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(dòng)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(duì)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(duì)布線優(yōu)化起到了積極的作用。因此有必要對(duì)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(dòng)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(dòng)布線相結(jié)合的方法，即手工布線-自動(dòng)布線-手工布線。在開始布線時(shí)，首先要對(duì)主電源按要求進(jìn)行手工布線。之后，通過自動(dòng)布線器根據(jù)設(shè)計(jì)好的文件進(jìn)行自動(dòng)布線。在自動(dòng)布線完成以后，通過手工對(duì)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(huì)對(duì)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(duì)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(duì)疫苗進(jìn)行合理提取為基礎(chǔ)，通過對(duì)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(duì)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(chǎng)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(duì)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(duì)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(zhǎng)支路。將通過所有節(jié)點(diǎn)的最短路徑長(zhǎng)度減去最長(zhǎng)支路就是最優(yōu)路徑。

3 結(jié)束語

文章通過對(duì)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(duì)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?？偨Y(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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