JPH10283378A - 部品自動配置方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フロアープランニング配置等のあらかじめ部
品のクラスタリングを必要とする配置設計で、接続度を
重視したクラスタリングを自動化する。 【解決手段】 プリント回路板に実装する部品の情報か
ら個々の部品の大きさの情報を取得し、前記取得した個
々の部品の大きさから、全部品で必要な面積より広い所
望の広さのクラスタ分割用配置領域を設定し、前記部品
の中から選択された核部品を前記クラスタ分割用配置領
域内に配置するとともに、１つの核部品に対して１つの
エリアが割り当てられるように前記クラスタ分割用配置
領域を配置禁止領域で分割し、残りの部品を核部品との
接続度の強弱に応じ、かつ前記配置禁止領域に配置する
ことなく前記各エリアに分配して配置して行く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリント回路板
（ＰＣＢ）の部品配置設計におけるフロアープランニン
グ手法（回路ブロックあるいはクラスタリング配置とも
言う）による部品の自動配置方法に係わり、最適クラス
タ分割方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のクラスタリング方法は、人手に
よる方法、回路図のシートで分割する方法、階層化
設計による機能図の機能ブロックで分割する方法があ
る。 人手による方法 図７は人手による分割方法を示す説明図である。人手に
よる分割方法は、回路図およびＰＣＢ ＣＡＤのエディ
タ上で、ラッツネストを見ながら接続関係の強弱を検討
し、接続関係の強いもの同士でグルーピングする方法で
ある。

【０００３】回路図のシートで分割する方法 回路図のシートで分割する方法は、回路図のシート枚数
で単純に分割する方法である。例えば、回路図が３０枚
ある場合、３枚の回路図で先頭から区切って分割する。
つまり、１／３０〜３／３０枚目に書かれている部品を
クラスタＡ、４／３０〜６／３０枚目に書かれている部
品をクラスタＢ・・・と分割して行き、１０分割する方
法である。

【０００４】階層化設計による機能図の機能ブロック
で分割する方法 図８は機能図による分割方法を示す説明図である。機能
図の機能ブロックで分割する方法は、機能設計段階で作
成する機能図のＡＬＵ（ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃａｎｄ
ｌｏｇｉｃ ｕｎｉｔ）、ＭＥＭＯＲＹ等の各機能ブロ
ックで分割する方法である。図８に示すように、機能図
のＡＬＵを論理合成、あるいは人手で論理回路図に展開
した回路を１つのクラスタとして分割する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の方法
では、人手で部品をクラスタに分割するため、設計ＴＡ
Ｔが増大する。また、接続関係を評価する必要がありノ
ウハウがないと効果的なクラスタ分割ができない。の
方法では、接続関係を考慮に入れていないため、接続度
の強い部品が違うクラスタに分割される場合があり、最
適な分割方法とは言えない。

【０００６】の方法は、ＬＳＩの設計手法としては定
着しているが、ＰＣＢの設計には殆ど適用されない。そ
の理由としては、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕ
ｉｔ）化の流れによりＰＣＢで実現する回路機能要求が
変わってきたためであり、階層化設計したＬＳＩ間の信
号トランスファ機能がメインになり階層化設計する必要
がなくなったこと、また、現在のＰＣＢ設計の殆どはフ
ラットに展開された論理回路図の流用設計が主流のため
である。従って、の方法は、ＰＣＢ設計ではあまり採
用されていないため、適用できるＰＣＢが少ないもので
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、本発明は、プリント回路板に実装する部品の情報
から個々の部品の大きさの情報を取得し、前記取得した
個々の部品の大きさから、全部品で必要な面積より広い
所望の広さのクラスタ分割用配置領域を設定し、前記部
品の中から選択された核部品を前記クラスタ分割用配置
領域内に配置するとともに、１つの核部品に対して１つ
のエリアが割り当てられるように前記クラスタ分割用配
置領域を配置禁止領域で分割し、残りの部品を核部品と
の接続度の強弱に応じ、かつ前記配置禁止領域に配置す
ることなく前記各エリアに分配して配置して行く部品自
動配置方法である。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の部品自動配置方法
の実施の形態の一例を示すフローチャートであり、ま
ず、図１のフローチャートに示される１〜３までの処理
工程の概略を説明する。なお、これから説明する処理工
程を実行するのは、キーボード、ディスプレイ、マウ
ス、制御ユニット、ハードディスク等の記憶装置を備え
たパーソナルコンピュータ等の端末装置が使われる。

