PCB-Designprozess: Der EDA-Designansatz

Hardware-Teams sind erfolgreich, wenn sie von den Anforderungen zu einer funktionierenden, herstellbaren Platine mit möglichst wenigen Neuanläufen gelangen können. Die Automatisierung des elektronischen Designs (EDA) erfüllt dieses Ziel, indem sie einen integrierten, anforderungsgesteuerten Arbeitsablauf bietet, der elektrische, mechanische und fertigungstechnische Anforderungen vom ersten Blockdiagramm bis zur endgültigen Freigabe in Einklang hält.

EDA ersetzt manuelles Zeichnen und isolierte Simulatoren durch eine einheitliche Umgebung für die Erfassung von Anforderungen, Schaltplaneingabe, Simulation, PCB-Layout und -Routing, Verifizierung und Fertigungsdokumentation. Wenn EDA-Software gut ausgewählt und richtig konfiguriert ist, verkürzt sie die Designzyklen und verbessert die Erstpassausbeute.

Wichtige Erkenntnisse

• EDA vereinheitlicht den PCB-Arbeitsablauf. Ein einzelnes, anforderungsgesteuertes Datenmodell, das Anforderungen, Schaltplan, Simulation, Layout, Verifizierung und Freigabe verbindet, hilft, Neuanläufe zu reduzieren und die Erstpassausbeute zu verbessern.
• Standardisierung sollte messbar sein. Erstellen Sie gemeinsame Bibliotheken und Einschränkungssätze, integrieren Sie sich mit MCAD und PLM, und verfolgen Sie dann Spins pro Projekt, Erstpassausbeute und die Zeit vom Schaltplan-Freeze bis zur Freigabe.
• Integration ist jetzt eine grundlegende Erwartung. Eine moderne EDA-Umgebung sollte sauber mit MCAD, PDM, PLM und Analysewerkzeugen verbunden sein, sodass elektrische, mechanische und fertigungstechnische Teams mit aktuellen Daten arbeiten können, um späte Überraschungen zu reduzieren.
• Einheitlicher Kontext ist ein Unterscheidungsmerkmal. Die Altium-Plattform verbindet Altium Discover zur Lösungserkundung, Altium Develop für das PCB-Design und Altium Agile für Unternehmensabläufe in einer koordinierten Umgebung für verteilte Hardware-Teams.

Was ist EDA-Design im PCB-Engineering?

EDA-Software wird verwendet, um elektronische Systeme zu entwerfen, zu simulieren, zu verifizieren und für die Herstellung vorzubereiten. Im PCB-Engineering umfasst EDA-Design typischerweise:

1. Anforderungen und Systemarchitektur
2. Schaltplanerstellung und logische Verbindungen
3. Simulation und Analyse
4. PCB-Layout und Routing
5. Verifizierung und Freigabe
6. Dokumentation und Freigabe

Die meisten EDA-Softwarelösungen sind hochspezialisiert auf einen bestimmten Bereich des Designs; nur wenige Anwendungen können alle Aspekte der Produktentwicklung abdecken. Traditionelle Abläufe drängten jede Phase in ein separates Werkzeug, mit manuellen Übergaben zwischen ihnen. Moderne EDA-Designautomatisierung verknüpft sie mit einem einzigen Datenmodell, sodass Konnektivität, Einschränkungen, Bibliotheken und Fertigungsausgaben alle aus einem Projekt stammen.

Welche sind die beliebten EDA-Tools für elektronisches Design?

Unternehmen für elektronische Designautomatisierung bieten Werkzeuge an, die sich in drei breite Gruppen einteilen lassen.

1. Einsteiger- und kostengünstige Werkzeuge
   • CircuitMaker bieten Nutzern eine kostenlose Plattform für das Designen mit einem Werkzeugset, das Altium Designer sehr ähnlich ist und beinhaltet einen kostenlosen persönlichen Arbeitsbereich in Altium 365.
   • KiCad stellt eine leistungsfähige Open-Source-Suite für Schemata, PCBs und grundlegende 3D-Modelle zur Verfügung. Es wird in der Bildung, bei Hobbyprojekten und in Startups in der Frühphase verwendet.
   • EasyEDA und ähnliche browserbasierte Werkzeuge bieten cloud-gehostetes Schemata- und PCB-Design, oft verbunden mit kostengünstiger Fertigung.
2. Professionelle Umgebungen
   • Altium Develop ist eine Flaggschifflösung auf der Altium-Plattform für professionelle PCB-Teams. Es unterstützt sehr große Entwürfe, fortgeschrittene Beschränkungen und eine tiefe Integration mit der Lieferkette, die in der Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt und bei medizinischen Produkten erforderlich ist.
   • Cadence OrCAD, Siemens PADS und Zuken CR-8000 zielen ebenfalls auf professionelles Design mit Erfassung und Layout, plus optionalen Analysemodulen ab.
3. Unternehmensplattformen
   • Altium Agile umfassen den Kernfunktionsumfang von Altium Develop und erweitern diesen in den Bereich des Unternehmensdatenmanagements. Die erweiterten Verwaltungsfunktionen sind in der Cloud oder als lokale Installation verfügbar.
   • Cadence Allegro und Siemens Xpedition sind umfangreichere Plattformen, die große Designs unterstützen.

