CN100541502C - 一种具有检错功能的pcb仿真系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有检错功能的PCB仿真系统及其实现方法，该仿真系统包括：信息提取模块、错误检测模块、仿真模块、错误输出模块和规则库；该系统的实现方法包括：读入EDA设计文件，提取仿真信息和各元素的判别参数；对各元素的判别参数根据自建的规则库里的可制造性设计准则逐一进行检测，并将错误信息进行登记；在贴装仿真之前显示物理参数错误；在仿真过程中对可装配性错误进行实时警告提示；仿真结束后将所有错误信息进行存档。该方法能在仿真过程中对PCB板设计上的错误进行检测、实时提示，或在仿真结束后输出完整的检测报告，从而在最短时间内为设计者提供修改意见，为修改设计提供依据。

Description

一种具有检错功能的PCB仿真系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种具有检错功能的PCB仿真系统及其实现方法。

背景技术

在电子产品组装生产的传统模式中，设计一般是由设计工程师在计算机上利用多种计算机辅助设计工具来完成，生产制造则在各种数控设备(NC)(如贴装机等)上完成。每一种产品在加工之前，工程师往往要花费大量的人力和时间去进行检错和调整，原因是布图在电路板上的零件常常数以千计，再加上相关的钻孔、焊盘等，要能够在极为有限的空间中妥善安排零件、钻孔以及标注的布图位置，显然是相当困难的。因此在生产产品之前都必须通过人工操作的方式逐一与可制造性设计准则做比对，这些工作不仅效率低下，并且容易发生错误。

其次，制造工程师还必须对NC编程并反复试生产，以确保操作规程的可行性和正确性，反复修改直到最后定型，再投入实际的批量生产。这样就使得生产准备时间很长，投入资金很大。

而随着市场竞争的加剧，产品交货周期必须缩短，生产成本必须控制。因此如果可以通过目前发达的计算机软件技术，提供一套可以根据实际生产需求，对PCB设计进行自动检错并能反馈实时报告的仿真系统及其方法，相信不仅可以节省许多不必要的人力和时间，更可以提高整个PCB表面贴装生产流水线的生产效率。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种具有检错功能的PCB仿真系统及其实现方法，能在导入EDA设计文件之后，自动将PCB板及元器件信息逐一与现有的可制造性设计准则做比对，快速找出设计中存在的物理参数错误与可装配性错误，进而在模拟元器件贴装过程中以文本或者实时报告的方式显示，并在仿真结束时保存为错误文档，为设计者的再修改提供依据，从而有效减少由于前期设计的不合理因素给后期制造带来的回溯更改次数，达到产品的开发周期和成本的最小化、产品设计质量的最优化、生产效率的最大化。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种具有检错功能的PCB仿真系统，该系统包含：

信息提取模块：读入EDA设计文件，从中提取仿真信息、元器件和PCB板的判别参数，并将其保存为统一结构和格式的中间文件，以用于后续的仿真和检错；

错误检测模块：将从信息提取模块提取出来的各元素的判别参数，根据可制造性设计准则逐一进行检测，根据物理参数错误准则和可装配性错误准则分别检测两大类错误；

仿真模块：根据信息提取模块中提取的仿真信息，建立制造系统的虚拟仿真模型，恢复PCB裸板和元器件的三维形状，利用图形变换技术和双缓存技术，实现PCB板上元器件贴装过程的运动仿真；

