一种电路原理图的自动布局方法技术

本发明专利技术公开了一种电路原理图的自动布局方法，属于电子信息领域，提高了电路原理图反演工程的效率和准确率。本发明专利技术包括以下步骤：首先读入网表信息和元器件库信息并进行数据转换，然后根据元器件的管脚信息及连接信息对所有元器件进行聚类划分；然后分别对每个子划分进行局部布局，主要包括有向图转换、逻辑拆换列定位和逻辑行定位和物理扩展定位；最后输出每个元器件的摆放坐标以及旋转角度；解决了目前电路原理图人工反演速度慢且出错率高的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种电路原理图的自动布局方法


[0001]本专利技术属于电子信息领域，尤其涉及一种电路原理图的自动布局方法。

技术介绍

[0002]电子设备由好变坏是个必然的过程，越来越普遍的应用使得存在故障的电子设备现越积越多。由于受限于设备产权保护和技术专利的限制，在销售电子设备时并不附带设备的电路原理图，抑或是设备的电路原理图已经损毁或者丢失，这些就给电子设备的自主维修与保养造成的难以逾越的障碍。
[0003]尽管目前电子设备修复技术有所突破，但仍然无法改变电子设备因缺少电路原理图而使故障得不到及时维修的现状。价值昂贵的电子设备因存在故障被闲置或带故障运行的情况处处可见，由此造成的资源浪费和环境污染越来越严重。大量设备维修的实践证明，这些存在故障的电子设备，只要有其电路原理图，有一大部分是容易被修复的。从设备维修的角度来看，设备电路原理图是进行设备维修操作的重要依据，只要具备了设备的电路原理图，就可以在现有条件下制定设备的测试和维修方案，分析出设备故障的原因并进行故障维修。
[0004]用于PCB电路还原技术国内也有研究和开发，一般是由测量固定台、通路探测仪和构成局域网组成。从电路还原的步骤及实现原理上看，分前端探测和后端逻辑综合两部分，前端探测是对电路板上所有元件引脚间的连通关系进行测量、簿记生成测量网表；后端逻辑综合是依据测量网表，进行逆向分析，还原出电路原理图。这种手工反演技术在实用上存在一定局限，要借用物理测试，亦称为“接触式反演”。国外在此领域的研究，据有关资料报道，最典型的是PCB测试仪器，较为先进的可生成通用格式的网络表文件，但是原理图反演很差，连参考的作用都起不到，更谈不上使用。
[0005]Cadence的OrCAD的原理图设计部分——Capture CIS，因其界面美观、容易入门和操作，且仿真等功能强大，在业界看来是一款十分优秀的原理图设计软件。但是此类软件只能用于手工绘制原理图，无法自动处理和绘制相关原理图。实际情况表明，采用此类软件进行手工原理图绘制时，不仅人工工作量大、设计效率低、重复劳动多，而且无法保证各设计阶段之间设计数据的一致性，容易出错，因此Capture CIS等原理图绘制软件并不能满足原理图逆向恢复过程中的各方面的要求。

