JP3814616B2 - 配線設計装置 - Google Patents

Description

本発明は、単一層または多層の配線層を有するいわゆるプリント板（プリント配線基板）のような回路基板の配線パターン設計を自動的に行うための配線設計装置に係り、特に多層の配線層を有する回路基板で各配線層間の中継接続路の使用が制限される場合に好適な配線設計装置に関する。

プリント板の配線パターンを設計する場合、複数の配線層を組み合わせ、例えばスルーホール処理等によって層間接続路を形成して、各配線層の配線パターン相互間を接続して高密度な配線とすることが行われている。前記配線層間を接続するための層間接続路は、中継用バイア（ＶＩＡ）部等と称されることもある。このように、従来の配線パターン設計においては、層間接続路の使用は必須となっている。したがって、プリント板の配線パターンを自動的に設計するための一種のＣＡＤ（computer aided design）システムであ
る配線設計システムにおいても、一般に、複数の配線層を組み合わせ、層間接続路によって各配線層のパターンを接続して高密度な配線を達成している。

層間接続路は、多層構造のプリント板の配線にしばしば使用されているが、種々の理由でその使用が制限される場合がある。層間接続路の使用が制限される理由の例としては、例えば、電気的問題、コスト的問題、構造的問題、および基板の材質的な問題があげられる。

層間接続路を使用することが全くできない場合には、配線はそのすべてを同一配線層内で行わなければならない。このような場合、各配線パターンの位置関係が配線密度に大きく影響を与える。なぜなら、交差する関係にある配線同士は同一配線層内に混在しにくくなるからである。一般のプリント板では、層間接続路の使用が前提となっているため、配線パターンの設計時には、各配線の交差関係はほとんど考慮されていない。このため、従来のシステムにおいて、層間接続路なしで高密度の配線を自動的に行うことは、非常に困難である。

本発明は、より合理的な配線設計を可能とし、多層基板においても層間接続路を極力用いない配線パターンの作成を行うことを可能とする配線設計装置を提供することを目的としている。

本発明に係る第１の装置である配線設計装置は、配線情報における交差および重複しない位置関係にある配線束を集めて、複数の配線層を有する多層回路基板の同一配線層に割り当てるための層割当部と、前記層割当部の配線層の割当処理を経た配線情報における各配線層毎の配線順序を設定するための順序設定部と、前記順序設定部で設定された配線順序に従って、各配線層内の配線位置を設定して回路基板の配線パターンを作成するためのパターン作成部とを具備する〔請求項１〕。

前記第１の装置において、層割当部は、部品間について最短距離にて仮の配線束を配置するための仮配線部と、前記仮配線部で配置された仮の配線束を、大きく迂回しなくとも交差せず且つ重複しない配線束毎にグループ化するためのグループ化部と、前記グループ化部で得られる各グループをそれぞれ異なる配線層に割り当てるためのグループ割当部と
を含んでいてもよい〔請求項２〕。さらに、順序設定部は、仮配線部により配置される仮の配線束について、端に位置するものを優先して配線束の配線順序を設定するための束順序設定部と、束順序設定部で設定された配線順序に応じて配線束の折曲方向を設定するための折曲方向設定部と、配線束内の各配線について、遠距離の配線を優先し且つ前記折曲方向に応じて、各配線束内の配線順序を設定するための線順序設定部とを含んでいてもよい〔請求項３〕。

前記第１の装置において、パターン作成部は、部品間の最短配線区間となる平行四辺形を想定し、この平行四辺形に沿う方向にサーチラインを延ばしてルートを設定するためのルート設定部を含んでいてもよい〔請求項４〕。

本発明によれば、配線情報における交差および重複しない位置関係にある配線束を集めて、同一配線層に割り当て、各配線層毎の配線順序を設定し、その配線順序に従って、各配線層内の配線位置を設定して回路基板の配線パターンを作成して、低コスト、高歩留まりおよび低ノイズ化が可能で合理的な配線パターンの作成を行うことが可能な配線設計装置を提供することができる。

本発明に係る第１の装置である配線設計装置では、配線情報における交差および重複しない位置関係にある配線束を集めて、複数の配線層を有する多層回路基板の同一配線層に割り当て、各配線層毎の配線順序を設定し、その配線順序に従って、各配線層内の配線位置を設定して回路基板の配線パターンを作成して、多層基板において、層数を低減し、層間接続路を極力用いない配線パターンの作成を行うことができる。

