JP4311244B2

JP4311244B2 - 配線経路決定方法及びシステム

Info

Publication number: JP4311244B2
Application number: JP2004079449A
Authority: JP
Inventors: 一平八谷; 哲雄佐々木; 克幸伊藤; 弘之鈴木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2024-03-19
Also published as: US7251802B2; JP2005267302A; US20050235243A1

Description

本発明はマルチチップモジュール（ＭＣＭ）、プリント基板（ＰＣＢ）等の多ピン部品を含んだ配線板の配線設計における端子間の配線パターンを求める配線経路決定方法及び配線経路決定システムに関する。

従来の配線設計は、配線コストを評価しながら配線を求める方法が一般的であり、更に先に求めた配線パターンが後の求める配線パターンの障害とならないようにするための配線順序を決定する特許文献１のような手法が用いられていた。

特開平９−１９８４２３号公報

一般的な経路探索のアルゴリズムを用いた場合、端子間を最短となる配線経路を割り当てる。したがって、従来の方法では、バスなどの配線の特性を揃えなければならない信号に対してはスルーホールを用いないという条件で配線するような場合には、適した配線結果が得られない場合がある。図２の左図に示すように、部品の向きや端子の並び順によっては複数の信号間で配線の接続関係が交差する。この場合では、図２の右図に示すように配線順序を制御しても配線パターンを揃えることは困難となる問題があった。

また、図３の左図に示すような線接続関係において配線処理を行った場合、図３の右図の例のように、先に求めた配線経路状態によって未接続の信号が発生するという問題も生じていた。

さらに、束信号のような信号グループが複数あり、同一信号グループ内の信号配線間の間隔に比べ、別の信号グループとの信号配線間の間隔を大きく空けなければならないという配線の制約条件がある場合について考える。例えば図４に示すように、点線の４０１、４０３、４０６、４０８の信号グループＹと、実線の４０２、４０４、４０５、４０７の信号グループＸの２種類の信号グループがあり、他グル−プ間の信号配線間隔の制限値が、同一配線グループ内の信号配線間隔より大きい場合の配線例である。このように、４０１と４０２、４０２と４０３、４０５と４０６、４０６と４０７、４０７と４０８のように他グループとの信号配線間隔の制約を守るために、配線間隔に必要となる配線領域が大きくなり、結果として他の配線領域を狭くするといった問題もある。

本発明の目的は、部品の向きや端子の並び順によって発生する配線の接続関係の交差を解消するような部品からの引き出し配線経路を求めることにより、使用する配線層を低減し実装密度を高いものにすることにある。

本発明では、配線の接続関係の交差を解消する為に部品の端子からの引き出し配線処理を全体の配線処理に先行して実行する。更に、引出し配線処理を最適に行うため、配線対象に接続された部品を仮想配線板上に移動して配線処理を行う。

実配線板から部品を移動する際、部品周辺の領域を実配線板上から切り出し仮想配線板上に移動する。そして仮想配線板上で部品の向きを最適な方向に回転および平行移動を行って配線にとって最適となる状態に配置して引出し配線方向を決定し、それぞれの端子間の配線を行う。そして、実配線板から切り出した領域に含まれる配線情報を仮想配線板から実配線板上に戻すことで、引出し配線処理が完了する。

最後に引出し配線処理で得られた引出し配線結果を用いて実配線板上で部品間の配線を行うことによって実現できる。

本発明によれば、配線の接続関係の交差を解消することでバスの配線特性を揃えることができ、また配線密度を上げることが可能となる。これにより、使用する配線層を低減して製造コストを下げることができる。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

図１は本発明の第１の実施例に係る配線経路決定方法の処理手続きを示す。１０１は入力部で、配線板形状、配線禁止領域、部品形状、部品位置情報、ピン位置情報、ピン間の接続情報（以降、結線情報）といった配線板及び配線接続情報１０と、束信号情報、配線幅、配線間隔長、配線長制限、ペア配線指示、スルーホールを用いた配線禁止情報といった配線制約情報２０と、引出し配線処理を行う際の配線マージン領域や配線順序情報などの引出し配線処理を行う上で必要となる配線設定情報３０を入力とする入力処理部である。

１０２は引出し配線処理部であり、仮想配線板を用いて、ピンから部品周辺の境界までの配線の引出し（以降、引出し配線）を行う。引出し配線処理部では仮想配線板への抽出処理部１０３、配置処理部１０４、仮想配線板上での配線処理部１０５、実配線板への引出し配線フィードバック処理部１０６の４つの処理部から構成され、引出し配線処理を行う対象ネット群に接続された部品の引出し配線の経路を決定する。以下４つの各処理部について説明する。

