа 8xа 3а │

│ K50-6 │ 1 18x 10x 10а │

│ KT315 │ 1 │ 7.2xа 3xа 8а │

│ K15ЛА3 │ 1 │19.5x7.5xа 5а │

│ K15ЛН1 │ 1 │19.5x7.5xа 5а │

│ K15ЛП5 │ 1 │19.5x7.5xа 5а │

│ К15ТМ2 │ 1 │19.5x7.5xа 5а │

│ К15АГ3 │ 1 │21.5x7.5xа 5а │

│ КР55РТ4 │ 1 │21.5x7.5xа 5а │

│ PK-172-TB-1 │ 2 13x3.5x 10а │

│ КПК-1 │ 2 16x 11xа 9а │

│ Разъемы │ 13 а 5xа 2xа 2а │

└────────────────────────┴────────────┴──────────────┘

Суммарная площадь элементов 1806 мм^2

Коэффициент заполнения 0.4

Площадь платы 45150 мм^2

Размеры сторон 60 x 75 мм

2.2.2. паковка конструктивов на плату

Данный этап работы выполняет программа PC-PACK. Исходными

данными для нее являются списока цепей электрической схемы

(NLT-файл), библиотека компонентов (LIB-файл) и файл, содержа-

щий контур печатной платы (PCB-файл). По окончаниюа работы

программы создается PKG-файл, содержащий описание платы и ком-

понентов, подготовленных для размещения. Собственно размещение

выполняется программойа PC-PLACE, специально предназначенной

для этой операции, но может проводится и в редакторе PC-CARDS.

По окончании работы программы PC-PACK в данном примере

был создан PKG-файл (рис. 2.3). Видно, что программа считает

оптимальным размещение деталей на плате размером 205 х 225 мм,

- 46 -

что не согласуется с поставленными нами словиями и примерно в

три раза больше размеров, рекомендованных программой RTV. Поэ-

тому дальнейшие этапы разработки изделия мы будем проводить на

плате размером 60 х 75 мм, полученным при расчете конструктив-

ного объема.

2.2.3. Размещение компонентов

Размещение компонентова н плате в пакете P-CAD произво-

дится программой PC-PLACE, которая обеспечивает кака интерак-

тивный, так и автоматический режимы работы. Как правило, авто-

матическое размещение является только первым этапома компонов-

ки. Очень редко расклад элементов, выполненный машиной явля-

ется удовлетворительным как со стороны соблюдения конструк-

торско-технологических требований, так и со стороны обеспече-

ния возможности 100% последующей трассировки.

2.2.3.1. Автоматическое размещение

Исходные данные

───────────────

Печатная плат 60 х 75а мм

Сетка привязки конструктивова 100 х 100 DBU

Сетка привязки трасс 50 х 50 DBU

Очередность размещения конструктивов DIP16

DIP14

MLT_0125

C-PF

CVAR

KT315

K50-6

ZQ

Так как элементы PIN (внешние разъемы) имеюта жестко заданное положение на плате, они предварительно размещены и

зафиксированы и в автоматическом размещении не частвуют.

(Примечание: 200 DBU = 5 мм)

.

- 47 -

Статистика автоматического размещения

─────────────────────────────────────

По окончанию работы программы автоматического размещения

создается PLR-файл, содержащий отчет о выполненных действиях и

результате.

Время работы 00:00:17

Общая длинна связей (mils) 134511

Общее число компонентов 54

Число интегральных схем 5

Число интегральных схем (эквивалентных элементов) 10.38

Число дискретных компонентов 49

Число соединителей 0

Плотность элементов на плате 0.69

(в квадратных дюймах на эквивалентную схему)

Неразмещенных компонентов 10

(MLT_0125 7)

(C-PF 3)

Гистограмма автоматического размещения

──────────────────────────────────────

Программа построения гистограммы анализирует число соеди-

нений и незадействованных контактов, пересекающих каждую линию

ресурсов, получаета отношение этого числа к суммарному числу

возможных каналов трассировки и выводит результат в видеа гра-

фика (рис. 2.4). Цвет гистограммы выражает степень использова-

ния канала:

зеленый - 0-35%;

желтыйа - 35-50%:

красный -а более чем на 50%.

Фактор выигрыша показывает относительное улучшение состо-

яния гистограммы за счет каждого изменения размещения. В нача-

ле работы фактор выигрыша обнуляется.

.

- 49 -

Созданный программой отчет о гистограмме предсказываемой

плотности трасс по автоматическому размещению:

Вертикальная сетка гистограммы (ось X)

Выделено 128 каналов трассировки. Использование

Максимальное 40 ( 31 %)

Среднее 0 (а 0 %)

Минимальное 0 (а 0 %)

Итого 5 (а 3 %)

Вертикальная сетка гистограммы (ось Y)

Выделено 218 каналов трассировки. Использование

Максимальное 40 ( 18 %)

Среднее 0 (а 0 %)

Минимальное 0 (а 0 %)

Итого 11 (а 5 %)

Фактор выигрыш 0

2.2.3.2. Ручное размещение

Компоновка элементов, не размещенных программой

───────────────────────────────────────────────

Размещение в интерактивнома режимеа позволяета разместить

элементы, которые не смогл обработать программа автомати-

ческой компоновки, также лучшить условия для последующей

трассировки, минимизируя плотность трасс в выделенных каналах.

О качестве осуществляемых перестановок можно судить по гистог-

рамме и фактору выигрыша.

.

- 50 -

Вертикальная сетка гистограммы (ось X)

Выделено 128 каналов трассировки. Использование

Максимальное 39 ( 30 %)

Среднее 0 (а 0 %)

Минимальное 0 (а 0 %)

Итого 5 (а 3 %)

Вертикальная сетка гистограммы (ось Y)

Выделено 218 каналов трассировки. Использование

Максимальное 39 ( 17 %)

Среднее 0 (а 0 %)

Минимальное 0 (а 0 %)

Итого 10 (а 4 %)

Фактор выигрыш 3

Перестановка логических элементов

─────────────────────────────────

Программа PC-PLACE имеет возможность осуществить автома-

тическую перестановку компонентов логических элементов, улуч-

шающую размещение. На данном этапе осуществим перестановку ло-

гических элементов для меньшения суммарной длины связей.

Логические элементы компонентова поддаются перестановке,

если ониа эквивалентны и неа используюта различное питание.

Система автоматически выполняет итерационныеа парные переста-

новки логических элементов с целью лучшения текущего варианта

размещения. Процесс заканчивается по достижению локального оп-

тимума или по команде пользователя.

Проход 1. Общая длина связей 216519 mils

Обмен R14 на R18

Обмен DD2.1 на DD2.6

Обмен R5 на R6

Обмен R14 на R17

- 51 -

Обмен R4 на R7

Обмен R20 на R5

Обмен DD4.1 на DD4.4

Обмен R20 на R11

Обмен R3 на R16

Обмен DD4.2 на DD4.3

Обмен DD1.2 на DD1.3

Проход 2. Общая длина связей 211305 mils

Обмен DD2.6 на DD2.5

Обмен R6 на R18

Проход 3. Общая длина связей 208137 mils

Обмен DD2.5 на DD2.4

Обмен R7 на R18

Проход 5. Общая длина связей 206106 mils

Обмен не произведен

Общая длина связей 206106 mils

Время работы 00:00:08

Отчет по гистограмме после перестановке логических элементов:

Вертикальная сетка гистограммы (ось X)

Выделено 128 каналов трассировки. Использование

Максимальное 38 ( 29 %)

Среднее 0 (а 0 %)

Минимальное 0 (а 0 %)

Итого 4 ( а3 %)

Вертикальная сетка гистограммы (ось Y)

Выделено 218 каналов трассировки. Использование

.

- 52 -

Максимальное 36 ( 16 %)

Среднее 0 (а 0 %)

Минимальное 0 (а 0 %)

Итого 9 (а 4 %)

Фактор выигрыш 5

Очевидно, что данная операция способствовал лучшению

первоначального размещения - меньшилась общая длина связей и

плотность трасс в каналах.

Перестановка компонентов

────────────────────────

Для дальнейшей оптимизации размещения программа PC-PLACE

предоставляет возможность осуществить автоматическуюа переста-

новку однотипныха компонентова для меньшения суммарной длины

связей.

Процесс заканчивается по достижению локального оптимума

или по команде пользователя.

