Трассировка печатных плат

У этого термина существуют и другие значения, см. Трассировка (значения).

Трассиро́вка печатных плат — это пошаговый процесс прокладки проводников в одном из многочисленных САПР печатных плат. Существует три способа трассировки:

• ручной. Человек самостоятельно с помощью определенных программных инструментов наносит рисунок проводников на чертеж платы.
• автоматический. Программа самостоятельно прокладывает проводники используя ограничения, наложенные разработчиком. Разработчик контролирует результат. При необходимости корректирует исходные параметры задачи и повторяет трассировку. Корректировка включает изменение расположения компонентов, предварительную отрисовку цепей вручную и т.п. На данный момент все современные системы проектирования имеют сложные и эффективные системы автоматической трассировки.
• интерактивный. Человек указывает роботу последовательность действий в сложных участках трассировки, контролируя пошагово результат, а автоматика делает черновую работу по отрисовке цепи и контролю правил трассировки. Интерактивная трассировка печатных плат может использоваться как для полностью ручной трассировки, так и для доработок печатной платы после автоматической трассировки.

Постановка задачи трассировки

Трассировка соединений является, как правило, заключительным этапом конструкторского проектирования РЭА и состоит в определении линий, соединяющих эквипотенциальные контакты элементов, и компонентов, составляющих проектируемое устройство.

Задача трассировки — одна из наиболее трудоемких в общей проблеме автоматизации проектирования РЭА. Это связано с несколькими факторами, в частности с многообразием способов конструктивно-технологической реализации соединений, для каждого из которых при алгоритмическом решении задачи применяются специфические критерии оптимизации и ограничения. С математической точки зрения трассировка — наисложнейшая задача выбора из огромного числа вариантов оптимального решения.

Одновременная оптимизации всех соединений при трассировке за счет перебора всех вариантов в настоящее время невозможна. Поэтому разрабатываются в основном локально оптимальные методы трассировки, когда трасса оптимальна лишь на данном шаге при наличии ранее проведенных соединений.

Основная задача трассировки формулируется следующим образом: по заданной схеме соединений проложить необходимые проводники на плоскости (плате, кристалле и т. д.), чтобы реализовать заданные технические соединения с учетом заранее заданных ограничений. Основными являются ограничения на ширину проводников и минимальные расстояния между ними.

Исходной информацией для решения задачи трассировки соединений обычно являются список цепей, параметры конструкции элементов и коммутационного поля, а также данные по размещению элементов. Критериями трассировки могут быть процент реализованных соединений, суммарная длина проводников, число пересечений проводников, число монтажных слоев, число межслойных переходов, равномерность распределения проводников, минимальная область трассировки и т. д. Часто эти критерии являются взаимоисключающими, поэтому оценка качества трассировки ведется по доминирующему критерию при выполнении ограничений по другим критериям либо применяют аддитивную или мультипликативную форму оценочной функции, например следующего вида:

$F=\sum_{i=1}^{p}\lambda_if_i$,

где $F$ — аддитивный критерий; $\lambda_i$ — весовой коэффициент; $f_i$ — частный критерий; $p$ — число частных критериев.

Известные алгоритмы трассировки печатных плат можно условно разбить на три большие группы:

1. Волновые алгоритмы, основанные на идеях Ли и разработанные Ю. Л. Зиманом и Г. Г. Рябовым. Данные алгоритмы получили широкое распространение в существующих, САПР, поскольку они позволяют легко учитывать технологическую специфику печатного монтажа со своей совокупностью конструктивных ограничений. Эти алгоритмы всегда гарантируют построение трассы, если путь для нее существует;
2. Ортогональные алгоритмы, обладающие большим быстродействием, чем алгоритмы первой группы. Реализация их на ЭВМ требует в 75-100 раз меньше вычислений по сравнению с волновыми алгоритмами. Такие алгоритмы применяют при проектировании печатных плат со сквозными металлизированными отверстиями. Недостатки этой группы алгоритмов связаны с получением большого числа переходов со слоя на слой, отсутствием 100%-ой гарантии проведения трасс, большим числом параллельно идущих проводников;
3. Алгоритмы эвристического типа. Эти алгоритмы частично основаны на эвристическом приеме поиска пути в лабиринте. При этом каждое соединение проводится по кратчайшему пути, обходя встречающиеся на пути препятствия.

Ссылки

• Подробное описания процесса трассировки печатной платы в программе PCAD.
• «Техника разводки печатных плат» (статья)