Новое в дизайне печатных плат - почему не существует автоматического размещения компонентов?

Программное обеспечение для проектирования схем, которое я видел, имеет возможность автоматически направлять трассировки и т. Д. На печатную плату.
Но почему это программное обеспечение не может автоматически размещать компоненты на печатной плате, чтобы минимизировать общий размер платы?
Это слишком сложно для автоматизации?

Недавно я проектировал несколько печатных плат, и я бы посоветовал вам НЕ использовать автоматическое размещение или автоматический маршрутизатор для конечного продукта. (Proteus имеет автоматическую россыпь.)

Прежде всего - Ваше программное обеспечение является интеллектуальным, как дождевой червь, когда дело доходит до автоматического размещения или автоматической маршрутизации. Другими словами, он тупой, как картошка.

Автоматическая маршрутизация не будет знать, какое размещение даст вам лучшую схему трассировки, которая позволит вам не только создать эффективный дизайн, но и минимизировать шум в цепи. Точно так же автоматическая маршрутизация не знает, что смещение компонента немного влево или вправо позволит вам лучше проложить трек. Эти инструменты просто дадут вам дизайн, который соответствует схеме. Но когда дело касается производительности в реальном мире, все обстоит иначе.
Например:

• Разъединяющие конденсаторы должны быть физически близко к ИС.
• Там должны быть петли наименее закрытой области.
• Заземленная плоскость должна быть максимально прочной.
• Никакие мешающие сигналы не должны быть рядом с вашим кварцевым генератором и т. Д.

Ваше программное обеспечение не будет уважать эти понятия, потому что они не упомянуты в вашей схеме. Вы узнаете только, когда вы изготовите печатную плату, и она не будет работать так, как ожидалось. Я не говорю, что это не сработает. Это может сработать в 90% случаев, но вы должны учитывать и эти 10%.

Я предлагаю вам изучить некоторые концепции проектирования печатных плат и попробовать самостоятельно разместить и проложить маршрут. Вы всегда можете опубликовать свою схему и макет доски на форумах, и эксперты выскажут свое мнение / предложения.

У моего роутера есть россыпь и поддержка "комнат". Это позволит вам рисовать области и назначать детали "комнатам" из схемы. Автоматическое размещение сгруппирует их в комнате, для которой назначена деталь. Уверен, что у него есть поддержка этого разъема, и он должен идти в это место. Есть также инструмент, который может выполнять автоматическую развязку размещения и выбор / оптимизацию деталей на основе результатов моделирования. Это не дешево, хотя :), но это работает.

Автоматическое размещение может сэкономить вам немного времени, разместив все вместе таким образом. Но я все же предпочитаю перекрестную проверку схемы, а не макет в режиме места.

Как и в случае с автоматическим маршрутизатором, вы получаете то, что вкладываете, с точки зрения ограничений и того, насколько хорошо вы можете его использовать. Если вы просто попытаетесь использовать свой автоматический маршрутизатор, не ограничивая его должным образом, он будет проложен везде. При правильной настройке мы используем его для правильной маршрутизации разделов DDR большой длины. На гораздо больших и плотных досках это почти необходимость, и, безусловно, требование для магазина макетных услуг, которому нужна скорость. Однако эти вещи могут не стоить того, кто делает несколько небольших досок в год.

Одна вещь, которую вы не учитываете, - это то, что схема не содержит достаточно информации для правильного размещения доски .

По сути, компоновка печатной платы требует рассмотрения и учета нескольких десятков требований к компоновке на деталь , ни одно из которых не кодифицировано в схеме. Рассмотрим только обводные конденсаторы. Чтобы автоматизированная система правильно разместила обходной конденсатор для каждого компонента, вам необходимо иметь некоторые дополнительные директивы на схеме, которые предписывают авторутеру, что трасса между двумя узлами должна быть ниже определенной длины.
Предположительно, тогда вам потребуются дополнительные директивы для кодирования приоритета минимизации длины для различных сетей, что-то, чтобы диктовать дифференциальные пары / контролируемый импеданс, защитные трассы (при необходимости) и т. Д ...
По сути, существует множество дополнительных переменных, которые управляют размещением, которые обычно вообще не кодируются в документах схемы / ratsnest.