技术实现思路

[0006]本专利技术提出了一种电路原理图的自动布局方法，解决了目前电路原理图反演工程中的电路划分和自动布局问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种电路原理图的自动布局算法，包括以下步骤：
[0009](1)电路划分过程：一张网表对应的完整的电路图是相当复杂的，需要先对所有元器件进行合理的聚类划分，本方法基于网络连接关系采用网络交并比来对整体电路进行划
分，然后基于得到的初始划分组对某些极小划分进行二次合并；
[0010](2)有向图转换过程：针对每个划分组进行管脚重定向操作，虽然人工画图时一般按照电流走向从左到右进行绘制，但由于存在大量的反馈电路，因此并不是严格按照电流走向从左到右地布图，因此这一步主要是基于网络关系对管脚的进出方向进行重定向以期从整体上考虑元器件之间的前后关系；
[0011](3)逻辑拆环列定位过程：首先要进行拆环操作，即将上述步骤得到的有向网络中的环路进行拆解，然后基于一个无环路的有向图对每个划分组的元器件进行列位置的确定，此时的列位置都是逻辑位置，不考虑左右间隔以及元器件长宽；
[0012](4)逻辑行定位过程：首先基于独立扇入集合策略对每一列的元器件位置进行调整，然后再基于重心规则调整元器件的逻辑行位置；
[0013](5)物理扩展定位过程：即基于上述步骤计算得到的逻辑行列位置计算实际的坐标信息，首先基于最长列优先的原则先对划分组中的最长列进行行扩展，然后由最长列向前向后扩展其余列，在计算行位置时会基于管脚对齐原则将条件允许的管脚都严格对齐，这有利于后面布线的美观。此外，若是不满足管脚对齐的相应条件则使用重心规则计算行位置。
[0014]以上所述步骤中，步骤(2)具体包括以下步骤：
[0015](21)首先针对子划分识别每个子划分内的功放结构并根据管脚方向将与功放元器件完全连接的双端元器件与功放元器件绑定，然后从子划分中删除被功放结构绑定的双端元器件，即将被绑定的双端元器件依附于功放元器件暂时不考虑，一定程度上也简化了原理图中的网络；
[0016](22)接着针对子划分提取出所有有外部连接的网络，选择出一个网络作为输入网络，网络选取原则：网络中所包含的最大元器件的管脚数相比于其它网络最小，若管脚数相同，则选择元器件个数最小的网络；
[0017](23)然后以选取的输入网络按照左进右出的原则进行广度优先遍历，遍历时只将每个网络中的输出端结点压入队列，输入端结点只进行管脚属性的赋值，不会压入待遍历队列，即只从左往右向后延伸，不会往前反向延伸；此外，遍历时不会考虑电源网络和接地网络，即包含电源和接地的网络；遍历时将输入端管脚属性设置为input,其余端管脚设置为output，并以其余端遍历下去，并根据左进右出的原则对一些元器件进行旋转以符合输入端在左边，输出端在右边，但是管脚数大于4的元器件不会进行旋转操作；对于管脚数为1的元器件一致赋为输出结点；对于一个网络中所有结点都被判别为输入端结点或输出端结点的情况，若该网络有外部连接，则将该网络判定为整个子划分的输出网络或输入网络，所有结点为输入端结点或者输出端结点，若该网络无外部连接，则选择一个未被访问过的最小元器件进行翻转；
[0018](24)然后对剩余的有外部连接的网络继续处理，对于剩余网络，若网络中所有结点均被访问过，则将该网络删去不再单独处理，然后选择一个网络继续广度遍历搜索，每遍历完一次都要对网络的集合进行一次删减；
[0019](25)然后对所有电源网络处理，若电源网络连接结点的管脚数小于3，则根据具体情况进行旋转，并向后遍历其余端；若管脚数大于3，则只对与电源连接的元器件管脚处于元器件的左端或者上端的元器件继续向下遍历，若在右端或者下端则不继续遍历；遍历时
前面已处理的结点不会再改动；
[0020](26)然后处理之前被绑定的功放结构和双端结构，即根据功放元器件的角度去处理和其绑定在一起的双端元器件的管脚属性及角度；
[0021](27)根据以上确定的新的管脚方向重新定义网络，转换为有向图。
[0022]步骤(3)具体包括以下步骤：
[0023](31)先将所有无内部输入的元器件放在首列；
[0024](32)然后根据元器件前后连接关系识别所有反馈环，然后按反馈环个数从大到小依次计算拆环系数并拆环，然后根据放置规则对元器件进行放置，放置规则如下：遍历当前结点的所有前连接结点位置，将当前元器件放在所有前连接结点最大列的后一列；对于剩余未放置的元器件，若其所有的前连接结点都已放置，则根据放置规则进行放置，否则稍后放置；
[0025]步骤(4)具体包括以下步骤：
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电路原理图的自动布局方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：基于网络连接关系采用网络交并比来对整体电路进行划分，然后基于得到的初始划分组进行二次合并；步骤2：针对每个划分组进行管脚重定向以及有向图转换；步骤3：对有向网络中的环路进行拆解，然后基于一个无环路的有向图对每个划分组的元器件进行列位置的确定，此时的列位置都是逻辑位置，不考虑左右间隔以及元器件长宽；步骤4：基于独立扇入集合策略对每一列的元器件行位置进行调整，然后再基于重心规则调整元器件的逻辑行位置；步骤5：基于上述步骤计算得到的逻辑行列位置计算实际的坐标信息。2.根据权利要求1所述的电路原理图的自动布局方法，其特征在于，步骤1具体包括以下步骤：首先将电路中每一个元器件都先假定为一个子集，利用基于网络交并比的权重评价函数评估不同划分子集之间的关联权重，然后依据子集间的连接权重选择关联权重最大的两个子集进行合并，所述权重评价函数如下：式中：n
i
为子集i所在的网络的数目；n
ij
为子集i和子集j同时都在的网络的数目，n
j
为子集j所在的网络的数目；初步合并完成后针对极小划分组进行二次合并，在二次合并时极小划分组优先与不含大元器件的最小划分组进行合并。3.根据权利要求2所述的电路原理图的自动布局方法，其特征在于，所述合并过程中的限制如下：交并比阈值为0.5，即两个合并子集的某一方子集的关联权重不低于0.5；不允许两个管脚数大于20的在同一组；不允许管脚数大于40的元器件和管脚数大于3的在同一组。4.根据权利要求1所述的电路原理图的自动布局方法，其特征在于，步骤2的具体包括以下步骤：步骤201：针对子划分识别每个子划分内的功放结构并根据管脚方向将与功放元器件完全连接的双端元器件与功放元器件绑定，然后从子划分中删除被功放结构绑定的双端元器件；步骤202：针对子划分提取出所有外部连接的网络，选择出一个网络作为输入网络步骤203：以选取的输入网络按照左进右出的原则进行广度优先遍历并重新设置相应的管脚属性；步骤204：对剩余的有外部连接的网络继续处理，首先进行网络的删减，对于所有结点均被访问过的网络则删去不再单独处理。然后再选择一个网络继续广度遍历，每遍历完一次都要对网络的集合进行一次删减；步骤205：对所有电源网络处理，若电源网络连接结点的管脚数小于3，则根据具体情况进行旋转，并向后遍历其余端；若管脚数大于3，则只对与电源连接的元器件管脚处于元器件的左端或者上端的元器件进行向下遍历，若在右端或者下端则不继续遍历；遍历时前面已处理过的结点不会再改动；步骤206：处理之前被绑定的功放结构和双端结构，即根据功放元器件的角度去设置和其绑定在一起的双端元器件的管脚属性及角度；
步骤207：根据新的管脚方向重新定义网络，转换为有向图。5.根据权利要求4所述的电路原理图的自动布局方法，其特征在于，步骤203中遍历时将输入端管脚属性设置为input，其余端管脚设置为output，并以其余端遍历下去，并根据左进右出的原则对一些元器件进行旋转以符合输入端在左边，输出端在右边，但是管脚数大于4的元器件不会进行旋转操作；对于管脚数为1的元器件一致赋为输出结点；对于一个网络中所有结点都被判别为输入端或输出端的情况，若该网络有外部连接，则将该网络判定为整个子划分的输入网络或输出网络，所有结点为...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宁钟，孔鑫，林龚伟，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：