【０００９】１．回路設計 回路設計では、コンピュータ上で動作するスケマティッ
クキャプチャーによりＰＣＢの回路図を作成する工程
で、部品配置設計に必要な接続情報を出力する。また、
回路図の作成はスケマティックキャプチャーによる人手
入力以外に合成ツールで作成した回路図でも構わない。

【００１０】２．クラスタリング クラスタリングは、回路設計後の接続情報を入力して、
フロアープランニング手法による部品配置で使用するク
ラスタ（領域ブロック）とクラスタに属する部品を決定
する工程である。 ３．自動部品詳細配置 自動部品詳細配置は、フロアープランニング手法による
部品配置を行い、最終的な部品の配置位置を決定する工
程である。

【００１１】以下、動作の詳細を説明する。ここで、本
発明は、図１の２．クラスタリングの工程に係わってい
るため、動作の説明は、その中の（１）前処理、（２）
核部品配置、（３）部品のクラスタ分割、（４）後処
理、の順番で説明する。 （１）前処理 図２は前処理の流れを示すフローチャートである。

【００１２】ａ．接続情報の入力 図１の１．回路設定で作成した回路図から、部品間の接
続を示したネット情報とパーツ情報およびレイアウト設
計条件を入力する。レイアウト設計条件は、高速信号や
制御信号等のクリティカルネットの遅延条件、雑音条件
を満足させるためのレイアウト設計ルールで配線長制限
や一筆配線、スター配線等の配線形態を記述してある情
報である。

【００１３】ｂ．部品ライブラリ入力 前記パーツ情報と対応する部品ライブラリを、ライブラ
リＤＢから取り込む。取り込むデータは、部品配置設計
に必要な部品外形データとフットプリント等である。本
処理は、レイアウトエディタ上で動作し、ライブラリが
取り込まれると、現在設計しているＰＣＢの全ての部品
外形とフットプリントが画面に表示される。

【００１４】ｃ．クラスタ分割用配置領域作成 この処理は、後述する核部品配置と部品のクラスタ分割
時に使用する部品のクラスタ分割用の配置領域をディス
プレイ上に作成する工程である。この領域の作成方法
は、現在設計しているＰＣＢの全部品の占有面積の３〜
４倍程度の領域を作成する。図３はクラスタ分割用配置
領域作成の説明図であり、部品占有面積に対して３〜４
倍程度のクラスタ分割用配置領域が作成されてディスプ
レイに表示される。

【００１５】ここで、このクラスタ分割用配置領域は、
実際に作成するＰＣＢよりは狭く設定することで、クラ
スタリングの後の部品配置で、部品が基板に載らなくな
ることを防ぐ。また、クラスタ分割用配置領域の作成
は、部品ライブラリから得た部品外形とフットプリント
から認識したＰＣＢの全部品の占有面積に応じて、コン
ピュータが自動に作成する。なお、クラスタ分割用配置
領域は必要に応じて人手で修正することも可能とする。

