PCB布線優(yōu)化方法

蔣華鋒

摘 要：印制電路板的布線和布局決定著印制電路板的性能優(yōu)良與否。印制電路板布線方式包括手工布線和自動布線。在印制電路板布線中要考慮電源和地線的處理、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等問題。人工免疫算法、蟻群算法等仿生學(xué)算法也可以應(yīng)用到印制電路板的布線優(yōu)化中。

關(guān)鍵詞：印制電路板；布線優(yōu)化；方法

前言

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，印制電路板經(jīng)歷了單層到雙面和多層的發(fā)展以及高精度、性能和低成本的發(fā)展。由于印制電路板的布線影響著印制電路板的性能，所以有必要對印制電路板的布線進(jìn)行分析。而隨著仿生學(xué)在電子工程方面的應(yīng)用，人工免疫算法、蟻群算法等仿生學(xué)算法也應(yīng)用到了印制電路板的布線中，并對布線優(yōu)化起到了積極的作用。因此有必要對仿生學(xué)在印制電路板的布線中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 PCB布線

PCB，即印制電路板，也可以成為印刷線路板，是重要的電子部件。在設(shè)計(jì)印制電路板的工作流程中，包括網(wǎng)表的輸入、根據(jù)規(guī)則布局各種元器件、根據(jù)規(guī)則布線、最終的檢查等。在印制電路板的設(shè)計(jì)中，最主要的流程就是根據(jù)規(guī)則布局各種元器件和根據(jù)規(guī)則布線。印制電路板的布線和布局決定著印制電路板的性能優(yōu)良與否、決定著這一電子變換器性能的優(yōu)良與否。

從布線方式的角度看，印制電路板包括手工布線和自動布線。在實(shí)際的印制電路板布線工作中，一般采取手工布線和自動布線相結(jié)合的方法，即手工布線-自動布線-手工布線。在開始布線時(shí)，首先要對主電源按要求進(jìn)行手工布線。之后，通過自動布線器根據(jù)設(shè)計(jì)好的文件進(jìn)行自動布線。在自動布線完成以后，通過手工對印制電路板的走線進(jìn)行微調(diào)。在印制電路板的布線中要充分重視電源和地線的處理以及應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等問題。

1.1 電源和地線的處理

電源和地線會對印制電路板產(chǎn)生干擾并影響印制電路板的性能，進(jìn)而影響電子變換器的性能。因此，在印制電路板的布線設(shè)計(jì)中要注意電源和地線之間的干擾，盡量降低電源和電線造成的噪音干擾，提高印制電路板的性能。降低電源和地線噪音干擾的主要方法包括對電源和地線安裝去耦電容。

1.2 應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

目前的印制電路板布線中的很多工作是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)完成的。如果網(wǎng)格過于稀疏，容易造成通路過少，影響步通率；如果網(wǎng)格過于密集，容易造成數(shù)據(jù)量過大，影響計(jì)算速度。因此，要注意網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用，設(shè)計(jì)合理的網(wǎng)格。

2 PCB布線優(yōu)化

隨著科學(xué)技術(shù)和仿生學(xué)的飛速發(fā)展，人工智能優(yōu)化和仿生學(xué)的科研成果也應(yīng)用到印制電路板的布線中。包括人工免疫算法、蟻群算法和基于MATLAB的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法也應(yīng)用到了印制電路板的布線優(yōu)化中，使得印制電路板在布線的工作中，速度更快捷、精度更準(zhǔn)確、運(yùn)行性能更優(yōu)良。

2.1 人工免疫算法在PCB布線優(yōu)化的應(yīng)用

人工免疫算法主要是以對疫苗進(jìn)行合理提取為基礎(chǔ)，通過對疫苗進(jìn)行接種和選擇兩個(gè)過程達(dá)到提高適應(yīng)度的目的。人工免疫算法能夠有效地提高算法的收斂性以求得最優(yōu)解。通過人工免疫算法計(jì)算所有等位點(diǎn)的最短距離可以有效完成對印制電路板布線的優(yōu)化工作。人工免疫算法的具體步驟為首先按照需要完成的目標(biāo)和各種約束場完成數(shù)學(xué)建模工作。然后通過隨機(jī)函數(shù)產(chǎn)生抗體和抗體群并根據(jù)具體問題提取疫苗。根據(jù)提取的疫苗判斷是否尋找到最優(yōu)疫苗，即解決問題的最優(yōu)解。如果已經(jīng)是最優(yōu)解，則終止算法；如果不是最優(yōu)解則通過變異和交叉對抗體進(jìn)行修改。通過修改后的抗體重新選擇疫苗，并返回提取疫苗的步驟，進(jìn)行疫苗判斷工作，直到尋找到最優(yōu)解。人工免疫算法的優(yōu)點(diǎn)是通過引入疫苗，加強(qiáng)了局部信息的利用，進(jìn)而提高了算法收斂性的求解，提高了全局最優(yōu)解的計(jì)算速度。同時(shí)需要注意的是，人工免疫算法雖然通過引入疫苗提取提高了收斂性的求解，但是正是由于引入了疫苗，使得在提取疫苗這一環(huán)節(jié)中增加了計(jì)算時(shí)間。所以，提高提取疫苗的速度可以在印制電路板布線優(yōu)化的基礎(chǔ)上提高計(jì)算速度。

2.2 蟻群算法在PCB布線優(yōu)化的應(yīng)用

蟻群算法是模擬后一個(gè)螞蟻對之前螞蟻釋放的信息進(jìn)行分析以達(dá)到尋找最短路徑這一現(xiàn)象。利用蟻群算法尋找一個(gè)非閉合的環(huán)路布線路徑，并保證經(jīng)過所有節(jié)點(diǎn)的總路徑最短，就可以完成優(yōu)化印制電路板的布線工作。蟻群算法在PCB布線優(yōu)化的應(yīng)用中，首先通過蟻群算法求解所有節(jié)點(diǎn)上的閉合環(huán)路的最短路徑。然后求解該閉合環(huán)路中的最長支路。將通過所有節(jié)點(diǎn)的最短路徑長度減去最長支路就是最優(yōu)路徑。

3 結(jié)束語

文章通過對印制電路板進(jìn)行分析，討論了影響印制電路板布線的因素，總結(jié)出電源和地線的處理、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是影響布線工作的主要因素，并對印制電路板布線中需要注意的事項(xiàng)進(jìn)行討論。進(jìn)而利用仿生學(xué)在電子工程中的應(yīng)用，討論了人工免疫算法、蟻群算法在印制電路板布線優(yōu)化的原理和作用。總結(jié)出人工免疫算法提高了全局最優(yōu)解的計(jì)算速度，但是在提取疫苗環(huán)節(jié)增加了計(jì)算時(shí)間。蟻群算法可以有效保證總路徑最短，達(dá)到布線優(yōu)化的目的。

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