Nowość w projektowaniu obwodów drukowanych - dlaczego nie istnieje automatyczne umieszczanie komponentów?

Oprogramowanie do projektowania obwodów, które widziałem, ma możliwość automatycznego trasowania śladów itp. Na płytce drukowanej.
Ale dlaczego to oprogramowanie nie ma możliwości automatycznego umieszczania komponentów na płytce drukowanej, aby zminimalizować całkowity rozmiar płyty?
Czy to jest zbyt skomplikowane, aby je zautomatyzować?

Ostatnio projektowałem kilka płytek drukowanych i sugeruję, aby NIE używać auto-placera lub automatycznego routera do końcowego produktu. (Proteus ma auto placer.)

Przede wszystkim - Twoje oprogramowanie jest tak inteligentne jak dżdżownica, jeśli chodzi o automatyczne umieszczanie lub automatyczne trasowanie. Innymi słowy, jest głupi jak ziemniak.

Automatyczne trasowanie nie wiedziałoby, które umiejscowienie zapewni lepszy wzór śledzenia, co pozwoli nie tylko na stworzenie wydajnego projektu, ale także na zminimalizowanie szumów w obwodzie. Podobnie automatyczne trasowanie nie wie, że nieznaczne przesunięcie komponentu w lewo lub w prawo umożliwi lepsze wytyczenie trasy. Te narzędzia dadzą ci tylko projekt, który jest poprawny zgodnie z obwodem. Ale jeśli chodzi o wydajność w świecie rzeczywistym, sprawy wyglądają inaczej.
Na przykład:

• Kondensatory odsprzęgające powinny znajdować się fizycznie blisko układu scalonego.
• Powinny być pętle o najmniej zamkniętym obszarze.
• Płaszczyzna uziemienia powinna być jak najbardziej solidna.
• Żadne sygnały zakłócające nie powinny znajdować się w pobliżu oscylatora kwarcowego itp.

Twoje oprogramowanie nie będzie przestrzegać tych pojęć, ponieważ nie są one wymienione na schemacie. Dowiesz się tylko, kiedy wyprodukujesz płytkę drukowaną i nie będzie ona działać zgodnie z oczekiwaniami przez cały czas. Nie mówię, że to nie zadziała. To może zadziałać 90% razy, ale musisz wziąć to pod uwagę również 10%.

Moje sugestie to, że powinieneś nauczyć się kilku koncepcji projektowania płytek drukowanych i spróbować samodzielnie umieścić i trasować. Zawsze możesz opublikować swój schemat i układ forum na forach, a eksperci przedstawią swoje opinie / sugestie.

Mój router ma narzędzie do rozmieszczania i obsługuje „pokoje”. Dzięki temu możesz rysować obszary i przypisywać części do „pomieszczeń” ze schematu. Auto placer zgrupuje je w pokoju, do którego przypisana jest część. Całkiem pewne, że ma wsparcie dla tego złącza, również powinno przejść do tej lokalizacji. Istnieje również narzędzie, które może wykonywać automatyczne umieszczanie odsprzęgania oraz wybór / optymalizację części na podstawie wyników symulacji. Nie jest to jednak tanie :), ale działa.

Auto placer może zaoszczędzić trochę czasu, umieszczając wszystko w ten sposób. Ale nadal wolę krzyżowe sondowanie schematu niż układ w trybie zastępczym.

Podobnie jak automatyczny router, dostajesz to, co nakładasz pod względem ograniczeń i jak dobrze możesz z niego korzystać. Jeśli po prostu spróbujesz użyć routera automatycznego, nie ograniczając go właściwie, po prostu trasuje wszędzie. Po prawidłowej konfiguracji używamy go do prawidłowego trasowania odcinków DDR o dopasowanej długości. Na znacznie większych i gęstszych płytach jest to niemal konieczność, a na pewno wymóg, aby sklep z usługami układowymi potrzebował szybkości. Jednak te rzeczy mogą nie być tego warte dla kogoś, kto robi tylko kilka małych desek rocznie.

Jedną z rzeczy, których nie bierzesz pod uwagę, jest to, że schemat nie zawiera wystarczającej ilości informacji, aby właściwie ułożyć planszę .

Zasadniczo układ PCB wymaga rozważenia i dostosowania do kilkudziesięciu wymagań dotyczących układu na część , z których żadne nie jest skodyfikowane na schemacie. Rozważ tylko kondensatory obejściowe. Aby zautomatyzowany system prawidłowo umieścił kondensator obejściowy dla każdego komponentu, potrzebne będą dodatkowe wytyczne na schemacie, które dyktują autorouterowi, że ślad między dwoma węzłami musi być poniżej określonej długości.
Prawdopodobnie potrzebne byłyby dalsze dyrektywy, aby zakodować priorytet minimalizacji długości dla różnych sieci, coś, co dyktuje pary różnicowe / kontrolowaną impedancję, ślady ochronne (w razie potrzeby) itp.
Zasadniczo istnieje wiele dodatkowych zmiennych, które sterują rozmieszczeniem, które zwykle nie są wcale zakodowane w dokumentach schematycznych / najszczerszych.

