Novo no design de placas de circuito impresso - por que não existem componentes de colocação automática?

O software de design de circuitos que vi tem a capacidade de rotear automaticamente traços etc. em uma PCB.
Mas por que esse software não tem a capacidade de colocar componentes automaticamente em uma placa de circuito impresso para minimizar o tamanho total da placa?
Isso é complicado demais para ser automatizado?

Estive projetando alguns PCBs recentemente e sugiro que você NÃO use o auto-placer ou auto-router no seu produto final. (Proteus tem auto placer.)

Primeiro de tudo - Seu software é tão inteligente quanto uma minhoca quando se trata de posicionamento ou roteamento automático. Em outras palavras, é burro como uma batata.

O roteamento automático não saberia qual posicionamento obterá um melhor padrão de rastreamento, que permitirá não apenas criar um design eficiente, mas também minimizar o ruído no circuito. Da mesma forma, o roteamento automático não sabe que deslocar um componente levemente para a esquerda ou direita permitiria rotear uma trilha de uma maneira melhor. Essas ferramentas fornecerão apenas um design correto de acordo com o circuito. Mas quando se trata de desempenho no mundo real, as coisas são diferentes.
Por exemplo:

• Os capacitores de desacoplamento devem estar fisicamente próximos do IC.
• Deve haver loops de menor área fechada.
• O plano de aterramento deve ser o mais sólido possível.
• Nenhum sinal de interferência deve estar próximo ao seu oscilador de cristal, etc.

Seu software não respeitará esses conceitos porque eles não são mencionados no seu esquema. Você saberá apenas quando tiver fabricado o PCB e ele não funcionará conforme o esperado o tempo todo. Não estou dizendo que não vai funcionar. Pode funcionar 90% das vezes, mas você deve levar esses 10% em consideração também.

Minhas sugestões são que você aprenda alguns conceitos de design de PCB e tente colocar e rotear por conta própria. Você sempre pode postar o seu esquema e o layout do fórum em fóruns e os especialistas darão sua opinião / sugestões.

Meu roteador possui um localizador e suporte para "salas". Isso permite que você desenhe áreas e atribua partes a "salas" do esquema. O localizador automático os agrupará na sala à qual a peça está atribuída. A certeza de que ele tem suporte para esse conector também deve ir para esse local. Há também uma ferramenta que pode realizar o posicionamento de desacoplamento automático e a seleção / otimização de peças com base nos resultados da simulação. Não é barato :), mas funciona.

O auto placer pode economizar um pouco de tempo, colocando tudo junto assim. Mas ainda prefiro a sondagem cruzada do esquema ao layout no modo local.

Assim como o roteador automático, você obtém o que coloca em termos de restrições e quão bem você pode usá-lo. Se você apenas tentar usar o seu roteador automático sem restringi-lo corretamente, ele será roteado para qualquer lugar. Quando configurado corretamente, o usamos para rotear corretamente seções DDR de grandes tamanhos correspondentes. Em placas muito maiores e mais densas, é quase uma necessidade e certamente um requisito para uma loja de serviços de layout que precise da velocidade. No entanto, essas coisas podem não valer a pena para alguém que faz apenas algumas pequenas pranchas por ano.

Uma coisa que você não está considerando é que um esquema não contém informações suficientes para criar um quadro adequadamente .

Basicamente, o layout de PCB requer consideração e acomodação para algumas dezenas de requisitos de layout por peça , nenhum dos quais é codificado no esquema. Considere apenas os capacitores de derivação. Para que um sistema automatizado coloque corretamente o capacitor de desvio para cada componente, é necessário ter algumas diretivas adicionais no esquema que determinam ao autorouter que o rastreamento entre os dois nós deve estar abaixo de um determinado comprimento.
Presumivelmente, você precisaria de outras diretrizes para codificar a prioridade da minimização de comprimento para várias redes, algo para ditar pares diferenciais / impedância controlada, traços de guarda (se necessário), etc.
Basicamente, existem muitas variáveis ​​adicionais que direcionam a veiculação que geralmente não são codificadas em documentos esquemáticos / de ratos.

