Лекции по САПР
.pdf
|
|
|
|
71 |
Конспект лекций по САПР |
||
Параметрический |
синтез имеет своей целью определение |
области работоспособности |
|||||
в пространстве внутренних и выходных параметров, в которой объект |
будет |
правильно |
|||||
функционировать в течении |
требуемого срока при наличии различного рода дестабилизирующих |
||||||
факторов. |
|
|
|
|
|
|
|
Параметрический |
синтез |
дает |
возможность уточнить |
и |
окончательно сформулиро- |
||
вать техническое задание на объект, которое до этого носило эскизный характер. |
|
||||||
15.4.2. Методы параметрического синтеза |
|
|
|
||||
Параметрический |
синтез |
объектов с непрерывно изменяющимися параметрами базиру- |
|||||
ется на методах, являющихся |
основой также для параметрической оптимизации. |
||||||
Для параметрического непрерывного синтеза пригодны методы случайного поиска, а |
|||||||
среди детерминированных - |
методы нулевого порядка, не требующие вычисления |
производных |
|||||
целевой функции, являющиеся наименее критичными к выбору |
параметров и |
позволяющие |
|||||
достаточно эффективно |
находить если |
не оптимальное, то приемлемое решение с реальными |
|||||
вычислительными затратами. |
|
|
|
|
|
|
|
15.4.3.Задачи структурного дискретного синтеза, их классификация по уровню сложности
Для решения задач структурного синтеза необходимо:
1.Формализовать структурный базис, т.е. определить множество типовых структурных элементов, на конкретном наборе которых может быть определена проектируемая структура.
2.Формализовать структурные связи, т.е. определить ограничения на возможности со-
единений элементов структурного базиса в синтезируемой структуре.
3.Формализовать структурную или целевую функцию.
4.Формализовать исходное задание на структуру.
По |
уровню сложности все задачи структурного синтеза можно подразделить на не- |
сколько групп. |
|
К |
первой группе относятся наиболее простые задачи, в которых выбор структуры ли- |
бо однозначен, либо производится из конечного множества вариантов, поддающихся полному просмотру и сравнению за приемлемое время.
Ко второй группе относятся задачи, для которых невозможен прямой перебор вариан-
тов.
Синтез таких задач требует либо понижения уровня сложности еще на стадии формирования исходных данных, либо применения методов направленного перебора.
К третьей группеотносятся |
задачи, основанные на применении теории эвристических |
решений, используемой в случаях, |
когда исходной информации недостаточно для строгого ре- |
шения. |
|
15.4.4. Методы структурного дискретного синтеза
Для строго решения задачи структурного дискретного синтеза необходим полный перебор всех вариантов проектируемой структуры, однако это возможно лишь для задач, относящихся к первой группе сложности.
Для более сложных задачследует сократить число проб при переборе, что осуществляется благодаря иерархическому подходу к дискретному синтезу.
Иерархический подход заключается в разбиении всего сложного процесса синтеза на несколько уровней, на каждом из которых синтезируется определенный ранг сложной системы.
Например, при синтезе РЭУ на первом уровне синтезируется структурная схема, на втором уровне - функциональные связи между структурными блоками, на третьем уровне - функцио-
72 |
Конспект лекций по САПР |
нальная схема и конструкции блоков, на четвертом уровне - наиболее мелкие функциональные и конструктивные единицы - элементы.
На рис. 15.2. иерархическая структура процесса синтеза представлена в виде дерева решений, в котором на каждом из уровней проектирования, обозначенных римскими цифрами, выбирается один (или несколько) наилучших из всех возможных вариантов. Далее на каждом из последующих уровней просматриваются лишь выбранные на предыдущем уровне варианты, а все остальные отсекаются как бесперспективные. Для отбрасывания бесперспективных вариантов и выбора наилучших на каждом уровне проектирования используются прямые или косвенные критерии отбора.
16. КОНСТРУКТОРСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
16.1. Постановка задачи
На этом этапе конструкторского проектирования радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) функционально-логическая или принципиальная электрическая схема преобразуется в совокупность конструктивных узлов, которые осуществляют ее физическую реализацию.
Основным принципом конструирования РЭА является модульность построения устройств, причем модульная структура имеет иерархический характер.
Системы автоматизированного конструкторского (технического) проектирования в первую очередь были реализованы для проектирования двухслойных и многослойных печатных плат, а также для выпуска технической документации, в состав которой входят электрические схемы и сборочные чертежи, таблицы цепей и спецификационные таблицы, технологическая документация на машинных носителях.
Среди алгоритмов конструкторского проектирования выделяются два основных класса: конструктивные и итерационные.
Конструктивные алгоритмы формируют проектное решение за ряд последовательных шагов: выбирается один элемент схемы рассматриваемого уровня, к нему по определенным правилам присоединяется второй, к полученному комплексу элементов — третий и т.д.
Алгоритмы, использующие подобную методологию, называются последовательными. Алгоритмы, в которых формируется несколько групп элементов в пределах одного шага, на-
зываются параллельными.
Итерационные алгоритмы требуют задания начального приближенного решения задачи конструкторского проектирования, которое затем улучшается.
Выделяют три этапа конструкторского проектирования — компоновка, размещение и трассировка.
16.2. Модели конструкций и схем
Наиболее общей моделью конструкции является монтажное пространство, размеры которого соответствуют габаритным размерам схемы k-го уровня иерархии.
Поскольку задачи конструкторского проектирования связаны с оценкой длины соединений, то в монтажном пространстве задаются различные метрики. Например, расстояние dij между i-м и j-м компонентами схемы определяют следующими способами:
d (1) |
= |
|
(x |
j |
− x )2 = (y |
j |
− y )2 |
|||||||||
|
IJ |
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
i |
|||||
|
(2) |
= |
|
xj − xi |
|
+ |
|
y j − yi |
|
(16.1) |
||||||
|
|
|
|
|||||||||||||
dIJ |
|
|
|
|
||||||||||||
|
(3) |
|
|
|
|
|
|
s |
|
|
|
|
|
|
|
s |
|
= |
xj − xi |
|
+ |
y j − yi |
|||||||||||
|
|
|
||||||||||||||
dIJ |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
73 |
Конспект лекций по САПР |
16.3. Алгоритмы компоновки
Задача компоновки элементов устройства в блоки обычно ставится как задача оптимального разбиения (разрезания) устройства, для которого задана функциональная, логическая или принципиальная схема. Это значит, что известен набор элементов и их соединения в проектируемой аппаратуре. Необходимо разбить заданное множество элементов А на множество R групп элементов Аi, таких, что:
N |
|
R = {Ai A, i =1,2,...N}, UAi = A , Ai IA j = (i≠j) |
(16.3) |
i=1
N — число групп элементов (блоков, панелей или типовых элементов замены (ТЭЗов) в зависимости от уровня, на котором осуществляется разбиение).
При решении задач компоновки используются математические формулировки задач целочисленного (дискретного) линейного или нелинейного программирования.
16.4. Алгоритмы размещения
После компоновки элементов радиоэлектронных устройств (РЭУ) требуется осуществить для каждого стандартного или уникального блока оптимальное размещение элементов в регулярном или нерегулярном монтажном пространстве.
В общем случае нужно найти на множестве позиций монтажного пространства блока такое размещение компонентов {T1 ,T2 ,...Tn }i , принадлежащих этому блоку, при котором достигается
минимум заданного критерия качества размещения L, выраженного с использованием соотно-
шений (16.1).
Взадачах размещения используются следующие критерии качества:
1.Минимальная суммарная длина соединительных проводников.