错误输出模块：根据错误检测模块记录的信息，进行对物理参数错误和可装配性错误的显示；

规则库，库中存放有可制造性设计准则，其中又分为物理参数错误准则和可装配性错误的准则；

信息提取模块输出端连接仿真模块和错误检测模块，仿真模块和错误检测模块的输出端连接错误输出模块，错误检测模块连接有规则库。

本发明的错误输出模块还可以连接文档库，文档库用以存放所有错误文档，当设计者要修改设计时，可从文档库中提取错误文档查看。

本发明一种具有检错功能的PCB仿真系统，该系统进行PCB仿真的实现方法包括以下步骤：

1)信息提取模块读入EDA设计文件，从中提取详细的仿真信息用于仿真，提取元器件和PCB板的判别参数用于检错；

2)错误检测，对从设计文件中提取出的元器件和PCB板的判别参数，根据规则库里的可制造性设计准则逐一进行检测，并依照检测结果记录存在的物理参数错误和可装配性错误；

3)错误检测模块检测物理参数错误，并在模拟贴装仿真之前通过错误输出模块以文本方式显示；

4)仿真模块模拟PCB表面贴装过程，并在仿真过程中将可装配性错误以实时方式通过错误输出模块显示；

5)贴装仿真结束后，错误输出模块显示所有物理参数错误和可装配性错误。

本系统仿真实现方法中所述的物理参数错误和可装配性错误，包括根据元素自身判别参数就可检测出来的错误和必须与其他元素的参数判别才能检测出来的错误。

本系统仿真实现方法中所述的该错误输出模块显示的错误提示消息包括：序号、发生错误的元素的类型、发生错误的元素的编号、错误位置、错误类型和错误代号，对于冲突错误，在错误类型里还记录与发生错误的元素冲突的元素编号。

本系统仿真实现方法中所述的必须与其他元素的参数判别才能检测出来的错误，该错误的检测采用了多边形冲突检测方法，其方法包括：检查两多边形的外接矩形是否冲突，若不冲突，则多边形不冲突；否则，需经过基于点的比较判断和基于边的比较判断，若两类判断中能有一类检测出多边形冲突，则有冲突性错误。

本发明和现有技术相比，具有以下优点：

1)本发明仿真系统，可以将PCB表面贴装过程在计算机上以直观、生动、精确的方式呈现出来，以在计算机上模拟贴片机贴装过程的方式取代传统的试贴过程，节省了大量的时间和生产成本。

2)本发明仿真系统还可以自动检测出设计中存在的物理参数错误和可装配性错误，同时记录错误信息，以让使用者在最短时间内了解错误所在点。对于可装配性错误，还能在可视化仿真过程中以实时方式给出提示，以最直观的方式让使用者在最短时间内知悉发生错误的器件位置所在，及发生错误的原因，节省了大量的错误搜寻时间和人力。

3)本发明仿真系统还可以将检错出来的所有错误保存为错误文档，存放在文档库里，以方便设计师修改设计时从中提取用作参考依据，从而达到缩短制造周期，降低生产成本的目的。

下面，结合实施例及其附图，对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明仿真系统的系统结构图；

图2为本发明仿真系统的实现方法的流程图；

图3为本发明仿真系统的检错方法流程图；

图4为本发明仿真系统的冲突检测方法流程图。

具体实施方式

本实施例一种具有检错功能的PCB仿真系统，如图1所示系统结构，包括：

(1)信息提取模块：该模块可用于从读入的EDA设计文件中提取相关信息。它通过分析读入的EDA设计文件的格式，将不同的设计文件如Protel，PowerPCB等转换为同一格式的中间文件。然后一方面从中间文件中提取对仿真有用的信息，如板子焊盘描述信息、板子线段描述信息、元器件过孔信息等用来仿真；一方面提取对检错有用的元素的判别参数，如器件过孔半径大小、板子焊盘形状、器件外形等。由于很多判别参数在中间文件中不是显式存在的，而是隐含在若干参数之中，所以还需要找到它们之间的关系，并通过计算得出这些参数。例如PCB板的尺寸大小，就需要在中间文件中找到PCB板的外框顶点，然后通过计算才能得到。

(2)错误检测模块：将从信息提取模块提取出来的各元素的判别参数，根据现有的可制造性设计准则逐一进行检测，根据物理参数错误准则和可装配性错误准则分别检测两大类错误。在检测过程中，对于非冲突性错误的检测，只需要将参数与具体的数字比较，即可得知是否有错误，例如板子过孔的半径必须大于0、起始层不能等于结束层等。对于冲突性错误的检测，则需要同其它同一类型的判别参数进行比较才能判别出是否有错误，例如检测两个过孔或两个器件间是否冲突等。之后，将检测出来的错误分成物理参数错误和可装配性错误存放，并记录错误信息，包括：序号、发生错误的元素的类型、发生错误的元素的编号、错误位置、错误类型和错误代号。对于冲突错误，在错误类型里还记录与发生错误的元素冲突的元素编号。此外，还要对出错的元器件进行标记。

(3)仿真模块：根据信息提取模块中提取的仿真信息，建立制造系统的虚拟仿真模型，恢复PCB裸板和元器件的三维形状。利用图形变换技术和双缓存技术，实现PCB板上元器件贴装过程的运动仿真。并可实现对视图的旋转、平移、放大和缩小等，也可以调节贴装仿真的速度，控制贴装的开始、暂停与结束。