【００１６】（２）核部品の配置 核部品とは、コネクタ、ＬＳＩ、ＢＧＡ、ＭＣＭ等の多
ピン部品、およびＲＡＭ、ＲＯＭ等の部品の集合で１機
能を実現している部品であり、ＰＣＢ内で主要な機能を
実現する上での核となる部品のことである。図４は核部
品配置の説明図で、まず、部品ライブラリから取り込ん
だ部品情報と回路図を参考の核部品を選択し、図４に示
すように、クラスタ分割用配置領域内に均等に核部品を
配置する。核部品の選択は、あらかじめ部品ライブラリ
にどの部品が核部品であるかを登録しておくことで、コ
ンピュータが認識可能で、さらに、人手により選択する
ことも可能である。また、核部品の配置は、コンピュー
タが位置を決定してもよいし、人手により位置を決定し
て配置して行くことも可能とする。

【００１７】上記選択した核部品の個数がクラスタの数
であり、次に核部品をクラスタ領域に分割するため、配
置禁止領域でクラスタの領域（境界線）を作成する。こ
れは、後述する部品のクラスタ分割処理で、自動配置に
よる部品のクラス分けを明確にするためである。そし
て、配置禁止領域に部品が載らないように、部品の大き
さに合わせて配置禁止領域の幅を決める。配置禁止領域
の設定は、コンピュータが核部品の配置および残りの部
品の大きさに応じて決定してもよいし、人手により設定
して行くことも可能とする。

【００１８】図４の例では、コネクタであるＣＯＮ１、
ＬＳＩのＩＣ１０，ＩＣ２０を核部品として選択し、ク
ラスタ分割用配置領域にバランスを考慮して配置した例
である。クラスタ分割用配置領域と配置禁止領域で区切
られたエリアＡ〜Ｃがクラスタリング領域である。クラ
スタ分割用配置領域外に配置されているＩＣ３０〜９０
が、それぞれエリアＡ〜Ｃの領域に分配される。

【００１９】（３）部品のクラスタ分割 前記（２）の処理で作成したクラスタ領域に、残りの部
品の配置を行い部品のブロック分割を行う。クラスタ領
域への配置は、まず始めに、（１）ａ項で説明したレイ
アウト設計条件が接続情報に存在し、条件を満足するた
めに部品配置クラスタが決定される場合はあらかじめ該
当するクラスタに配置する。次に、残り部品について核
部品との接続関係を評価し接続度の強い部品を核部品の
近傍に配置して、未配置部品をクラスタに分配する。こ
の処理は接続度重視の部品配置のアルゴリズムであるペ
アリンキング法あるいはクラスタ成長法等を使用するこ
とで可能である。本実施の形態では、ペアリンキング法
のアルゴリズムについて説明する。ペアリンキング法
は、既に配置済の部品と、最も接続関係の強い部品を選
択し、配置済の部品の近傍に配置する方法であり、動作
概要を以下に説明する。

【００２０】ＳＴＥＰ１） １つの部品を選び配置領域
内の任意の位置に配置する。既に配置済の部品の集合を
Ａ、未配置部品の集合をＢとする。 ＳＴＥＰ２） Ｃ（ｘ，ｙ）をｘとｙを接続する配線本
数とし、部品ｘ∈Ｂ、ｙ∈Ａに対して（式１）を最大に
するｘｏおよびｙｏを見つける。

【００２１】

【数１】

【００２２】ＳＴＥＰ３） 部品面／半田面においてｙ
ｏに最も近い空位置にｘｏを配置する。（Ａ←Ａ∪｛ｘ
ｏ｝、Ｂ←Ｂ−｛ｘｏ｝） ＳＴＥＰ４） Ｂ＝０なら終了、それ以外はＳＴＥＰ２
以降の処理を繰り返す。

【００２３】この部品のクラスタ分割処理は、コンピュ
ータが行うこととする。図５は部品配置例を示す説明図
であり、図４に示す核部品の配置および配置禁止領域の
配置の状態で自動配置を試みると、図５に示す配置結果
を得ることができる。クラスタ内に配置された部品は核
部品を中心に最も接続度の強い部品群に分割される。ま
た、各クラスタを配置禁止領域で分割しているので、ク
ラスタの境界線上に配置される部品がなく、部品のクラ
スタリングが明確に行われる。なお、配置スペースが見
つからずに、未配置部品が残った場合は、未配置部品の
ラッツネストを表示し人間が接続度を評価してクラスタ
リングを行う。また、未配置部品が多い場合は人手によ
るクラスタリングは時間がかかるため、（１）の工程で
作成したクラスタ分割用配置領域を拡大して、再度
（２），（３）の処理を行う。