Проход 1. Общая длина связей 109141 mils

Обмен R12 на R15

Обмен R5а на R9

Обмен R15 на R6

Обмен R13 на R10

Обмен R7а на R3

Обмен R11 на R4

Обмен R9а на R8

Обмен R2а на R8

Обмен C1а на C6

Обмен C4а на C3

Обмен R14 на R16

Обмен R18 на R17

Обмен DD4 на DD5

Обмен R4а на R8

Обмен C5а на C8

- 53 -

Проход 2. Общая длина связей 97583 mils

Обмен R15 на R2

Обмен R5а на R20

Обмен R20 на R13

Обмен R18 на R17

Обмен R2а на R7

Обмен C1а на C8

Обмен DD2 на DD4

Проход 3. Общая длина связей 94207 mils

Обмен R15 на R3

Обмен R3а на R7

Обмен R2а на R14

Обмен R18 на R16

Обмен R16 на R17

Обмен R11 на R9

Проход 4. Общая длина связей 93093 mils

Обмен не произведен

Общая длина связей 93093 mils

Время работы 00:00:08

Отчет по гистограмме после перестановке компонентов:

Вертикальная сетка гистограммы (ось X)

Выделено 128 каналов трассировки. Использование

Максимальное 34 ( 26 %)

Среднее 0 (а 0 %)

Минимальное 0 (а 0 %)

Итого 4 (а 3 %)

Вертикальная сетка гистограммы (ось Y)

Выделено 218 каналов трассировки. Использование

.

- 54 -

Максимальное 28 ( 12 %)

Среднее 0 (а 0 %)

Минимальное 0 (а 0 %)

Итого 8 (а 3 %)

Фактор выигрыш 10

Данная операция оказала наибольшее влияние на общую длину

связей и плотность трасс. Можно предположить, что имеется воз-

можность производить дальнейшую оптимизациюа данного размеще-

ния. Способн ли программа PC-PLACE достичь лучших результа-

тов, работая в автоматическом режиме? Чтобы проверить это, об-

ратимся к повторной оптимизации размещения логических элемен-

тов.

Повторная перестановка логических элементов

───────────────────────────────────────────

Проход 1. Общая длина связей 198750 mils

Обмен DD1.4 на DD1.3

Обмен DD2.3 на DD2.1

Обмен DD1-D на DD1.2

Обмен R20 на R10

Обмен R11 на R20

Обмен R7 на R3

Обмен R15 на R5

Обмен DD4.4 на DD4.1

Обмен DD4.3 на DD4.2

Обмен DD5.2 на DD5.1

Проход 2. Общая длина связей 196477 mils

Обмен R10 на R4

Обмен DD2.1 на DD2.4

.

- 55 -

Проход 3. Общая длина связей 196295 mils

Обмен не произведен

Общая длина связей 196295 mils

Время работы 00:00:15

Отчет по гистограмме после перестановке компонентов:

Вертикальная сетка гистограммы (ось X)

Выделено 128 каналов трассировки. Использование

Максимальное 35 ( 27 %)

Среднее 0 (а 0 %)

Минимальное 0 (а 0 %)

Итого 4 (а 3 %)

Вертикальная сетка гистограммы (ось Y)

Выделено 218 каналов трассировки. Использование

Максимальное 29 ( 13 %)

Среднее 0 (а 0 %)

Минимальное 0 (а 0 %)

Итого 8 (а 3 %)

Фактор выигрыш 9

В результате произведенного обмена длина связей безуслов-

но меньшилась, но гистограмма показывает величение плотности

трасс в каналах. Здесь возникает проблема - каким результатом

воспользоваться для дальнейшей работы. Критерием выбора может

служить фактор, который необходимо обеспечить прежде всего -

уменьшение суммарной длины связей может лучшить частотные ха-

рактеристики изделия, особенно приа проектировании высоко-

частотной и сверхвысокочастотной аппаратуры, но величение

плотности трасс может затруднить дальнейшую трассировку печат-

ной платы, что особенно нежелательно приа малых размерах

последней. Так как степень заполненности платы в данной разра-

ботке высока, к конфигурации трасс специальных требований не

- 56 -

предъявляется, целесообразно выбрать варианта са минимальной

плотностью трасс. Поэтому результаты последней перестановки не

используем.

Ручная оптимизация размещения

─────────────────────────────

Дальнейшего лучшения размещения компонентов можно

достичь поворотом некоторых компонентов на 180` и оптимизацией

назначения контактов внешних выводов. Данная операция позволя-

ет величить значение фактора выигрыша до 15.

Вертикальная сетка гистограммы (ось X)

Выделено 128 каналов трассировки. Использование

Максимальное 30 ( 23 %)

Среднее 0 (а 0 %)

Минимальное 0 (а 0 %)

Итого 4 (а 3 %)

Вертикальная сетка гистограммы (ось Y)

Выделено 218 каналов трассировки. Использование

Максимальное 28 ( 12 %)

Среднее 0 (а 0 %)

Минимальное 0 (а 0 %)

Итого а8 (а 3 %)

Фактор выигрыш 15

Дальнейшие попытки лучшить размещениеа не даюта сколь-

ко-нибудь заметного выигрыша, поэтому данноеа размещение

(рис.2.5) можно считать окончательным и использовать для даль-

нейшей работы.

.

- 58 -

2.2.4. Исследование методов соединения проводников

Программа PC-ROUTE, осуществляющая автоматическую трасси-

ровку платы, подготовленной в редакторе PC-PLACE, помимо обыч-

ной настройки программ такого типа позволяет выбрать одина из

четырех методов присоединения проводников:

1. DAISY - соединение пар контактов;

2. MIN-SPAN - соединение пар контактов без Т;

3. STEINER - построение Т-образных соединений пар контактов по методу Штейнера;

4. STEINER-MINVIA - построение Т-образныха соединений пар

контактов с минимизацией числа переходных отверстий.

Выбор того или иного метода для трассировкиа зависита от

технологических особенностей изготовления печатной платы и/или

необходимости обеспечить временные и электрическиеа характе-

ристики проектируемого изделия. Так, DAISY, при котором произ-

водится непосредственное соединение выхода предшествующего ло-

гического вентиля с входами следующих, целесообразно использо-

вать при конструировании быстродействующих ИС с целью меньше-

ния задержки на распространение сигналов по проводникам и сни-

жения ровня отражений. Если же применение данного метода зна-

чительно снижаета процента автоматической разводки платы, но

требования к временным параметрам остаются высокими, можно ре-

комендовать использованиеа соединения MIN-SPAN, при котором

входы последующих каскадов располагаются на одной шине.

Способ STEINET с построением Т-образных соединений счита-

ется наиболее эффективным и его обычно рекомендуется использо-

вать, если позволяет конструкция. На рис.1.16 показаны все три

метода.

Проведем исследование методов, предлагаемых P-CADом. В

качестве критериев оценки можно выбрать

- процента разведенных связей,

- длину проложенных проводников,

- количество переходных отверстий,

- время работы.

В исследуемой схеме 46 цепей, 109 связей и 166 контактов.

.

- 59 -

Работа проводилась на компьютере IBM-PC 386DX 40MHz. Результа-

ты четырех трассировок приведены на рис.2.6., ва табл.2.2. и

табл.2.3.

Таблица 2.2.

Сравнение эффективности методов построения соединений

┌────────────────────┬───────┬────────┬───────┬──────────────┐

│ Метод │ DAISY │MIN-SPAN│STEINER│STEINER-MINVIA│

├────────────────────┼───────┼────────┼───────┼──────────────┤

│Процент разводки │ 100│ 100│ 100│ 100 │

│Длина проводников │ 107746 107025│ 100975│ 101575 │

│Переходных отверстий│ 23│ 16│ 22│ 25 │

│Время работы (мм.сс) 01.25а 01.28 01.38│ 01.45 │

└────────────────────┴───────┴────────┴───────┴──────────────┘

Таблица 2.3.