以下、図面を参照して、参考例１、参考例２、本発明の実施例の順で説明する。
〔参考例１〕参考例１による配線設計装置を適用した配線システムを図１、図２、図３および図４を参照して説明する。この配線システムは、基本的には、ディスプレイおよびキーボード等を含む入出力装置、ディスク装置およびメモリ等を含む記憶装置、ならびに中央処理装置（ＣＰＵ）を備えたコンピュータシステムにより構成され、ソフトウェアを主体として具体化され、その場合、各構成部分はプログラムの機能モジュールである。もちろん、各構成部分の機能を個別に実現するハードウェアの組み合わせとしても実現され得る。

図１に示す配線システムは、配線前処理部１、フィードバック部２および自動配線部３を具備する。配線前処理部１は、図２に示すように、信号割付部１１、部品配置部１２およびピン交換部１３を有し、原回路における配線実装上の物理的条件を変更し得る部分について、予め配線条件を適切に整理しておく。

信号割付部１１は、信号割付を任意設定し得る部品について、部品単位での信号線等の接続線の方向ベクトルが極力同一となるように、前記原回路の接続線の割付を設定する。ここで、部品とは、配線設計しようとするプリント板に対して上位の階層となる部品を指しており、一般的な、ＩＣ（集積回路）、コネクタ等のようないわゆる部品以外の、例えば、サブボード等も含む。すなわち、信号割付部１１は、例えば、ある部品から異なる方向への接続線の接続があると接続線の交差が発生するので、コネクタまたはサブボード等の信号割付を任意に設定し得る部品について、前記原回路に対し、部品単位での接続線のベクトルができるだけ同一方向となるように端子に対する信号割付を変更する。

部品配置部１２は、信号の割付を行った後に部品毎の接続線の合成ベクトル、すなわち各信号ワイヤをベクトル化した合成値の交差が最小となるように、前記部品の配置を設定
する。すなわち、部品配置部１２は、部品間の接続線の交差が最小となるように前記原回路に対して配置を変更する。

ピン交換部１３は、部品内のピン割付を変更し得る部品について、部品の配置が設定された後の各部品間の接続線が交差しないように部品内のピン割付を変更するとともに、フィードバック部２に対してピン交換のための情報を供給する。すなわち、ピン交換部１３は、部品の配置が設定された後に、ピン割付が規格化されていないコネクタ、所望の仕様でこれから製造するＩＣ等のデバイス、あるいはサブボードのように、部品内のピン割付を変更し得る部品について、部品内のピン割付を交換して各部品間の接続線が交差しないようにする。

フィードバック部２は、図３に示すように、ピン割付フィードバック部２１および指定線長フィードバック部２２を有し、本システムが原回路における上位階層の部品の実装設計システム（以下「実装ＣＡＤ」と称する）とリンクしている場合、該実装ＣＡＤにピン割付のための情報をフィードバックして、上位階層の部品自体の設計によってピン割付を変更する。このフィードバック部２と配線前処理部１のピン交換部１３とにより、ピン割付部が構成される。

ピン割付フィードバック部２１は、ピン交換部１３における接続線を交差させないためのピン割付の交換情報を、上位階層の部品自体に反映させるため、上位階層の部品の実装ＣＡＤにフィードバックする。指定線長フィードバック部２２は、ピン割付の交換に基づくピン割付の変更に伴う指定線長の変移量を、上位階層の部品自体に反映させるため、上位階層の部品の実装ＣＡＤにフィードバックする。

自動配線部３は、図４に示すように、配線層割当部３１、配線順序決定部３２および詳細配線部３３を有し、配線前処理部１において前処理された原回路情報に基づき、高密度化された配線パターンを層間接続路を極力用いずに具体的に設計する。

配線層割当部３１は、配線前処理部１において前処理されてピンの割付が行われた配線情報のうちの交差および重複しない位置関係にある部品間の配線束を集めて、複数の配線層を有する多層配線基板の同一配線層に割り当てる。すなわち、この配線層割当部３１で同一配線層に割り当てられた配線束は、交差および重複がないから、必ず同一配線層内で配線することができるはずである。配線層割当部３１は、具体的には、部品単位で部品対毎に最短距離で配線する仮の配線束を設定し、このような配線束を交差および重複しない配線束毎にグループ化し、さらにこのようにしてグループ化された各グループを各配線層に割り当てる。