１０３は仮想配線板への抽出処理部であり、該当する信号グループに接続された部品に入力部で指定した配線マージン領域を加えた領域（以降、部品領域）で切り出し情報を仮想配線板上へ配置する。このとき、部品領域内に存在する配線禁止領域や既配線等の情報も抽出し、仮想配線板上に部品情報と一緒に配置する。

１０４は配置処理部で、仮想配線板上で各々の部品の向きやピンの並びを理想的な状態となるように移動や回転などの配置処理を行う。

１０５は仮想配線板上での配線処理部で、前記仮想配線板抽出処理部で仮想配線板上に配置した部品間の配線経路を決定する。

１０６は実配線板への引出し配線フィードバック処理部で、前記仮想配線板上での配線処理部の配線結果から、部品領域で切り出し、部品のピンからの引出し配線情報を実配線板上へフィードバック処理を行う。以上の４つの手続きを行うことで、部品の引出し配線処理が完了する。

１０７は引出し配線間の配線処理部であり、前記引出し配線処理部で求めた引出し配線の端点間の配線経路を決定する。

１０８は出力部であり、引出し配線処理部および引出し配線間配線処理部で決定した配線経路情報１０９を出力する。

以上の手続きにより、部品間の配線処理が完了する。

次に、図５から図９を用いて、図１に示した各処理部の動作説明を行う。

図５は仮想配線板への抽出処理部１０３の説明図である。５１１は実配線板であり、この実配線板上に多ピン部品である部品Ａと部品Ｂが配置され、各端子間の接続関係が、５０７〜５１０の破線で示されている。ここでは、部品Ａと部品Ｂに接続された４つの信号の引出し配線処理が対象であり、部品Ａの配線マージンのＸ軸、Ｙ軸成分が５０２、５０３、部品Ｂの配線マージンのＸ軸、Ｙ軸成分が５０５、５０６であった場合、これらマージンが付加された部品領域５０１、５０４の大きさで切り出し、仮想配線板５１８の５１２、５１３に配置する。このとき、結線情報も同時に抽出され、５１４〜５１７の破線に示す。

図６は配置処理部１０４の動作説明図である。配置処理部では、仮想配線板上に抽出した部品領域を仮想配線板上で適切な位置関係に配置する処理を行う。配線対象であるピンの座標及びピン位置の広がりからそれぞれの部品からの引出し方向を求め、引出し方向が向かい合わせとなるように配置する。

このとき、お互いの切り出し領域の間に処理対象ネットの配線経路が並べられるようにある程度離れた距離に配置する。配置した後、一方の部品を回転させながら各端子間を直線で繋いだ接続線の交差数や距離のばらつきを計算し、これらの値が最も少ない位置関係を決定する。図６は実配線板から抽出した２つの部品領域を仮想配線板へ抽出し、仮想配線板の上で回転や移動などの配置処理を行う例である。まず、一方の部品Ａを端子が集まっている辺の方向を引出し方向として配置する。次に部品Ｂを仮想配線板に配置する際、既配置の部品Ａの部品領域６０１と、部品Ｂの部品領域６０２の間に、処理対象の信号の配線経路を並べることができるだけの間を空ける。

次に部品Ａを固定した状態で、部品Ｂを９０°ごと回転して交差数やばらつきを評価する。６０３、６０４、６０５、６０６は部品Ｂを０°、９０°、１８０°、２７０°回転した仮想配線板の状態を示す。ここでは、部品Ｂを１８０°回転した状態が交差数や各配線のばらつきが最も少ないため、これを一番適切な位置関係と決定する。本実施例では、９０°ごとの回転であったが、他の角度での回転を行ってもよい。

図７は仮想配線板上での配線処理部１０５の説明図である。７０１は前記配置処理部１０４での配置処理が完了した状態であり、仮想配線板上に部品と部品領域が配置されている。７０２〜７０５は結線情報であって、これらの信号に対して配線処理を行っていく。７０６は、結線情報７０２に対して配線処理を行った状態であり、７０８は配線対象ネットすべてに対して配線処理が完了し、配線処理部での処理が完了した状態である。