Распределение времени при трассировке

┌──────────────────────┬─────┬────────┬───────┬──────────────┐

│ Процесс │DAISY│MIN-SPAN│STEINER│STEINER-MINVIA│

├──────────────────────┼─────┼────────┼───────┼──────────────┤

│Упорядочение 1 │ 1 1 │ 1 │

│Трассировк 25 │ 19 │ 21 │ 31 │

│Оптимизация. Проход 1. 23 │ 19 │ 22 │ 25 │

│Минимизация переходова 5 │ 4 │ 5 │ 5 │

│Оптимизация. Проход 2. 32 │ 28 а27 │ 32 │

│Спрямление глов а 2 │ 2 │ 2 │ 2 │

└──────────────────────┴─────┴────────┴───────┴──────────────┘

Безусловно, полученные результаты в некоторой степени за-

висята от конкретной схемы и качества компоновки печатной пла-

ты. Но, используя данные этого эксперимента, все же можно сде-

лать некоторые общие выводы:

- построение трасса по методу Штейнера является наиболее

продолжительным. Это можно объяснить затратами времениа на

расчет точек присоединения "ветвей" к "дереву" трассы;

- в литературе данный метода рекомендуется кака наиболее

выгодный для повышения числа разведенных связей и меньшения

их суммарной длины. В данном примере любой алгоритм обеспечи-

вает 100%а разведение цепей, но метод Штейнера, действительно,

- 65 -

обеспечивает минимальную суммарную длинуа проводников. DAISY,

кака и предполагается, выдает максимальное число проводников,

что объясняется самим принципом соединения контактова (только

две связи на один контакт);

- количество переходных отверстий минимально при исполь-

зовании MIN-SPAN. В данном примере это особенно важно, так как

данная плата технологически проще в изготовлении.

Сравнивая результаты трассировок, статистические данные

(рис.2.7 - 2.9) и геометрические контуры трасс, для изготовле-

ния платы данного стройства следует выбрать второй вариант

(MIN-SPAN), как наиболее технологичный (рис.2.10 - 2.11).

2.3. Пример II.

2.3.1. Размеры печатной платы

В данном примере разработка изделия производилась по за-

казу и размеры печатной платы были определены заказчиком исхо-

дя из габаритных размерова проектируемой конструкции. Расчет

габаритного объем производился основным разработчиком изде-

лия. Таким образом наша задача прощается. Мы должны произ-

вести разработкуа печатной платы размером 60х90 мм. Электри-

ческая принципиальная схема блока приведена на рис.2.2.

2.3.2. паковка конструктивов на плату

По окончании работы программы PC-PACK в данном примере

был создан PKG-файл (рис. 2.12). Видно, что программа размеща-

ет детали на площадке размером 100х110 мм, что, как и в первом

примере, не согласуется с поставленными нами словиями. Можно

сделать вывод, что при начальном расположении элементов прог-

рамма выбирает минимальный коэффициент заполнения. Данный вы-

бора никак не может служить рекомендацией для определения раз-

меров печатной платы, так как такой расклад элементов является

крайне неэкономичным. Для проведения дальнейших этапов разра-

ботки используем заданные заказчикома размеры печатнойа платы

60х90 мм.

- 68 -

2.3.3. Размещение компонентов

2.3.3.1. Автоматическое размещение

Исходные данные

───────────────

Печатная плат 60 х 90а мм

Сетка привязки конструктивов 100 х 100 DBU

Сетка привязки трасс 50 х 50 DBU

Так как элементы PIN (внешние разъемы) имеюта жестко заданное положение на плате, они предварительно размещены и

зафиксированы и в автоматическом размещении не частвуют.

Статистика автоматического размещения

─────────────────────────────────────

По окончанию работы программы автоматического размещения

создается PLR-файл, содержащий отчет о выполненных действиях и

результате.

Время работы 00:00:16

Общая длинна связей (mils) 188746

Общее число компонентов 53

Число интегральных схем 18

Число интегральных схем (эквивалентных элементов) 19.88

Число дискретных компонентов 35

Число соединителей 0

Плотность элементов на плате 0.43

(в квадратных дюймах на эквивалентную схему)

Неразмещенных компонентов 4

(K15ИЕ5 4)

.

- 70 -

Гистограмма автоматического размещения

──────────────────────────────────────

Созданный программой отчет о гистограмме предсказываемой

плотности трасс по автоматическому размещению:

Вертикальная сетка гистограммы (ось X)

Выделено 88 каналов трассировки. Использование

Максимальное 81 ( 92 %)

Среднее 0 (а 0 %)

Минимальное 50 ( 56 %)

Итого 45 ( 51 %)

Вертикальная сетка гистограммы (ось Y)

Выделено 80 каналов трассировки. Использование

Максимальное 57 ( 71 %)

Среднее 0 (а 0 %)

Минимальное 46 ( 57 %)

Итого 36 ( 45 %)

Фактор выигрыш 0

2.3.3.2. Ручное размещение

Компоновка элементов, не размещенных программой

───────────────────────────────────────────────

Размещение ва интерактивнома режиме позволяет разместить

элементы, которые не смогл обработать программ автомати-

ческой компоновки, и лучшить словия для последующей трасси-

ровки, используя операции перестановки компонентова и логи-

ческих элементов, минимизируя плотность трасс в выделенных ка-

налах. О качестве осуществляемых перестановок можно судить по

гистограмме и фактору выигрыша.

.

- 71 -

Перестановка логических элементов

─────────────────────────────────

Длина связей = 167990 mils

Проход 1. Длина связей = 167990 mils

Проход 2. Длина связей = 151410 mils

Проход 3. Длина связей = 146788 mils

Проход 4. Длина связей = 140787 mils

Проход 5. Длина связей = 139182 mils

Проход 6. Длина связей = 139015 mils

Длина связей = 138931 mils

Время работы:а 00:00:16

Перестановка компонентов

────────────────────────

Длина связей = 146160 mils

Проход 1. Длина связей = 146160 mils

Проход 2. Длина связей = 138860 mils

Проход 3. Длина связей = 134839 mils

Проход 4. Длина связей = 129759 mils

Проход 5. Длина связей = 127235 mils

Проход 6. Длина связей = 123560 mils

Проход 7. Длина связей = 123252 mils

Длина связей = 123252 mils

Время работы:а 00:00:18

Мы получили сокращение общей длины связей, но учитывая

высокую плотность компоновки печатной платы, необходимо макси-

мально облегчить последующую трассировку. Повторим перестанов-

ки, используя в качестве исходных достигнутые результаты.

Перестановка компонентов

────────────────────────

Длина связей = 123166 mils

Проход 1. Длина связей = 123166 mils

Проход 2. Длина связей = 119388 mils

Проход 3. Длина связей = 118848 mils

- 72 -

Проход 4. Длина связей = 118476 mils

Проход 5. Длина связей = 118026 mils

Проход 6. Длина связей = 117792 mils

Проход 7. Длина связей = 117590 mils

Длина связей = 117538 mils

Время работы: 00:00:26

Перестановка логических элементов

─────────────────────────────────

Длина связей = 157613 mils

Проход 1. Длина связей = 157613 mils

Проход 2. Длина связей = 143600 mils

Проход 3. Длина связей = 142331 mils

Проход 4. Длина связей = 141548 mils

Длина связей = 141548 mils

Время работы: 00:00:14

Перестановка компонентов

────────────────────────

Длина связей = 130695 mils

Проход 1. Длина связей = 130695 mils

Проход 2. Длина связей = 126391 mils

Проход 3. Длина связей = 119905 mils

Проход 4. Длина связей = 118569 mils

Проход 5. Длина связей = 118225 mils

Проход 6. Длина связей = 117975 mils

Длина связей = 117975 mils

Время работы: 00:00:23

Перестановка логических элементов

─────────────────────────────────

Длина связей = 157089 mils

Проход 1. Длина связей = 157089 mils

Проход 2. Длина связей = 142944 mils

Проход 3. Длина связей = 142651 mils

Проход 4. Длина связей = 141868 mils

- 73 -

Длина связей = 141868 mils

Время работы: 00:00:14

Ручная оптимизация размещения

─────────────────────────────

Дальнейшего лучшения размещения компонентов можно

достичь поворотом некоторых компонентов на 180` и оптимизацией

назначения контактов внешних выводов. Данная операция позволя-

ет величить значение фактора выигрыша до 9.

Вертикальная сетка гистограммы (ось X)

Выделено 72 каналов трассировки. Использование

Максимальное 63 ( 87 %)

Среднее 18 ( 25 %)

Минимальное 48 ( 66 %)

Итого 42 ( 58 %)

Вертикальная сетка гистограммы (ось Y)

Выделено 44 каналов трассировки. Использование

Максимальное 38 ( 86 %)

Среднее 0 (а 0 %)

Минимальное 30 ( 68 %)

Итого 25 ( 56 %)

Фактор выигрыш 9

Дальнейшие попытки лучшить размещение не дают сколь-

ко-нибудь заметного выигрыша, поэтому данное размещение

(рис.2.13)а можно считать окончательныма иа использовать для

дальнейшей работы.

2.3.4. Трассировка соединений

Произведем трассировку различными методами, предлагаемыми

программой PC-ROUTE. Основными критериямиа оценки качества

трассировки будем считать:

- 75 -

- процент разведенных связей,

- количество переходных отверстий,

- общую длину проводников.