【００２４】（４） 後処理 前記（１）〜（３）の処理で得た図５に示すようなクラ
スタ分割結果をレイアウトエディタ上に表示し、ラッツ
ネストにより最終的な確認を行う。設計者は配線収容
性、設計条件等を勘案し現在の結果を評価し、不都合が
あればここで修正を行うことができる。クラスタリング
の結果がよければ、クラスタ毎に部品リストを作成す
る。図６はクラスタと部品リストの一例を示す説明図
で、詳細配置工程であるフロアープランニング手法によ
る自動配置では、このリストによりクラスタの最適配置
とクラスタ内の部品の最適配置を行う。

【００２５】以上説明したように、クラスタ分割用配置
領域を、全部品の大きさに応じて広めに設定し、このク
ラスタ分割用配置領域の中に核部品を配置するととも
に、配置禁止領域を設定してクラスタ分割用配置領域を
核部品毎に分割し、残りの部品を核部品との接続度の強
弱に応じて分配して行くこととしたので、人手で接続度
の強弱を確認しながらクラスタリングを行う必要がな
く、容易かつ正確にクラスタリングが行える。

【００２６】また、クラスタリングした部品を配置した
結果を表示することで、各部品の接続関係の確認等が容
易に行え、修正が容易に行えるようになる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、フロア
ープランニング配置等のあらかじめ部品のクラスタ化を
必要とする配置設計において、クラスタ分割用配置領域
を全部品の大きさに応じて広めに設定し、このクラスタ
分割用配置領域の中に核部品を配置するとともに、配置
禁止領域を設定してクラスタ分割用配置領域を核部品毎
に分割し、残りの部品を核部品との接続度の強弱に応じ
て分配して行くこととしたので、部品間の接続度を重視
した配置アルゴリズムによるクラスタリングの自動化で
設計工数および設計ＴＡＴの削減を図ることが可能とな
る。

【００２８】また、従来クラスタリングは熟練設計者が
行っていたが、部品間の接続度を重視したクラスタリン
グの自動化で、一般設計者でもクラスタリングが可能と
なる。さらに、フロアープランニング配置によるＰＣＢ
設計量が増し、配置の自動化率が向上し、配線収容性も
向上するため配線設計ＴＡＴも短縮することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の部品自動配置方法の実施の形態の一例
を示すフローチャート

【図２】前処理の流れを示すフローチャート

【図３】クラスタ分割用配置領域作成の説明図

【図４】核部品配置の説明図

【図５】部品配置例を示す説明図

【図６】クラスタと部品リストの一例を示す説明図

【図７】人手による分割方法を示す説明図

【図８】機能図による分割方法を示す説明図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プリント回路板に実装する部品の情報か
   ら個々の部品の大きさの情報を取得し、 前記取得した個々の部品の大きさから、全部品で必要な
   面積より広い所望の広さのクラスタ分割用配置領域を設
   定し、 前記部品の中から選択された核部品を前記クラスタ分割
   用配置領域内に配置するとともに、１つの核部品に対し
   て１つのエリアが割り当てられるように前記クラスタ分
   割用配置領域を配置禁止領域で分割し、 残りの部品を核部品との接続度の強弱に応じ、かつ前記
   配置禁止領域に配置することなく前記各エリアに分配し
   て配置して行くことを特徴とする部品自動配置方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の部品自動配置方法におい
   て、 全部品の配置結果を表示出力することを特徴とする部品
   自動配置方法。