CN109992567A - 一种基于图匹配的pcb封装文件检索方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于图匹配的PCB封装文件检索方法，属于电子电路辅助设计领域，特别是电路设计自动化。通过用户上传PCB的封装焊盘图形图像文件，可以从现有的封装文件数据库中，帮助用户实现有效的封装文件查询。与现有技术相比，本发明不仅考虑元器件的焊盘外形，而且考虑焊盘的引脚编号顺序，提供了一种更加全面的图形匹配方法，使PCB元器件封装检索更加精准可靠。方法采用迭代方式求解，速度快，效率高。

Description

一种基于图匹配的PCB封装文件检索方法

技术领域

本发明属于电子电路辅助设计领域，特别是电路设计自动化。

背景技术

电子电路的物理设计是在原理图之后依据电路功能设计，满足可生产的技术规范，来构建产品的工艺、技术、质量和成本等优势的重要步骤，其中元器件的封装设计是物理设计进行的首要环节，即构建电子元器件的外形(Footprint)，包括引脚顺序、尺寸等。

现有的元器件种类繁多，大概几十上百万种，可以粗略地分为17类56个系列。如果能依据元器件型号等关键字建立完整的封装检索数据库，可以彻底解决元器件封装重用的问题，但这通常只能针对封闭环境中实现小范围元器件的重用，例如一个产品设计公司内部。在开放环境中，现阶段的元器件封装设计可重用性较差，其原因主要在于：一是不同的设计公司拥有不同的设计规范，难以建立起对封装文件有效的管理，实现有效查询；二是对于单个项目来讲，封装的重复利用密度相对较低，当器件封装库量级小，难以提供有效查询结果。现阶段每次需要封装工程师重复建立。即使单个封装工程师可以对各自建立起的封装文件进行管理，实现查询；当更换封装工程师后，前任工程师建立封装库的规则通常难以持续，导致原封装库的文件又无法完全利用(情况通常视命名规则复杂程度而定)，因而封装库的规模始终有限，无法形成累积效应。已有专利申请“一种PCB元器件封装库的创建与查询方法”(CN201811240822.1)旨在解决这一问题。该方法考虑开放环境中，如何建立统一的封装数据库；同时将封装图形抽象成点线图形，通过图形匹配来实现查询。然而该方法却没有考虑元器件封装引脚是有编号顺序的这一事实。当元器件的封装图形对称时，该引脚编号则极其重要。拥有相同的封装外形，但引脚编号不相同，则应该被视为不同的元器件封装。现有的EDA设计软件常用的Cadence，AD，PADs等，各自拥有独立的封装文件格式。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于焊盘图匹配的PCB封装检索方法。通过用户上传PCB的封装焊盘图形图像文件，可以从现有的封装文件数据库中，帮助用户实现有效的封装文件查询。

本发明技术方案为一种基于图匹配的PCB封装文件检索方法，该方法包括：

步骤1：对于待查找封装元件，标记该元件各焊盘坐标和引脚顺序，引脚顺序和焊盘顺序一一对应，焊盘个数为n，设为焊盘坐标集合Q＝(X₁,X₂,...,X_n)，其中第i个焊盘的坐标X_i＝(x_i，y_i)，i＝1，2，...，n；以编号为1的焊盘坐标为准，按照引脚编号顺序，建立其余n-1个焊盘与第1个焊盘坐标之间的连边集合e_x＝{e₁，e₂，...，e_n-1}，构建子图G_1＝{v_x，e_x}，其中v_x表示将焊盘节点X作为子图G₁的顶点集合；

步骤2：计算其余n-1个焊盘与第1个焊盘坐标之间的欧氏距离{d₁，d₂，...，d_n-1}，令d_max＝max{d₁，d₂，...，d_n-1}，得子图G₁的边长权重e¹＝{d₁/d_max，d₂/d_max，...，d_n-1/d_max}；按引脚编号顺序设定子图G₁的边长权重e²＝{1/(n-1)，2/(n-1)，...，1}；

