Bartels Autorouter®

Der Bartels Autorouter® war der erste PC-basierende Rip-Up-/Retry-Router für Protected-Mode-Umgebungen. Er ist bis zum heutigen Tage der einzige Router mit selektivem Rip-Up, Cleanup und Backtracking. Ältere Versionen des Routers wurden erfolgreich (mehrere tausend Lizenzen weltweit) unter dem Namen Superoute vertrieben. Einige dieser Versionen wurden von Quellcode-OEM-Kunden im Laufe der Zeit modifiziert. Unter der Bezeichnung Superoute vertriebene Router verfügen bereits seit längerem nicht mehr über den jeweils letzten Stand der Bartels-Routingtechnologien.

Bartels versorgt mehr als 15 OEM-Partner mit dem Original-Routerquellcode. Selbstredend ist im Bartels-eigenen Bartels AutoEngineer®-CAD/CAE-System der jeweils neueste Stand des Bartels Autorouter integriert.

• Rip-Up-/Retry-Router mit KI-Backtracking.
• Qualitativ hochwertige Ergebnisse durch intelligente Routingverfahren.
• Backtracking zur automatischen Bewertung verschiedener Entflechtungslösungen. D.h., Möglichkeit der Umverlegung von Leiterbahnen oder Leiterbahnbündeln zur Freigabe blockierter Routingbereiche ohne Verlust des bis dahin besten Entflechtungsergebnisses.
• Einzigartiger selektiver Rip-Up-/Retry-Algorithmus, Übermenge des globalen Rip-Up und Shove.
• Einzigartiger selektiver Clean-Up-Algorithmus
• Beliebige (benutzerdefinierte) Routingraster, Halbrasterrouting (zwischen Leiterbahnen), Möglichkeit der Mischung verschiedener Routingraster.
• Netzorientiertes Routing mit vollständiger Unterstützung von T-Verbindungen. Spezialverfahren zum Vorverlegen von Durchkontaktierungen zu SMD-Anschlüssen.
• Vom Anwender definierbare Netz- bzw. Leiterbahnrestriktionen wie etwa Leiterbreite, Bahnlänge, Leitungsstruktur, Mindestabstandshaltung, usw.
• Optimierungsverfahren zur Generierung herstellungsfreundlicher Leiterkartenlayouts. Netzübergreifende Optimierung (Cleanup).
• Automatisches Redesign existierender Projekte. Möglichkeit, den Routingprozess jederzeit anzuhalten bzw. zu beenden, neu zu starten oder auf bestehende (Teil-)Ergebnisse aufzusetzen (Re-Entrant-Routing).
• Am Bildschirm sichtbares Routing, Rip-Up, etc. Zahlreiche benutzerkonfigurierbare Modi und Routingkostenfaktoren.
• Unterstützung beliebiger fliesspunktgenauer Geometrien wie etwa kreisbogenförmige Leiterbahnzüge, beliebige Hindernispolygone mit Kreisbögen, partielle Durchkontaktierungen bzw. Sacklöcher, usw.
• Regelbasierendes Routing mit Neuronalnetztechnologie
• Zellen- und konturbasierende Routingalgorithmen, basierend auf Prioritätsbäumen
• Optionaler automatischer Pin- und Gattertausch während des Routings.
• Optionales Autoplacement.
• Bartels Autorouter® - Routingbeispiele

Der Router unterstützt rasterfrei platzierte Pads, Hindernisse und Leiterbahnen, zellengestützte Routingraster, Routing mit einfachen oder mehrfachen Zellenabständen zu existierenden, wahlweise im Raster oder rasterfrei (off-grid) platzierten Pads und Leiterbahnen. Die Off-grid-Unterstützung ist eine Kombination aus rasterbasierenden und rasterfreien Routingtechnologien und führt ein Off-grid-Routing von Leiterbahnen sogar in zellenbasierenden Umgebungen durch - die ideale Kombination aus zellen- und konturbasierenden Technologien.

Über das im Schaltplanpaket und Leiterkartenlayoutsystem des Bartels AutoEngineer integrierte Regelsystem unterstützt der Bartels AutoEngineer basierend auf Bauteil- und Pinbibliotheksklassifizierungen und über Schaltplantags die automatische Zuweisung von Netzklassen im aktuellen Design. Zusammen mit an Leiterkartenbereichen zugewiesenen Regeln gestattet dies die Anwendung von Regeln zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) beim Entwurf von Leiterkarten.

