PCB設計の新機能-自動配置コンポーネントが存在しないのはなぜですか？

私が見た回路設計ソフトウェアには、PCB上のトレースなどを自動的に配線する機能があります。
しかし、なぜこのソフトウェアには、PCBにコンポーネントを自動的に配置して、ボードの合計サイズを最小化する機能がないのですか？
これは複雑すぎて自動化できませんか？

私は最近いくつかのPCBを設計していますが、最終製品に自動配置や自動ルーターを使用しないことをお勧めします。（プロテウスには自動配置機能があります。）

まず第一に-自動配置または自動ルーティングに関しては、ソフトウェアはミミズと同じくらいインテリジェントです。言い換えれば、ジャガイモのように馬鹿だ。

自動配線では、どの配置でより良いトレースパターンが得られるかがわかりません。これにより、効率的な設計を行うだけでなく、回路のノイズを最小限に抑えることができます。同様に、自動ルーティングでは、コンポーネントを少し左または右にシフトすると、トラックをより良い方法でルーティングできることがわかりません。これらのツールは、回路に応じて正しい設計を提供します。しかし、実際のパフォーマンスに関しては、状況は異なります。
例えば：

• デカップリングコンデンサは、物理的にICの近くに配置する必要があります。
• 最小の囲まれた領域のループがあるはずです。
• グランドプレーンは、可能な限り堅固でなければなりません。
• 水晶発振器などの近くに干渉信号がないようにしてください。

これらの概念は回路図に記載されていないため、ソフトウェアはこれらの概念を尊重しません。PCBを製造したときだけ、それが予想どおりに機能しないことがわかります。機能しないと言っているのではありません。90％の時間は機能するかもしれませんが、その10％も考慮に入れる必要があります。

私の提案は、PCB設計の概念をいくつか学び、自分で配置および配線してみることです。回路図とボードレイアウトはいつでもフォーラムに投稿でき、専門家が意見や提案を提供します。

私のルーターにはプレーサーがあり、「部屋」をサポートしています。それでは、回路図から領域を描き、パーツを「部屋」に割り当てましょう。自動配置ツールは、パーツが割り当てられている部屋でグループ化します。このコネクタをサポートしていることを確認して、この場所にもアクセスする必要があります。また、シミュレーション結果に基づいて配置と部品の選択/最適化を自動的に切り離すことができるツールもあります。安くはありませんが:)でも動作します。

自動配置は、そのようにすべてをまとめて配置することで、時間を少し節約できます。ただし、配置モードのレイアウトに回路図をクロスプローブすることはまだ好きです。

自動ルーターのように、制約の観点から何を入力し、どれだけうまく使用できるかを取得します。適切に制約せずに自動ルーターを使用しようとすると、どこにでもルーティングされます。適切に設定すると、一致する大きなDDRセクションを正しくルーティングするために使用されます。はるかに大きくて密度の高いボードでは、それはほとんど必要であり、速度を必要とするレイアウトサービスショップの要件です。しかし、これらのことは、年に数個の小さなボードしか実行しない人にとっては価値がないかもしれません。

検討していないことの1つは、回路図にボードを適切にレイアウトするのに十分な情報が含まれていないことです。

基本的に、PCBレイアウトでは、部品ごとに数十個のレイアウト要件を考慮し、対応する必要がありますが、いずれも回路図に体系化されていません。バイパスコンデンサだけを考慮してください。自動化されたシステムで各コンポーネントのバイパスコンデンサを適切に配置するには、2つのノード間のトレースが特定の長さ未満でなければならないことをオートルーターに指示する回路図にいくつかの追加のディレクティブが必要です。
おそらく、その後、さまざまなネットの長さ最小化の優先順位をエンコードするための追加のディレクティブ、差動ペア/制御インピーダンスを指示するもの、ガードトレース（必要な場合）などが必要になるでしょう...
基本的に、配置を駆動する多くの追加変数がありますが、これらは通常、回路図/ラッツネストドキュメントではまったくエンコードされません。