В исследуемой схеме 62 цепи, 170 связей и 318 контактов.

Статистические данныеа результатова трассировока приведены в

табл.2.3, табл.2.4. и на рис.2.14, рис.2.15.

Таблица 2.3.

Сравнение эффективности методов построения соединений

┌────────────────────┬───────┬────────┬───────┬──────────────┐

│ Метод │ DAISY │MIN-SPAN│STEINER│STEINER-MINVIA│

├────────────────────┼───────┼────────┼───────┼──────────────┤

│Процент разводки 99.4│ 100│ 100│ 100 │

│Длина проводников │ 150975 150│ 13│ 145439 │

│Переходных отверстий│ 78│ 77│ 64│ 59 │

│Время работы (мм.сс) 03.48а 02.41 03.15│ 03.18 │

└────────────────────┴───────┴────────┴───────┴──────────────┘

Таблица 2.4.

Распределение времени при трассировке

┌──────────────────────┬─────┬────────┬───────┬──────────────┐

│ Процесс │DAISY│MIN-SPAN│STEINER│STEINER-MINVIA│

├──────────────────────┼─────┼────────┼───────┼──────────────┤

│Упорядочение 1 │ 1 │ 2 │ 2 │

│Трассировк │ 120 │ 66 150 │ 88 │

│Оптимизация. Проход 1. 65 │ 57 │ 70 │ 73 │

│Минимизация переходов 10 │ 10 │ 9 │ 9 │

│Оптимизация. Проход 2. 9 │ 10 │ 9 │ 9 │

│Спрямление глов а 3 │ 3 │ 3 │ 3 │

└──────────────────────┴─────┴────────┴───────┴──────────────┘

Метод DEISY не обеспечил 100% трассировки соединений, по-

этому из дальнейшего рассмотрения его исключаем.

Проведенная по методу MIN-SPAN трассировка строит трассы,

располагая входы последующих каскадов на одной шине. Это весь-

ма часто используемый в цифровой технике метод трассировки, но

в даннома случае он обеспечивает наихудшие результаты - макси-

мальную длину трасс и максимальное число переходных отверстий.

- 79 -

Методы использующие построение дерева Штейнера - STEINER

и STEINER-MINSPAN дают лучшие результаты. Здесь практика пол-

ностью совпадает с теорией, согласно которой введение дополни-

тельных точек соединения облегчает построениеа трасса (см. п.

1.3.3). STEINER-MIN

ходных отверстий, но при его использованииа суммарная длина

соединений величивается. Мы должны определиться - какой из

двух факторов предпочесть. Меньшая длина трасс третьего вари-

нта трассировки может лучшить частотные характеристики изде-

лия и его помехозащищенность, но печатная плата с большим ко-

личеством переходных отверстий сложнее в изготовлении. В дан-

ном проекте следует предпочесть трассировку методом

STEINER-MINVIA, така кака мы производим разработку проекта на

плате весьма малого размера, и большое число переходныха от-

верстий может сильно затруднить ее изготовление.

Исследуем зависимость эффективности трассировки от поряд-

ка предварительной сортировки цепей (см.п.а 1.3.5). Результаты

сравнения приведены в табл.2.5. и рис.2.16.

Таблица 2.5.

Сравнение трассировок при разной сортировке

┌────────────────────┬──────────────────┬────────────────────┐

│ Сортировка цепей │ Короткие-Длинные │ Длинные-Короткие │

├────────────────────┼──────────────────┼────────────────────┤

│Процент разводки │ 100 │ а100 │

│Длина проводников │ 145439 │ 139772 │

│Переходных отверстий│ 59 │ 40 │

│Время работы (мм.сс)│ 03:18 │ 02:30 │

└────────────────────┴──────────────────┴────────────────────┘

Видно, что предварительная сортировк цепейа в порядке

убывания длины позволяет получить заметный выигрыш ва качестве

разводки. Количество переходныха отверстий меньшилось на де-

вятнадцать, стали короче трассы, сократилось время работы

программы. Данный вариант можно считать наилучшим и использо-

вать для изготовления платы.

.

- 80 -

Проведенные исследования показали, что при проектировании

печатных плат немаловажное значение имеета состава элементной

базы проекта. При разработке изделия в первом примере, содер-

жащего примерно равное количество дискретных элементов иа кор-

пусных микросхем, размеры печатной платы выбирались исходя из

результатов расчета конструктивного объема (коэффициент запол-

нения 0.4). Размеры платы во втором примере (элементная база,

в основном, представлена микросхемами) были заданы заказчиком,

Плотность размещения компонентова ва обоих примерах примерно

одинакова, но операции оптимизации размещения, предоставляемые

P-CADом, позволяют добиться лучшего результата во втором при-

мере. Так, если в примере I при попытке произвести повторные

перестановки компонентов и логических элементов плотность свя-

зей не уменьшается, т. е. после первого обращения к этим опе-

рациям достигается оптимальное состояние, то в примере II, со-

держащем относительно большее количество логическиха вентилей,

именно повторное использование перестановок в различных соче-

таниях позволяет достичь лучшего результата. Можно сделать вы-

вод, что P-CADа больше приспособлен для компоновки корпусных

схем. Применение одних автоматических операций здесь позволяет

достичь вполне довлетворительных результатов. Но размещение

дискретных компонентов лучше всего производить в интерактивном

режиме, используя ва качестве исходных данных автоматический

расклад элементов.

.

- 81 -

3. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСОй ЭФФЕКТИВНОСТИ САПР ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

НА ОСНОВЕ ПАКЕТА P-CAD

Понятие "автоматизированная система" охватывает все типы

систем, ва которыха функционирование системы осуществляется в

результате согласованного взаимодействия человека-специалиста

ва заданной области - и соответствующего комплекса средств ав-

томатизации его труда на базе компьютера. Для всех систем дан-

ного класса характерно включение человека в состав системы при

научно обоснованном распределении функций междуа нима и комп-

лексом средств автоматизации (КСА). Такое распределение пред-

полагает выполнение человеком более свойственныха ему функций

эвристического характера, основанных на опыте, интуиции, не-

формальном творческом отношении к выполняемомуа процессу, и

включение в КСА формализованных, алгоритмически представимых

функций, основанных на использовании известных методов и зна-

ний.

Оценка эффективности автоматизированных систем необходима

не столько для фиксации соотношения произведенных затрат и по-

лученных результатов, сколько для определения форм и методов

эффективного создания системы, затем ее эффективного функци-

онирования. Знание механизма формирования эффективности авто-

матизированных систем необходимо не только экономистам,

рассчитывающим экономические показатели, характеризующие

систему, но и разработчикам автоматизированных систем, также

специалистам, работающим в них и обслуживающих их, с тем чтобы

закладывать в систему и практически использовать методы и ре-

шения, повышающие ее эффективность.

Понятие эффективности автоматизированной системы шире по-

нятия ее экономической эффективности, поскольку в него входят

также понятия научно-технического ровня и качества системы,

некоторые составляющие социальной эффективности, которые не-

достаточно точно фиксируются в величине экономической эффек-

тивности.

Основными факторами, определяющими экономическую эффек-

тивность САПР, являются:

- лучшение качеств проектирования, складывающееся из

улучшения качеств инженерных решений и качества технической

- 82 -

документации (экономия за счет снижения и ликвидацииа брак в

технической документации, уменьшения затрата на доработку и

дублирование технической документации);

- меньшение срока проектирования новой техники, что оп-

ределяется сокращением цикла "исследование -а производство"а и

сказывается на увеличении срока морального износа нового изде-

лия, эффекта приоритетной новизны изделия, обеспечивающего его

конкурентоспособность, экономии за счет сокращения потребности

в оборотных средствах в результате скорения иха оборачивае-

мости;

- снижение затрат на производство, происходящее от эконо-

мии капитальных затрат на выполнение исследований и проектиро-

вания за счет замены дорогостоящих натуральных испытаний, фи-

зического моделирования, специализированных стендов математи-

ческим и имитационным моделированием;

- экономический эффект от сокращения численности работни-

ков, занятых на стадии исследования и проектирования.

Область функционирования САПР P-CAD - проектирование п-

равляющиха программа для фотокоординатографа, станков с ЧПУ и

плоттера. Внедрение САПР позволит: сократить сроки разработки

и изготовления печатных плат; меньшить конструкторские ошибки

при проектировании фотошаблонов;а повысить производительность

труд проектировщиков фотошаблонов;а меньшить трудоемкость и

стоимость проектирования.

Исходные данные для расчета приведены в табл.1.1.

