Agile Hardwareentwicklung: Verifizierung von PCB-Designregeln in der agilen Entwicklung

Zachariah Peterson
|  Created: August 12, 2019  |  Updated: August 21, 2020

Agile development graphic

Agile Hardwareentwicklung stützt sich auf einen einzigartigen Arbeitsablauf, der von der Verifizierung der PCB-Designregeln profitieren kann

Früher dachte ich, dass agile Entwicklung nur eine Software-Entwicklungsmethodik mit spezifischen Regeln und Prozessen sei. Die Hardware-Designprozesse scheinen von außen betrachtet starr zu sein, jedoch ist jeder Designprozess der agilen Hardwareentwicklung so konzipiert, dass sich das Team während des Produktentwicklungszyklus an Veränderungen anpassen kann. Tatsächlich lassen sich die zentralen Ideen der agilen Entwicklung auf jeden Geschäftsprozess anwenden, bei dem es mögliche Änderungen gibt, und hierzu gehört auch das Hardware-Design.

Bei korrekter Implementierung kann ein agiler Entwicklungs-Workflow dazu beitragen, unnötige Redesigns zu vermeiden und sicherstellen, dass die Funktionalität eines Produkts eng auf die Bedürfnisse des Kunden abgestimmt ist. Innerhalb des Elektronik- und Hardware-Designs basieren die agilen Methoden auf der Verifizierung der PCB-Designregeln während des Produktentwicklungsprozesses. Dies hilft einem Designteam dabei, Designanforderungen schnell zu validieren und bei jedem Sprint Design-Änderungen vorzuschlagen.

Ein regelgesteuerter, agiler Workflow

Agile Workflows sind so konzipiert, dass sie sich während des gesamten Designprozesses an Veränderungen anpassen. Die Dokumentationsphase zu Beginn jeder agilen Entwicklungsmethode bietet Designern die Möglichkeit, wichtige Designregeln und Einschränkungen vor Beginn des Designs zu definieren und in Ihre Designsoftware zu kodieren. Diese Designregeln können den Industriestandards für spezielle Anwendung entsprechen oder über diese Standardregeln hinausgehen, um die Leistung und Zuverlässigkeit Ihres Produkts weiter zu verbessern.

Die Regeln und Einschränkungen in Ihren Design-Tools helfen Ihnen sicherzustellen, dass Ihr Schaltplanentwurf und Ihr PCB-Layout den Anforderungen Ihrer Leiterplatte entsprechen. Einige Design-Softwarepakete ermöglichen die Prüfung von Regeln und Einschränkungen nur stapelweise und daher erfordern die meisten Designprozesse und Designregelprüfungen an bestimmten Punkten während des Prozesses. Als Teil eines agilen Workflows ist es am besten, wenn Sie Ihr Design während jedes Design-Sprints auf Ihre Regeln und Einschränkungen überprüfen.

Die besten Designwerkzeuge prüfen Ihr Layout in Echtzeit gegen Designregeln, so dass Sie beim Layout Ihrer Platine Fehler unmittelbar erkennen können. Vereinheitlichte interaktive und auto-interaktive Routing-Tools sind in dieser Hinsicht perfekt, da sie Ihre Routing-Auswahl in Echtzeit gegen Ihre Designregeln prüfen. Sie können Abstandsverletzungen und Längenfehlanpassungs-Verletzungen sofort erkennen und sicherstellen, dass Ihre Leiterbahnen über die gesamte Verbindung hinweg eine konsistente Geometrie beibehalten.

PCB traces and solder balls
Stellen Sie sich vor, Sie überprüfen jede einzelne dieser Leiterbahnen manuell gegen Ihre Designregeln... 

Dieselben Ideen gelten auch für eingebettete Systeme; die Arbeit mit den richtigen Tools für eingebettete Software kann Ihnen dabei helfen, Fehler oder Probleme in Ihrem Code noch vor der agilen Hardwareentwicklung zu identifizieren, indem Sie ihn mit wichtigen Kodierungsstandards (z.B. MISRA und CERT C in TASKING) vergleichen, bevor Sie Ihren Code kompilieren und in einen Prototyp einsetzen.

Überwinden Sie mit Simulationen die Grenzen der Verifizierung von PCB-Designregeln 

Obwohl Designregeln wichtig sind, um sicherzustellen, dass Ihr Design herstellbar ist und wichtige Designstandards erfüllt, garantieren Designregeln nicht die elektrische Leistung Ihres Systems. Nur weil Ihr Design grundlegenden Industrienormen und Fertigungsrichtlinien entspricht, bedeutet dies nicht, dass es die von Ihnen geforderte elektrische Leistung erbringen wird. Hier können Simulationen an verschiedenen Punkten während des Designs helfen, Layout- oder Bauteiländerungen zu identifizieren, die die Signalintegrität in Ihrem Design verbessern können.