步骤3：通过元件引脚数n，从数据库中选出具有相同引脚数的待匹配封装文件库，设待匹配封装文件库中文件数目为m；

步骤4：令j＝1，在待匹配封装文件库中从第j个元件封装文件中提取焊盘坐标(Y₁,Y₂,...,Y_n)和焊盘编号(1，2，...，n)，Y_i＝(x’_i，y’_i)；以编号为1的焊盘坐标为准，按照引脚编号顺序，建立其余n-1个焊盘与第1个焊盘坐标之间的连边集合e_y＝{e’₁，e’₂，...，e’_n-1}，构建子图G₂＝{v_y，e_y}，其中v_y表示表示将焊盘节点Y作为建子图G₂的顶点集合；

步骤5：采用与步骤2相同的方法计算子图G₂的边长权重e_y ¹和e_y ²；

步骤6：根据边长权重e¹和e_y ¹，计算G₁和G₂两个子图的相似度矩阵M₁；根据边长权重e²和e_y ²，计算G₁和G₂两个子图的相似度矩阵M₂；

步骤7：计算待查找封装元件与第j个待匹配封装文件的相似度分数s_j；

步骤8：j＝j+1；当j≤m+1时，执行步骤4～7；

步骤9：获得待查找封装元件与m个待匹配封装文件的相似度分数{s₁，s₂，...，s_m}；求取相似度分数最大的s_max＝max{s₁，s₂，...，s_m}所对应的文件编号J，即为待查找封装元件的封装文件。

进一步的，所述步骤7的具体方法为：

步骤7.1：根据实际情况设定参数α，最大循环次数ItersMax，初始值z₀ ^T＝[1/n²，1/n²，...，1/n²]_n*n，Error＝1，p＝1；然后计算M＝M₁+α×M₂；

步骤7.2：计算z_p＝M×z₀；计算Error＝|z_p-1-z_p|₂，p＝p+1；

步骤7.3：当Error>1e-25且p<ItersMax，执行步骤7.2，直到z_p收敛；

步骤7.4：计算相似度分数s_j＝z_p ^T*M*z_p，z_p ^T表示z_p的转置。

与现有技术相比，本发明不仅考虑元器件的焊盘外形，而且考虑焊盘的引脚编号顺序，提供了一种更加全面的图形匹配方法，使PCB元器件封装检索更加精准可靠。方法采用迭代方式求解，速度快，效率高。

附图说明

图1为带引脚编号的待查找焊盘示意图；

图2为查询获得的PCB元器件封装文件示意图。

具体实施方式

步骤1：假定用户上传的PCB的封装焊盘工程图为I，从I中自动或手动提取标记焊盘大致坐标和引脚顺序，焊盘个数为n，设为Q＝(X₁,X₂,...,X_n)，其中X_i＝(x_i，y_i)，i＝1，2，...，n；假设X₁为第一个引脚所在的位置。以编号为1的焊盘坐标为准，按照引脚编号顺序，建立其余n-1个焊盘与第1个焊盘坐标之间的连边集合e_x＝{e₁，e₂，...，e_n-1}，构建子图G_1＝{v_x，e_x}。

步骤2：计算其余n-1个焊盘与第1个焊盘坐标之间的欧氏距离{d₁，d₂，...，d_n-1}，令d_max＝max{d₁，d₂，...，d_n-1}，得子图G₁的边长权重e¹＝{d₁/d_max，d₂/d_max，...，d_n-1/d_max}。按引脚编号顺序设定子图G₁的边长权重e²＝{1/(n-1)，2/(n-1)，...，1}。

步骤3：通过元器件焊盘引脚数n，从数据库中删选具有相同引脚数目的待匹配封装文件库，设数据库文件数目为m。

步骤4：令j＝1，从第j个PCB元器件封装描述文件中提取焊盘坐标(Y₁,Y₂,...,Y_n)和焊盘编号(1，2，...，n)，Y_i＝(x’_i，y’_i)。以编号为1的焊盘坐标为准，按照引脚编号顺序，建立其余n-1个焊盘与第1个焊盘坐标之间的连边集合e_y＝{e’₁，e’₂，...，e’_n-1}，构建子图G₂＝{v_y，e_y}。

步骤5：同步骤2，计算子图G₂的边长权重e_t ¹和e_t ²。

步骤6：根据边长权重e¹和e_y ¹，计算G₁和G₂两个子图的相似度矩阵M₁，其大小为(n²*n²)；根据边长权重e²和e_y ²，计算G₁和G₂两个子图的相似度矩阵M₂，其大小为(n²*n²)。