配線順序決定部３２は、配線層割当部３１で同一配線層に割り当てられた配線束について、前記仮の配線束に基づいて個々の配線の配線順序を決定する。すなわち、配線順序決定部３２は、具体的には、前記仮の配線束について、物理的配置の端から順次部品単位つまり配線束単位の配線順序を決定し、これら仮の配線束について順次折曲方向を決定し、さらに各仮の配線束内で遠距離の配線（線長の長い配線）から順次個々の配線についての配線順序を決定する。

詳細配線部３３は、配線順序決定部３２で決定された配線順序に従って各接続線（信号ワイヤ）を順次配置して、プリント板の配線パターンを作成する。次に、このように構成された、図１〜図４に示す配線システムの動作を説明する。

配線システムの処理が開始されると、まず配線前処理部１における配線前処理が行われる。配線前処理部１における配線前処理を図５に示すフローチャートを参照して説明する
。

処理がスタートすると、まず、信号割付部１１において、原回路の接続情報Ｄ１に基づき、信号割付を任意設定し得る上位階層の部品について、部品単位での信号線等の接続線の方向ベクトルが極力同一となるように、原回路の接続線の割付が変更設定され、部品／接続情報Ｄ２が得られる（ステップＳ１１）。例えば、図６に示すように、ある部品から異なる方向への接続線の接続があると接続線の交差が発生する。このような交差が発生すると同一配線層で配線することが困難となるので、ステップＳ１２では、コネクタまたはサブボード等の信号割付を任意に設定し得る部品について、前記接続情報に対し、図７に示すように部品単位での接続線のベクトルができるだけ同一方向となるように端子に対する信号割付が変更され、部品／接続情報Ｄ２が生成される。

次に、部品配置部１２において、部品／接続情報Ｄ２に基づき、部品毎の接続線の合成ベクトルの交差が最小となるように、部品の配置が設定され、配置／接続情報Ｄ３が得られる（ステップＳ１２）。例えば、図８に示すように部品Ａ〜Ｈ間の接続線が交差する場合には、ステップＳ１２では、図９に示すように部品配置が変更されて部品Ａ〜Ｈ間の接続線の交差が最小となるような配置／接続情報Ｄ３が生成される。

そして、ピン交換部１３において、配置／接続情報Ｄ３に基づき、部品内のピン割付を変更し得る部品について、部品の配置が設定された後の各部品間の接続線が交差しないように部品内のピン割付が変更され、配線情報Ｄ４が得られる（ステップＳ１３）。部品内のピン割付を変更し得るコネクタ、デバイスあるいはサブボードのような部品について、例えば図１０のように、部品間の接続線が交差する場合（図１０では、各部品の端子Ｔａ−ｔａ間の接続線と端子Ｔｂ−ｔｂ間の接続線とが交差する）、ステップＳ１３では、部品内のピン割付を交換して図１１のように（図１１では、図示右下方の部品の端子ｔｃ、ｔｂおよびｔａをそれぞれ端子ｔａ、ｔｂおよびｔｃに割付変更している）各部品間の接続線が交差しないような配線情報Ｄ４が生成される。この場合の理想的なピン割付および配線の例を図２２に示す。

このようにして、配線前処理部１で、原回路の接続情報Ｄ１における配線実装上の物理的条件を変更し得る部分について、予め配線条件が適切に整理され、配線情報Ｄ４が得られる。

次にフィードバック部２における上位階層の部品へのフィードバック処理が行われる。このフィードバック処理は、配線前処理部１における配線前処理に関連しており、配線前処理と並行して行われるようにしてもよい。フィードバック部２におけるフィードバック処理を図１２に示すフローチャートを参照して説明する。

