1.6 Постановка задачи синтеза конструктивного решения модуля эва на этапе аванпроектирования

Решение задачи синтеза конструкции модуля ЭВА на этапе аванпроектирования в САПР направлено на определение числовых значений метрических и топологических параметров' модуля, обеспечивающих удовлетворение заданных критериев качества и конструктивно-технологических ограничений в ходе последующей реализации коммутационно-монтажных процедур при минимуме материальных и временных затрат.

К метрическим параметрам конструктивно-функционального модуля ЭВА относятся: габаритные размеры коммутационного поля по оси Y и по оси X; габаритные размеры элементов по оси X и по оси Y; шаг размещения элементов по оси X и по оси Y на коммутационном поле; расстояние между соседними выводами элементов; ширина внешних выводов элементов; шаг сетки трассировки сигнальных соединений; размеры межслойного перехода; расстояние между двумя соседними межслойными переходами; допустимая длина сигнального соединения и другие.

Топологические параметры в основном определяются способом реализации сигнальных соединений и относительным их расположением на коммутационном поле. К топологическим параметрам можно отнести следующие: число межслойных переходов; число слоев в многослойных печатных платах: плотность проводников в различных сечениях коммутационного поля; количество транзитных проводников, проходящих через столбцы элементов на коммутационном поле.

Структурные параметры отражают особенности принципиальной схемы реализуемого устройства, то есть состав ее элементов и способ их соединения между собой. К ним можно отнести: количество отрезков сигнальных соединений, соединяющих точки электрических цепей; количество элементов, связанных с каждым элементом на коммутационном поле; количество внешних выводов элементов.

Необходимо отметить, что в конкретных задачах конструкторского проектирования указанные параметры в различных сочетаниях могут быть либо критериями оптимизации конструктивного решения, либо выступать в качестве конструктивно-технологических ограничений.

Рассмотрим основные критерии оптимизации, используемые при решении задач конструкторского проектирования: компоновки блоков, размещения элементов и трассировки сигнальных соединений.

На этапе компоновки основными критериями оптимизации являются: количество элементов в блоке; количество внешних выводов блока; количество блоков; общее количество соединений между блоками; число типов блоков; время задержки сигналов; ремонтопригодность блоков.

Среди используемых критериев размещения можно выделить следующие: минимум суммарной длины сигнальных соединений; минимум суммарной длины полупериметров зон реализации цепей; минимум суммарной площади зон реализации цепей; минимум числа проводников, длина которых больше заданной; минимум наибольшей длины сигнального соединения; минимум суммарной длины проводников, соединяющих две наиболее удаленные точки каждой цепи; минимум суммарной длины проводников, соединяющих источник сигнала с его наиболее удаленной нагрузкой; максимально близкое размещение компонентов, имеющих наибольшее число общих цепей; минимум числа пересечений проводников; максимальное число проводников с простейшей конфигурацией.

При решении задач трассировки сигнальных соединений используются такие критерии, как минимум суммарной длины трасс; минимум числа соединений трасс длины, больше заданной; минимум числа межслойных переходов; минимум числа слоев; минимум паразитных помех; максимальная удаленность трасс.

Под трассой понимается множество связанных между собой отрезков сигнальных соединений, соединяющих точки электрической цепи,

Таким образом, конструктор оценивает качество проектного решения по одному или нескольким выше приведенным критериям. Однако следует отметить, что наряду с вышеперечисленными критериями могут дополнительно учитываться временные, организационные и стоимостные критерии, которые целесообразно учитывать на последующих этапах оптимизации.

Обозначим множество используемых критериев через Kj, j=l,2,....,n

В конкретной задаче конструкторского проектирования критерии оптимизации являются функциями метрических, топологических и структурных параметров схемы реализуемого устройства Xi, i=l,2,....,m.

Тогда задачу синтеза конструктивного решения на стадии аванпроектирования можно сформулировать следующим образом:

• решить задачу оптимизации вида

• Кj(x) ->max , j=l,2,..,,n, (1.1)

где Х={Х1,Х2,...,Хm} - вектор метрических, топологических и структурных параметров.

В том случае, если значение какого-либо критерия Ki должно стремиться к минимуму, достаточно взять вместо Ki новый критерий K'i=-Ki.

Множество X в выражении (1.1) - это фактически множество «возможных параметров» , то есть допустимых уровнем технологии и концепцией компоновочной схемы проектируемого конструктивно - функционального модуля.

Необходимо отметить, что размерность вектора X велика (может достигать 10² -10³ параметров), так как для точного решения задачи синтеза конструкции модуля необходим фактически учет параметров каждого элемента и соединения, в то время как количество используемых критериев оптимизации реально не превосходит десятка, то есть m>>n .