JP6445242B2 - 設計支援装置および設計支援方法 - Google Patents

Description

本発明は、設計支援装置および設計支援方法に関し、特にプリント配線板の回路図設計支援装置および設計支援方法に関する。

プリント配線板の回路図の作成は、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）と呼ばれるコンピュータを用いた設計支援装置によって行われている。

図７は、一般的な設計支援装置の動作を示す図である。

図７において、実部品の回路図ライブラリには、機能を実現する為の使用部品が登録してある（Ｓ６０１）。回路図エディタを使用して部品のシンボルを配置し（Ｓ６０２）、シンボル間を結線して回路図を作成する（Ｓ６０３）。

次に実部品の論理ライブラリをネットリスト変換ツールに入力し（Ｓ６０４）、ネットリスト変換ツールでは回路図中のシンボルを論理記述に置き換えて（Ｓ６０５）、ネットリストに変換する（Ｓ６０６）。

そして、実部品の物理ライブラリと基板情報ライブラリを入力して（Ｓ６０７、Ｓ６０８）、実装ツールで基板上に部品を実装し（Ｓ６０９）、ボードデータを作成する（Ｓ６１０）。最後に、配線設計を行う（Ｓ６１２）。部品を変更する場合は（Ｓ６１１のＹＥＳ）、回路図エディタまで戻って変更する。

最近では、部品変更や論理回路図の作成を容易にするという課題を解決するために次のような技術が開示されている。

特許文献１には、部品レイアウト装置が電子部品のデータベースを索引して、自動的に最もコストの低い部品を選択し、プリント配線板の回路設計を行う技術が開示されている。

特許文献２には、仮シンボルの仮論理端子にシンボルの論理端子の位置や数の端子情報を割り当て、設定の自由度を向上して、結線の交差等の不具合のない見やすい論理回路図を作成しやすくする技術が開示されている。

特許文献３には、パッケージ基板に配設したパッケージ端子の基板上の実装位置を制約条件に加えて素子割付けを行うことにより、素子割付け後のパッケージ基板の配線処理の自動化が実現でき、配線設計工数の大幅削減とパッケージ基板の品質向上を達成する技術が開示されている。

特開２００９−１１００９４号公報 特開２００８−２０４１９２号公報 特開昭６２−２４３４００号公報

特許文献１に記載の技術では、部品配置の最適化が行われないため、占有面積が小さい部品への変更を容易にすることは可能であるが、占有面積が大きい部品へ変更する場合には、回路図修正まで戻ってから変更する必要があるという課題があった。

特許文献２に記載の技術では、結線の交差等の不具合のない見やすい論理回路図を作成することは可能であるが、部品実装は考慮されていないという課題があった。

特許文献３に記載の技術では、素子割付け後のパッケージ基板の配線処理の自動化は実現できるが、素子割付けを変更する場合は、回路図修正まで戻ってから変更する必要があるという課題があった。

本発明の目的は、上述した課題を解決し、部品を変更する場合は回路図エディタでの回路図修正まで戻ってから変更する必要が少ない設計支援装置および設計支援方法を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために、部品データベースと、回路図作成を支援する制御部とを備えた設計支援装置であって、制御部は、回路図を作成する回路図エディタと、回路図エディタで作成した回路図をネットリストに変換するネットリスト変換ツールと、ネットリストに対して前記部品データベースの情報を元に最適化する最適化ツールと、最適化ツールで最適化されたネットリストを実装データに変換する実装ツールとを有することを特徴としている。

また、本発明は、部品データベースと、回路図作成を支援する制御部とを備えた設計支援装置の設計支援方法であって、制御部は、回路図を作成するステップと、回路図を作成するステップで作成した回路図をネットリストに変換するステップと、ネットリストに対して部品データベースの情報を元に最適化するステップと、最適化するステップで最適化されたネットリストを実装データに変換するステップとを有することを特徴としている。

本発明によれば、部品を変更する場合は回路図エディタでの回路図修正まで戻ってから変更する必要が少ない設計支援装置および設計支援方法を提供できる。

本発明の実施形態における設計支援装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態における設計支援装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における最適化の例を示す図である。 本発明の実施形態における最適化の例を示す図である。 本発明の実施形態における最適化の例を示す図である。 本発明の実施形態における最適化の動作を示すフローチャートである。 本発明の関連技術における設計支援装置の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

（実施形態）
図１は、本発明の実施形態における設計支援装置の構成を示すブロック図である。図１を用いて、第１の実施形態における設計支援装置の構成を説明する。

図１において、設計支援装置１０は、キーボードやマウスなどの入力部２０、ディスプレイなどの表示部３０、設計支援を行う制御部４０、部品の情報を格納しておく部品データベース５０により構成されている。