さらに、上記のすべての設計上の制約があると仮定した場合でも、共通のレイアウトの問題空間の大きさは膨大です。これは、すべての入力が他のすべての入力に対して異なる非線形効果を持つ、数千の入力を持つ方程式を解こうとすることと同等です。事実上、問題はブルートフォースの観点からは完全に扱いにくいものです。そのため、どのソリューションにも何らかのヒューリスティックなメカニズムが含まれている必要があり、それには独自の複雑さがあります。

現実的には、少なくとも優れたオートルーターがない主な理由は、市場がないだけだということです。EDA市場は、他の多くのニッチな特殊用途ソフトウェア市場に比べて比較的小さく、最高のオートルーターでさえ、実際の人間が実際のレイアウトに近づけることさえありません。

特に退屈なレイアウトの真っI中にいるとき、ベクトルフィールドとシミュレーテッドアニーリングで何かをすることで、独自のオートルーターを設計しようとする空想がありますが、それでも一般的な最適なレイアウトではなく、局所的な最適なアプローチにしか近づきません。

1974年から1975年にかけて、私はハネウェルの設計自動化部門で働いていました。問題はそれ以来変わっていません：

1. 最適化を計算上実行することはできません。ほとんどのグローバルな最適化問題と同様に、NP完全であるため、計算の複雑さが急速に大きくなります。1兆年（またはそれ以上）待つことはできないため、最適なソリューションを見つけることは不可能であると考えることができます。
2. 最適化するものがプログラムに明確ではありません。回路構成のモデルに応じた論理的なグループ分け？トレース長？ボードエリア？寄生結合？伝播遅延？熱放散（最大温度）？高出力セクションから温度に敏感なコンポーネントへのサーマルブリード？RF放射？ノイズ？機械的特性（たとえば、より大きなコンポーネントを機械的サポートの近くに配置しますか？人間の指で管理できるよりもオンボードコネクタを近づけないなどのサービス特性？ケース、ファンなど）

このような問題に対処するには、AIベースのアプローチがあります。ただし、ある時点で、設計者は単に試してみて、関心のある設計基準についてソフトウェアからフィードバックを取得する方が簡単です。AIソフトウェアにあなたが知っているすべてを伝えることは、終わりのない、感謝のない仕事です。最終的に、ソフトウェアはあなた、デザイナー、そしてトレードオフのセットを満足させなければなりません。

そのため、これを機能させるための最良の方法は、デザイナーとソフトウェア間のコラボレーションと見なし、デザイナーが最終決定を下すことです。ソフトウェアは、プロパティに関する情報を提供し、関心のあるプロパティを改善する方法を提案し、変更の結果を調査するのに役立ちます。

しかし、私たちは、人間が結果を見て思いやりを持っている限り、完全に自動化されたレイアウトを見ることは決してないと予測しています。

私のソフトウェアにはプレーサーがあります。何が起こるかを見るためだけに一度実行しました。ボードをboard音でripき、すべてのコンポーネントを搭載しました。私がそれを見たとき、部品はどこにでもありました。ICは一方の角にあり、デカップリングキャップはもう一方の角にありました。ボード全体でジグザグに変化するクリティカルパス。

ここでの私のポイントは、配置がレイアウトの最も難しい部分であるということです。まず、機械的な制約があります。ME /産業設計者は、コネクタ/スイッチ/ポット/ LED /その他の外部インターフェースコンポーネントが特定の場所でボードから外れることを望んでいます。一部のコンポーネントは、エンクロージャー内の特定の領域に入れるには高すぎる場合があります。絶縁のために特定のクリアランスを維持する必要がある回路の部分があるかもしれません。

これらの要因のいくつかに対処するようにソフトウェアを構成することはできますが、それは決して良い仕事をしたり、人間ができるように問題を視覚的に見ることはできません。完璧な世界では、配置を正しく行い、電源、グランド、クリティカルパスルーティングを行うと、オートルーターのクイックパスでレイアウトを完了することができます。

私は以前にオートプレーサーを使ったことがありますが、実は岩の山のように馬鹿げています。それらを正しく使用できる唯一のことは、ボード上の同じ場所ですべてインポートされたフットプリントの山を解くことです。それ以外のものは、単純に尋ねるには多すぎます。