Таблица 1.1. Исходные данные

┌───────────────────┬─────────┬─────────┬────────────────────┐

│ Наименование │Условные │ Единица │ Значение показателя│

│ показателей │обозначе-│измерения├──────────┬─────────┤

│ ния │ │ без САПР │ са САПР │

├───────────────────┼─────────┼─────────┼──────────┼─────────┤

│1. Количество пе-│ Nп, Nап а шт/год│ 280а а 280 │

│чатных плат, проек-│ │ │ │ │

│тируемых за год │ │ │ │ │

│2. Трудоемкость │ tп, tап │ чел-ч/шт│ 165а │ 64 │

│проектирования од- dtп =а │ │ 101а │ │

│ной печатной платы │ │ │ │ │

└───────────────────┴─────────┴─────────┴──────────┴─────────┘

.

- 83 -

Продолжение табл.1.1.

┌───────────────────┬─────────┬─────────┬────────────────────┐

│ Наименование │Условные │ Единица │ Значение показателя│

│ показателей │обозначе-│измерения├──────────┬─────────┤

│ ния │ │ без САПР │ са САПР │

├───────────────────┼─────────┼─────────┼──────────┼─────────┤

│3. Количество фото-│ Nф, Nаф а шт/год│ 600а а 600 │

│шаблонов, проекти-│ │ │ │ │

│руемых за год │ │ │ │ │

│4. Трудоемкость │ tф, tаф │ чел-ч/шт│ 66а │ 41 │

│проектирования од-а dtф = │ │ 25а │ │

│ного фотошаблон │ │ │ │ │

│5. Количество кор-│ Nк, Nак а шт/год│ 140а а 140 │

│ректируемых плат за│ │ │ │ │

│год │ │ │ │ │

│6. Трудоемкость │ tк, tак │чел-ч/год│ 100а │ 40 │

│схемных корректиро-а dtк = │ │ 60а │ │

│вок по одной плате │ │ │ │ │

│7. Удельная стои-│ Cтп │руб/чел-ч│ 500 500 │

│мость трудозатрат│ │ │ │ │

│одного конструктора│ │ │ │ │

│плат │ │ │ │ │

│8. Удельная стои-│ Cтф │руб/чел-ч│ 550 550 │

│мость трудозатрат│ │ │ │ │

│проектирования Ша │ │ │ │ │

│9. Отчисления в │ K1 % │ 28 28 │

│пенсионный фонд │ │ │ │ │

│10. Отчисления н │ К2 % │ 5.4 5.4 │

│соц. страхование │ │ │ │ │

│11. Отчисления н │ K3 % │ 3.6 3.6 │

│обязательное мед. │ │ │ │ │

│страхование │ │ │ │ │

│12. Отчисления в │ К4 % │ 2 2 │

│фонд занятости │ │ │ │ │

│13. Предпроизводст-│ Kп │ тыс.руб.│ 1 │

│венные затраты на│ │ │ │ │

│создание САПР, при-│ │ │ │ │

│веденные к расчет-│ │ │ │ │

│ному году │ │ │ │ │

└───────────────────┴─────────┴─────────┴──────────┴─────────┘

.

- 84 -

Продолжение табл.1.1.

┌───────────────────┬─────────┬─────────┬────────────────────┐

│ Наименование │Условные │ Единица │ Значение показателя│

│ показателей │обозначе-│измерения├──────────┬─────────┤

│ ния │ │ без САПР │ са САПР │

├───────────────────┼─────────┼─────────┼──────────┼─────────┤

│14. Капитальные │ Kк │ тыс.руб.│ 3 │

│затраты н КТС, │ │ │ │ │

│используемый в │ │ │ │ │

│САПР, приведенные к│ │ │ │ │

│расчетному году │ │ │ │ │

│15. Стоимость 1а ч│ Cми руб/ч │ а 200 │

│работы оборудования│ │ │ │ │

│КТС │ │ │ │ │

│16. Действительный │ Fд │ ч │ 2400 │

│годовой фонд време-│ │ │ │ │

│ни работы оборудо-│ │ │ │ │

│вания КТС │ │ │ │ │

│17. Коэффициент Tсапр │ % │ │ 90 │

│загрузки оборудова-│ │ │ │ │

│ния решениема задач│ │ │ │ │

│САПР │ │ │ │ │

│18. Период функцио-│ T лет │ │ 5 │

│нирования САПР с│ │ │ │ │

│одинаковыма годовым│ │ │ │ │

│результатом до об-│ │ │ │ │

│новления системы │ │ │ │ │

└───────────────────┴─────────┴─────────┴──────────┴─────────┘

1. Расчета затрата на создание и функционирование САПР на

основе пакета P-CAD.

1.1. Расчета единовременныха затрата на создание и ввод в

действие САПР:

K = Kп + Tсапр * Kк

K = 1 + 0.9 * 3 = 3700 тыс.руб.

(исходные данные затрат приведены к расчетному году).

.

- 85 -

1.2. Расчет текущих затрат на функционирование САПР:

а) годовые текущие затраты на функционирование САПР:

Иг = Tсапр * Сми * Fд / 1

Иг = 0.9 * 200 * 2.4 = 432 тыс.руб/г

б) суммарные текущие затраты на функционирование САРа за

5 лет с приведением к расчетному году (первому году функциони-

рования системы):

Так как Ио = И1 = И2 =И3 = И3 = И4 = Иг, то

И = Иг*а0 + Иг*а1 + Иг*а2 + Иг*а3 + Иг*а4

И = 432 * (1 + 0.9091 + 0.8264 + 0.7513 + 0.6831) =

= 1801.4 тыс.руб.

(значения ai взяты из табл.1.2).

Таблица 1.2.

Значение коэффициентов приведения к расчетному году ai.

┌────────┬─────────┐

│ i │ aiа │

├────────┼─────────┤

│ 0 │ 1а │

│ 1 │ 0.9091а │

│ 2 │ 0.8264а │

│ 3 │ 0.7513а │

│ 4 │ 0.6831а │

└────────┴─────────┘

1.3. Расчет суммарных затрата н создание и пятилетнее

функционирование САПР:

З = К + И

З = 3700 + 1801.4 = 5501.4 тыс.руб.

(здесь значения К и И приведены к расчетному году).

2. Стоимостная оценка результатова функционирования САПР

(расчет экономии от САПР).

.

- 86 -

2.1. Расчет сокращения времени проектирования требуемого

количества печатных плат и фотошаблонов:

dTп = T * (dtп * Nп + dtк * Nк)

dTф = T *а dtф * Nф

dTп = (101 * 280 + 60 * 140 ) * 5 = 183400 часов

dTф = 25 * 600 * 5 = 75 часов

2.2. Расчет годовой экономии по заработной плате, получа-

емой от снижения трудозатрат при проектировании печатных плат,

фотошаблонов и внесении схемных корректировок в словиях САПР:

Pз = SUM( Nаi * dti * Ci) * [1 + SUM(Ki)] / 1

или

Pз = [1+(K1+K2+K3+K4)] * [Nап*dtп*Cтп +

+ Nаф*dtф*Cтф +

+ Nак*dtк*Cтп]/ 1,

Pз = 1.39 / 1 *

*(280*101*500 + 600*25* 550 + 140*60* 500) =

= 36960.1 тыс.руб/год

2.3. Условно-годовая экономия

Pг = Pз - Иг

Рг = 36960.1 - 432 = 36528.1 тыс.руб/год

2.4. Расчет экономии, получаемой от снижения трудозатрат

на проектирование печатных плат и фотошаблонов за период функ-

ционирования САПР:

P = Pг * (ao + a1 + a2 + a3 + a4)

= 36528.1 * 4.1699 = 152318.5 тыс.руб.

.

- 87 -

Экономия ва результате меньшения числа конструкторских

ошибок и брака в документации чтена в снижении трудозатрат на

проектирование.

Здесь не рассчитывается экономия, получаемая при изготов-

лении печатныха плата з счета проектирования в САПР, из-за

отсутствия исходных данных. На практике такая экономия может

быть получена в результате оптимизации схемных решений на пе-

чатной плате и решения многовариантной задачи выбора оптималь-

ной технологии изготовления печатной платы. Получение экономии

в процессе изготовления печатных плат должно являться основной

целью автоматизации проектирования.

Кроме того, важной составляющей стоимостной оценкиа ре-

зультат функционирования САРа является оценк конкурен-

тоспособности проектируемого изделия и прибыли, получаемой за

счета его опережающего выпуска. Это также является предметом

специального исследования и в даннома расчете неа учитывается

из-за отсутствия исходных данных.

