Заочные электронные конференции
 
     
ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СТРАТЕГИИ АВТОТРАССИРОВКИ В СРЕДЕ ALTIUM DESIGNER
Иванов И.В.


Для чтения PDF необходима программа Adobe Reader
GET ADOBE READER

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СТРАТЕГИИ АВТОТРАССИРОВКИ В СРЕДЕ ALTIUM DESIGNER

Иванов И.В.

Томский политехнический университет

Томск, Россия

Трассировка электрических соединений является сложной многофакторной задачей проектирования электронной аппаратуры. Современные САПР электронной аппаратуры обладают широкими возможностями по трассировке печатных плат (ПП) с учетом различных требований, однако проблема поиска оптимальной стратегии трассировки в настоящее время исследована слабо. Как показывает практика, при одних и тех же заданных ограничениях на параметры ПП выбор стратегии трассировки ощутимо влияет на конечный результат. В литературе, посвященной проектированию электронной аппаратуры в современных САПР, приводится мало информации по данной проблеме. Методика поиска оптимальной стратегии трассировки в современных автотрассировщиках требует дополнительных исследований [1].

В состав одной из популярных САПР электронной аппаратуры, Altium Designer, включена программа автоматической трассировки Situs. Официальная документация к данной программе очень скудна, и содержит лишь общие рекомендации по выбору параметров стратегии трассировки. В среде Altium Designer есть несколько стандартных стратегий, подходящих для разных случаев. Как будет показано далее, ни один из этих примеров не является оптимальным для любого случая.

В данном исследовании рассмотрены следующие настройки стратегии трассировки:

  • количество переходных отверстий;

  • ортогональный/неортогональный режим трассировки;

  • проходы автотрассировщика.

Пользователь составляет стратегию из т.н. проходов трассировки (Route Passes). Каждая разновидность прохода – это набор действий, реализуемых по определенному алгоритму с использованием определенных критериев оптимизации. Всего существует 14 видов проходов: Adjacent memory, Clean pad entries, Completion, Fan out signal, Fan out to plane, Globally optimized main, Hug, Layer Patterns, Main, Memory, Multilayer main, Recorner, Straighten, Spread [2].

По выполняемым операциям проходы трассировщика можно разбить на три группы:

1 группа: частичная, или предварительная трассировка

Проходы данной группы выбирают связи для трассировки по определенным критериям. Связи, которые не подпадают под эти критерии, не трассируются. К данной группе относятся проходы Adjacent memory, Clean pad entries, Fan out signal, Fan out to plane, Layer Patterns, Memory.

2 группа: полная трассировка

Данная группа проходов осуществляет разводку всех связей. К ним относятся: Completion, Globally optimized main, Main, Multilayer main.

3 группа: окончательная доводка

Проходы данной группы не осуществляют трассировку, а изменяют конфигурацию ранее проложенных проводников. Это проходы Hug, Recorner, Straighten, Spread.

В общем случае стратегия трассировки должна включать в себя проходы 1-ой, 2-ой и 3-й групп. Последовательность перечисления проходов оказывает влияние на трассировку. Для большинства печатных плат стратегия трассировки должна включать в себя как минимум 1 проход 2-ой группы, если на данном этапе необходимо развести все связи ПП.

Далее описаны эксперименты, которые были поставлены с целью выявления влияния параметров стратегии трассировки на ее результат. Все эксперименты проводились на одном эскизе ПП прямоугольной формы. На плате размещены 11 корпусов типа DIP14, и 1 корпус DIP16. Количество электрических цепей - 61. Правила проектирования (ширина проводников, конфигурация переходных отверстий и зазоры) одинаковы для всех экспериментов.

Сравнение результатов осуществлялось по следующим критериям:

  • количество переходных отверстий (ПО);

  • суммарная длина проводников (СДП).

В табл. 1 приведено описание результатов трассировки для каждого эксперимента. Проходы автотрассировки, указанные в столбце «Стратегия», перечислены в той же последовательности, в которой они были размещены в стратегии данного эксперимента.

В экспериментах №№ 1-20 настройка «Количество переходных отверстий» была установлена в максимальное положение, а в экспериментах №№ 21-40 - в минимальное положение. Для всех экспериментов был установлен неортогональный режим трассировки.

Проанализируем результаты экспериментов.

1. Влияние проходов, относящейся ко 2-й группе, на трассировку

Рассмотрим результаты экспериментов №1, 6, 11, 16. В этих экспериментах стратегия составлена из единственного прохода, который относится ко 2-й группе. По обоим критериям качества трассировки наилучшим является результат №16, наихудшим - №6. При этом наилучший и наихудший варианты отличаются друг от друга по суммарной длине проводников – на 14%, по количеству ПО – на 59%.