図８は実配線板への引出し配線フィードバック処理部１０６の説明図である。８０１は前記の仮想配線板上での配線処理が完了した状態であり、前記仮想配線板への抽出処理部で実配線板から仮想配線板上に切り出した部品領域８０２と８０３に含まれる配線情報を実配線板である８０４上の領域８０５と８０６にフィードバックを行う。このとき、仮想配線板上での回転処理を行った部品領域８０２、８０３は、実配線板上での方向に戻してそれぞれ８０５、８０６としてフィードバックする。
８０７〜８１０および８１１〜８１４は、フィードバック処理によって切り出された引出し配線情報である。このとき、配線領域の境界と引出し配線の接点である端点間が結線情報の端点となる。８１５〜８１８は更新された結線情報を示したものである。

図９は引出し配線間配線処理部１０７の説明図である。９０１は実配線板であって、部品Ａの引出し配線結果９０２と、部品Ｂの引出し配線結果９０３の端点間を図８下図の実配線板の結線情報８１５〜８１８に従って配線処理を行う。９０４は引出し配線間の配線処理結果を示す。

図１０は本発明の第２の実施例に係る仮想配線板表示／指示部を持ち、仮想配線板での結果の表示と修正を行う際のフロー図である。実施例１で示した図１の引出し配線処理部１０２に相当するものが１００１で、この引出し配線処理について説明する。

仮想配線板への抽出処理部１００２、配置処理部１００３、仮想配線板上での配線処理部１００４、実配線板への引出し配線フィードバック処理部１００６は、実施例１で説明した処理部であり、図１のそれぞれ１０３、１０４、１０５、１０６と同様である。

１００５は仮想配線板表示／指示部であり、仮想配線板上での引出し配線処理部１００４での配線結果の表示を行う。また、その結果に対して、部品の配置位置や回転方向、引出し配線方向、配線層、配線経路等の修正を行ったり、或いは、指示情報としてそれらの情報を与えて再度引出し配線処理の指示を行う。訂正指示があった場合は、再度配置処理が必要かどうかを判定し、必要であれば配置処理部１００３、又は仮想配線板上での配線処理部１００４に遷移し再処理が行われる。

次に図１１を用いて、第２の実施例の動作説明を行う。ここでは、引出し配線方向の変更指示ならびに仮想配線板上での引出し配線経路の変更指示の例を示す。

１１０１は仮想配線板の表示例であって部品Ａおよび部品Ｂ間の配線結果を示している。また、１１０３は１１０１の引出し配線結果がフィードバックされた実配線板を示す。このとき、実配線板上の部品Ｂの引出し配線方向に配線禁止領域などの障害物
１１０５があるため、引出し配線間の配線が困難と予想される。そこで、部品Ｂの引出し配線方向を１１０４、すなわち仮想配線板における１１０２の方向に引出し配線方向の修正指示を与えることで、引出し配線処理部で再配置ならびに再配線が行われる。

これによる仮想配線板上の引出し配線結果を１１０６に示す。また、１１１３は１１０６の引出し配線結果がフィードバックされた実配線板を示す。先の引出し配線方向の修正指示によって配線禁止領域を通過しない引出し配線経路が確保されたが、今度は引出し配線経路の一部が相対的に長くなっている。そこで、仮想配線板表示部１１０６の仮想配線板において配線経路を直接修正する。ここでは、引出し配線経路１１０７、１１０８、１１０９を点線で示した１１１０、１１１１、１１１２のように修正するとする。

これによる仮想配線板上の再引出し配線処理結果を１１１５に示す。また、１１１６は１１１５の引出し配線結果がフィードバックされた実配線板を示す。

図１２は本発明の第３の実施例に係るシステム構成図である。実施例１及び実施例２では、仮想配線板上の引出し配線結果を実配線板上にフィードバックした後、実配線板上で引出し配線間の配線処理を行うものであるが、引出し配線間の配線は行わないシステムについても考えることができる。この場合、引出し配線間の配線は一般的な配線処理ツールを用いてもよい。

１２０１は入力部で、配線板及び配線接続情報１０と、配線制約情報２０と、配線設定情報３０とを入力とする入力処理部である。

１２０２は引出し配線処理部であり、引出し配線処理部では仮想配線板への抽出処理部１２０３、配置処理部１２０４、仮想配線板上での配線処理部１２０５、実仮想配線板表示／指示部１２０６、実配線板への引出し配線フィードバック処理部１２０７の５つの処理部から構成される。

