ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Автоматизация конструкторского проектирования печатных плат и блоков вычислительной аппаратуры из "Основы теории и проектирования САПР " Конструктивно вычислительная аппаратура представляет собой иерархическую структуру, в которой конструктивы (типовые элементы конструкции) низшего уровня объединяются в конструктивы высшего уровня. В соответствии со структурой и с учетом особенностей конструкции отдельных уровней разрабатываются методы, алгоритмы и программы для автоматизации конструкторского проектирования. [c.174] Элементы-конструктивы представляют собой отдельные изделия, поставляемые в готовом виде (микросхемы различной степени интеграции, электрорадиоэлементы и др.). Современные конструктивные элементы разрабатываются на основе единых размерно-параметрических рядов и имеют высокий уровень унификации и стандартизации. [c.175] Типовые элементы замены (ячейки), как правило, унифицированы для данного изделия и состоят из конструктивных элементов, объединенных на одной печатной плате. [c.175] Блоки (панели, субблоки) состоят из совокупности типовых элементов замены (ячеек), размещенных на объединительной печатной плате или в металлическом каркасе с различными способами электрического и механического объединения их. Конструктивное исполнение блоков (панелей, субблоков) разнообразно, особенно для транспортируемой (бортовой) аппаратуры. Для стационарной вычислительной аппаратуры унифицируются, как правило, только основные размеры базовых конструкций данного уровня длина I, высота Н, глубина (ширина) В. [c.175] Шкафы (стойки) включают ряд блоков, электрическая связь между которыми реализуется с помощью проводного монтажа или кабельных соединений. [c.175] Иерархический принцип конструирования позволяет вести проектирование по каждому уровню независимо, оптимизируя типовые элементы конструкции по частным критериям качества, с учетом взаимосвязи с другими уровнями конструирования. Связь между уровнями осуществляется путем передачи обобщенной информации о параметрах соответствующих конструктивов. [c.175] Для автоматизации проектирования типовых элементов конструкции необходима высокая степень унификации и стандартизации составляющих его элементов и конструктива в целом. Унификация создает предпосылки для успешной формализации задач конструкторского проектирования. Например, ввод описания типоразмеров ТЭЗ и блоков в базу данных САПР при настройке системы в дальнейшем позволяет спроектировать партию различных типовых элементов замены или блоков без адаптации системы. Наиболее хорошо разработаны модели, методы и алгоритмы автоматизированного проектирования печатных плат вычислительной аппаратуры. Задачи проектирования конструктивов более высокого уровня формализованы в основном в части компоновки (эта задача в наименьшей степени зависит от особенностей конструктивно-технологического проектирования узлов) и межблочного монтажа. [c.175] Конструктивно - технологические особенности печатных плат. Печатная плата представляет собой составную пластину, на одной или обеих поверхностях которой размещены элементы. Электрическая связь между выводами элементов обеспечивается печатными проводниками, нанесенными на поверхности отдельных диэлектрических пластин платы. Печатные платы бывают одно-, двух- и многослойными в зависимости от числа слоев формируемых систем печатных проводников. [c.176] Однослойные печатные платы изготавливаются из одной диэлектрической пластины и применяются, как правило, при наличии крупногабаритных элементов, потребляющих большие электрические токи. Если печатные проводники невозможно выполнить без пересечений, то вводятся проволочные перемычки для реализации одного из конфликтующих соединений (рис. [c.176] Двухслойные печатные платы изготавливаются из одной диэлектрической пластины, на обеих поверхностях которой располагаются печатные проводники. Электрическая связь между проводниками одной цепи, лежащими на разных сторонах платы, осуществляется посредством сквозных отверстий (межслойных переходов), расположенных в местах пересечения проводников (рис. [c.177] Многослойные печатные платы выполняются из нескольких пластин с расположенными на них печатными проводниками. Способ электрического соединения проводников, расположенных в различных слоях, между собой и с выводами элементов, зависит от конструкции платы. Элементы могут устанавливаться по обеим сторонам платы (рис. 7.19, в). [c.177] Элементы, устанавливаемые на печатных платах, различаются габаритами, числом и типом выводов, их расположением. Элементы могут иметь корпуса различных конструкций или бескор-пусное исполнение. Корпуса бывают с плоскими (планарными) или штыревыми выводами. Минимальное расстояние между выводами, как правило, постоянно. Наиболее распространен шаг расположения выводов, равный 1,25 мм для планарных и 2,5 мм для штыревых. К элементам относятся также соединители для подключения внешних цепей к электрической схеме печатной платы. Соединители размещаются у краев печатных плат и содержат планарные или сквозные контактные площадки, к которым припаиваются металлические лепестки, соединенные