処理がスタートすると、まず、ピン割付フィードバック部２１において、配線情報Ｄ４に基づき、接続線を交差させないためのピン割付の交換情報を上位階層の部品自体に反映させるためのピン割付フィードバックデータＤ５が生成され、上位階層の部品の実装ＣＡＤにフィードバックされる（ステップＳ２１）。次に、指定線長フィードバック部２２において、ピン割付の交換に基づくピン割付の変更に伴う指定線長の変移量を、上位階層の部品自体に反映させるための指定線長フィードバックデータＤ６が生成され、上位階層の部品の実装ＣＡＤにフィードバックされる（ステップＳ２２）。

このようにして、本システムが原回路における上位階層の部品の実装ＣＡＤとリンクしている場合、フィードバック部２で、該実装ＣＡＤにピン割付のための情報をフィードバックして、上位階層の部品自体の設計によってピン割付の変更を行う。

次に自動配線部３における配線パターン生成処理が行われる。自動配線部３における配線パターン生成処理を図１３に示すフローチャートを参照して説明する。

処理がスタートすると、まず、配線層割当部３１において、配線情報Ｄ４に基づき、交差および重複しない位置関係にある部品間の配線束が集められて、多層配線基板の同一配線層に割り当てられる（ステップＳ３１）。このステップＳ３１で同一配線層に割り当てられた配線束は、交差および重複がないから、必ず同一配線層内で配線することができる。

ステップＳ３１は、さらに具体的には、図１４に示すような処理の組み合わせで構成される。配線層割当部３１においては、まず、配線関係のある部品単位の部品対毎に配線がまとめられる（ステップＳ４１）。ステップＳ４１でまとめられた配線により、該当する部品間を最短距離で配線する配線束が仮想的に作成され、例えば図１５に示すような仮の配線束が得られる（ステップＳ４２）。このとき、仮の配線束の重なりや交差は無視され、各配線束はそれぞれを構成する配線の本数に応じた線幅を持たせる。

そして、ステップＳ４２で生成された仮の配線束が、交差および重複しない配線束毎にグループ化される（ステップＳ４３）。このグループ化は、例えば図１６に示すように、大きく迂回しなくとも交差しない関係にある配線束、ならびに重複しない関係にある配線束が同一グループとなるようにグループ化される。この場合、配線束の組み合わせには複数の組み合わせのバリエーションが存在するので、試行錯誤的にグループ化を繰り返して、最も適切な配線束のグループを生成するようにする。例えば、交差および重複しない限り、少ないグループ数で且つ各グループを構成する配線数および配線束数が均一化されるようにグループ化されることが望ましい。特に、互いに沿って（隣接して）延びる配線束の組み合わせを優先して同一グループに割り当てる。ステップＳ４３でグループ化された仮の配線束のグループが、それぞれ各配線層に割り当てられる（ステップＳ４４）。

次に、配線順序決定部３２において、ステップＳ３１で同一配線層に割り当てられた配線束について、個々の配線の配線順序が決定される（ステップＳ３２）。 ステップＳ３
２は、さらに具体的には、図１７に示すような処理の組み合わせで構成される。配線順序決定部３２においては、まず、部品単位つまり配線束単位で、物理的配置の端から順番に前記仮の配線束の配線順序が決定される（ステップＳ５１）。このステップＳ５１において、配線束の配線順序は、配線束のうちで端に位置する配線束から順次決定する。例えば、右端に位置する配線束を最初とした場合、次は右端から２番目の配線束、その次は右端から３番目の配線束というように、順次配線順序が決定される。一方、例えば、左端に位置する配線束を最初とした場合には、次は左端から２番目の配線束、その次は左端から３番目の配線束というように、順次配線順序が決定される。この場合の順序の選定にも幅があるので、試行錯誤的に配線順序の設定を行って最適の順序を選定する。

次に、ステップＳ５１で順序が決定された配線束について順次折曲方向が決定される（ステップＳ５２）。この折曲方向は、例えばステップＳ５１で設定された配線順序に応じて決定し、図１８に示すように、右端からの(1) Ｂ−ｂ、(2)Ａ−ａの順の配線順序なら
ば、折曲方向は右折れ、図１９に示すように、左端からの(1) Ａ−ａ、(2) Ｂ−ｂの順の配線順序ならば、折曲方向は左折れとする。さらに、ステップＳ５２で折曲方向が決定された各配線束内の個々の配線について、遠距離の配線から順次配線順序が決定される（ステップＳ５３）。この場合、ステップＳ５２で設定された配線の折曲方向に応じて配線順序が決定され、例えば右折れの場合は、図２０に示すT1−t1〜T5−t5の順、左折れの場合は、図２０に示すT5−t5〜T1−t1の順となる。