Co więcej, nawet jeśli założymy, że masz wszystkie powyższe ograniczenia projektowe, sama wielkość przestrzeni problemowej dla wspólnego układu jest ogromna . Jest to odpowiednik próby rozwiązania równania z tysiącami danych wejściowych, gdzie każde dane wejściowe mają inny, nieliniowy wpływ na wszystkie pozostałe. W rzeczywistości problem jest całkowicie nierozwiązywalny z perspektywy brutalnej siły. Każde rozwiązanie musi zatem obejmować jakiś mechanizm heurystyczny, który ma swoją złożoność.

Realistycznie, głównym powodem, dla którego nie ma co najmniej lepszych autorouterów, jest to, że po prostu nie ma rynku. Rynek EDA jest stosunkowo niewielki w porównaniu do wielu innych niszowych rynków oprogramowania specjalnego, a nawet najlepszy autorouter nigdy nie zbliży się do prawdziwego układu przez prawdziwego człowieka.

Kiedy jestem w trakcie wyjątkowo nudnego układu, zwykle mam fantazje o próbie zaprojektowania własnego autorutera, robiąc coś z polami wektorowymi i symulowanym wyżarzaniem, ale nawet to zbliżyłoby się do lokalnego optimum, a nie ogólnego optymalnego układu.

W latach 1974–1975 pracowałem w dziale automatyzacji projektowania w Honeywell. Problem nie zmienił się od tego czasu:

1. Optymalizacja nie jest wykonalna obliczeniowo. Podobnie jak większość globalnych problemów z optymalizacją, jest NP-Complete, co oznacza, że ​​złożoność obliczeń rośnie strasznie szybko. Ponieważ nie możesz czekać bilion lat (lub gorzej), możemy uznać optymalne rozwiązanie za niemożliwe do znalezienia.
2. W programie nie jest jasne, co chcesz zoptymalizować. Logiczne grupowanie według modelu organizacji obwodu? Długość śledzenia? Obszar zarządu? Sprzężenie pasożytnicze? Opóźnienie propagacji? Rozpraszanie ciepła (maksymalna temperatura)? Upust termiczny z sekcji o dużej mocy do komponentów wrażliwych na temperaturę? Emisja RF? Hałas? Właściwości mechaniczne (na przykład umieszczanie bardziej masywnych komponentów w pobliżu podpór mechanicznych? Charakterystyka usługi, np. Nie zbliżanie złącz pokładowych bliżej niż ludzkie palce mogą poradzić? Ograniczenia zewnętrzne, takie jak lokalizacja łączników lub dopasowanie w dostępnej przestrzeni (bez konfliktu z skrzynie, wentylatory itp.)

Istnieją podejścia oparte na sztucznej inteligencji do rozwiązywania takich problemów. Jednak w pewnym momencie projektantowi łatwiej jest po prostu wypróbować różne rzeczy i uzyskać informacje zwrotne od oprogramowania na temat kryteriów projektowych, którymi jest zainteresowany. Mówienie programowi AI wszystkiego, co znasz, może być niekończącym się, niewdzięcznym zadaniem. Ostatecznie oprogramowanie musi zadowolić Ciebie, projektanta i zestaw kompromisów.

Najlepszym sposobem na to jest zatem postrzeganie go jako współpracy między projektantem a oprogramowaniem, przy czym projektant podejmuje ostateczne decyzje. Oprogramowanie może dostarczać informacji o właściwościach i sugerować sposoby ulepszenia interesującej właściwości oraz pomóc zbadać konsekwencje zmiany.

Ale przewiduję, że nigdy nie zobaczymy w pełni zautomatyzowanego układu - o ile ludzie patrzą na wynik i dbają o niego.

Moje oprogramowanie ma placer. Raz go uruchomiłem, żeby zobaczyć, co się stanie. Rozerwał się, rycząc przez tablicę i na nim wszystkie elementy. Kiedy na to spojrzałem, części były WSZĘDZIE. IC znajdował się w jednym rogu, a jego nakrętka odsprzęgająca była w drugim. Ścieżka krytyczna zygzakowała w poprzek planszy.

Chodzi mi o to, że umieszczenie jest najtrudniejszą częścią układu, aby się dobrze. Najpierw są ograniczenia mechaniczne. ME / projektant przemysłowy chce, aby twoje złącze / przełącznik / potencjometr / LED / jakikolwiek inny zewnętrzny element interfejsu zszedł z płyty w określonym miejscu. Niektóre elementy mogą być zbyt wysokie, aby znajdować się w niektórych obszarach wewnątrz obudowy. Mogą istnieć części obwodu, które muszą zachować pewien odstęp do izolacji.

Oprogramowanie można skonfigurować tak, aby radziło sobie z niektórymi z tych czynników, ale nigdy nie wykona tak dobrej roboty, ani nie będzie w stanie dostrzec problemów w sposób, w jaki może to zrobić człowiek. W idealnym świecie, jeśli dobrze umieścisz, wykonasz zasilanie, uziemienie i krytyczne trasy, szybkie przejście autoroutera powinno być w stanie zakończyć układ.

Wcześniej korzystałem z automatycznych placerów i są one tak głupie jak stos kamieni. Jedyną rzeczą, do której możesz je zdrowo użyć, jest rozplątanie stosu śladów stóp, które wszystkie zostały zaimportowane na twoją planszę w tym samym miejscu na niej; cokolwiek innego jest po prostu zbyt wielkim pytaniem.