с контактами вилки разъема, устанавливаемого на печатной плате. [c.177] Отмеченные особенности конструкции и технологии печатных плат определяют специфику математического обеспечения подсистем автоматизированного проектирования печатных плат. Разрабатываемые модели, методы и алгоритмы должны решать задачи размещения элементов на печатной плате ТЭЗ (ячейки) и трассировки всех печатных соединений согласно электрической схеме соединений элементов. Основным критерием качества автоматизированного проектирования одно- и двухслойных печатных плат является процент автоматически не разведенных соединений по отношению к общему числу соединений, а для многослойных плат — общее количество слоев монтажа. Другие важные критерии качества автоматизированного проектирования печатных плат равномерность распределения печатных проводников в отдельных слоях, суммарная длина соединений, количество переходных отверстий и др. [c.178] Модели монтажного пространства и схемы электрических соединений. Монтажное пространство задается в виде области на печатной плате в координатах XV, в котором размещаются элементы и осуществляется их электрическое соединение. Регулярное монтажное пространство имеет прямоугольную форму, постоянный шаг расположения по вертикали и горизонтали одинаковых по размерам элементов. Такое пространство характерно для цифровых ТЭЗ (ячеек). Нерегулярное монтажное пространство обычно также прямоугольное, но элементы имеют разные размеры и форму и не имеют точно определенных посадочных мест на плате. Такое пространство характерно для аналоговых и аналого-цифровых ТЭЗ (ячеек). Модели монтажного пространства бывают двух типов графовые и дискретные. [c.178] АУ в собственной системе координат элемента, расположенной в полюсе. Эти модели используются при размещении разногабаритных элементов. [c.181] Методы и алгоритмы автоматизированного проектирования однослойных печатных плат. Основные особенности задач размещения и трассировки однослойных печатных плат на однослойной печатной плате, как правило, размещаются разногабаритные элементы (в основном радиоэлементы с малым числом выводов), для которых посадочные места не фиксируются заранее проекции элементов на плоскость установки не должны пересекаться между элементами должны соблюдаться необходимые зазоры установка элементов разрешается при условии, что выводы элементов должны находиться в узлах дискретной сетки монтажного пространства все соединения реализуются в одном слое, количество перемычек должно быть минимальным. [c.182] При решении задачи размещения для двухслойных печатных плат в основном используются алгоритмы размещения одногабаритных элементов. Для получения начального размещения элементов применяются простые последовательные алгоритмы, для получения окончательного варианта — итерационные, причем оптимальность размещения в основном определяется эффективностью итерационных алгоритмов. Объектами расстановки обычно являются микросхемы. Микросхемы разных габаритов при размещении условно считают равными или с кратными габаритами, при этом монтажное пространство рассматривается как непрерывное. Сначала выполняется предварительное размещение, затем — окончательная расстановка микросхем с учетом их размеров. Для каждого типа микросхем выделяется некоторая окрестность отведенного им посадочного места, допускающая сдвиг отдельных микросхем. Другой подход состоит в разделении всех микросхем на группы одногабаритных и размещение каждой группы в определенное множество позиций на плате. Радиоэлементы (нагрузочные резисторы, конденсаторы в цепях питания, резистивно-емкостные цепи аналоговых микросхем и др.) размещаются отдельно, после расстановки всех микросхем на плате. Критериями задачи размещения являются минимумы суммарной длины соединений, пересечений соединений, суммы полупериметров описывающих прямоугольников электрических цепей и др. [c.185] Алгоритм Штейнберга является примером таких алгоритмов и служит для минимизации целевых функций (7.7) или (7.8). Из всего множества элементов Е выбирается подмножество Е , состоящее из т элементов, не имеющих общих электрических цепей. Пусть Ь — множество позиций, занятых элементами из Ей, тогда любой элемент из Е можно последовательно перемещать на все позиции в L. Строится матрица стоимости А = [а ] размером тХт, каждый элемент которой задает суммарную длину соединений элемента е Ек при условии установки его в позицию 1/. Элементы в Ей не связаны между собой, поэтому задача состоит в том, чтобы расставить т независимых элементов в т посадочных мест, минимизируя (7.7) или (7.8). Эта задача о линейном назначении решается с помощью соответствующих алгоритмов линейного целочисленного программирования. После размещения элементов подмножества Е выбирается следующее независимое подмножество и процесс повторяется. [c.187] Трассировке соединений предшествует этап назначения цепей на контрольные гнезда платы и выводы соединителя и переназначения эквивалентных выводов микросхем и радиоэлементов для улучшения условий трассировки. Эти задачи легко сводятся к задачам линейного целочисленного программирования [2]. [c.187] Вернуться к основной статье