Durch den zunehmenden Einsatz von SMD-Finepitch-Bauteilen ergab sich der Bedarf von Routingtechnologien mit Unterstützung von flexiblen Routingrastern. Vorhergehende Versionen des Bartels AutoEngineer benutzten die folgende Datenmodellierung:

• Routingmatrix mit einem Byte pro Zelle und Routinglage mit Möglichkeit der Auswahl eines beliebigen Routingrasters
• Integer- bzw. Matrizkoordinaten zur Darstellung automatisch verlegter Verbindungen
• Indizierte fliesspunktkoordinaten für Leiterbahnstützpunkte (z.B. zu rasterfrei vorverlegten Leiterbahnstücken)
• Fliesspunktkoodinaten zur Darstellung fixierter Leiterbahnen
• Fliesspunktkoordinaten zur Darstellung von Bauteilanschlussformen und Hindernissen

In diesem Fall gestatten Fliesspunktkoordinaten eine "rasterfreie" Repräsentation von Formen und Umrissen. Dieses Konzept gestattet die Darstellung vorverlegter, fixierter Leiterbahnen durch exakte Polygone und Polygonlinienzüge inklusive Kreisbögen in Fliesspunktgenauigkeit, nicht jedoch eine entsprechend exakte rasterfereie Darstellung für aktuell vom Router bearbeitete bzw. erzeugte Leiterbahnen. Immerhin idst der Router ist jedoch in der Lage, außerhalb des aktuellen Routingrasters liegende Verbindungspunkte, Bauteilanschlüsse und fixierte Leiterbahnen exakt anzurouten.

Durch die Einfürung des Halbrastermodus wurde die Rasterlimitierung des Routers entschärft, und automatisch geroutete Leiterbahnen konnten wahlweise um die Hälfte des aktuellen Rasterabstands verschoben werden, was eine wesentlich verbesserte Bearbeitung von Finepitch-SMD-Bauteilen ermöglicht. Allerdings erfordert der Halbrastermodus mehr internen Speicher für; die Routingmatrixdarstellung sowie längere Rechenzeiten.

Konkurrierende "rasterfrei" arbeitende Router bedienen sich üblicherweise eines Mehrwegeverfahrens (zumeist 4-Wegeverfahren), gestützt auf Geometriebäume die in rechtwinkeligen Verzweigungen enden. Der Vorteil dieses Konzepts besteht darin, dass sich rechtwinkelig angeordnete Geometrien tatsächlich mit hoher Genauigkeit darstellen lassen und das Routing schnell ist, wenn die Leiterbahn- und Eckpunktdichte gering ist. Bei dichtbepackten Leiterkarten erfordert dieses Verfahren allerdings mehr Speicherplatz als matrixbasierende Konzepte, und die Zugriffszeiten für Prüfungen können in speziellen Leiterkartenbereichen exzessiv ansteigen. Der größte Nachteil besteht jedoch im Mangel an effizienten Verfahren für die Zusammenlegung benachbarter Rechteckgeometrien, wodurch die Entflechtungsqualität in echt rasterfreiem Modus häufig dramatisch abnimmt und die Komplettierung der automatischen Entflechtung (100%-Routing) nur in Ausnahmefällen erreicht werden kann. Dies ist insbesondere bei Vorhandensein von unregelmässigen (nicht-rechtwinkelig) geformten Hindernissen und schräg (im Winkel von 45-Grad) verlegten Leiterbahnsegment der Fall.

Unsere Lösung besteht darin, die Routingmatrix in einer möglichst niedrigen Dichte für strategische Entflechtungszwecke beizubehalten und lediglich die Endentflechtung auf der Grundlage einer rasterfreien Datenbank vorzunehmen.