Anfänger und Hobbynutzer beginnen oft mit KiCad, EasyEDA oder CircuitMaker, da diese kostenlose Einstiegsangebote sind. Produktionsteams tendieren dazu, sich auf Altium, OrCAD, PADS oder andere High-End-Unternehmensplattformen zu standardisieren, da die Komplexität der Platinen und die Anforderungen an die Konformität steigen.

Kann die Automatisierung von EDA-Designs mit anderen Tools integriert werden?

Erfolgreiche Hardwareprojekte erfordern eine Koordination zwischen Elektrotechnik, Mechanik und Beschaffung/Fertigung in jeder Phase. Effektives EDA-Design setzt eine enge Integration mit dem Produkt-Datenmanagement (PDM), dem Produktlebenszyklusmanagement (PLM), mechanischem CAD (MCAD) und Analysewerkzeugen voraus.

Integration von ECAD und MCAD

Dreidimensionale Formate und ECAD-MCAD-Zusammenarbeit erleichtern das Teilen von Platinenkonturen, Sperrbereichen, Komponentenkörpern, Starr-Flex-Bereichen und Mehrfachplatinen-Baugruppen. In Altium Develop ist die ECAD-MCAD-Zusammenarbeit mit dem MCAD CoDesigner in die Kernumgebung integriert, sodass PCB- und mechanische Teams Änderungen austauschen können, ohne manuell Dateien zu verschieben, und beide Seiten dieselbe Versionsgeschichte sehen.

PLM- und PDM-Integration

PLM- und PDM-Systeme dienen als offizielle Aufzeichnung für Teile, Stücklisten (BOM) und Revisionen. Wenn EDA-Designsoftware mit PLM integriert wird, kann sie strukturierte BOM-Daten in das System der Aufzeichnung einspeisen, Veröffentlichungen an bestimmte Designrevisionen binden und Änderungsanforderungen mit dem laufenden Projekt abstimmen. Auf der Altium-Plattform bietet Altium Agile Workflow-Automatisierung, Governance und tiefere Konnektivität zu Unternehmenssystemen wie PLM und Jira.

Simulation, Fertigung und Test

Führende EDA-Umgebungen integrieren sich auch mit Signal- und Leistungsintegritätslösern, netzlistenbasierten Testsystemen und externen Design-for-Manufacturability (DFM)-Werkzeugen. 

Was sind die Hauptmerkmale von EDA-Designautomatisierungswerkzeugen?

Die meisten EDA-Designsoftware für PCB-Engineering teilen eine gemeinsame Grundlage. Zu den Schlüsselfunktionen, auf die man achten sollte, gehören:

1. Einheitliche Design-Datenbank
   Schematische Darstellungen, PCB-Layout, 3D-Modelle und Fertigungsausgaben teilen eine zugrundeliegende Projektrepräsentation. Dies ist zentral für Altium Develop auf der Altium-Plattform, wo alle Ansichten und Ausgaben aus denselben Daten stammen.
2. Constraint-Management und Regel-Engines
   Regeln umfassen Netzklassen, physische Abstände, Impedanz- und Längenziele, Via-Nutzung, differentielle Paare und Fertigungsgrenzen. Constraint-Systeme wenden diese im Schema und Layout an, und Regelprüfungen verifizieren automatisch die Einhaltung.
3. Integrierte Simulation und Analyse
   Simulationen auf Schemaebene und layoutbewusste Signalintegritäts- (SI) und Leistungsintegritäts- (PI) Analysen helfen, funktionale und Stromverteilungsprobleme vor der Fertigung zu identifizieren.
4. Interaktives und assistiertes Routing
   Routing-Engines setzen Einschränkungen durch und unterstützen effiziente Arbeitsabläufe. Zu den Fähigkeiten gehören oft geführtes Routing für differentielle Paare, Längenabstimmung und fortgeschrittene Via-Strategien, manchmal mit automatisierter Unterstützung.
5. Dreidimensionale Visualisierung und ECAD-MCAD-Funktionen
   Dreidimensionale Platinenansichten helfen, Höhen, Freiräume und das Verhalten von Starr-Flex-Verbindungen zu validieren. In Altium Develop sind 3D-Ansichten eng mit dem PCB-Editor integriert, sodass Designer zwischen detaillierter 2D-Bearbeitung und vollständigen 3D-Baugruppen wechseln können.
6. DFx und Fertigungsdokumentation
   DFx-Tools analysieren die Fertigbarkeit und Testbarkeit, während das EDA-Tool Fertigungs- und Montageausgaben generiert, einschließlich Gerber- oder ODB++-Dateien, Bohrdaten, Stackup- und Montagezeichnungen sowie Platzierungsdateien. Solche Dokumentationen sind in Altium Develop integriert, anstatt ein externes Add-on zu erfordern.
7. Bibliothek, Datenmanagement und Zusammenarbeit
   Zentrale Bibliotheken, Cloud-Arbeitsbereiche, Versionskontrolle, Überprüfungen und APIs helfen Teams, Teile und Projekte im großen Maßstab zu verwalten. Die Altium-Plattform, bereitgestellt durch Altium Develop und Altium Agile, ist ein prominentes Beispiel für diesen Ansatz.