さらに、詳細配線部３３において、ステップＳ３２で決定された配線順序に従って各接
続線が順次配置され、プリント板の配線パターンが作成される（ステップＳ３３）。この配線パターンの作成に際し、図２１に示すように、部品間の最短配線区間となる平行四辺形ＰＧを仮想的に定め、ステップＳ３２で定められた配線順序の順位１番の配線から順次配線パターンを作成する。図２１のT11−t11の配線が配線順位１番であり、折曲方向が左方向であるとすれば、図示破線矢印Ｌ１のように、平行四辺形ＰＧに沿った方向に配線パターンのサーチラインを延ばして、配線パターンをサーチする。図示の場合、現実には、破線矢印Ｌ１の配線は、T12−t12の配線を妨げることになるので、実線矢印Ｌ２のルートを配線パターンに採用する。

このようにして、自動配線部３では、配線前処理部１において前処理された原回路情報に基づき、層間接続路を用いることなく高密度の配線パターンが作成される。このようにして作成された単一配線層内の配線パターンの具体的な一例を図２３に示す。図２３によれば、単一配線層において、高密度に且つ整然と配線パターンが形成されていることがわかる。

なお、本配線システムは、多層プリント板でなく単一の配線層のみを有する単層プリント板においても有効に配線パターンの自動作成を行うことができる。単層プリント板の場合、自動配線部３の配線層割当部３１全体が不要となる。したがって、単層プリント板専用とする場合には、自動配線部３の配線層割当部３１を除去して配線システムを構成すればよい。

〔参考例２〕参考例２による配線設計装置を適用した配線システムを図２４および図２５を参照して説明する。この配線システムは、上位階層の実装ＣＡＤをリンクしていない場合のシステムである。

図２４に示す配線システムは、フィードバック部２が無く、且つ配線前処理部４がフィードバック部２に対する情報を出力しない点を除き、図１と同様である。すなわち、図２４に示す配線システムは、配線前処理部４および自動配線部３で構成される。

この場合の配線前処理部４は、図２５に示すように、信号割付部１１、部品配置部１２およびピン交換部１４を有する。信号割付部１１および部品配置部１２は、図２の場合と全く同様であり、ピン交換部１４は、図２のピン交換部１３からフィードバックのためのピン交換情報を出力する機能を省いたものである。

この参考例２の場合、上位階層の部品自体のピン割付を変更しないことを除けば、動作においても上述した参考例１の場合と変わるところはない。また、この参考例２の配線システムも、多層プリント板でなく単一の配線層のみを有する単層プリント板においても有効に配線パターンの自動作成を行うことができる。単層プリント板の場合、自動配線部３の配線層割当部３１全体が不要となり、単層プリント板専用とする場合には、自動配線部３の配線層割当部３１を除去して配線システムを構成すればよいことも、参考例１の場合と同様である。

〔実施例１〕本発明の第１の実施例による配線設計装置を適用した配線システムを図２６を参照して説明する。この配線システムは、部品配置および部品のピン配置を変更する前処理が行えない場合に、多層プリント板の配線パターンを適切に作成するためのシステムとして構成されている。

図２６に示す配線システムは、配線層割当部３１に代えて、前処理が施されていない配線層割当部３４を設けている点を除き図４に示す自動配線部３と同様に構成されている。すなわち、図２６の配線システムは、配線層割当部３４、配線順序決定部３２および詳細
配線部３３を有し、前処理が施されていない原回路情報に基づき、高密度化された配線パターンを層間接続路を極力用いずに設計する。

配線層割当部３４は、与えられた配線情報のうちの交差および重複しない位置関係にある部品間の配線束を集めて、複数の配線層を有する多層配線基板の同一配線層に割り当てる。この配線層割当部３４で同一配線層に割り当てられた配線束は、交差および重複がないから、必ず同一配線層内で配線することができる。配線層割当部３４も、部品単位で部品対毎に最短距離で配線する仮の配線束を設定し、このような配線束を交差および重複しない配線束毎にグループ化し、さらにグループ化された各グループを各配線層に割り当てる。