Более того, даже если вы предполагаете, что у вас есть все вышеперечисленные конструктивные ограничения, огромный размер проблемного пространства для обычной компоновки огромен . Это эквивалентно попытке решить уравнение с тысячами входов, где каждый вход имеет различный нелинейный эффект для всех остальных. По сути, проблема полностью неразрешима с точки зрения грубой силы. Поэтому любое решение должно включать некий эвристический механизм, который имеет свои сложности.

Реально, главная причина, по которой нет по крайней мере лучших авторутеров, заключается в том, что рынка просто нет. Рынок EDA сравнительно невелик по сравнению со многими другими нишами, специализированными рынками программного обеспечения, и даже самый лучший авторутер никогда не приблизится к реальному макету реального человека.

Когда я нахожусь в особенно скучном макете, у меня обычно бывают фантазии, когда я пытаюсь спроектировать свой собственный авторутер, делая что-то с векторными полями и имитирующим отжигом, но даже это будет приближаться только к локальному оптимуму, а не к общему оптимальному макету.

Еще в 1974-1975 годах я работал в отделе автоматизации проектирования в Honeywell. С тех пор проблема не изменилась:

1. Оптимизировать вычислительно невозможно. Как и большинство глобальных задач оптимизации, это NP-Complete, что означает, что сложность вычислений очень быстро растет. Поскольку вы не можете ждать около триллиона лет (или хуже), мы можем рассматривать оптимальное решение как невозможное.
2. Для программы неясно, что именно вы хотите оптимизировать. Логическая группировка по вашей модели схемы организации? Длина трассы? Площадь доски? Паразитическая связь? Задержка распространения? Тепловыделение (максимальная температура)? Тепловой отвод от секций повышенной мощности к чувствительным к температуре компонентам? Радиочастотная эмиссия? Шум? Механические свойства (например, размещение более массивных компонентов рядом с механическими опорами? Служебные характеристики, например, не расположить соединители на плате ближе друг к другу, чем могут управлять человеческие пальцы? чехлы, вентиляторы и пр.)

Существуют подходы на основе ИИ для решения подобных проблем. Тем не менее, в какой-то момент дизайнеру легче просто попробовать что-то и получить отзывы от программного обеспечения относительно критериев проектирования, которые его интересуют. Рассказать программному обеспечению AI все, что вы знаете, может быть бесконечной, неблагодарной задачей. В конечном счете, программное обеспечение должно удовлетворить вас, дизайнера и ваш набор компромиссов.

Таким образом, лучший способ для этого - рассматривать это как сотрудничество между дизайнером и программным обеспечением, когда дизайнер принимает окончательные решения. Программное обеспечение может предоставлять информацию о свойствах, а также предлагать способы улучшения свойства, представляющего интерес, и помогать исследовать последствия изменений.

Но я предсказываю, что мы никогда не увидим полностью автоматизированный макет - при условии, что люди смотрят на результат и заботятся о нем.

У моего программного обеспечения есть россыпь. Я запустил его один раз, чтобы посмотреть, что произойдет. Она взорвалась сквозь доску, и на ней появились все компоненты. Когда я смотрел на это, запчасти были ВЕЗДЕ. Микросхема была в одном углу, а ее разъединительная крышка - в другом. Критический путь зигзагообразно взад и вперед по доске.

Моя точка зрения в том, что размещение - это самая сложная часть макета, чтобы получить правильные результаты. Сначала есть механические ограничения. ME / промышленный дизайнер хочет, чтобы ваш разъем / выключатель / индикатор / светодиод / любой другой внешний интерфейсный элемент оторвался от платы в определенном месте. Некоторые компоненты могут быть слишком высокими, чтобы находиться в определенных местах внутри корпуса. Могут быть части схемы, которые должны сохранять определенный зазор для изоляции.

Программное обеспечение может быть настроено так, чтобы справляться с некоторыми из этих факторов, но оно никогда не будет работать так же хорошо, или не сможет визуально видеть проблемы так, как это может сделать человек. В идеальном мире, если вы правильно расставите места, проведете питание, заземление и проложите критический путь, быстрый прохождение авторутера должно завершить компоновку.

Я раньше использовал авто-россыпи, и они действительно такие же тупые, как груда камней. Единственное, для чего вы можете разумно использовать их, - это распутать стопку следов, которые все были импортированы на вашу доску в том же месте на ней; что-либо еще слишком много, чтобы спросить.