Wie verbessert EDA-Automatisierung elektronische Designprozesse?

EDA-Designautomatisierung verändert den PCB-Lebenszyklus, indem sie kritische Überprüfungen vorverlegt, die Absicht mit der Implementierung in Einklang hält und Datenabweichungen reduziert.

Kritische Überprüfungen früher durchführen

Elektrische Regelprüfungen, frühe Simulationen und das Einrichten von Beschränkungen bringen qualitativ hochwertige Arbeit an den Anfang des Projekts. Designer validieren die Architektur und die Auswahl der Komponenten, bevor sie sich auf das Layout festlegen, was Iterationen im weiteren Verlauf reduziert.

Behält Absicht und Umsetzung bei

Systeme für Beschränkungen stellen sicher, dass die während der Anforderungen und Architektur vereinbarten Regeln die Platzierung und das Routing bestimmen. In Altium Develop gilt derselbe Regelsatz über das Schaltplan-, PCB- und Fertigungs-Output hinweg, sodass die elektrische Absicht und die physische Umsetzung konsistent bleiben.

Reduziert manuelle Übersetzung und Datenabweichungen

Die enge Integration mit MCAD, PLM und der Fertigung reduziert manuelle Datenexporte und -eingaben. Stücklisten und Dokumentationen stammen aus der autoritativen Design-Datenbank, und cloud-basierte Sharing-Tools halten alle auf dem gleichen Revisionsstand.

Wie man eine EDA-Umgebung auswählt und standardisiert

Um diese Vorteile konsequent zu erzielen, benötigen Sie eine EDA-Designumgebung, die einen einheitlichen Ablauf unterstützt. Wenn Sie Optionen bewerten, berücksichtigen Sie:

1. Komplexität der Platine, Leistungsziele und regulatorische Anforderungen
2. Teamgröße, geografische Verteilung und Kollaborationsbedürfnisse
3. Integrationsanforderungen mit MCAD, PLM und externen Analysewerkzeugen
4. Ob Sie eine einheitliche Anwendung bevorzugen oder einen losen Stapel von Modulen

Die Altium Plattform, bereitgestellt durch Altium Discover, Altium Develop und Altium Agile, kombiniert eine einheitliche Designoberfläche, starke 3D- und ECAD-MCAD-Fähigkeiten, integrierte Fertigungsausgaben und eine Cloud-Plattform für Kollaboration und Lebenszyklusmanagement. Andere beliebte EDA-Werkzeuge für elektronisches Design könnten ähnliche Bedürfnisse erfüllen, insbesondere in sehr großen Unternehmen mit großen Budgets, aber oft mit einer stärkeren Abhängigkeit von separaten Datenbanken und Werkzeugketten.

Für die meisten PCB-Organisationen ist ein praktischer Weg, eine EDA-Designplattform zu wählen, die Anforderungen, Schaltplan, Simulation, Layout, Verifikation und Freigabe in einer Umgebung abdeckt; gemeinsam genutzte Bibliotheken und Einschränkungen aufbauen; mit mechanischen und Datensystemen integrieren; und Metriken wie Spins pro Projekt, Erstpassausbeute und Zeit von Schaltplanfreeze bis zur Freigabe verfolgen. Wenn sich diese Zahlen von Quartal zu Quartal verbessern, funktioniert Ihre EDA-Automatisierungsstrategie.