Bevor mit einem neuen Design begonnen wird, werden normalerweise Simulationen wichtiger Schaltungen in SPICE oder einem anderen Schaltungssimulator durchgeführt. Dies ist hilfreich, um Designanforderungen zu validieren und Änderungen vor Beginn des Schaltplanentwurfs und des Layouts vorzuschlagen. Nach der Validierung schreibt ein linearer Designprozess normalerweise vor, dass Simulationen an bestimmten Punkten durchgeführt werden (normalerweise nach Abschluss des Designs). Dies ist zum Teil darauf zurückzuführen, dass viele Simulatoren außerhalb der Designsoftware selbst existieren, und das Aufrufen mehrerer Simulationen während der Designphase einfach zu viel Zeit in Anspruch nehmen würde.

Mit einer integrierten Designsoftware können Sie Simulationen Ihres Schaltplans und Ihres PCB-Layouts sofort durchführen, ohne Ihr Design in ein externes Programm zu exportieren. Dies macht integrierte Software zur idealen Wahl für agiles Design, da Sie mit der Durchführung von Simulationen nicht warten müssen, bis Ihr Layout abgeschlossen ist. Wenn Ihre Simulations-Tools in Ihre Designsoftware integriert sind, können Sie Signalintegritätsprobleme während aufeinanderfolgender Design-Sprints in einem agilen Workflow schnell diagnostizieren.

Electrical simulation
Nur eine von vielen elektrischen Simulationen, die Sie in einem agilen Designprozess durchführen können

Anpassung an Änderungen im PCB-Design

Die Ergebnisse von Simulationen informieren über zwei Aspekte der Designmodifikation: den Austausch von Bauteilen und die Änderung Ihres Layouts. Wenn Sie Simulationen Ihres Geräts auf Schaltplan- und Bauteilebene durchführen, können Sie feststellen, ob die von Ihnen gewählten Bauteile die in Ihren Designanforderungen spezifizierte elektrische Leistung erbringen. Sie können dann bei Bedarf Bauteile austauschen oder Ihren elektronischen Schaltplan modifizieren, um Probleme mit der Signalintegrität zu lösen.

Selbst nachdem ein Schaltplan auf der Grundlage von Simulationsergebnissen korrigiert wurde, können Sie ohne die Überprüfung der PCB-Designregeln Ihres Layouts noch immer keine Leistung garantieren. Simulationen Ihres Layouts sind zudem von entscheidender Bedeutung, da sie Ihnen helfen können, Layoutentscheidungen zu identifizieren, die zu Übersprechen, EMI-Anfälligkeit und anderen Signalintegritätsproblemen beitragen. Als Teil eines agilen Workflows können Sie auf diese Weise spezifische Layout-Änderungen identifizieren und diese bei dem nächsten Design-Sprint schnell angehen. Dies ist besser, als zu warten, bis Ihr Design vollständig fertiggestellt ist, wie es normalerweise in einem linearen Designprozess geschieht. In diesem Fall sind Layout-Änderungen oft umfangreich und zeitaufwendig, und diese Situation kann mit der agilen Hardwareentwicklung vermieden werden.

Die regelgesteuerte Design-Engine in Altium Designer® kann jetzt in die Datenmanagement-Funktionen von Altium Concord Pro integriert werden, wodurch Designern ein komplettes Tool-Set für die agile Software- und Hardwareentwicklung zur Verfügung steht. Die Funktionen zur Verifizierung von PCB-Designregeln in Altium Designer sind in die Standard-Designfunktionen integriert, so dass sie sich perfekt in jeden agilen Entwicklungs-Workflow einfügen.

Mit dem neuen Altium 365 steht außerdem eine ECAD-Platform zur Verfügung, mit der Sie eine noch bessere Kommunikation gewährleisten können, und zwar von überall aus.

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About Author

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Zachariah Peterson verfügt über einen umfassenden technischen Hintergrund in Wissenschaft und Industrie. Vor seiner Tätigkeit in der Leiterplattenindustrie unterrichtete er an der Portland State University. Er leitete seinen Physik M.S. Forschung zu chemisorptiven Gassensoren und sein Ph.D. Forschung zu Theorie und Stabilität von Zufallslasern. Sein Hintergrund in der wissenschaftlichen Forschung umfasst Themen wie Nanopartikellaser, elektronische und optoelektronische Halbleiterbauelemente, Umweltsysteme und Finanzanalysen. Seine Arbeiten wurden in mehreren Fachzeitschriften und Konferenzberichten veröffentlicht und er hat Hunderte von technischen Blogs zum Thema PCB-Design für eine Reihe von Unternehmen verfasst. Zachariah arbeitet mit anderen Unternehmen der Leiterplattenindustrie zusammen und bietet Design- und Forschungsdienstleistungen an. Er ist Mitglied der IEEE Photonics Society und der American Physical Society.

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