Além disso, mesmo que você suponha que possui todas as restrições de design acima, o tamanho do espaço do problema para um layout comum é enorme . É o equivalente a tentar resolver uma equação com milhares de entradas, onde cada entrada tem um efeito não linear diferente em todas as outras. Efetivamente, o problema é completamente intratável a partir de uma perspectiva de força bruta. Qualquer solução deve, portanto, envolver algum tipo de mecanismo heurístico, com suas próprias complexidades.

Realisticamente, a principal razão pela qual não existem pelo menos melhores autoresouters é que simplesmente não há mercado. O mercado de EDA é comparativamente pequeno em comparação com muitos outros nichos, mercados de software para fins especiais, e até o melhor autorouter de todos os tempos nem sequer aborda um layout real por um ser humano real.

Quando no meio de um layout particularmente chato, geralmente tenho algumas fantasias de tentar projetar meu próprio autorouter, fazendo algo com campos vetoriais e recozimento simulado, mas mesmo isso apenas se aproximaria de um layout local ideal, e não de um layout geral geral.

Em 1974-1975, trabalhei no departamento de automação de design da Honeywell. O problema não mudou desde então:

1. Não é computacionalmente viável otimizar. Como a maioria dos problemas de otimização global, é NP-Complete, o que significa que a complexidade da computação cresce terrivelmente rapidamente. Como você não pode esperar um trilhão de anos (ou pior), podemos considerar a solução ideal como impossível de encontrar.
2. Não está claro para o programa exatamente o que você deseja otimizar. Agrupamento lógico de acordo com o seu modelo de organização do circuito? Comprimento do traço? Área da diretoria? Acoplamento parasita? Atraso de propagação? Dissipação térmica (temperatura máxima)? Sangramento térmico de seções de maior potência para componentes sensíveis à temperatura? Emissão de RF? Barulho? Propriedades mecânicas (por exemplo, colocar componentes mais maciços perto dos suportes mecânicos? Características de serviço, como não colocar os conectores integrados mais próximos do que os dedos humanos podem gerenciar? Restrições externas, como localizações dos conectores ou encaixar no espaço disponível (sem conflitos com caixas, ventiladores etc.)

Existem abordagens baseadas em IA para lidar com problemas como esse. No entanto, em algum momento, é mais fácil para o designer apenas tentar as coisas e obter feedback do software quanto aos critérios de design em que está interessado. Contar ao software de IA tudo o que você sabe pode ser uma tarefa interminável e ingrata. Por fim, o software precisa satisfazer você, o designer e seu conjunto de vantagens e desvantagens.

A melhor maneira de isso funcionar, então, é vê-lo como uma colaboração entre designer e software, com o designer tomando as decisões finais. O software pode fornecer informações sobre as propriedades e sugerir maneiras de melhorar uma propriedade de interesse e ajudar a explorar as consequências de uma mudança.

Mas eu prevejo que nunca, jamais, veremos um layout totalmente automatizado - desde que tenhamos seres humanos olhando e se preocupando com o resultado.

Meu software tem um placer. Eu executei uma vez apenas para ver o que aconteceria. Foi rasgando rugindo através da placa, e colocou todos os componentes nela. Quando olhei para ela, as peças estavam em TODO LUGAR. O CI estava em um canto e sua tampa de dissociação estava no outro. O caminho crítico ziguezagueia para frente e para trás no quadro.

Meu argumento aqui é que a colocação é a parte mais difícil do layout para acertar. Primeiro, existem as restrições mecânicas. O projetista industrial / ME deseja que seu conector / switch / pot / LED / qualquer outro componente de interface externa saia da placa em um determinado local. Alguns componentes podem ser altos demais para estar em determinadas áreas dentro do gabinete. Pode haver partes do circuito que precisam manter uma certa folga para isolamento.

O software pode ser configurado para lidar com alguns desses fatores, mas nunca fará um trabalho tão bom ou poderá visualizar visualmente os problemas da maneira que um ser humano pode. Em um mundo perfeito, se você obtiver a colocação correta, executar o roteamento de potência, terra e caminho crítico, uma rápida passagem do autorouter poderá concluir o layout.

Eu já usei auto-placers antes, e eles são realmente tão burros quanto uma pilha de pedras. A única coisa para a qual você pode usá-los de maneira íntima é desembaraçar uma pilha de pegadas importadas para a sua prancha no mesmo local; qualquer outra coisa é simplesmente pedir demais.