１２０８は出力部であり、引出し配線処理部１２０２で決定した配線経路情報１２０９を出力する。各処理部の動作は、実施例１及び実施例２と同様の処理を行う。

次に、本発明の第４の実施例について説明する。図１３は配線制約を持った配線板の例である。グループＸとグループＹは共に配線グループであり、これらの信号間の配線制約を図１４に示す。α１とα２は信号グループＸと信号グループＹのそれぞれのグループ内信号の配線間の隣接配線間隔の制限値である。βは信号グループＸと信号グループＹの信号間の隣接配線間隔の制限値である。但し、平行となる部分の配線長が短い場合は、許容できる場合もある。

図１５は配線板が隣接信号に関する配線制限を持つ場合についての図１の引出し配線処理部１０２内の仮想配線板上での配線処理部１０５の動作説明図である。１５１３は実配線板であって、部品Ｅと部品Ｆが配置され、結線情報が破線１５０４および１５１０である。１５０１は仮想配線板であって、１５１３における実配線板の部品Ｅと部品Ｆに対し、図１で示した仮想配線板における引出し配線処理部の仮想配線板への抽出処理部１０３、配置処理部１０４の処理が完了した状態を示す。ここで、１５０２、１５０３は部品Ｅ、部品Ｆの部品領域を示し、１５０４はここでの配線対象となる信号グループの信号配線の結線情報を示す。なお、信号グループ１５０４内にも信号配線間隔の制限値があるものとする。この条件の元に仮想配線板上での配線処理を行う。

１５０５は仮想配線板であって、１５０１の状態に対し図１で示した仮想配線板上での配線処理部１０５での処理が完了した状態である。１５０６は配線経路であって、先に示した配線間隔の制限を守った配線となっている。この後、図１で示した実配線板への引出し配線フィードバック処理部１０６での処理が行われ、部品領域に含まれる配線経路を実配線板に反映させる。１５１４はフィードバック処理後の実配線板を示す。

１５０７は仮想配線板であって、先のフィードバック処理が完了した後の１５１４の部品Ｅおよび部品Ｆに対して、信号グループ１５１０を処理対象として仮想配線板上への抽出処理部１０３および、配置処理部１０４での処理が完了した状態を示す。このとき、部品Ｅおよび部品Ｆの向きは先の１５０５の仮想配線板における部品の向きから１８０°回転した状態が一番適切なものとして選ばれたものとする。また、１５０８および１５０９は実配線板から抽出する際に部品領域に含まれていた既配線情報である。また、１５１０はここでの配線対象となる信号グループの信号配線の結線情報を示す。

１５１１は仮想配線板であって、１５０７の状態に対し、図１で示した仮想配線板上での配線処理部１０５での処理が完了した状態である。１５１２は配線経路であって、既配線１５０８と１５０９との隣接配線間隔の制限値を守った配線となっている。この後、図１で示した実配線板への引出し配線フィードバック処理部１０６での処理が行われ、部品領域に含まれる配線経路を実配線板に反映される。この結果を１５１５に示す。以上により対象となるすべての引出し配線処理が完了する。

また、図１６は配線板が隣接信号に関する配線制限を持つ場合についての引出し配線間の配線処理部１０７の動作説明図である。図１６の上図は、図１５の引出し配線処理がすべて完了し引き出し配線経路が実配線板にフィードバックされた状態を示す。また、１６０１〜１６０４は信号グループＹ、１６０５〜１６０８は信号グループＸを示す。なお、信号グループＸと信号グループＹには、図１４に示す配線制約を持つ。これらの制約条件の元で引出し配線間の配線処理を行った状態を図１６の下図に示す。ここで、１６０９〜１６１２は、信号グループＹの配線経路であって、１６１３〜１６１６は、信号グループＸの配線経路を示す。このように同一グループ内の配線間隔や他グループ間の配線間隔を守った配線経路となる。

以上により、配線制約を守った引出し配線処理や、引出し配線間の処理を行うことによって、図４に示した結果と比較すると配線間隔に必要となる配線領域が小さくなり、実装密度を高めた配線となる。

次に、本発明の第５の実施例として、図１７を用いて１つの部品に着目して引出し配線を決定する方法について説明する。

１７０１は実配線板であって、部品Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊが配置された状態であり、部品Ｇから部品Ｈ〜Ｊへの信号が引出し配線処理対象であるとする。