制御部４０は、所定の記憶部（図示せず）に格納された設計支援プログラムに基づいて入力部２０及び表示部３０を制御し、部品データベース５０に格納された部品情報を用いて、回路設計者による回路図設計を遂行させる機能を有している。

制御部４０は、回路図エディタ４１、ネットリスト変換ツール４２、最適化ツール４３、実装ツール４４の機能を有している。部品データベース５０は、回路図ライブラリ５１、論理ライブラリ５２、原価ライブラリ５３、物理ライブラリ５４、基板情報ライブラリ５５、製造費ライブラリ５６、実装エリア定義ライブラリ５７を有しており、それぞれ仮部品と実部品の情報を格納することができる。

回路図エディタ４１は、実部品と仮部品の回路図ライブラリ５１の部品シンボルを配置する事ができ、また配置した部品シンボル同士を接続する事で回路図を作成する事ができる。回路図ライブラリ５１には、実部品と仮部品の部品シンボル情報が定義されている。

ネットリスト変換ツール４２は、回路図中の部品シンボルを論理ライブラリ５２中の論理記述に置き換え、部品シンボル同士の接続情報は信号名を基に論理的接続関係に置き換える事で回路図をネットリストに変換する。論理ライブラリ５２には、実部品と仮部品の回路図ライブラリ５１に格納されている部品シンボルに対応した論理記述情報が定義されている。

原価ライブラリ５３には、実部品の原価が定義されている。製造費ライブラリ５６には、実部品をボード製造する際に実部品を基板に搭載する際の製造費が定義されている。実装エリア定義ライブラリ５７には、実部品の部品実装エリアが定義されている。この部品実装エリアは、部品実装パラメータを用いて、実装エリア定義ライブラリ５７に対して指定される
物理ライブラリ５４には、実部品と仮部品のサイズ等の外形情報が定義されており、仮部品のサイズは実部品に変換した際の予測サイズを定義している。

基板情報ライブラリ５５には、基板上に部品を実装する際の、実装禁止エリアや部品の高さ制限やスルーホール部品の実装禁止等の部品実装に関する制限が定義されている。

実装ツール４４は、基板上にネットリスト中の実部品を、基板情報を基に配置する。

最適化ツール４３は、最適化対象の部品を最適化度合と実装位置に応じた部品に最適化したネットリストとして出力する。最適化対象の部品は、最適化対象の実部品と仮部品を最適化対象指示ファイルで指定する。最適化度合は、最適化する際に部品原価と部品サイズによって定められる最適化度合パラメータで指定される。

実装位置に応じた部品は、実装エリア指示ファイルによって、最適化対象となる実部品と仮部品を配置する実装エリア定義ライブラリで定義したエリアを指定する。そして、実装ツール４４で部品実装しなくても基板上の制限を考慮することにより、最適化ツール４３で最適化を行う事が可能となる。

図２を用いて、本発明の実施形態の動作を説明する。図２は、本発明の実施形態の設計支援装置の動作を示すフローチャートである。

全ての部品を確定する前に回路図作成や部品実装を行いたい場合、確定していない部品については、仮部品の回路図ライブラリに定義されている部品を使用して（Ｓ２０２）、回路図を作成する（Ｓ２０３）。確定している部品については、実部品の回路図ライブラリに定義されている（Ｓ２０１）部品を使用して回路図を作成する（Ｓ２０３）。

作成された回路図（Ｓ２０４）は、ネットリスト変換ツールで回路図中のシンボルを仮部品の論理ライブラリを用いて（Ｓ２０６）、論理記述に変換されネットリストとして出力される（Ｓ２０７、Ｓ２０８）。

仮部品を含んだネットリストは、最適化ツール４３で原価、製造費、実装エリア、基板情報の各種ライブラリ情報を基に最適化対象指示ファイルで指定した部品に対し、各種パラメータに応じて実部品に最適化される（Ｓ２１８）。その結果、最適化後のネットリストが作成される（Ｓ２１９）。

最適化された後、部品変更が必要な場合は（Ｓ２２０のＹＥＳ）、次のように行う。最適化ツール４３は、どの部品を何の部品に変更するか指示した最適化対象指示ファイルを読み出し（Ｓ２１７）、また指示ファイルで指示された部品について、どこに実装するかを実装エリア指示ファイルから読み出す（Ｓ２１６）。さらに最適化ツール４３は、最適化度合パラメータをどのようにするかを読み出す（Ｓ２１５）。その後最適化ツール４３が再度最適化を行う。