(4)错误输出模块，根据错误检测模块记录的信息，进行对物理参数错误和可装配性错误的显示。对于物理参数错误，在贴装仿真之前以文本形式显示，同时保存在物理参数错误列表里；对于可装配性错误，在贴装仿真过程中给出实时警告提示，并同时更新可装配性错误列表，将已经显示过的错误项插入列表。贴装仿真结束后，可以查看所有物理参数错误和可装配性错误，并将其保存为错误文档。

(5)规则库，库中存放有可制造性设计准则，其中又分为物理参数错误准则和可装配性错误准则。

信息提取模块输出端连接仿真模块和错误检测模块，仿真模块和错误检测模块的输出端连接错误输出模块，错误检测模块连接有规则库。设计者也可根据实际要求对该规则库进行添加、删除和修改。

本实施例还包含有一文档库，用以存放所有错误文档，当设计者要修改设计时，可从文档库中提取错误文档查看，作为再修改的参考依据。

所述系统进行PCB仿真的实现方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1)信息提取模块读入EDA设计文件，从中提取详细的仿真信息用于仿真，提取元器件和PCB板的判别参数用于检错；

2)错误检测，对从设计文件中提取出的元器件和PCB板的判别参数，根据现有的规则库里的可制造性设计准则逐一进行检测，并依照检测结果记录存在的物理参数错误和可装配性错误；

3)错误检测模块检测物理参数错误，并在模拟贴装仿真之前通过错误输出模块以文本方式显示；

4)仿真模块完成对PCB表面贴装过程，并在仿真过程中将可装配性错误以实时方式通过错误输出模块显示；

5)贴装仿真结束后，错误输出模块显示所有物理参数错误和可装配性错误。

本实施例中所述的物理参数错误和可装配性错误，包括根据元素自身判别参数就可检测出来的错误和必须与其他元素的参数判别才能检测出来的错误。

本实施例中的错误输出模块显示的错误提示消息包括：序号、发生错误的元素的类型、发生错误的元素的编号、错误位置、错误类型和错误代号，对于冲突错误，在错误类型里还记录与发生错误的元素冲突的元素编号。

图2的部分则是说明本发明的主要运作流程，主要分为以下几个步骤：读入EDA设计文件，通过文件转换提取仿真信息用于贴装仿真。同时，通过计算或直接提取获得PCB板各元素的判别参数，以用于后面的错误检测；接着执行错误检测，其中更为详细的步骤将通过图3来说明；在仿真之前显示所有物理参数错误信息，并将所有这些错误存入物理参数错误列表；接着仿真系统开始模拟贴装过程，在仿真过程中实时显示可装配性错误警告，例如，当正在贴装的某个器件与周围器件冲突时，会给出警告提示，同时更新可装配性错误列表；仿真结束后，可查看物理参数错误列表和可装配性错误列表，并将所有错误信息存为错误文档，放入文档库。

图3则开始检错流程的说明：首先，系统提取一个元素(除了PCB裸板之外，元素指的是各个元器件)；然后在规则库里找到所有与该元素的判别参数有关的物理参数错误准则，其错误准则还包括静态错误准则和冲突错误准则，对于非冲突性错误准则只需逐一进行比对即可，对于冲突性错误准则，其检测流程将在图4中给出详细说明，若有错误，记录错误信息；接着，同样地，在规则库里找到所有与该元素的判别参数有关的可装配性错误准则，其中非冲突性错误和冲突性错误的检测同上，若有错误，记录错误信息；该元素检测完后，提取下一个元素重新进行检测，直到所有的元素都检测完毕，至此结束整个检错的流程。

图4则是本发明仿真系统的冲突检测的流程：

(1)提取与该元素的判别参数同类型的其它元素的参数，例如，要检测PCB板的焊盘外形的冲突，要先提取出所有其它元素的焊盘外形的描述，这里的判别参数就是焊盘外形；要检测某个器件外形冲突时，要提取所有器件的外形信息，这里的判别参数则是器件外形；

