ройства), при решении этой задачи существующими методами автоматизированного проектирования редко учитываются ограничения, накладываемые параметрами плат. Исходными данными для компоновки являются электрическая схема и выбранная система модулей. Поэтому не будем рассматривать компоновку элементов в узлы как этап конструирования печатных плат. Отметим только, что при решении задач- компоновки должен быть выполнен ряд требований:

1.Число деталей .в одном узле должно соответствовать габаритам конструкции узла; рассеиваемая на выбранном наборе деталей мощность не должна превышать допустимой для данной конструкции узла величины.

2. Число функциональных узлов, полученных в результате компановки, должно быть минимальным.

3. Число связей между контактами различных узлов должно быть минимальным, а число связей между деталями внутри узла - максимальным.

4. Каждый узел должен быть связан с минимальным числом других узлов.

Мбжет быть сформулирована задача компоновки узлов в блок, которая решается с теми же требованиями к результату. В дальнейших рассуждениях будем считать, что набор модулей,, располагающихся на плате, задан.

При ручном проектировании печатной платы конструктор на чертеже заготовки стремится таким образом расположить шаблоны, эквивалентные узлам и трассам, чтобы с одной стороны полученная монтажная схема соответствовала электрической, а с другой стороны были выполнены все нормы на конструирование печатной платы (ширина проводников, расстояния между проводниками, размеры контактных площадок, расстояния между отверстиями на плате и т. п.). Это весьма трудоемкий процесс, выполняемый методом проб и ошибок. Как правило, требуется, чтобы всю работу по конструированию отдельной платы выполнял один человек. Даже опытные конструкторы проектируют плату средней сложности в течение нескольких недель, допуская при этом ошибки.

В отличие от человека цифровая вычислительная машина (ЦВМ) не может сразу отбросить негодные варианты конструкции, а проверяет либо все возможные, либо часть возможных ситуаций (в зависимости от выбранных методов). Однако, в силу того, что ЦВМ обладает гигантским по сравнению с человеком быстродействием при рещении элементарных задач, представляется возможным предложить такие алгоритмы работы ЦВМ, которые анализируют большое число .вариантов и выбирают наиболее приемлемый, или которые находят единственное, но требующее трудоемких вычислений решение.

Работа всех алгоритмов машинного конструирования осуществляется шагами или циклами.

При решении задачи размещения узлов на плате в течение

одного шага (цикла) в зависимости от принятого метода или производится улучшение полученного на предыдущем шаге -размещения, или определяется место на плате для очередного модуля.

При машинном проектировании соединений за один цикл также в зависимости от метода решения задачи либо определяется очередной отрезок трассы, либо выявляется возможность проведения пути по различным направлениям.

При решении всех перечисленных задач автоматического конструирования печатная плата (или ее слой) заменяется моделью, описываемой дальше. Такое представление позволяет формально описывать все возможные ситуации трассировки проводников на платах, что является необходимым при машинных методах конструирования.

Каждый слой печатной платы заменяется дискретным ограниченным двухмерным пространством. Форма дискретных элементов принципиально может быть различной и неодинаковой даже для одной платы. Требуется только, чтобы выбранный набор конфигураций элементов позволял полностью покрывать все пространство. Желательно также, чтобы геометрически элемент обладал одинаковыми свойствами во всех разрешенных для проведения трасс направлениях. Однако это правило на практике не всегда выполняется. В дальнейшем будем рассмат- ривать наиболее широко применяемое в настоящее время разбиение пространства платы на равные квадраты. Такое разбиение весьма удобно для машинной обработки информации, так как позволяет соотнести каждому дискретному элементу координаты в ортогональной системе. Размеры элементов задаются принятой координатной сеткой и зависят от конструктивных размеров устанавливаемых на плате узлов и применяемых методов конструирования.

Дискретные элементы называются занятыми, если по ним проходят уже проложенные трассы, и запрещенными, если" на них расположены отверстия или другие технологические и конструктивные элементы (надписи на печатной плате, контрольные контакты и т. д.).

Хотя контактная площадка под вывод навесного узла может занимать несколько дискретных элементов, в дальнейшем будем считать контактным полем один центральный элемент. Таким образом задача трассировки сводится к соединению внутри каждого множества некоторых непересекающихся множеств точек при условии выполнения определенных принятым методом трассировки ограничений.

Соседними элементами будем называть элементы, имеющие общие стороны. Следовательно, любой дискретный элемент, ис-ВДючая краевые, имеет четыре элемента.

Проведение трассы из данного элемента разрешается только соседний. Таким образом, в принятой геометрии кратчайшее расстояние между двумя элементами с координатами Xi, у\ и

Х2, j/2 вычисляется по формуле:

d={Xi-X2)-\-{yi-yi)-

Заметим, что координаты каждого элемента определяются координатной сеткой и являются целочисленными.

Введем понятие окрестности элемента. /С-окрест-яостью называется множество элементов, в которые можно попасть за k шагов, если с каждым шагом удаляться от данного элемента. Таким образом, 1-окрестность включает 4 элемента, а /-окрестность - 4/С элемента.

Отметим, что возможны другие способы разбиения пространства платы на квадратные дискретные элементы. Например,-когда для данного элемента соседними являются 6 или S элементов.

Впервом случае возможно проведение трасс под углами к оси абсцисс 0°, 60° и 120°, а число элементов /-окрестности 6/С. Во втором случае трассы могут проводиться под углами 0°, 45°, 90° и 135°, /-окрестность включает 8/С элементов.

Другие способы разбиения пространства платы, например, на равносторонние треугольники или шестиугольники на практике не применяются, так как однозначное отнесение координат к каждому элементу затруднено, а положительные -стороны таких разбиений - возможность прокладки трасс под различными углами-не окупает услож.нения юрограмм конструирования и увеличения машинного времени и требуемого объема памяти ЗУ.

Размещение узлов в значительной степени влияет на конструкцию печатной платы, так как определяет рисунок печатных проводников на плате. Неудачное размещение узлов приведет к большому числу пересечений трасс, в результате чего будет невозможно проложить все соединения без пересечений на ограни,-ченном числе Слоев реальной печатной платы.

-Таким образом, задача размещения является предшествующей задаче проектирования соединительных проводников и преследует цель создания такой ситуации на плате, при которой будет гарантировано проведение всех требуемых трасс.

В соответствии с этой основной целью при размещении узлов (модулей) приняты следующие основные критерии качества:

1. Суммарная длина всех проводников на плате должна быть минимальной. Физический смысл этого критерия заключается в том, что кратчайшие проводники занимают меньшее количество дискретных элементов пространства платы. Таким образом обеспечивается большее число вариантов проведения трасс на свободных элементах.

Однако на практике этот критерий не всегда позволяет создать близкую к оптимальной конструкцию платы, ибо он только косвенно учитывает связанность модулей между собой.

В результате возможно такое решение, при котором связанные узлы могут быть разнесены на большие расстояния, а про-