部品変更が必要ない場合は（Ｓ２２０のＮＯ）、実装ツール４４にて実装データが作成される（Ｓ２２１）。

実装データに不具合がなく部品変更が必要ない場合は（Ｓ２２４のＮＯ）、ボードデータ（Ｓ２２２）とともに配線設計に出力される（Ｓ２２６）。実装データに不具合があり、部品変更が必要な場合は（Ｓ２２４のＹＥＳ）、回路図修正工程へ戻る（Ｓ２２５）。

図３は、本実施形態の仮部品を最適化する例である。

図３を用いて、多入力の論理積を実現する場合を説明する。

多入力の論理積を実現する場合は、複数の多入力の論理積の部品を組み合わせて実現する。この場合、部品原価が高いが部品の合計サイズが小さい組み合わせや、逆に部品原価は安いが部品の合計サイズが大きい組合せ等、様々な組み合わせがある。

図３（ａ）は、８入力論理積部品を１０入力論理積の仮部品を使用して回路図を作成し、最適化ツール４３の最適化度合パラメータで部品原価と部品サイズの最適化をイメージ化した図である。図３（ｂ）、（ｃ）は、多入力の論理積の実部品として、６入力、４入力、２入力しか存在しないが、８入力の論理積を実現したい場合に、予め準備してある１０入力論理積の仮部品ライブラリを使用して回路図を作成する場合の例である。原価と面積の最適化度合いにより最適化による実部品の組合せが変わる。

図３（ｂ）は、原価と面積を、最適化度合パラメータである、８：２で最適化する例である。これは、原価の重要度を８として優先的に決定し、原価を決めた後、面積の小さいものを決定するということである。具体的には、一旦、原価順に並べ、８対２の場合、部品原価の重みづけが８に相当する組み合わせを選択し、そのなかから、面積が最少となる部品を選択する。図３（ｂ）は、原価を優先し、原価が合計２００円となり、面積は１２となる例である。

図３（ｃ）は、原価と面積を、最適化度合パラメータである、２：８で最適化する例である。これは、面積の重要度を８として優先的に決定し、原価は、面積を決めた後、安いものを決定するということである。図３（ｃ）は、面積を優先し、原価が合計２２０円となり、面積は１０となる例である。

図４は、図３と同様、本実施形態の仮部品を最適化する例である。

図４を用いて、多ピンのコネクタを実現する場合の説明を行う。

多ピンのコネクタを実現する場合、複数のコネクタを組み合わせて実現する事になるが、部品原価が高いが部品の合計サイズが小さい組み合わせや逆に部品原価は安いが部品の合計サイズが大きい組合せ等、様々な組み合わせがある。

図４（ａ）は、８ピンのコネクタを１０ピンの仮部品のコネクタを使用して回路図を作成し、最適化ツール４３の最適化度合パラメータで部品原価と部品サイズの最適化をイメージ化した図である。

多ピンのコネクタの実部品として８ピン、５ピン、３ピンが存在しており、８ピンのコネクタを実現したい場合は，予め準備してある１０ピンのコネクタの仮部品ライブラリを使用して回路図を作成する場合の例である。原価と面積の最適度合いにより最適化による実部品の組合せが変わる。

図４（ｂ）は、原価と面積を、最適化度合パラメータである、８：２で最適化する例である。これは、原価の重要度を８として優先的に決定し、面積は、原価を決めた後、少ないものを決定するということである。具体的には、一旦、原価順に並べ、８対２の場合、部品原価の重みづけが８に相当する組み合わせを選択し、そのなかから、面積が最少となる部品を選択する。

図４（ｃ）は、原価と面積を、最適化度合パラメータである、２：８で最適化する例である。これは、面積の重要度を８として優先的に決定し、原価は、面積を決めた後、安いものを決定するということである。

図５は、本実施形態の実装エリアに応じた最適化を行う例である。図６は、本実施形態の実装エリアに応じた最適化を行う動作を示すフローチャートである。

図１、図５、図６を用いて、実装エリアに応じて最適化する場合の説明を行う。

図５は、ネットリスト内のスルーホールタイプの４ピンのコネクタ部品を基板の裏面の座標Ｂ３に実装する事を想定していたが、既に表面の座標Ｂ３には表面実装部品が実装されている場合の例である。

最適化ツール４３は、実装エリア指示ファイルから、スルーホールタイプのコネクタ部品を基板の裏面の座標Ｂ３に実装する指示を入手する（Ｓ３０１）。最適化ツール４３は、座標Ｂ３の表面を調査し（Ｓ３０２）、座標Ｂ３の表面に実装部品を検出する（Ｓ３０３）。これは、基板情報ライブラリ５５で定義されている実装制限に違反し、実装できないことになる。この場合、最適化ツール４３は、コネクタ部品を表面実装タイプに変更する（Ｓ３０４）。そして、裏面の座標Ｂ３に表面実装タイプの４ピンのコネクタ部品を実装するよう実装ツール４４へ指示する（Ｓ３０５）。最適化ツール４３が、表面の実装部品を優先させて、裏面に実装する部品を変更させた例となる。

