Методы размещения элементов.

Аналитические (наиболее распространенные)

Модельные

Алгоритмы, используемые при аналитическом решении, делятся на последовательные и итерационные.

Метод минимизации l-алгоритм последовательного размещения:

произвольный граф, с помощью матрицы смежности

строится стандартный граф по критерию макс. Смежности (для каждой строки матрицы геометрии выставляются элементы с максимальным количеством связей)

повторяется, пока все вершины произвольного графа не будут перенесены на стандартный.

Итерационный метод позволяет улучшить размещение. Особенностью является то, что на каждом их шаге существует вариант размещения не хуже начального. Улучшение достигается путем перестановки элементов на монтажного поля и оптимизации.

Наиболее простым из итерационных алгоритмов является метод парных перестановок.

Основным документом для решения топологии при компоновке элементов РЭА служат прин­ципиальные электрические схемы, схемы соединения, геометрия монтажных площадок (панелей, плат, шасси), размеры и форма размещаемых элементов. На размещение элементов значительное влияние оказывают также принятые в каждом случае критерии оптимального конструирования.

В качестве основных критериев принимают минимальные зна­чения: расстояния между элементами, имеющими наибольшее ко­личество соединительных проводников; суммарной длины провод­ников; количества проводников; количества пересечений (для пе­чатного монтажа); количества проводников, присоединяемых к одной монтажной точке; количества проводников, присоединяемых к контактам электрических соединителей, соединительных планок и других опорных точек.

С уменьшением расстояний между радиоэлектронными элемен­тами или между проводниками появляется опасность превышения допустимых пределов паразитных связей, при этом можно ожидать и ухудшения теплового режима. Таким образом, к перечисленным выше критериям прибавляются еще и критерии функционального качества, выражаемые электромагнитной совместимостью и теп­ловым градиентом.

Как видно, задача размещения схемных элементов РЭА отно­сится к типу сложных, так как даже критерии оптимальности тес­но связаны между собой и противоречат друг другу. Численное решение таких задач можно получить лишь методом машинного поиска с постепенным приближением к оптимальному варианту.

Размещение схемных элементов на монтажной площадке, вы­раженное в виде матриц или в математической форме, можно представить как задачу оптимизации графа. Эта задача решается различными методами, которые можно разбить на две группы.

К первой группе относятся методы механического подобия, в которых между размещаемыми элементами условно вводят меха­нические связи, пропорциональные длинам проводников между этими элементами. Наименьшие связи соответствуют минимальной длине проводников. Введением условных сил трения системе сооб­щают устойчивое состояние. Ориентацию выводов от схемных эле­ментов на контактные площадки создают условными моментами сил. И, наконец, введением сил, обратно пропорциональных рас­стоянию между элементами и границей монтажного поля (края платы), т. е. сил, отталкивающих точки друг от друга, ограничи­вают передвижение элементов пределами монтажной платы. По­добный метод позволяет свести задачу поиска оптимального ва­рианта размещения элементов к составлению системы дифферен­циальных уравнений движения материальных точек и решению этих уравнений численным методом с помощью ЭВМ.

Ко второй группе относятся методы постепенного улучшения размещения, вначале с наибольшим числом присоединяемых про­водников, транспортированием их на монтажной площадке, пока суммарная длина их не будет минимальной. Одновременно исполь­зуют эквивалентность между перестановкой элемента на плате и соответствующих строк и столбцов в матрицах связей. Иногда та­кие задачи решают поэтапно, начиная с произвольного размеще­ния элементов.

За математическую модель монтажной площадки принимают плоскость сетки с ячейками единичного размера. На сетке рас­полагают схемные элементы с минимально допустимым расстоя­нием между ними. Эти расстояния выражаются в виде сумм 1+hK и Г+h'k, где / и V — унифицированные размеры элементов опре­деленных структурных уровней, размещаемых на пластинках, платах, панелях и рамах; h — шаг модульной или координатной сетки монтажной платы и К — принятый модуль 0, 1, 2, 3 и т. д.

Алгоритм парных перестановок

Строится исходный граф и определяется суммарная длина связей первоначального положения;

Делаются парные перестановки, и определяется приращение суммарной длины связей. Если приращение отрицательное, происходит следующая перестановка;

Алгоритм останавливает работу, если приращение суммарной длины станет положительным;

Если число элементов в схеме N, то число перестановок:

Из всех перестановок выбираются те, в которых отрицательное приращение суммарной длины связей максимально;

Вывод информации (распечатка результатов).

Задача разбиения сложных схем

Задача разбиения сложных схем на более простые решается путём оптимизации связей между отдельными подграфами. Во-первых, получают подграфы с максимальной связностью между элементами (при помощи алгоритма парных перестановок), во-вторых, за определёнными подграфами закрепляют вершины, запрещённые для других подграфов.

При разбиении графа на подграфы определяют:

1. Число внутренних рёбер в подграфе: K_ii=U_i;

2. Число внешних соединительных рёбер: K_ij=U_ij;

3. Число рёбер, соединяющих подграфы между собой: K_i=0,5k_ij.

Отношение суммы рёбер, заключённых во всех подграфах к числу рёбер, соединяющих подграфы называют коэффициентом разбиения:

Алгоритм разбиения графов на подграфы основан на оптимизации коэффициента разбиения, то есть максимизации G.

Моноблочный и модульный методы конструирования

При моноблочном методе конструкция представлена в виде блока, расчленённого только на ЭРЭ. Такой метод применяется при конструировании микроэлектронной аппаратуры (однокристальные ЭВМ).

Модульный метод основан на использовании функционально и геометрически совместимых модулей (функциональных узлов), из которых может быть построена по иерархическому принципу сколь угодно сложная конструкция РЭС. Анализ РЭС различных классов и назначений показывает что 80-90 % схем может быть реализовано подобным методом.

Алгоритмический, эвристический и интуитивный методы конструирования

Алгоритмический метод полностью автоматизирован для решения задач размещения элементов, трассировки линий связи и соединения узлов в блоки.

Эвристический метод основан на решении задач, альтернативных по назначению с использованием базы данных ЭВМ.

В случае, когда невозможно формализовать стадии принятия решения, полагаются на интуицию и опыт конструкторов высшей категории. Такой метод конструирования называется интуитивным.

************************************************************