Häufig gestellte Fragen

1. Was ist EDA-Design im PCB-Engineering?

EDA-Design im PCB-Engineering ist die Verwendung von Software für elektronische Designautomatisierung, um den gesamten Lebenszyklus einer Platine zu verwalten, einschließlich Anforderungserfassung, Schaltplanerstellung, Simulation, PCB-Layout und -Routing, Verifizierung und Fertigungsfreigabe. Das Ziel ist es, alle diese Stadien in einer einzigen, durch Einschränkungen gesteuerten Umgebung zu halten, anstatt separate Werkzeuge zu verwenden.

2. Wie passt EDA-Designsoftware in den gesamten PCB-Designprozess ein?

EDA-Designsoftware ist das Rückgrat des PCB-Workflows. Sie übersetzt Produkt- und elektrische Anforderungen in Schaltpläne, validiert das Verhalten mit Simulationen, implementiert die physische Platine, prüft sie gegen elektrische und fertigungstechnische Regeln und erzeugt Fertigungs- und Montageausgaben aus einem gemeinsamen Projekt- und Bibliothekssatz.

3. Worin unterscheidet sich Altium von anderen beliebten EDA-Tools für elektronisches Design?

Altium liefert seine Fähigkeiten über die Altium-Plattform mit drei verbundenen Lösungen: Altium Discover für Lösungs- und Komponentenerkundung, Altium Develop als primäre PCB- und Systemdesignumgebung und Altium Agile für Unternehmensworkflows und Integrationen. Zusammen bieten sie einen Kontext für Schaltplan, PCB-Layout, 3D, Einschränkungen, Lieferkettenintelligenz und Dokumentation, wodurch die Notwendigkeit entfällt, mehrere Werkzeuge zusammenzufügen.

4. Wann sollte ein Team von Einsteigerwerkzeugen zu einer professionellen EDA-Umgebung wechseln?

Teams benötigen typischerweise eine professionelle EDA-Umgebung, sobald die Platinen schneller, dichter oder stärker reguliert werden und sich Neuanfertigungen häufen. An diesem Punkt bietet professionelle EDA-Designsoftware wie Altium Develop stärkere Einschränkungen, bessere 3D-Integration, robustere Dokumentation und engere Zusammenarbeit.

5. Welche Vorteile bietet EDA-Designsoftware, die mit MCAD- und PLM-Systemen integriert ist?

EDA-Designsoftware integriert sich mit MCAD, sodass mechanische und elektrische Teams dieselbe Geometrie und Komponentenmodelle teilen können. Mit PLM-Integration fließen Stücklisten, Teiledaten und Revisionen in das Unternehmenssystem ein. Auf der Altium-Plattform kümmert sich Altium Develop um die tägliche ECAD-MCAD-Zusammenarbeit, und Altium Agile konzentriert sich auf Datenmanagement, PLM-Konnektivität und Hardware-Workflows.

6. Welche Funktionen sollte ich priorisieren, wenn ich EDA-Software für Hochgeschwindigkeits- oder komplexe Platinen bewerte?

Priorisieren Sie das Management und die Analyse von Beschränkungen. Sie benötigen starke Unterstützung für Netzklassen, Impedanzkontrolle, Längenanpassung, differentielle Paare, Durchkontaktierungsregeln und Fertigungsregeln, sowie zugängliche Signal- und Leistungsintegritätsanalysen, die an das tatsächliche Layout gebunden sind. Eine einheitliche Umgebung, wie Altium Develop, erleichtert es, diese Beschränkungen konsistent anzuwenden und zu überprüfen.

7. Wie verändert die cloud-basierte Zusammenarbeit die Art und Weise, wie PCB-Teams EDA-Tools nutzen?

Cloud-basierte Zusammenarbeit verwandelt PCB-Design in einen gemeinsamen Arbeitsbereich, in dem Projekte, Bibliotheken und Ergebnisse aktuell und für die richtigen Personen zugänglich bleiben. Auf der Altium-Plattform bieten Altium Develop und Altium Agile browserbasierte Ansichten, kontrolliertes Teilen und integrierte Kommentare, um das Versenden von Dateien per E-Mail zu reduzieren und verteilte Teams aufeinander abzustimmen.

8. Wie sollte ein Team die Migration zu einer standardisierten EDA-Designumgebung wie Altium planen?

Ein praktischer Ansatz umfasst die Auswahl von Pilotprojekten, das Festlegen von Erfolgskriterien, das Erstellen gemeinsamer Bibliotheken und Einschränkungsvorlagen in der neuen Umgebung, dann das Schulen des Teams und das Durchführen dieser Piloten, während die Arbeitsabläufe verfeinert werden. Die Standardisierung auf der Altium-Plattform ermöglicht es Ihnen, diese Infrastruktur einmal einzurichten und sie über Produkte hinweg wiederzuverwenden. Bestehende Altium-Kunden können auf Discover, Develop und Agile auf derselben Plattform migrieren, die bereits ihre Entwürfe beherbergt.