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
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.
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: 12.03.2025).
Прочитать публикацию в формате PDF