SpaceX und andere fortschrittliche Technologien erfordern Multiboard-PCB-Innovationen

Als ich in der Mittelschule war, liebte ich es, Modellraketen zu bauen und fliegen zu lassen. Wir hatten in der Schule einen Raketenclub, und mal abgesehen von den vielen Raketen, mit denen ich die Bäume übersät habe, hatten wir eine Menge Spaß. Es war immer sicher, dass die gestarteten Raketen abheben würden. Niemand wusste allerdings genau, wo sie landen würden. Mit ihren Fallschirmen (vorausgesetzt, dass diese tatsächlich wie vorgesehen aufgingen) konnten sie überall landen.

Vor kurzem erlebte ich, wie die beiden seitlichen Booster-Raketen der Falcon Heavy von SpaceX aus eigener Kraft perfekte gleichzeitige Landungen hinlegten. Diese Booster hingen nicht an Fallschirmen in der Hoffnung, sie würden schon irgendwo in der Nähe ihrer Landezone herunterkommen. Stattdessen nutzten sie ihren verbleibenden Treibstoff, um genau an dem für sie programmierten Ort zu landen. Damit war die Lektion, die ich als Mittelschüler gelernt hatte, ungültig: Man kann heute vorhersagen, wo die Raketen herunterkommen.

Seit Jahren entwerfe ich nun schon Leiterplatten – immer schön eine nach der anderen. Dies war der einzige Weg, denn das Design von Multiboard-Systemen überstieg die Fähigkeiten unserer CAD-Systeme. Dies hat sich mittlerweile allerdings geändert.

Mit der Weiterentwicklung der Technologie muss sich auch unsere Designmethodik ändern, damit wir mithalten können. Wir haben inzwischen die Möglichkeit, innerhalb eines Projekts mehrere Leiterplatten zu entwerfen, um ein Design auf Systemebene zu bekommen. Im Gegensatz zum Entwurf einzelner Leiterplatten bringt dies erhebliche Vorteile mit sich. Dieses Design auf Systemebene ist entscheidend, wenn wir die neuesten technologischen Fortschritte in der Art der Falcon Heavy und anderer Luft- und Raumfahrtanwendungen mitgestalten.

Mehr als eine Leiterplatte: Multiboard-PCB-Innovationen

Beim PCB-Design war es stets üblich, die Leiterplatten nacheinander zu entwerfen. Diese Designs waren zwar oft Bestandteil von Multiboard-Systemen, aber aufgrund der eingeschränkten Fähigkeiten unserer PCB-CAD-Werkzeuge hatten wir immer nur Einblick in das Design, an dem wir gerade arbeiteten. Obwohl wir wussten, dass noch andere Designs hinzukamen, konnten wir sie nicht sehen und mussten uns auf Informationen aus anderen Quellen stützen, um unsere Arbeit auf das übrige System abzustimmen.

Die Mechanik-Entwickler gaben uns Leiterplattenumrisse mit Sperrflächen vor, um eventuelle Konflikte bei der Platzierung zu vermeiden. Auf diese Weise erfuhren wir, wo wir keine Bauteile mit mehr als einer bestimmten Höhe anordnen durften und welche Bereiche wir ganz freizuhalten hatten. Genauso führten dann die Elektronik-Entwickler die Netzbezeichnungen aus verschiedenen Designs zusammen, und aus den Schaltplänen ging hervor, welche Steckverbinder der Designs zusammengehörten.

Die Herausforderungen beim Entwurf mehrerer Leiterplatten für ein System

Die Informationen der Mechanik- und Elektronik-Ingenieure haben uns sehr dabei geholfen, eine einzige Platine zu entwerfen, die mit den übrigen Platinen des Systems zusammenarbeitete. Der Nachteil war natürlich, dass diese Anweisungen noch ein wenig vage waren. Es war so, als würde man eine Straße entlangfahren und auf ein „Achtung“-Zeichen stoßen. Worauf aber soll man achten? Wir brauchten mehr Details, um das Design zu vervollständigen.

Nehmen Sie zum Beispiel die Steckverbinder. Es ist einfach, einen Steckverbinder an einer bestimmten Stelle zu platzieren, aber ohne die Möglichkeit, ihn in Bezug darauf zu betrachten, womit er verbunden wird, fehlen Ihnen möglicherweise wichtige Designdetails, die zur Konkretisierung beitragen könnten. Ist der Steckverbinder optimal platziert? Führt das angeschlossene Kabel wie vorgesehen heraus? Kann es zu unvorhergesehenen Schwierigkeiten bei der ihn umgebenden Platzierung führen, wenn das Kabel eingesteckt ist?

Ein weiterer Bereich des Designs, der eine Herausforderung darstellte, war der Entwurf der Schaltung. Beim PCB-Design geht es immer wieder darum, durch Platzierung und Routing eine gute Verbindung zwischen den Leiterplatten zu schaffen. Es ist jedoch schwieriger, die Konnektivität zwischen den Leiterplatten herzustellen, wenn man nicht gleichzeitig mit mehreren Designs arbeiten kann. Was für eine einzelne Leiterplatte wie ein großartiger Platzierungs- und Routingplan aussieht, kann sich aus der Perspektive des Multiboard-Systems ganz anders darstellen.

Wie Designtools bei Multiboard-PCB-Innovationen helfen können

Glücklicherweise gibt es heute PCB-Designtools, mit denen Sie aus der System-Perspektive entwerfen können. Indem Sie auf Projektebene beginnen, können Sie die einzelnen PCB-Designs für alle Ihre Platinen im System festlegen. Das gibt Ihnen die Möglichkeit, die über die einzelnen Designs hinausgehenden Netzbezeichnungen anzugeben, sodass Sie mit konsistenten Benennungen zwischen den Designs arbeiten können.

Auf der Layout-Seite können Sie entweder Designs einzeln bearbeiten oder auf Projektebene arbeiten, indem Sie die Designs so zusammenführen, wie sie im fertigen System erscheinen. Dadurch können Sie die Platzierung Ihrer Bauteile an die Anforderungen des realen Systems anpassen, anstatt nur auf Sperrflächen angewiesen zu sein.

Multiboard-PCB-Designsysteme wie diese können darüber entscheiden, ob Sie im Blindflug entwerfen oder tatsächlich auf Systemebene arbeiten können. Wenn Sie in einer nativen 3D-Umgebung im Multiboard-PCB-Designsystem entwerfen, können Sie Platzierungskonflikte sehen und in Echtzeit Korrekturen zum Lösen von Problemen vornehmen.

Eine PCB-Designsoftware wie Altium Designer kann sowohl durch die Möglichkeit des Entwerfens auf Systemebene als auch durch das Arbeiten in einer 3D-Umgebung entscheidend für Ihren Designerfolg sein. Sie sehen, wie alle Systemplatinen in Ihrem Projekt miteinander funktionieren und können bei Bedarf Designänderungen zum Lösen von Konflikten in den Layouts vornehmen.

Möchten Sie mehr darüber erfahren, wie Altium Ihnen bei Ihrem nächsten Design auf Systemebene helfen kann? Dann sprechen Sie mit einem Experten bei Altium.