步骤7：设定参数α＝0.5，最大循环次数ItersMax＝100，初始值z₀ ^T＝[1/n²，1/n²，...，1/n²]_n*n，Error＝1，p＝1；计算M＝M₁+α×M₂。

步骤8：计算z_p＝M×z₀；计算Error＝|z_p-1-z_p|₂，p＝p+1；

步骤9：当Error>1e-25且p<ItersMax，执行步骤8，直到z_p收敛。

步骤10：计算相似度分数s_j＝z_p ^T*M*z_p；

步骤11：j＝j+1；当j≤m+1时，执行步骤4～10。

步骤12：获得m个文件的相似度分数{s₁，s₂，...，s_m}。求取相似度分数最大的s_max＝max{s₁，s₂，...，s_m}所对应的文件编号J，即为待查找图形的PCB元器件封装文件。

Claims (2)

1.一种基于图匹配的PCB封装文件检索方法，该方法包括：

步骤1：对于待查找封装元件，标记该元件各焊盘坐标和引脚顺序，引脚顺序和焊盘顺序一一对应，焊盘个数为n，设为焊盘坐标集合Q＝(X₁,X₂,...,X_n)，其中第i个焊盘的坐标X_i＝(x_i，y_i)，i＝1，2，...，n；以编号为1的焊盘坐标为准，按照引脚编号顺序，建立其余n-1个焊盘与第1个焊盘坐标之间的连边集合e_x＝{e₁，e₂，...，e_n-1}，构建子图G_1＝{v_x，e_x}，其中v_x表示将焊盘节点X作为子图G₁的顶点集合；

步骤2：计算其余n-1个焊盘与第1个焊盘坐标之间的欧氏距离{d₁，d₂，...，d_n-1}，令d_max＝max{d₁，d₂，...，d_n-1}，得子图G₁的边长权重e¹＝{d₁/d_max，d₂/d_max，...，d_n-1/d_max}；按引脚编号顺序设定子图G₁的边长权重e²＝{1/(n-1)，2/(n-1)，...，1}；

步骤3：通过元件引脚数n，从数据库中选出具有相同引脚数的待匹配封装文件库，设待匹配封装文件库中文件数目为m；

步骤4：令j＝1，在待匹配封装文件库中从第j个元件封装文件中提取焊盘坐标(Y₁,Y₂,...,Y_n)和焊盘编号(1，2，...，n)，Y_i＝(x’_i，y’_i)；以编号为1的焊盘坐标为准，按照引脚编号顺序，建立其余n-1个焊盘与第1个焊盘坐标之间的连边集合e_y＝{e’₁，e’₂，...，e’_n-1}，构建子图G₂＝{v_y，e_y}，其中v_y表示表示将焊盘节点Y作为建子图G₂的顶点集合；

步骤5：采用与步骤2相同的方法计算子图G₂的边长权重e_y ¹和e_y ²；

步骤6：根据边长权重e¹和e_y ¹，计算G₁和G₂两个子图的相似度矩阵M₁；根据边长权重e²和e_y ²，计算G₁和G₂两个子图的相似度矩阵M₂；

步骤7：计算待查找封装元件与第j个待匹配封装文件的相似度分数s_j；

步骤8：j＝j+1；当j≤m+1时，执行步骤4～7；

步骤9：获得待查找封装元件与m个待匹配封装文件的相似度分数{s₁，s₂，...，s_m}；求取相似度分数最大的s_max＝max{s₁，s₂，...，s_m}所对应的文件编号J，即为待查找封装元件的封装文件。

2.如权利要求1所述的一种基于图匹配的PCB封装文件检索方法，其特征在于所述步骤7的具体方法为：

步骤7.1：根据实际情况设定参数α，最大循环次数ItersMax，初始值z₀ ^T＝[1/n²，1/n²，...，1/n²]_n*n，Error＝1，p＝1；然后计算M＝M₁+α×M₂；

步骤7.2：计算z_p＝M×z₀；计算Error＝|z_p-1-z_p|₂，p＝p+1；

步骤7.3：当Error>1e-25且p<ItersMax，执行步骤7.2，直到z_p收敛；

步骤7.4：计算相似度分数s_j＝z_p ^T*M*z_p，z_p ^T表示z_p的转置。