2.5. Оценка годового экономического эффекта, получаемого

при функционирование САПР:

Эг = Рг - К / Т

Эг = 36528.1 - 3700 / 5 = 35788.1 тыс.руб/год

2.6. Оценка экономического эффекта, получаемого за пятилет-

нее функционирование САПР:

Э =- К

Э = 152318.5 - 3700 = 148618.5 тыс.руб.

2.7. Оценка народнохозяйственной эффективности САПР:

е = Рг / К

е = 36528.1 3700 = 9.9 1/год

.

- 88 -

2.8. Оценка периода возврата единовременных затрат:

Твз = 1 / Еа

Твз = 1 / 9.9 = 0.1 года

Единовременные затраты возвращаются за период Tвз < 1 или

1/Ea = 1/37475.82 = 0.1 года. Это без чета дополнительных ре-

зультатов, получаемых в САПР, т. е. при чете только снижения

трудозатрат на проектирование.

.

- 89 -

Применение САПР P-CAD:

снижение трудоемкости.

без САПР

са САПР

Т

р

у

д

о

е

м

к

о

с

т

ь

чел-ч/шт

1. Снижение трудоемкости проектирования одной печатной платы

2. Снижение трудоемкости проектирования одного фотошаблона

3. Снижение трудоемкости схемных корректировок по одной плате

Рис.3.1. Применение САПР P-CAD: снижение трудоемкости.

.

- 90 -

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Инженер по радиоэлектронике и автоматике в условияха тех-

нической оснащенностиа интеллектуальнойа деятельности должен

свободно владеть средствами математического и программного мо-

делирования и решения задач проектирования и эксплуатации ап-

паратуры с помощью ЭВМ. При этом направленное обучение специа-

листова по использованию компьютерной техники и программного

обеспечения АРМ инженера является весьма актуальным и обуслов-

лено широкима внедрениема ва инженерную практику персональных

компьютеров.

Приведенный ва первой части данной дипломной работы обзор

математических моделей печатных плат, используемых в САПР, ал-

горитмов компоновки и трассировки позволяет получить достаточ-

но полное представление о современном состоянииа этой области

втоматизированного проектирования, существующих проблемах и

методах их решения.

В разделе, посвященнома расчету конструктивного объема

РЭА, сообщаются необходимые теоретические сведения для прове-

дения работа на этом этапе разработки изделия. Разработанная

программа RTV (IBM, Clipper) значительно облегчит вычисления.

Ее баз данных содержит описание более 2 компонентов оте-

чественной элементной базы. В течении двух лет версии програм-

мы спешно использовались н лабораторных работах по курсу

"Конструирование РЭА" и получили высокую оценку пользователей.

В главе "Исследование алгоритмов, используемых в системе

P-CAD" на примере разработки двух разнотипных блоков РЭ при-

водится методик компоновки в автоматическом и интерактивном

режимаха программы PC-PLACE, определен последовательность

действий оператора, позволяющая достичь максимального исполь-

зования ресурсов печатной платы. Дан сравнительный анализ ал-

горитмова трассировкиа программы PC-ROUTEа иа рекомендации по

использованию различных методов трассировки ва зависимости от

элементной базы проекта.

Опыт проведенных разработок в пакете P-CAD был обобщена и

использован в методическом пособии "Элементы прикладной машин-

ной графики в системе P-CAD", посвященном первому этапу авто-

- 91 -

матизированного проектирования - созданию описания элементной

базы проекта и описанию электрических принципиальных схем, как

базовому при разработке проекта.

Расчет экономической эффективности САПР с применением па-

кета P-CAD, приведенный в данной работе, бедительно показыва-

ет снижение трудоемкости работы проектировщикова более чема в

дв раза. При внедрении подобнойа системы на промышленном

предприятии срок окупаемости составит 2-3 месяца.

Проведенные исследования позволили глубже понять основные

принципы системы и изучить особенности работы используемыха в

программах алгоритмов. Полученные данные могут использоваться

для повышения качества производимых разработок иа формирования

детального представлениеа об основных элементах, структуре и

принципах функционирования промышленныха система автоматизиро-

ванного проектирования. Результаты работы - методика исследо-

ваний и данные экспериментов - могут быть использованы при ор-

ганизации курса лабораторных работ на основе пакета P-CAD, а

так же будута полезны разработчикама РЭА, использующима эту

систему.

Несомненно, развитие промышленного производства в даль-

нейшем будета идтиа по пути всеа большей автоматизации как

конструирования, так и производства. Но не следует пускать из

виду, что в настоящее время методы машинного проектирования

еще не вышли на уровень полной автоматизации. Какими бы эффек-

тивными неа были программы машинного проектирования, они

по-прежнему остаются только инструментом, дополняющим возмож-

ности разработчика. На данном этапе полная автоматизация про-

ектирования невозможна.

.

- 92 -

ЛИТЕРАТУРА

1. Автоматизированное конструирование монтажных плат РЭА:

Справ. специалиста/ А.Т.Абрамов, В.Б.Артемов, В.П.Богданов и

др.; Под ред. Л.П.Рябова.- М.:Радио и связь, 1986.

2. Справочник конструктора РЭА:а Общие принципы конструи-

рования/ Под ред. Р.Г.Варламова. - М.:Сов.радио, 1980.

3. Системы автоматизированного проектирования электронной

и вычислительной аппаратуры/Норенкова И.П., Маничева В.Б.-

М.:Высш.школа, 1983.

4. льман Дж. Вычислительные аспекты СБИС:а Пер.с

нгл./Под ред. П.П.Пархоменко.- М.:Радио и связь, 1990.

5. Автоматизированное проектирование СБСа н базовых

кристаллах/ А.И.Петренко, В.Н.Лошаков, А.Я.Тетельбаум, Б.Л.

Шрамченко.- М.:Радио и связь, 1988.

6. Проектирование СБИС:а Пер. с япон./Ватанабэ М., Асада

К., Кани К., Оцуки Т.- М.:Мир, 1988.

7. Placement and routing. User's Manuals. Personalа CAD

Systems Inc. 1987.

8. Беклешов В.К., Морозова Г.А. САПР ва машиностроении:

организационно-экономические проблемы. - Л.:а Машиностроение,

1989.

9. Комплексная оценка эффективности мероприятий, направ-

ленных н скорениеа научно-технического прогресса:а методи-

ческие рекомендации и комментарии по их применению.- М., 1989

10. Автоматизированное проектирование микросхем для вто-

ричных источников питания/ Анисимов В.И., Дмитриевич Г.Д., Ка-

питонов М.В. и др.- Л.:ЛЭТИ, 1986.

11. Компоновка и конструкции микроэлектронной аппаратуры/

П.И.Овсищер, И.И.Лившиц, А.К.Орчинский иа др.-а М.:Радио и

связь, 1982.

12. Графические средств проектирования РЭА/а Д.И.Тома-

шевский, Г.Г.Масютин, А.А.Явич, В.В.Преснухин.- М.:Сов.радио,

1980.

13. Селютин В.А. Автоматизированное проектирование топо-

логии БИС. - М.:Радио и связь, 1983.

14. Морозов К.К., Одиноков В.Г., Курейчик В.М. Автомати-

зированное проектирование конструкций радиоэлектронной аппара-

туры.- М.:Радио и связь, 1983.

.

- 93 -

Приложение I. Программа RTV.

* Clipper Summer'87.

* -------------------------------------------------------------- *

* Программа RTV - расчета становочного объема РЭ а*

* г.Владивосток, ДВТИ, кафедра РКТ, Горбач Д.А. *

* март, ноябрь 1992 г., май 1993 г. *

* -------------------------------------------------------------- *

*

* Параметры элементов в базе данных:

*

* L

*

*а D / /│ Цилиндрические детали:

* ┌──────┐ │ В базе D=0 как признак цилиндра.

* │ │ │ Тогда площадь элемента считается

* │ │ │

*а Hа │ │ │ Selem = L x L

* │ │/ Velem = H x Selem

* └──────┘

* а │

* L

* Плоские детали (DIP и др)

*а D / /│ Площадь элемента:

* ┌─────────────────────────────┐ │

*а Hа ┌ ┌ ┌ ┌ ┌ ┌а │/ Selem = L x D

* └──│────│─────│────│───│───│──┘ Velem = H x Selem

*

*

wsetmove(.F.)

set key 28 to my_help

set key -9 to menu

set scoreboard off

set cursor off

set wrap on

public baza, Kol, N_ALL, N_ELEMENT[20]

public Selem, Velem, Vreal, Vusta, Mass, GlavMenu, WM, WE, WB, TXT

public KoeV, KoeM, VGA

public sideX, sideY, sideZ

public nfile, ok, vk, box1

declare Pole_base[15], Titl[15], T[1]

ok =.T.

vk = chr(13)+chr(10)

TXT = ""

VGA =.F.

