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Tipo do documento: Dissertação
Título: Casamento de comprimento de trilhas de placas de circuito impresso utilizando otimização por colônia de formigas
Título(s) alternativo(s): Length matching of printed circuit board traces using ant colony optimization algorithm
Autor: Azambuja, Heitor Teixeira de 
Primeiro orientador: Nedjah, Nadia
Primeiro coorientador: Mourelle, Luiza de Macedo
Primeiro membro da banca: Cunha Junior, Americo Barbosa da
Segundo membro da banca: Petraglia, Mariane Rembold
Resumo: O avanço da engenharia eletrônica tem impulsionado a redução do tamanho dos componentes eletrônicos e o aumento das frequências de operação. Consequentemente, as tolerâncias e limitações eletromagnéticas associadas à geometria dos circuitos tornam-se cada vez mais restritivas, gerando novos desafios no projeto de sistemas eletrônicos. Ferramentas para roteamento automático de placas de circuito impresso (PCIs) e circuitos integrados são essenciais para auxiliar engenheiros e projetistas, otimizando tempo e recursos. Para enfrentar essas dificuldades, estratégias baseadas em inteligência computacional têm sido amplamente empregadas para obter soluções de roteamento viáveis de forma eficiente. Entre essas estratégias, algoritmos multiagentes destacam-se por sua relevância e versatilidade. Neste trabalho, apresentamos uma variação do algoritmo tradicional de otimização por colônia de Formigas (ACO), modificada para realizar o roteamento em PCIs com foco no casamento de comprimentos das trilhas do circuito impresso. A área da PCI é dividida em uma grade que representa o espaço de busca do algoritmo. O roteamento de cada trilha é conduzido por uma colônia de formigas individual, executada em um processo independente. As formigas de cada colônia percorrem o caminho entre a posição inicial e a posição final de uma trilha, buscando identificar a rota que melhor atende a uma função de otimização multiobjetivo. Essa função minimiza simultaneamente três objetivos, que são, o comprimento total das trilhas, o número de cruzamentos entre trilhas e a diferença de comprimento entre elas. Em outras palavras, as formigas buscam encontrar a rota mais curta possível que mantenha o mesmo comprimento das demais trilhas, sem que haja cruzamentos. Para avaliar esses objetivos, foram aplicadas múltiplas estratégias heurísticas. O algoritmo proposto foi implementado e testado em sete cenários fundamentais de validação. As heurísticas desenvolvidas foram analisadas e comparadas estatisticamente com base nos resultados médios de centenas de execuções. Além disso, o programa foi aplicado em três cenários provenientes de trabalhos relacionados. Os resultados obtidos demonstram que a abordagem proposta ´e viável e eficaz para o roteamento de trilhas em PCIs, atendendo aos requisitos de casamento de comprimento e contribuindo para a solução dos desafios de projeto.
Abstract: The advancement of electronic engineering has driven the miniaturization of electronic components and the increase in operating frequencies. Consequently, the electromagnetic tolerances and limitations associated with circuit geometry have become increasingly restrictive, creating new challenges in electronic system design. Automatic routing tools for Printed Circuit Boards (PCBs) and integrated circuits are essential to assist engineers and designers, optimizing time and resources. To address these challenges, strategies based on computational intelligence have been widely employed to obtain viable routing solutions efficiently. Among these strategies, multi-agent algorithms stand out for their relevance and versatility. In this work, we present a variation of the traditional Ant Colony Optimization (ACO) algorithm, modified to perform PCB routing with a focus on length matching of the circuit’s traces. The PCB area is divided into a grid that representes the algorithm’s search space. The routing of each trace is conducted by an individual ant colony, executed as an independent process. The ants of each colony traverse the path between the initial and final positions of a trace, seeking to identify the route that best satisfies a multi-objective optimization function. This function simultaneously minimizes three objectives: the total length of the traces, the number of crossings between traces, and the length difference between them. In other words, the ants aim to find the shortest possible route that maintains the same length as the other traces without crossing them. To evaluate these objectives, multiple heuristic strategies were applied. The proposed algorithm was implemented and tested in seven fundamental validation scenarios. The developed heuristics were analyzed and statistically compared based on the average results of hundreds of executions. Additionally, the program was applied to three scenarios derived from related works. The results demonstrate that the proposed approach is both viable and effective for PCB trace routing, meeting length matching requirements and contributing to solving design challenges.
Palavras-chave: Engenharia eletrônica
Sistemas eletrônicos
Circuitos impressos
Sistemas de controle inteligente
Algorítmos
Electronic engineering
Electronic systems
Printed circuits
Intelligent control systems
Algorithms
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Eletrônica
Citação: AZAMBUJA, Heitor Teixeira de. Casamento de comprimento de trilhas de placas de circuito impresso utilizando otimização por colônia de formigas. 2025. 105 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Eletrônica) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2025.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/23675
Data de defesa: 16-Jan-2025
Aparece nas coleções:Mestrado em Engenharia Eletrônica



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