Bartels Autorouter V6.0 verwaltet parallel zur Integer-/Matrixrepräsentation eine Fliesspunktdatenbank für verlegte Leiterbahnen (Duales Datenbankkonzept). Die Routingmatrix gestattet eine effiziente Entflechtung und Rip-Up- und Retry-Routing mit qualitativ hochwertigen Ergebnissen auch bei höchsten Leiterbahnbelegungsdichten bzw. bei komplexesten Luftliniengeflechten. Die Fliesspunktdatenbank für Formen und Umrisse gestattet eine effiziente Leiterkartenbelegung durch die Möglichkeit, rasterfrei platzierte SMD-Kanäle bzw. Pinreihen zu lokalisieren und qualitativ hochwertige SMD-Bauteilanschlüsse - falls nötig auch über längere Offgrid-Distanzen hinweg - herzustellen. Die Duale Datenbank vereint die Vorteile des reinen Matrixkonzepts und des formbasierenden Autoroutingkonzepts und stellt somit eine signifikante Verbesserung der jeweiligen Einzelverfahren dar. Die strategische Verlegung von Leiterbahnen erfolgt über das Matrixkonzept. Der im Bartels Autorouter V6.0 eingesetzte erweiterte Lee-Algorithmus zur Auffindung der kostengüstigsten Lösung für Einzelbahnen sowie die Bartels-RipUp- und -CleanUp-Algorithmen zur Erkennung der für das Rip-Up bzw. das Cleanup am besten geeigneten Bahnen kommen zusammen mit der formbasierenden Datenbank für beliebig (nicht rechtwinkelig) geformte Konturen zum Einsatz.

Das Duale Datenbankkonzept des Bartels AutoEngineer wird ständig weiterentwickelt. In einem der nächsten Entwicklungsschritte ist die simultane Verwaltung mehrerer Routingmatrizen zur Erhöhung der Entflechtungsqualtität bei gemischt analog/digitalen Leiterkarten geplant. Weitere Entwicklungsschritte könnten die selektive Justierung der Platzierung ausgewählter Bauteile zur Freistellung zusätzlicher Routingkanäle vorsehen.

Der Bartels Autorouter V6.0 kann mit dem Bartels-Regelsystem kombiniert werden und wird daher auch als Neuronaler Router bezeichnet. Das Regelsystem wendet wahlweise Regeln oder Regelsätze auf Systemobjekte wie etwa Bauteile oder Leiterbahnen an. Diese Regeln werden zugewiesen über eine Prolog-ähnliche Programmiersprache mit Spezialoperatoren zum Auffinden nicht nur aller möglichen sondern vielmehr auch optimaler Lösungen für entwurfsspezifische Regelsystemabfragen bzw. Ausgabeanforderungen definiert.

Regeln können wahlweise für individuelle Objekte (Bauteile, Netze, Leiterbahnen, usw.) oder aber systemweit bzw. für das komplette Design (zur Kontrolle von Kostenfaktoren bzw. Routingstrategien) definiert und zugewiesen werden.

Da das Regelsystem einen neuartigen Ansatz basierend auf der Technologie neuronaler Netze zur Fokussierung von Regelbewertungen auf optimale Ergebnispfade vornimmt, wird der mit dem Regelsystem kombinerte Bartels AutoEngineer als Neuronaler Autorouter™ bezeichnet.

Bartels Autorouter V6.0 führt nach Bedarf automatischen Pin-, Gatter- oder Gruppentausch durch. Diese Funktionalität ist optional aktivierbar und erweitert die Entflechtbarkeit komplexer Layouts. Vom Router automatisch durchgeführte Swaps werden an die Ausgabeschnittstelle gemeldet und erzeugen im Bartels AutoEngineer entsprechende Backannotation-Anforderungen zur automatischen Korrelation des Schaltplans.

Mit der Einführung der Pin-/Gatter-/Gruppentausch-Funktionaltität wurde eine bauteilorientierte Eingabeschnittstelle implementiert, um weitere Platzierungsoptimierungen in künftigen Routerversionen zu ermöglichen. Diese Schnittstelle verwaltet nun ein zusätzliches Attributfeld (Bahn- bzw. Viaidentifikationscode) zu Unterstützung relativ spezifischer Definitionen wie etwa Leiterbahnen auf Bauteilebene zur Definition gedruckter Induktivitäten.

Zur Unterstützung bei der Implementierung der interaktiven Funktionen des Neuronalen Autorouters zum Routen einzelner Netze bzw. Bauteile wird eine dokumentierte Funktionsaufrufschnittstelle bereitgestellt.

Zusätzlich zu negativ dargestellten Versorgungslagen und Kupfer- bzw. Kupferfüllflächen unterstützt der Autorouter nun auch geteilte, hierarchische, negative Versorgungsflagen.

• Bartels Autorouter® - Routingbeispiele