Selem = 0

Velem = 0

Vreal = 0

Vusta = 0

Mass = 0

KoeV = 0.50

KoeM = 1.25

sideX = 0

sideY = 0

sideZ = 0

nfile = "rtv.doc "

GlavMenu = 3

T[1] = "baza0->element"

box1 = "┼┴╟═╚╦╔┤ "

box2 = "╩┴х═х╦╠┤ "

DO GetScreen

DO SetScreen

set color to "w*/n"

clearwin(0,0,24,79, "w*/n"," ")

set color to "n */w,w+ /n"

WM=wopen( 0,0,0,79)

- 94 -

wselect( 0)

@ 0, 0 say space(80)

@24, 0 say space(80)

@24, 2 say "F1-Help │"

@24,67 say "│ F10-Menu"

keyboard chr(27)

do menu

if file("RTV_1.DBF") # ok.or. ;

file("RTV_1.DBT") # ok.or. ;

file("RTV_2.DBF") # ok.or. ;

file("RTV_3.DBF") # ok

window( 10,13,14,66, "w+/r")

@ 2,4 say "Не найдены системные файлы - работа невозможна"

inkey(0)

wclose()

l_gmode(3)

quit

endif

window(7,21,17,58, "w+*/b,w+ /n")

do copyright

select 1

use RTV_1 alias baza0

do menu_new

PUBLIC N[n_all]

afill( N,0)

select 2

use RTV_2 alias Korpus

if file("RTV_2.NTX") # ok

index on DIP to RTV_2

endif

set index to RTV_2

select 3

use RTV_3 alias Standart

if file("RTV_3.NTX") # ok

index on GOST to RTV_3

endif

set index to RTV_3

wclose()

WB=window( 2, 16, 21, 76, "w+*/b,w+ /n")

set color to "n/w"

@ 0,59,19,60 box box1

set color to "n */w,w+ /n"

@а 0,59 say "╩х"

@ 19,59 say "╠х"

@ 4,51 say " PgUp "

@ 7,51 say " PgDn "

@10,51 say " Tabа "

set color to "n */b"

@ 4,57 say "▄"

@ 5,52 say "▀▀▀▀▀▀"

@ 7,57 say "▄"

@ 8,52 say "▀▀▀▀▀▀"

@10,57 say "▄"

@11,52 say "▀▀▀▀▀▀"

WE=window( 2, 1, 15, 12, "w+*/b,w+ /n")

select 1

go top

* --------------------------------------------------------- *

* Собственно программ *

* --------------------------------------------------------- *

dbedit( 1,2,12,9, T, "edit", 0, "Элемент","─")

quit

- 95 -

* --------------------------------------------------------- *

* Процедуры, функции *

* --------------------------------------------------------- *

function edit

parameters m, f

if lastkey()=9 .or. lastkey()=13 && Ret, Tab

аdo Var_base

endif

return( 1)

* --------------------------------------------------------- *

procedure Var_base

private i, rec, X, Y, tmp, scr, len, N_inp

N_inp = 0

scr = wselect()

tmp = ""

X = 0

Y = 0

wselect( WB)

set color to "n */w"

@ 1,59а say "┤═"

set color to "w+*/b,w+ /n"

@ 3,1,16,48 box box1

select 1

rec = recno()

afill(Pole_base,"")

baza= baza0->base

@ 1,3 say baza0->NAME

Y=Mlcount(POLE,8)

for i=1 to Y

Pole_base[i]=Memoline(baza0->POLE, 8,i)

@ 3+i,2а say MemoLine(baza0->Glav,15,i)

next i

if rec > 1

for i=1 to rec-1

X=X+N_ELEMENT[i]

next i

endif

select 4

use &baza alias bazaRT

len=lastrec()

set key 9 to exit_code

do while ok

set color to "w+*/b,w+ /n"

clear gets

for i=1 to Y

if Pole_base[i]="N"

N_inp=N[recno()+X]

@ 3+i,18 get N_inp picture " "

else

tmp=Pole_base[i]

@ 3+i,18 say &tmp

endif

next i

set cursor on

read

set cursor off

N[X+recno()]=N_inp

key=lastkey()

do case

case key=13.or. key=3 && PgDn, Enter

do print_code

skip +1

if eof()

skip -1

endif

case key=18 && PgUp

do print_code

- 96 -

skip -1

case key=27 && Esc

do print_code

exit

endcase

set color to "n */w"

@ 1+17*recno()/len,59 say "┤═"

enddo

set key 9 to

select 1

goto rec

wselect(scr)

return

* --------------------------------------------------------- *

procedure exit_code

keyboard chr(27)

return

* --------------------------------------------------------- *

procedure print_code

set color to "n/w"

@ 1+17*recno()/len,59 say "┤═"

return

* --------------------------------------------------------- *

Procedure menu

set cursor off

set key -9

private scr

scr=wselect()

do while ok

wselect( WM)

@ 0, 1 prompt " Ё "

@ 0, 5 prompt " Файл "

@ 0,12 prompt " Данные "

@ 0,21 prompt " Расчет "

@ 0,30 prompt " Объем "

@ 0,38 prompt " Отчет "

@ 0,46 prompt " Выход "

menu to GlavMenu

do case

case GlavMenu=1

window(6,21,16,58,"w+/b", box1)

do copyright

inkey(0)

wclose()

case GlavMenu=2

do menu_file

case GlavMenu=0.or. GlavMenu=3

GlavMenu=3

clear gets

exit

case GlavMenu=4

do menu_exec

case GlavMenu=5

do menu_graf

case GlavMenu=6

do menu_text

case GlavMenu=7

do menu_quit

endcase

enddo

wselect( scr)

set key -9 to menu

return

* --------------------------------------------------------- *

.

- 97 -

function window

parameters y1, x1, y2, x2, color

private W

W=wopen( y1, x1, y2+1, x2+2)

colorwin( 1, 2, y2-y1+1, x2-x1+2)

set color to &color

@ 0, 0, y2-y1, x2-x1 box box1

return( W)

* --------------------------------------------------------- *

procedure menu_file

private i

i=1

window( 1,5,8,16,"n */w,w+ /n", box1)

@ 2,1 prompt " Load "

@ 3,1 prompt " Save "

@ 4,1 prompt " Save as.."

@ 5,1 prompt " New "

menu to i

do case

case i=4

afill(N,0)

TXT = ""

endcase

wclose()

return

* --------------------------------------------------------- *

function get_name_file

parameters y,x, nfile

window(y,x,y+2,x+21,"n/w, w+/n", box1)

clear gets

@ 1,2 say "File:" get nfile picture "@K "

set cursor on

read

set cursor off

wclose()

return nfile

* --------------------------------------------------------- *

procedure menu_new

select 1

go top

KOL=0

N_ALL=0

Afill( N_ELEMENT,0)

do while.not. eof()

baza = baza0->base

select 4

if file(baza+".DBF")

use &baza

KOL=KOL+1

N_ELEMENT[Kol]=lastrec()

N_ALL=N_ALL+N_ELEMENT[Kol]

else

select 1

delete

endif

select 1

skip

enddo

pack

return

* --------------------------------------------------------- *

.

- 98 -

procedure menu_exec

private i

i=1

window(1,21,5,43,"n */w,w+ /n", box1)

@ 1,1 prompt "а Счет по среднему "

@ 2,1 prompt "а Счет по максимуму "

@ 3,1 prompt "а Счет по минимуму "

menu to i

wclose()

if i#0

do exec with i

endif

return

* --------------------------------------------------------- *

procedure exec

parameters i

private X, OLD_select, OLD_recno1, OLD_recno4, tmp

private D, L, H, M, Sij, XDip, XGost

Selem = 0

Velem = 0

Vreal = 0

Vusta = 0

X = 0

D = 0

L = 0

H = 0

M = 0

rec = 0

Mass = 0

TXT = ""

XDip = ""

XGost = ""

sideZ = 0

OLD_recno4=recno()

OLD_select=select()

select 1

OLD_recno1=recno()

go top

window(2,16,21,65,"w+*/bg", box1)

set color to "n */bg,w+*/n"

@ 2,4 say "Объем Элементов.......... 0 мм^3"

@ 3,4 say "Объем Реальный ........... 0 мм^3"

@ 4,4 say "Объем становочный ....... 0 мм^3"

@ 6,4 say "Масса Общая .............. 0 гр."

