Компоновка конструктивно-функциональных модулей

Задача компоновки рассматривается как задача распределения элементов принципиальной электрической схеме по корпусам микросхем, установленных на плате.

Задачи компоновки могут касаться компоновки микросхем, плат и блоков устройств, в этом случае бывают по компоновке модулей i-того уровня модулями i+1 уровня.

Задача компоновки (качества её выполнения) оцениваются по ряду критериев.

Формально задачу компоновки можно сформулировать следующим образом: объединить модули низшего i-того уровня в модули более высокого i+1 уровня при наличии заданных ограничений.

Выделяют 2 метода (алгоритмам) компоновки:

1. Методы, осуществляющие разведение коммутационной схемы на части с учетом таких ограничений, как:

а) число элементов в блоке

б) число внешних выводов блока

в) суммарная площадь, занимаемая элементами и соединениями

Основными показателями и критериями качествам разбиения являются:

1) число образующих блоков

2) число межблочных соединений

3) величина задержки распространения сигнала

4) электрическая совместимость элементов в блоке

5) магнитная совместимость элементов в блоке

6) тепловая совместимость элементов в блоке

7) уровень тепловыделения блока

Задачи такого вида возникают при разбиении коммутационной схемы на блоки, к которым не предъявлены требования схем унификации. Это задачи распределения плат по панелям, интегральных микросхем по платам, коммутационных схем по кристаллам интегральных микросхем.

Таким образом, к первой разновидности относят такие задачи, в которой показатель (критерий) качества и ограничения могут быть сведены к определенным конструкторским параметрам, характеризующим расположение отдельных элементов и соответствующих межэлементных соединений. Эти задачи называются задачами компоновки конструкторских модулей или блоков.

2. Методы, в которых наряду с конструкторскими характеристиками модулей важны и их функциональные характеристики.

Эти задачи возникают на этапе перехода от функциональных и логических схем к электрическим принципиальным схем (задача покрытия заданной серии микросхем электрической принципиальной схемой устройств)

Основными показателями (критериями) качества метода являются:

1) число модулей, необходимых для покрытия исходной схемы (число микросхем например)

2) число межмодульных соединений

3) число типов, используемых модулей (минимальное)

4) число используемых элементов в модуле (минимизация числа неиспользуемых элементов модуля)

Эта разновидность метода используется для изделий, выпускаемых крупными сериями или для разработки типовых плат, например, выпуск заказных микросхем.

При разработке полузаказных плат микросхем (матричные БИС) рассматривается вопрос избыточности кристалла.

Классификация алгоритмов компоновки

1. Алгоритмы компоновки конструктивных блоков

а) алгоритмы основаны на математических моделях

В этих алгоритмах используется метод ветвей и границ, решается задача о назначении.

Алгоритм состоит из двух частей:

· определяется нижняя оценка графа на заданное количество частей

· задача разбиения графа на части сводится к задаче о назначении кандидатов (вершин графов) в части, дающие минимальные суммарные затраты (под затратами могут пониматься любые показатели). Каждая вершина (элемент) может быть назначена только в одну часть.

б) последовательные алгоритмы (комбинаторные)

Вводится последовательный процесс компоновки частей, на каждом шаге которого в очередную часть добавляется один из элементов, выбираемый по определенным приоритетам (например, по наибольшей связанности с элементами уже расположенными в данной части)

в) параллельно-последовательные алгоритмы – методы парных перестановок

В этих алгоритмах сначала выделяется исходное множество групп элементов, которые соответствуют различным частям (платам). Элементы попарно переставляются между частями с целью улучшения выбранного показателя (критерия) качества.

г) итерационные алгоритмы – методы групповых перестановок

Служат для улучшения начального варианта компоновки в соответствии с заданным критерием качества. При использовании этих алгоритмов графическая схема сначала разбивается на заданное число частей произвольным образом (например, с помощью последовательного алгоритма), затем по некоторым правилам производится перестановка двух вершин графа из одной части в другую с целью минимизации числа внешних уровней (межуровневых соединений).

2. Алгоритмы компоновки функциональных блоков

а) алгоритм покрытия

Решается задача определения необходимого числа элементов для покрытия исходной схемы с минимальной стоимостью и минимальной избыточностью элементов.

б) алгоритмы типизации – получение типовых функций ячеек

Разбиение схемы на части с учетом минимума числа типов используемых элементов.