ここで、部品Ｇを部品領域で仮想配線板への抽出処理を行う。このとき、１７０２〜１７０７の結線情報と、これら結線情報と部品領域の外形と交差した点の周辺領域１７０８〜１７１０も抽出する。抽出処理結果の仮想配線板の状態を１７１１に示す。
次に引出し配線対象の信号の部品端子と、交差領域間の配線処理を行う。ここで、接続先の部品が同じとなる１７０２と１７０３、１７０４と１７０５、１７０６と１７０７の信号グループにおいて、それぞれ交差領域１７０８、１７０９、１７１０内の任意の点までの配線経路でよい。

配線処理が完了した仮想配線板の結果を、１７１２に示す。ここで、１７１３〜１７１８は配線対象の信号に接続された部品端子と交差領域間での配線結果である。

次に実配線板へのフィードバック処理が行われる。実配線板へのフィードバック処理後の実配線板の結果を１７１９に示す。

なお、１つの部品について着目する場合は、仮想配線板ではなく、実配線板での部品領域内の配線経路を求める方法もある。

本発明の構成図の例である。（実施例１）従来技術での配線実施例１である。従来技術での配線実施例２である。従来技術での配線実施例３である。本発明の仮想配線板への抽出処理部の説明図である。(実施例１) 本発明の配置処理部の説明図である。(実施例１) 本発明の仮想配線板上での配線処理部の説明図である。(実施例１) 本発明の実配線板への引出し配線フィードバック処理部の説明図である。(実施例１) 本発明の引出し配線間の配線処理部の説明図である。(実施例１) 本発明の仮想配線板表示／指示部のフロー図である。(実施例２) 本発明の仮想配線板表示／指示部の説明図である。(実施例２) 本発明の構成図の例である。(実施例３) 隣接信号に関する配線制約を持つ場合の例である。 (実施例４) 隣接信号に関する配線制約の説明図である。(実施例４) 隣接信号に関する配線制約を持つ場合の配線処理部の説明図である。(実施例４) 隣接信号に関する配線制約を持つ場合の引出し配線間の配線処理部の説明図である。(実施例４) １つの部品に着目し、引出し配線を決定する方法の説明図である。(実施例５)

符号の説明

１０１入力部
１０２引出し配線処理部
１０３仮想配線板への抽出処理部
１０４配置処理部
１０５仮想基板上での配線処理部
１０６実配線への引出し配線フィードバック処理部
１０７引出し配線間の配線処理部
１０８出力部

Claims

多ピン部品を含んだ配線板の配線経路決定システムにおいて、配線板及び配線接続情報と配線制約情報と配線設定情報とを入力する入力部と、前記入力部で入力された各種配線情報により部品ピンから部品周辺の境界までの配線（以下、引出し配線）の配線経路を決定する引出し配線処理部と、前記引出し配線処理部で決定された配線経路情報を出力する出力部とを有する配線経路決定システムであって、前記引出し配線処理部は、ネットに接続された１つ或いは複数の部品を部品周辺の領域で切り出して仮想配線板上に抽出する抽出処理部と、前記抽出処理部で抽出処理を行った後に仮想配線板上で一方の部品を回転させながら各端子間を直接繋いだ接続線数の交差数や距離のばらつきを計算し、交差数やばらつきの値が最も少ない位置関係を決定して各々の部品を配置する配置処理部と、前記配置処理部で前記仮想配線板上に配置した部品間の配線経路を決定する配線処理部と、前記仮想配線板上の配線経路を前記抽出処理部で切り出した大きさで再度切り出した引出し配線情報を元の実配線板上での回転方向に変換し実配線板に戻して引出し配線形状を決定するフィードバック処理部とを有することを特徴とする配線経路決定システム。
前記引出し配線処理部は、仮想配線板上の引出し配線結果の表示を行い、部品の配置位置や回転方向、引出し配線方向、配線層、配線経路等の修正を行う、或いは、指示情報としてそれらの情報を与えて再度引出し配線処理を行わせる仮想配線板表示／指示部を有することを特徴とする請求項１記載の配線経路決定システム。
前記引出し配線処理部で決定された引出し配線の配線間の配線経路を決定する引出し配線間配線処理部を有し、前記出力部は前記引出し配線処理部と前記引出し配線間配線処理部で決定した配線経路情報を出力することを特徴とする請求項１乃至２記載の配線経路決定システム。
前記引出し配線処理部内の配線処理部および前記引出し配線間配線処理部は、隣接信号に関する配線制約を考慮して配線経路を決定することを特徴とする請求項１乃至３記載の配線経路決定システム。