(2)其次，将要检测的元素的判别参数与其中一个同类参数进行比较，由于冲突错误检测主要关系到多边形与多边形的冲突检测(这里将圆形或者弧形用由多个点组成的多边形来逼近)，因而提出多边形冲突检测算法，这一算法又包括以下步骤：

a.分别计算出两个多边形的外接矩形，这里的外接矩形指的是边平行于x坐标轴或y坐标轴的包含该多边形的最小矩形，检查两个外接矩形是否冲突，若不冲突，直接跳到步骤(4)，若冲突，执行步骤b；

b.进行基于点的冲突比较，分别检查两多边形是否有顶点位于对方的多边形区域内，若有，则冲突，跳到步骤(3)；否则，执行步骤c；

c.进行基于边的冲突比较，分别检查两多变形的边是否与对方的边交叉重叠，有，则冲突，执行步骤(3)，若无，跳到步骤(4)；

(3)记录冲突错误信息，包括检测出来冲突的两个元素的编号；

(4)是否与所有同类参数都已比较完毕？若是，流程终止；否则，取下一个同类参数继续比较，回到步骤(2)。

对多边形算法的补充说明：检查两多边形的外接矩形是否冲突，若不冲突，则多边形不冲突；否则，经过基于点的比较判断，若能据此判断出来多边形冲突，就可跳出冲突检测算法；否则，还需经过基于边的比较判断，才能检测出多边形是否冲突。

Claims (6)

1.一种具有检错功能的PCB仿真系统，该系统包含：

信息提取模块：读入EDA设计文件，从中提取仿真信息、元器件和PCB板的判别参数，并将其保存为统一结构和格式的中间文件，以用于后续的仿真和检错；

错误检测模块：将从信息提取模块提取出来的各元素的判别参数，根据可制造性设计准则逐一进行检测，根据物理参数错误准则和可装配性错误准则分别检测两大类错误，将检测出来的错误分成物理参数错误和可装配性错误存放，并记录错误信息；

仿真模块：根据信息提取模块中提取的仿真信息，建立制造系统的虚拟仿真模型，恢复PCB板和元器件的三维形状，利用图形变换技术和双缓存技术，实现PCB板上元器件贴装过程的运动仿真；

错误输出模块：根据错误检测模块记录的信息，进行对物理参数错误和可装配性错误的显示；

规则库，库中存放有可制造性设计准则，其中又分为物理参数错误准则和可装配性错误准则；

信息提取模块输出端连接仿真模块和错误检测模块，仿真模块和错误检测模块的输出端连接错误输出模块，错误检测模块连接规则库。

2、如权利要求1所述的一种具有检错功能的PCB仿真系统，其特征在于所述错误输出模块还连接文档库，文档库用以存放所有错误文档，当设计者要修改设计时，从文档库中提取错误文档查看。

3、利用如权利要求1所述系统进行PCB仿真的实现方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1)信息提取模块读入EDA设计文件，从中提取仿真信息用于仿真，提取元器件和PCB板的判别参数用于检错；

2)错误检测，对从设计文件中提取出的元器件和PCB板的判别参数，根据现有的规则库里的可制造性设计准则逐一进行检测，并依照检测结果记录存在的物理参数错误和可装配性错误；

3)错误检测模块检测物理参数错误，并在模拟贴装仿真之前通过错误输出模块以文本方式显示；

4)仿真模块模拟PCB板的表面贴装过程，并在仿真过程中将可装配性错误以实时方式通过错误输出模块显示；

5)贴装仿真结束后，错误输出模块显示所有物理参数错误和可装配性错误。

4、如权利要求3所述的进行PCB仿真的实现方法，其特征在于：所述的物理参数错误和可装配性错误，包括根据元器件和PCB板的判别参数与具体的数字比较就可检测出来的错误和必须与同类型的其他元素的参数共同判别才能检测出来的错误。

5、如权利要求3所述的进行PCB仿真的实现方法，其特征在于：该错误输出模块显示的错误提示消息包括：序号、发生错误的元素的类型、发生错误的元素的编号、错误位置、错误类型和错误代号，对于冲突错误，在错误类型里还记录与发生错误的元素冲突的元素编号。

6、如权利要求4所述的进行PCB仿真的实现方法，其特征在于：所述必须与同类型的其他元素的参数共同判别才能检测出来的错误，该错误的检测采用了多边形冲突检测方法，其方法包括以下步骤：检查两个多边形的外接矩形是否冲突，外接矩形若不冲突，则多边形不冲突；否则，需经过基于点的比较判断和基于边的比较判断，若两类判断中能有一类检测出多边形冲突，则有冲突性错误。

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