[发明专利]连续微流控生物芯片下基于时序的控制层布线方法

说明书

本发明涉及一种连续微流控生物芯片下基于时序的控制层布线方法。该方法包括：（1）初始线网拆分阶段。提出了一种估算线网延迟的策略用以判断是否对线网进行划分，通过引入额外控制端口拆分时序性能差的线网，以优化线网内阀门的最大时延；（2）控制通道布线阶段。设计了一种考虑历史布线效果的目标函数，提出了一种基于拆线重布的布线算法，在保证线网满足可布线性约束的条件下，最小化控制端口的使用；（3）控制端口布局阶段。通过线长匹配策略，减少时序同步阀门集合内阀门的时序偏差，提高阀门的同步性。本发明能够减少控制端口的数量，同时获得时序性能良好的连续微流控生物芯片的控制层布线方案。

技术领域

本发明属于连续微流控生物芯片计算机辅助设计技术领域，具体涉及一种连续微流控生物芯片下基于时序的控制层布线方法。

背景技术

微流控生物芯片，也被称为片上实验室(Lab on Chip，LoC)，通常用于生物学、生物化学和医学中的各种反应和监测，如酶联免疫吸附试验、DNA检测等。随着制造技术的进步，生物芯片尺寸不断缩小，集成度不断提高，传统的人工设计方法难以适应飞速增长的生物芯片规模。

控制层架构设计作为连续微流控生物芯片设计流程中的关键阶段，在完成流层架构设计之后，设计和部署一个高效的控制系统，以便在生物检测执行过程中所需的功能操作，如流体输送和设备控制等。在控制层中需要引入控制端口和控制通道连接相应的阀门。在生产工艺中，减少控制端口的使用能够节约生物芯片的制造成本；另一方面，控制通道的布置对连续微流控生物芯片控制层的时序有着重要的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连续微流控生物芯片下基于时序的控制层布线方法，在保证良好的时序性能的条件下，尽量减少控制端口的使用。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种连续微流控生物芯片下基于时序的控制层布线方法，包括：

(1)初始线网拆分阶段：提出一种估算线网延迟的策略用以判断是否对线网进行划分，通过引入额外控制端口拆分时序性能差的线网，以优化线网内阀门的最大时延；

(2)控制通道布线阶段：设计一种考虑历史布线效果的目标函数，提出一种基于拆线重布的布线算法，在保证线网满足可布线性约束的条件下，最小化控制端口的使用；

(3)控制端口布局阶段：通过线长匹配策略，减少时序同步阀门集合内阀门的时序偏差，提高阀门的同步性。

在本发明一实施例中，步骤(1)具体实现如下：

生物芯片由两层结构组成，流层和控制层；流层负责试剂的运输、混合、存储；控制层通过控制通道控制阀门来控制流层流通道的运输方向；控制通道通过控制端口连接气体压力源，阀门由弹性的化学材料制成；

连接至同一控制端口的阀门属于同一阀门分组，将同一阀门分组的阀门称为一个线网，每个线网包含组内的所有阀门及其对应的控制端口；对于每一个线网n_i∈T_g，首先为线网n_i构造一个曼哈顿距离最小生成树，然后通过计算该生成树最长路径的长度l_max，以估算线网内阀门的最大时延d_max；若d_max大于给定的阈值L(n_i)，则移除该曼哈顿距离最小生成树中的最长边，将线网一分为二，划分成两个新的线网；通过迭代的方式对线网进行划分，直至所有线网的d_max都小于L(n_i)；L(n_i)的计算方式如下：

L(n_i)＝(W+H)/(η×v_p)

其中，W和H为布线空间边界的宽和高；v_p为压力在控制通道中的传播速度；η为权重因子。

在本发明一实施例中，步骤(2)具体实现如下：