この第１の実施例の場合、与えられる配線情報に前処理が施されていないことを除けば、動作においても上述した第１または第２の参考例における自動配線部３と変わるところはない。

参考例１による配線システムの構成を示すブロック図である。 図１の配線システムの配線前処理部の詳細な構成を示すブロック図である。 図１の配線システムのフィードバック部の詳細な構成を示すブロック図である 。 図１の配線システムの自動配線部の詳細な構成を示すブロック図である。 図１の配線システムの配線前処理部の処理を説明するためのフローチャートで ある。 図１の配線システムの動作に係る接続線の交差を説明するための模式図である 。 図１の配線システムの動作に係る信号割付を説明するための模式図である。 図１の配線システムの動作に係る接続線の交差を説明するための模式図である 。 図１の配線システムの動作に係る部品配置を説明するための模式図である。 図１の配線システムの動作に係る接続線の交差を説明するための模式図であ る。 図１の配線システムの動作に係るピン割付交換を説明するための模式図であ る。 図１の配線システムのフィードバック部の処理を説明するためのフローチャ ートである。 図１の配線システムの自動配線部の処理を説明するためのフローチャートで ある。 図４の自動配線部の配線層割当部の詳細な処理を説明するためのフローチャ ートである。 図４の自動配線部の動作に係る仮配線の例を説明するための模式図である。 図４の自動配線部の動作に係る配線束のグループ化の例を説明するための模 式図である。 図４の自動配線部の配線順序決定部の詳細な処理を説明するためのフローチ ャートである。 図４の自動配線部の動作に係る配線折曲の例を説明するための模式図である 。 図４の自動配線部の動作に係る配線折曲の他の例を説明するための模式図で ある。 図４の自動配線部の動作に係る配線順序の例を説明するための模式図である 。 図４の自動配線部の動作に係る配線パターン作成の例を説明するための模式 図である。 図１の配線システムの配線前処理部における理想的なピン割付の例を説明す るための模式図である。 図１の配線システムによる単一層についての配線パターンの作成結果の例の 一部を示す模式図である。 参考例２による配線システムの構成を示すブロック図である。 図２４の配線システムの配線前処理部の詳細な構成を示すブロック図である 。 本発明に係る第１の実施例による配線システムの構成を示すブロック図であ る。

符号の説明

１、４…配線前処理部
２…フィードバック部
３…自動配線部
１１…信号割付部
１２…部品配置部
１３、１４…ピン交換部
２１…ピン割付フィードバック部
２２…指定線長フィードバック部
３１、３４…配線層割当部
３２…配線順序決定部
３３…詳細配線部

Claims (3)

1. 配線情報における交差および重複しない位置関係にある配線束を集めて、複数の配線層を有する多層回路基板の同一配線層に割り当てるための層割当手段と、
   前記層割当手段の配線層の割当処理を経た配線情報における各配線層毎の配線処理の順序をそれぞれ設定するための順序設定手段と、
   前記順序設定手段で設定された配線順序に従って、各配線層内の配線位置を設定して回路基板の配線パターンを作成するためのパターン作成手段と、
   を具備し、
   前記層割当手段が、
   部品間について最短距離にて仮の配線束を配置するための仮配線手段と、
   前記仮配線手段で配置された仮の配線束を、交差せず且つ重複しない配線束毎にグループ化するためのグループ化手段と、
   前記グループ化手段で得られる各グループをそれぞれ異なる配線層に割り当てるためのグループ割当手段とを含む、
   配線設計装置。
2. 前記順序設定手段は、
   前記仮配線手段により配置される仮の配線束について、端に位置するものを優先して配線束の配線順序を設定するための束順序設定手段と、
   前記束順序設定手段で設定された配線順序に応じて配線束の折曲方向を設定するための折曲方向設定手段と、
   配線束内の各配線について、遠距離の配線を優先し且つ前記折曲方向に応じて、各配線束内の配線順序を設定するための線順序設定手段と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の配線設計装置。
3. 前記パターン作成手段は、部品間の最短配線区間となり得る平行四辺形を想定し、この平行四辺形に沿う方向にサーチラインを延ばしてルートを設定するためのルート設定手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の配線設計装置。

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