以上のように、本実施例では、最適化度合パラメータにより部品原価と部品サイズの最適化が可能であり、部品形状や基板上の実装位置による製造費の変動も最適化の要素として含めることが可能となる。また、実装エリア指示ファイルで指示したエリアに部品実装する際に、実装制限を最適化の要素として含めることが可能となる。そして、最適化前のネットリスト中の実部品についても仮部品と同様に最適化を行う事が可能である。

以上、述べてきたように、本実施形態では、優先順位として原価、サイズの重み付けを定義した最適化度合パラメータから回路図中の仮部品を原価、サイズの重みづけに従って実部品に置き換える事ができる最適化ツールを有する。従って、原価、サイズの変更や重みづけが変更となった場合には、回路図の作成フェーズまで戻らなくても、最適化度合パラメータを変更して再度最適化ツールを実行する事で、回路図修正を行わずに他の実部品への最適化が可能となる設計支援装置および設計支援方法を提供することができる。

尚、本願発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本願発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更、変形して実施することが出来る。

本発明は、プリント配線板の配線設計のために回路図を作成する設計支援装置に利用可能である。

１０ 設計支援装置
２０ 入力部
３０ 表示部
４０ 制御部
４１ 回路図エディタ
４２ ネットリスト変換ツール
４３ 最適化ツール
４４ 実装ツール
５０ 部品データベース
５１ 回路図ライブラリ
５２ 論理ライブラリ
５３ 原価ライブラリ
５４ 物理ライブラリ
５５ 基板情報ライブラリ
５６ 製造費ライブラリ
５７ 実装エリア定義ライブラリ

Claims (5)

1. 実装で使う実部品の部品情報と前記実装では使わず回路図作成で使う仮部品の部品情報を有する部品データベースと、前記回路図作成を支援する制御部とを備えた設計支援装置であって、
   前記制御部は、前記実部品と前記仮部品を用いて回路図を作成する回路図エディタと、
   前記回路図エディタで作成した回路図をネットリストに変換するネットリスト変換ツールと、
   前記ネットリストに対して前記部品データベースの情報を基に、設計する対象の回路を評価する複数のパラメータのうち、どのパラメータをどの割合で優先するかを示す最適化度合パラメータを用いて、前記仮部品を前記実部品に変換する最適化ツールと、
   前記最適化ツールで最適化されたネットリストを実装データに変換する実装ツールと、
   を有することを特徴とする設計支援装置。
2. 前記最適化ツールによる前記仮部品から前記実部品への変換の後で部品変更を行う場合は、変更対象部品と変更後の部品、変更対象箇所、変更後の前記最適化度合パラメータの情報から、前記最適化ツールが再度前記仮部品から前記実部品への変換を行う請求項１に記載の設計支援装置。
3. 前記仮部品は前記実部品に比べて、実現したい機能以上の機能を備え、前記仮部品から前記実部品への変換で、前記実現したい機能を複数の実部品で実現する請求項１または２に記載の設計支援装置。
4. 前記最適化ツールが用いる前記部品データベースの情報は、
   部品の原価が定義された原価ライブラリ、
   部品の外形情報が定義されている物理ライブラリ、
   基板上の部品実装に関する制限が定義されている基板情報ライブラリ、
   部品を基板に搭載する際の製造費が定義されている製造費ライブラリ、
   基板上の実装エリアが定義されている実装エリア定義ライブラリ、
   のうち少なくとも１つ以上有し、
   このうち１つ以上が利用されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の設計支援装置。
5. 実装で使う実部品の部品情報と前記実装では使わず回路図作成で使う仮部品の部品情報を有する部品データベースと、回路図作成を支援する制御部とを備えた設計支援装置の設計支援方法であって、
   前記制御部は、前記実部品と前記仮部品を用いて回路図を作成するステップと、
   前記回路図を作成するステップで作成した回路図をネットリストに変換するステップと、
   前記ネットリストに対して前記部品データベースの情報を基に設計する対象の回路を評価する複数のパラメータのうち、どのパラメータをどの割合で優先するかを示す最適化度合パラメータを用いて、前記仮部品を前記実部品に変換する最適化ステップと、
   前記最適化ステップで最適化されたネットリストを実装データに変換するステップと、
   を有する
   ことを特徴とする設計支援方法。

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