2. |
Минимальная длина проводников, соединяющих две наиболее удаленные |
точки |
|
каждой цепи. |
|
3. |
Минимальная длина проводников, соединяющих источник сигнала с наиболее |
уда- |
|
ленной нагрузкой. |
|
4. |
Минимальная суммарная площадь зон реализации всех цепей. |
|
5. |
Минимальное число проводников, длина которых превышает заданную |
величи- |
|
ну. |
|
6. |
Минимальная наибольшая длина соединительных проводников. |
|
7. |
Максимально близкое размещение компонентов, имеющих наибольшее число |
об- |
|
щих цепей, с учетом допустимого расстояния между элементами. |
|
|
В регулярном монтажном пространстве с числом позиций m при наличии в схеме n |
|
компонентов (n<=m), каждый из которых занимает одну позицию, число возможных размещений
N p (m,n)= n!Cmn = |
m! |
|
(16.6) |
|
(m − n)! |
||||
|
|
|||
Конструктивные алгоритмы формируют размещения, начиная от некоторого заданного например от контактов ИС, последовательным добавлением элементов с учетом критерия оптимальности и заданных ограничений до тех пор, пока все элементы не будут установлены.
Итерационные алгоритмы улучшают начальное размещение.
16.5. Алгоритмы трассировки
Задача трассировки состоит в построении соединений между выводами размещенных в заданном монтажном пространстве элементов в соответствии с принципиальной схемой уст-
74 |
Конспект лекций по САПР |
ройства при учете конструктивных ограничений. Обычно трасса формируется в виде множества связанных отрезков, соединяющих элементарной цепи.
При решении задачи трассировки используются следующие критерии и условия:
1.Минимальная суммарная длина соединений.
2. |
Минимальное число соединений, длина которых превышает заданное |
значение. |
|
3. |
Минимальное число переходов между слоями. |
|
|
4. |
Минимальное число слоев. |
|
|
5. |
Минимальные паразитные помехи. |
|
|
6. |
Максимальная удаленность трасс соединений. |
|
|
7. |
Число слоев не превышает заданного значения. |
|
|
8. |
Длина соединения не превышает заданного значения. |
|
|
9. |
Уровень помех, наводимых в каждой трассе, не превышает допустимого |
значения. |
|
10. |
Число соединений (паек) к одному выводу не превышает заданного |
значения. |
|
11. |
Задается преимущественное направление трасс в каждом слое. |
|
|
При |
проектировании многослойных структур отдельно решается задача оптимально- |
||
го расслоения, в которой минимизируется показатель |
|
||
|
|
z M −1 M |
|
|
|
∏= ∑∑ ∑π ksδksϑ |
(16.9) |
|
|
ϑ=1 k =1 S =k +1 |
|
|
где υ — номер слоя; |
|
|
|
|
z — число слоев; |
|
|
|
М — число цепей в схеме; |
|
|
|
Πks — характеристика степени пересечения k-й и s-й трасс; |
|
δksυ = |
0, если трассы k и s не принадлежат слою υ; |
|
|
|
|
1, если трассы k и s принадлежат слою υ; |
|
В последовательных конструктивных алгоритмах трассы цепей проводятся в опреде- |
|||
ленном |
порядке одна за другой. Выбор очередности - эвристический. Обычно прокладку трасс |
||
начинают либо с самых длинных соединений, Так как в сильно заполненном монтажном пространстве их трудно формировать, либо с самых коротких соединений, которые плотнее за-
полняют |
монтажное пространство. Проложенные трассы фиксируются |
и при дальнейшей трас- |
|
сировке рассматриваются как препятствия. |
|
|
|
В |
итерационных алгоритмах после прокладки |
всех трасс, |
которая осуществляется |
без учета |
взаимного влияния трасс, определяется функция качества трассировки как взвешен- |
||
ная сумма параметров трасс. Наихудшие трассы удаляются, |
и процесс трассировки повторяется |
||
с учетом множества лучших соединений как препятствий. |
|
|
|
Литература
1.Автоматизация схемотехнического проектирования: Учеб. пособие для вузов / В.Н. Ильин, В.Т. Фролнин, А.И. Бутко и др.; Под ред. В.Н. Ильина. — М.: Радио и связь, 1987. — 368 с.: ил.