@ 7,4 say "Масса Реальная........... 0 гр."

@ 9,4 say "Сторона X ................ 0 мм"

@10,4 say "Сторона Y ................ 0 мм"

@11,4 say "Сторона Z ................ 0 мм"

@13,4 say "Коэффициент заполнения ... (0.2 _ 1)" get koeV picture "99.99"

@14,4 say "Коэффициент массы ........ (1.2 _ 3)" get koeM picture "99.99"

wopen(19,20,19,62)

@0,0 say "█"+replicate("▒",41)

do while.not. eof()

baza = baza0->base

tmp = norm_or_min()

rec = recno()

if rec > 1

X=X+N_ELEMENT[rec-1]

endif

select 4

use &baza

for j=X+1 to X+N_ELEMENT[rec]

if N[j]#0

goto j-X

do case

- 99 -

case tmp=1.and. i=1

D=(D_min+D_max)/2

L=(L_min+L_max)/2

H=(H_min+H_max)/2

case tmp=1.and. i=2

D=D_max

L=L_max

H=H_max

case tmp=1.and. i=3

D=D_min

L=L_min

H=H_min

case tmp=2

XDip = DIP

select 2

*// go top

seek XDip

if found()

select 4

D=Korpus->D

L=Korpus->L

H=Korpus->H

M=Korpus->M

else

select 4

D=0

L=0

H=0

M=0

endif

endcase

if H=0

Sij=N[j]*D*D

else

Sij=N[j]*D*H

endif

Selem=Selem+Sij

Velem=Velem+Sij*L

sideZ=max(L,sideZ)

Mass=Mass+M

XGost=Gost

select 3

go top

seek XGost

select 4

TXT=TXT+baza0->element+" │ "+left(Tip+space(15),15)+;

+" │ "+Standart->Gost+" │ "+;

+str(N[j],6)+" шт. │ "+str(Sij*L,10)+" мм^3"+;

+vk

endif

next j

select 1

@0,0 say replicate("█",rec*42/Kol)

skip

enddo

wclose() && окно под индикатором выполнения

select 1

goto OLD_recno1

baza=baza0->base

select 4

use &baza

select( OLD_select)

goto OLD_recno4

*//wclose()

* --------------------------------------------------------- *

* *

* Вывод отчета по вычислениям *

* *

* --------------------------------------------------------- *

@17,14 say "▄ ▄ ▄"

@18, 5 say "▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀ ▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀ ▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀"

.

- 100 -

do while ok

Vreal=Selem*sideZ

Vusta=Vreal/KoeV

if sideZ != 0

sideX=sqrt(Vusta/sideZ)

else

sideX=0

endif

sideY=sideX

set color to "n */bg,nа /w"

@ 2,30 say str(Velem,10)

@ 3,30 say str(Vreal,10)

@ 4,30 say str(Vusta,10)

@ 6,30 say str(Mass,10)

@ 7,30 say str(Mass*KoeM,10)

@ 9,30 say str(sideX,10)

@10,30 say str(sideY,10)

@11,30 say str(sideZ,10)

clear gets

@13,41 get KoeV picture "99.99" range 0.2,1

@14,41 get KoeM picture "99.99" range 1.2,3

j=1

set color to "n/w, n */w"

@ 17, 4 prompt "а NewKoeа "

@ 17,20 prompt " View "

@ 17,36 prompt "а Cancelа "

menu to j

do case

case j=0.or. j=3

exit

case j=1

set cursor on

set colorа to "n/w,w+/n"

read

set cursor off

case j=2

DO menu_graf

endcase

enddo

TXT= space(24)+"Расчет становочного Объема РЭА"+vk +vk+;

+replicate("─",76) +vk+;

+TXT+;

+replicate("─",76) +vk+;

+"Объем Элементов .........."+str(Velem,10) +" мм^3"+vk+;

+"Объем Реальный ..........."+str(Vreal,10) +" мм^3"+vk+;

+"Объем становочный ......."+str(Vusta,10) +" мм^3"+vk+;

+"Масса Общая .............."+str(Mass,10) +" гр." +vk+;

+"Масса Реальная ..........."+str(Mass*KoeM,10)+" гр." +vk+;

+" Коэффициент заполнения.. "+str(KoeV,4,2) +vk+;

+" Коэффициент массы....... "+str(KoeM,4,2) +vk+;

+vk+;

+"Размеры сторон:" +vk+;

+"X = "+str( sideX,10)+" мм" +vk+;

+"Y = "+str( sideY,10)+" мм" +vk+;

+"Z = "+str( sideZ,10)+" мм" +vk

wclose()

return

* --------------------------------------------------------- *

function norm_or_min

private i, p, x

p=0

for i=1 to Mlcount(POLE,10)

x=Memoline(POLE,10,i)

do case

case at("MIN",x)#0

p=1

- 101 -

case at("DIP",x)#0

p=2

endcase

next i

return( p)

* --------------------------------------------------------- *

procedure menu_text

private i

i=1

window(1,27,4,44,"n */w, w+/n", box1)

do while ok

@ 1,1 prompt " Отчет на экран "

@ 2,1 prompt " Отчета ва файл "

menu to i

do case

case i=0

exit

case i=1

wopen(1,0,23,79)

set color to "w */n"

wbox(box1)

set color to "w+ */n"

memoedit( TXT, 0,1,22,77,.F.,"",240)

wclose()

case i=2

nfile=get_name_file(6,32,nfile)

if lastkey()=13

memowrit( nfile, TXT)

endif

exit

endcase

enddo

wclose()

return

* --------------------------------------------------------- *

procedure menu_graf

private x[4], y[4], MAX

wopen(0,0,24,79)

L_gmode( 16)

L_line( 260, 200, 260, 639, 1) && ---а 9 - B+

L_line( 260, 200, 320, 0, 1) &&а /

L_line( 260, 200, 0, 200, 1) &&а |

L_stroke( "X", 1, 265, 620, 15, 12, 9)

L_stroke( "Y", 1, 320, 10, 15, 12, 9)

L_stroke( "Z", 1, 0, 210, 15, 12, 9)

MAX=max( sideX, max( sideY, sideZ))

if MAX#0

x[1]=200

y[1]=260

x[2]=200+400*sideX/MAX

y[2]=260-220*sideZ/MAX

x[3]=200-300*sideY/MAX/2

y[3]=260+ 90*sideY/MAX/2

x[4]=200-300*sideY/MAX/2+400*sideX/MAX

y[4]=260+ 90*sideY/MAX/2-210*sideZ/MAX

l_box ( y[1],x[1],y[2],x[2],10)

l_box ( y[3],x[3],y[4],x[4],10)

l_line( y[4],x[4],y[2],x[2],10)

l_line( y[3],x[3],y[1],x[1],10)

l_line( y[3],x[4],y[1],x[2],10)

l_line( y[4],x[3],y[2],x[1],10)

endif

.

- 102 -

inkey(0)

release x,y,max

do SetScreen

wclose()

return

* --------------------------------------------------------- *

procedure menu_quit

private menu

window(1,32,4,52,"n */w,w+/n")

@ 1,1 prompt " Продолжать работу "

@ 2,1 prompt " Закончить работу "

menu to menu

wclose()

if menu=2

set color to "w/n"

L_gmode(3)

quit

endif

return

* --------------------------------------------------------- *

procedure my_help

set key 28 to

window(3,5,19,73,"w+/bg",box1)

set color to "n/bg"

memoedit( memoread("rtv.hlp"), 1,2,15,65,.F.,"",240)

wclose()

set key 28 to my_help

return

* --------------------------------------------------------- *

procedure copyright

@ 1, 3 say "Расчет становочного Объема РЭА"

@ 3,13 say "Версия 2.0"

@ 5,10 say "Владивосток. ДВТИ"

@ 6, 7 say "Кафедра радиоэлектроники"

@ 7, 8 say "и компьютерной техники"

@ 9,13 say "Горбача Д.А."

return

* --------------------------------------------------------- *

Procedure GetScreen

Private VI, ADAPTER

VI = " "

ADAPTER = 0

ret = pcxVI(vi)

ADAPTER = asc( substr(VI,1,1))

if ret#0.or. ADAPTER<3

? "Адаптер не поддерживается. Сброс программы."

quit

endif

if ADAPTER == 5

VGA = ok

endif

return

* -------------------------------------------------------------- *

Procedure SetScreen

pcxSM(0) && Set Text Mode

if VGA

_SetFnt16() && VGA Font

else

_SetFnt14() && EGA Font

endif

noblink()

return