Лабораторная работа Трассировка печатной платы с помощью пакета программ PCAD 4.5 (стр. 1 )

Лабораторная работа

Трассировка печатной платы с помощью пакета программ PCAD 4.5

Цель работы:

1 Произвести трассировку печатной платы  в системе PCAD 4.5

2 Анализ и сравнение волнового и лучевого алгоритмов трассировки

Теоретическая часть

1.Трассировка соединений

Трассировка соединений состоит в определении линий соединяющих эквипотенциальные контакты элементов и компонентов.

Основная задача трассировки: по заданной схеме соединений проложить необходимые проводники на плоскости или в слоях печатной платы, чтобы реализовать заданные электрические соединения с учетом заранее заданных ограничений за минимально возможное время.

Критерием трассировки могут быть: процент реализованных соединений, суммарная длина проводников, равномерность распределения проводников на плоскости, число пересечений проводников, число монтажных слоев, число межслойных переходов.

В качестве основных ограничений используются: ширина проводников, минимально допустимое расстояние между проводниками.

Исходной информацией для решения задачи трассировки соединений обычно является:

Список цепей;

Параметры конструкции элементов и коммутационного поля;

Данные по размещению элементов.

Из-за трудоемкости задачи трассировки разрабатываются в основном локально-оптимальные методы трассировки, когда трасса оптимальна лишь на данном шаге при наличии ранее проведенных соединений.

Все методы можно разбить на:

1 Последовательные;

2 Параллельные.

В последовательных методах трассы проводят одну за другой последовательно, при этом проведение трассы А на i-1 шаге может затруднить проведение трассы В на i шаге.

В параллельных алгоритмах трассировки в начале определяются допустимые взаимные расположения трасс, которые оптимизируются по выбранному критерию и лишь потом трассы фиксируются на коммутационном поле.

Алгоритмы трассировки.

Волновой алгоритм.

1 Плоскость трассировки разбивается на прямоугольные дискретные площадки заданного размера. Размер дискретной площадки определяется допустимыми размерами проводников и расстояниями между ними. Задача проведения трасс сводится к получению последовательности дискретов соединяющих элементы xixj, соответствующим выводам контактов элементов схемы;

2 Вводится функция F=F(f1…fi), которая является критерием качества пути, а fi характеризует путь с точки зрения длины, пересечений, переходных отверстий, изгибов. Начиная с элемента xi дискретам с соседним расположением присваиваются определенные значения весовой функции pi. Веса ячеек предыдущих фронтов не должны быть больше весов ячеек последующих фронтов;

3 Следующий этап проводится итерационно и продолжается до тех пор пока элементу xj не будет присвоено некоторое значение веса p. Если на очередном этапе распространения волны не окажется ни одного свободного дискрета, то путь построить нельзя.

4 Начиная от элемента xj производится перемещение к элементу xi по пройденным дискретам, таким образом чтобы значения весовой функции дискрета убывали монотонно. В результате получится трасса соединяющая элементы xi и xj. Для устранения неопределенности проведенной трассы в случае если несколько соединений дискретов имеют одинаковый вес используют весовые координаты (приоритет поворотов), например: вверх, направо, вниз, налево.

2
1	2	1	2
1	x1	1		1	x1	1	2
1		2	1	2
	2
x2	x2

3	2	3	3	2	3	4	5	6	7	8	9
2	1	2	3	4	2	1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	x1	1	2		·	1	x1	1	2		6	7	8	9
2	1	2	3		·	2	1	2	3		7	8	9
3	2	3	4		·	3	2	3	4		8	9
4	3	4		·	4	3	4	5		9
4	·	5	4	5	6	7	8	x2
·	6	5	6	7	8	9
7	6	7	8	9
8	7	8	9

Данный алгоритм отличается высоким процентом разведенных соединений (более 90 %).

К недостаткам можно отнести высокие временные затраты на выполнение трассировки.

Для повышения быстродействия волновых алгоритмов применяются:

- одновременно распространение волны от источника и приемника до их встречи;

- распространение волны только в области прямоугольника, создающего искусственные границы по дискретам начала и конца цепи;

- распространение волны не по всему множеству клеток, а по определенной области;

- начало трассировки с точки максимально удаленной от центра.

Для сокращения числа поворотов пути на этапе проведения следует сохранять направления, определенные переходом от ячейки xi+1 к ячейке xi, при этом следует учитывать состояние ячеек. Состояний может быть восемь: занятая ячейка, свободная, полу занятая сверху вниз, полу занятая справа налево или одну из отметок предпочтительности.

Лучевой алгоритм.

Используется если большинство трасс имеет несложную форму и для проведения пути нет необходимости просматривать все клетки решетки, в которых располагаются проводники.

Лучевой алгоритм предусматривает исследование свободных клеток по заранее заданным направлениям.

Для построения пути распространяются лучи одновременно из обоих источников до встречи их в некоторой площадке С. Обычно выбирают два луча, идущих в двух направлениях из каждой точки.

x1
x2

Обычно с помощью лучевых алгоритмов можно проложить 50-60 % трасс, остальное проводят с помощью волнового алгоритма.

Существует множество модификаций волновых и лучевых алгоритмов, а также их комбинации. Например: волна распространяется только по лучу приближающему к цели, если такое распространение не возможно, то волна распространяется вкруговую до тех пор, пока вновь не станет возможным приближение к цели. Это в несколько раз быстрее, однако проводники накапливаются в узких местах.

Часто используют малоповоротные волновые алгоритмы. Они минимизируют не длину ломанной а количество изломов, что важно по технологическим соображениям. Часто малоповоротные алгоритмы конструируют трассу в виде ломанной с заранее ограниченным количеством звеньев (обычно 5…7). В малоповоротных алгоритмах специализация слоев считается заранее заданной. Один слой LH предназначен для проведения горизонтальных, а другой LV – для вертикальных участков проводников.

2.Размещение элементов на печатной плате

2.1 Назначение и возможности программы  "автоматическое  размещение"