Табл. 1. Результаты экспериментов

Стратегия

Эксперименты 1 серии

Эксперименты 2 серии

№ эксп.

СДП

Кол-во ПО

№ эксп.

СДП

Кол-во ПО

Completion

1

2815,217

27

21

2874,965

10

Completion, Hug

2

2773,476

27

22

2820,511

10

Completion, Recorner

3

2815,217

27

23

2874,965

10

Completion, Spread

4

2799,977

27

24

2870,413

10

Completion, Straighten

5

2794,311

27

25

2852,452

10

Globally optimized main

6

3002,165

37

26

3208,592

11

Globally optimized main, Hug

7

3002,165

37

27

3208,606

11

Globally optimized main, Recorner

8

2832,778

37

28

3029,179

11

Globally optimized main, Spread

9

2803,618

37

29

2997,075

11

Globally optimized main, Straighten

10

2765,371

37

30

2950,721

11

Main

11

2672,727

26

31

2719,881

5

Main, Hug

12

2636,539

26

32

2677,575

5

Main, Recorner

13

2672,727

26

33

2719,881

5

Main, Spread

14

2669,725

26

34

2718,524

5

Main, Straighten

15

2663,143

26

35

2712,171

5

Multilayer main

16

2583,861

15

36

2719,877

6

Multilayer main, Hug

17

2545,689

15

37

2670,752

6

Multilayer main, Recorner

18

2583,861

15

38

2719,877

6

Multilayer main, Spread

19

2581,196

15

39

2718,81

6

Multilayer main, Straighten

20

2570,865

15

40

2699,611

6

2. Влияние сочетаний проходов 2-ой и 3-й группы на трассировку

В целом, результаты экспериментов показывают, что добавление прохода 3-й группы в стратегию трассировки улучшает результат. Данное улучшение является незначительным, т.к. отличия между трассировкой без прохода 3-й группы и трассировкой с его добавлением (например, эксперименты №№ 1-5) наблюдаются только по критерию суммарной длины проводников, количество переходных отверстий не меняется.

3. Влияние настройки «Количество переходных отверстий»

Сравнивая попарно результаты экспериментов с различным значением параметра «Количество переходных отверстий» (например, №1 и №21, №2 и №22, и т.д.), можно сделать вывод о том, что изменение данного параметра стратегии значительно влияет на количество переходных отверстий, при этом незначительно изменяя суммарную длину проводников ПП. Например, в эксперименте №26, по сравнению с №6, длина увеличилась на 6%, а количество ПО уменьшилось на 70%.

В заключение приведены результаты сравнения стандартных стратегий трассировки, предлагаемых фирмой Altium, с лучшей стратегией, которая была получена в ходе экспериментов (стратегия №37). В табл. 2. представлены результаты трассировки.

Табл. 2. Сравнение различных стратегий

Стратегия

СДП

Кол-во ПО

Via Miser

3035,389

9

General orthogonal

2896,303

23

Default multilayer board

2950,073

40

Default 2 layer board with edge connectors

3094,662

45

Default 2 layer board

2958,982

48

Стратегия № 37

2670,752

6

Как видно из табл. 2, стратегия №37 превосходит результат применения любой стандартной стратегии трассировки.

Результаты экспериментов наглядно показывают, что настройки автотрассировщика Situs могут значительно влиять на результат трассировки. Стандартные стратегии трассировки ПП не могут быть оптимальными для любого случая. Это значит, что правильный выбор стратегии трассировки для конкретной ПП в самом начале конструкторского проектирования может значительно ускорить этот процесс.

Приведенные результаты экспериментов по исследованию параметров стратегии трассировки в среде Altium Designer затрагивают малую часть вопросов, связанных с автотрассировкой. Для того, чтобы добиться наиболее полного использования возможностей современных САПР электронной аппаратуры, необходимо продолжать исследования в данном направлении.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Кутявина С.К., Кошелева С.Ю., Жердев А.А. Оптимизация проектирования печатных плат в среде САПР P-CAD 2001 с учетом конструкторской сложности электронных схем // Современные средства и системы автоматизации: Труды IV научно-практической конференции. – Томск, ТУСУР, 2004. – С. 124–128.

  2. Суходольский В.Ю. Сквозное проектирование функциональных узлов РЭС на печатных платах в САПР Altium Designer 6. Часть 1.: Учебное пособие. - СПб.: Изд-во СПбГЭТУ “ЛЭТИ”, 2008.

Библиографическая ссылка

Иванов И.В. ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СТРАТЕГИИ АВТОТРАССИРОВКИ В СРЕДЕ ALTIUM DESIGNER // Научный электронный архив.
URL: http://econf.rae.ru/article/4748 (дата обращения: 29.03.2024).



Сертификат Получить сертификат