16. Конструктивные и технологические требования к размещению элементов на печатной плате и к трассировке печатных проводников.

Задача размещения. Исходными данными для этой задачи являются: принципиальная электрическая схема конструируемого блока (узла), полученная по результатам схемной компоновки; форма и геометрические размеры элементов и монтажного пространства; мощность и сила тока и т. п.

В процессе решения задачи необходимо определить оптимальное расположение элементов схемы в заданном монтажном пространстве с учетом конструктивных и технологических требований и ограничений.

Основные показатели задачи размещения: суммарная длина всех монтажных соединений ; число электрически длинных проводников, максимально допустимые наводки и отражения сигналов в цепях связи элементов; планарность или минимальное число переходов из слоя в слой и другие характеристики печатного монтажа; концентрация тепла и теплоотвод в монтажном пространстве.

Проверить выполнение большинства из этих требований можно только после проведения трассировки соединений, однако совместное решение задач трассировки и размещения трудно формализуется и работа в этом направлении продолжается. В настоящее время применяют критерии оценки качества размещения, косвенно учитывающие эти требования.

Главная цель задачи размещения – облегчение следующей за ней трассировки. Если связи между элементами осуществляются проводным, то наилучшим критерием оптимальности размещения будет суммарная взвешенная длина соединений. Для печатного монтажа, помимо суммарной длины соединений, имеет большое значение взаимное положение соединений и число пересечений, что учитывается дополнительным критерием числа наиболее длинных соединений или критерием суммарной длины кратчайших деревьев, которые можно построить по схеме соединений при данном размещении.

Ограничения для задачи размещения связаны с конкретными конструктивно-технологическими особенностями узла и составляющих его элементов, а также с требованиями помехоустойчивости и теплообмена в конструкции. Например, ограничения на максимальную длину проводников, наличия определенных разъемов, положение которых в монтажном пространстве фиксировано; наличием современного оборудования для выпуска фотошаблонов высокой точности, технологий для изготовления печатного монтажа и оснований плат.

17. Задача автоматизированного размещения элементов на печатной плате. Алгоритмы размещения.

В общем случае нужно найти на множестве позиций монтажного пространства ПП такое размещение элементов Э_i, принадлежащих данному узлу, при котором достигается минимум заданного критерия качества размещения в принятой метрике.

В регулярном монтажном пространстве с числом позиций m при наличии в схеме n элементов (n  m), каждый из которых занимает одну позицию, число возможных размещений будет

N _P (m, n) = n! C ⁿ_{m .}

В настоящее время все еще не существует для задачи размещения методов, которые гарантируют глобальное оптимальное решение на основе формализованного подхода. Поэтому применяются эвристические процедуры, алгоритмы которых имеют конструктивный (последовательный) или итерационный характер.

Конструктивные алгоритмы (например, последовательный метод связывания пар, или последовательно-параллельный метод расширения ядер) формирует размещение, начиная от некоторого заданного элемента (контактов МС), последовательным добавлением элементов с учетом критерия оптимальности и заданных ограничений до тех пор, пока все элементы не будут установлены. Конфигурация размещения при использовании конструктивных алгоритмов определяется только после полного завершения работы алгоритма.

Итерационные алгоритмы (например, метод парных перестановок, метод групповых перестановок, методы, использующие механические или электрические аналоги, методы ветвей и границ), которые улучшают начальное размещение, имеют преимущество перед конструктивными алгоритмами. Оно заключается в том, что на любом этапе работы итерационного алгоритма уже существует законченный вариант размещения для практического использования.

Как правило, на практике используют сочетание методов, а также учитывают специфику технологии изготовления плат, что приводит к большому многообразию как постановок задач, так и программных реализаций, имеющих достаточно сложный характер.