Лабораторная работа № 3

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОВОДЯЩИХ СОЕДИНЕНИЙ ПО СЛОЯМ

ПРИ КОНСТРУИРОВАНИИ ЭВА

1. Цель работы

Целью настоящей работы является изучение задачи распределения проводящих соединений по слоям, а такие исследование одного из приближенных алгоритмов расслоения совмещенной топологии схемы.

2. Теоретическая часть

2.1. Введение

При конструировании ЭВА широко используется многослойный монтаж печатных (пленочных) соединений между компонентами, который позволяет сократить суммарную длину соединений уменьшить вес и габариты проектируемой аппаратуры.

При разработке многослойных структур возникает задача распределения по отдельным слоям схемы соединений, претендующих на одни и те же области монтажного пространства («конфликтующих»¹ между собой). Целью решения этой задачи являются обеспечение стопроцентной трассировки соединений, уменьшение числа слоев и межслойных переходов, наиболее рациональное использование объема монтажного пространства.

Алгоритмическое распределение соединении по слоям (расслоение) может выполняться до, после и в процессе трассировки отдельных соединений [1].

Расслоение до трассировки связано с анализом схемы соединений с целью выявления тех соединений или групп соединений, распределение которых в один слой неизбежно приведет к возникновению пересечений на этапе трассировки.

Наиболее общий подход к такому анализу предполагает использование так называемых топологических методов [1], позволяющих на основе исследования свойства планарности графа (гиперграфа) схемы выявить возможность ее реализации без пересечения в заданном (минимальном) числе слоев. Несмотря на то, что требование планарности схемы является решающим условием ее плоской реализации, тем не менее ограничения метрического характера (ограниченные размеры конструкции, конечная толщина проводников) создают известные трудности при практическом использовании топологического подхода к расслоению.

Большинство приближенных алгоритмов расслоения до трассировки связано с введением определенных количественных оценок "конфликтуе-мости" цепей при их распределении в один слой, Эти оценки вычисляются на основе информации о расположении элементов и контактов цепей, полученной после решения задачи размещения, обычно предшествующей задаче расслоения. Такого рода оценки могут зависеть, например, от степени перекрытия минимальных прямоугольников, охватывающих контакты отдельных целей, числа контактов цепей, принадлежащих пересечению зон реализации [1] и т.п.

После определения степени "конфликтуемости" каждой пары цепей строится взвешенный неориентированный граф конфликтов G=(H,V), в котором каждой вершине h_iH соответствует некоторая цепь, а каждому ребруV_ijV соответствует наличие конфликта между цепями h_i и h_j Вес ребра принимается равным оценке "конфликтуемости" между соответствующими цепями.

Далее осуществляется раскраска вершин графа G в заданное число цветов, при которой сумма весов ребер, соединяющих вершины одного цвета (суммарная "конфликтуемость" цепей), минимальна. Раскраска графа осуществляется различными эвристическими алгоритмами.

Расслоение после предварительной трассировки состоит в следующем.

На первом этапе с помощью одного из алгоритмов построения связывающих деревьев (ПРИМА, КРАСКАДА) осуществляется предварительная трассировка соединений в одном слое. В процессе получения совмещенной топологии минимизируются такие геометрические параметры соединений, как длина, число перегибов, число пересечений.

Далее так же, как и в алгоритмах расслоения до трассировки, отроится, граф конфликтов, но не между цепями, а между отдельными двухконтактными соединениями (отрезками проводников). При этом граф конфликтов G=(X, V)является неориентированным графом, наличие ребра в котором между вершинами x_i и x_j соответствует пересечению отрезков i и j в совмещенной топологии схемы. Вершины этого графа раскрашиваются в заданное минимальное число цветов так, что вершины одного цвета не имеют ни одного общего ребра, каждое подмножество отрезков, соответствующее вершинам одного цвета, распределяется в один из слоев. Не вошедшие ни в одно из подмножеств отрезки (что может иметь место лишь при заданном числе слоев) последовательно распределяются в те из слоев, в. которых они имеют минимальное число пересечений.

Расслоение в процессе трассировки осуществляется одновременно с прокладкой соединений в многослойном дискретном рабочем поле с помощью различных модификаций волнового алгоритма трассировки (алгоритма Джейера, алгоритма Хейса и т.п.) [1].