Die besten Tools für das Design von Multi-Board PCB-Systemen

Man sagt, dass die Zeit nur so dahinfliegt, wenn man Spaß hat. Vielleicht habe ich deshalb das Gefühl, dass die Zeit kriecht, wenn ich ein Gerät mit mehreren PCBs konstruiere. Dabei kann schon das Design einer einzigen Leiterplatte zu einer qualvollen Aufgabe werden: Unterbindung elektromagnetischer Störungen, korrekte Masseverbindungen, Milderung statischer Entladungen und das Optimieren Ihres Routings. Ein System aus mehreren PCBs zu entwerfen, die physisch und elektrisch zusammenpassen sollen, artet manchmal in Stumpfsinn aus. Zum Glück gibt es demnächst Tools, die das Entwerfen von Multi-Board-Systemen mehr zu einer Freude als zu einer Strafe machen. Es gibt drei Arten von Funktionen, die beim PCB-Design im Allgemeinen helfen, aber für Multi-Board-PCBs besonders nützlich sind: Verbindung zwischen mehreren Leiterplatten, MCAD-Integration und modulare Organisation. Das Überprüfen von Regeln über mehrere Leiterplatten hinweg kann ein Albtraum sein oder sogar zu unbrauchbaren Platinen führen. Dieses Tool vereinfacht das Nachverfolgen von Verbindungen auf den verschiedenen Leiterplatten und kann Sie unterstützen, wenn in letzter Minute Änderungen notwendig sind. Interaktive Modelle erleichtern das Überprüfen der Abstände und stellen sicher, dass alles zusammen und auch in das Gehäuse passt. Schließlich unterstützt Sie die modulare Organisation beim Erstellen neuer Schaltungen unter Verwendung von Leiterplatten oder Steckverbindern, die Sie in der Vergangenheit bereits entwickelt haben.

MCAD-Integration

Ein in Ihr Programm integriertes Tool für die 3D-Modellierung mag nicht besonders spektakulär erscheinen, aber es kann in Ihrem Designprozess viel bewirken. Die Verwendung von MCAD zur Modellierung Ihrer PCBs kann verhindern, dass Sie kostspielige Fehler machen. Sie können Ihre Leiterplatten dann auch beruhigter für die Herstellung eines Prototyps oder für die Serienproduktion freigeben. Wenn nicht etwa ein Maschinenbau-Ingenieur irgendwo sonst, sondern Sie dieses Tool in Händen haben, wird es Ihre Art, Leiterplatten zu entwerfen, grundlegend revolutionieren. Sehen wir uns an, wie es das schafft:

3D-Abstandsprüfung

Haben Sie schon einmal eine Leiterplatte entworfen und dann gemerkt, dass der teure Prototyp oder vielleicht sogar ein Produktionslauf nicht in das Gehäuse passt? Mir ist so etwas einmal passiert, als ich in letzter Sekunde einen Elektrolytkondensator zu einem Design hinzufügte, bevor ich den Prototyp fertigen ließ. Es stellte sich heraus, dass meine Abstandsberechnungen ein klein wenig daneben lagen. Also musste ich den für die Mechanik zuständigen Leuten die Designs zum Modellieren und Überprüfen schicken, und dann erneut zurück zur Modellerstellung. Stellen Sie sich vor, Sie würden einen solchen Fehler bei einem Produktionslauf machen – erklären Sie das einmal Ihrem Chef! Bei der Abstandsprüfung steht viel auf dem Spiel, besonders wenn Sie es mit mehreren PCBs zu tun haben. Alles muss zusammenpassen, wie bei einem sehr teuren 3D-Puzzle. Und dann muss alles auch noch in ein spezifisches Gehäuse passen, das möglicherweise von Kollegen in Ihrem Unternehmen entworfen wurde. Ich halte mich selbst für einen guten Designer, aber selbst ich mache Fehler, die ohne ein 3D-Modell meines Designs schwer zu erkennen sind.

Modellierung auf Knopfdruck

Mittlerweile benutzen wir meist Computermodelle unserer Leiterplatten, aber oftmals erstellen nicht wir diese Modelle, sondern die für die Mechanik zuständigen Ingenieure. Wie wäre es, wenn Sie selbst diese Modelle erstellen und die Abstandsprüfung durchführen könnten, ohne immer wieder Änderungen an jemand anderen zu schicken? Ich sage nicht, dass Sie den Umgang mit einem eigenständigen MCAD-Programm erlernen und die Arbeit buchstäblich selbst machen sollen. Vielmehr soll Ihre PCB-Designsoftware diese Arbeit für Sie erledigen. Genau dies leistet ein großartiges, gut integriertes MCAD-Tool. Sie haben damit jetzt Tools zu Ihrer Verfügung, mit denen Sie 3D-Modelle sowohl von einzelnen Bauteilen als auch von Ihrer vollständig bestückten Leiterplatte erstellen können. Die besten Lösungen erlauben es Ihnen außerdem, ein 3D-Modell Ihres Gehäuses zu importieren und damit sogar eine Abstandsprüfung durchzuführen. Mit solchen Funktion können Sie mit MCAD arbeiten, ohne auf einen Mittelsmann angewiesen zu sein. Wollen Sie überprüfen, ob ein Elektrolytkondensator passt? Ein paar Klicks nur, und Sie werden es sehen.

Überprüfung elektrischer Regeln über mehrere Leiterplatten

Das Überprüfen elektrischer Regeln ist normalerweise kein großer Aufwand, da Ihre Software das auf der Leiterplatten-Ebene für Sie erledigt. Dagegen kann es fast unmöglich sein, Verbindungen über mehrere Leiterplatten zu verfolgen. Es gibt sehr wenige Programme, die ein komplettes System als Ganzes überprüfen können, um sicherzustellen, dass alles elektrisch und mechanisch zusammenpasst. Tools dieser Art unterstützen Sie schon beim Design dabei, jederzeit alles am richtigen Platz zu haben, da Sie die Regelüberprüfungen auch über mehrere Leiterplatten hinweg durchführen können. Die Tools können Sie auch bei einem Neuentwurf sehr unterstützen, wenn eine Änderung am Gehäuse oder ein anderer externer Faktor Sie dazu zwingt, entscheidende Änderungen an den Verbindungen auf Ihren PCBs vorzunehmen.

Fehlerüberprüfung während der Entwicklung

Es gibt nichts Mühsameres, als ein Netz durch Ihr System nachzuverfolgen, von einer Leiterplatte zur anderen, um sicherzustellen, dass es die richtigen Verbindungen herstellt. Ich fühle mich dabei wie ein Hund, der seinen eigenen Schwanz jagt. Ich arbeite mich voran, bis ich einen Fehler finde, behebe ihn und beginne dann mit dem Nachverfolgen wieder von vorn. Eine gute Designsoftware für Multi-Board PCB-Systeme wird Ihnen nicht nur helfen, Verbindungen durch Ihr System zu verfolgen, sondern Sie auch automatisch benachrichtigen, sobald etwas nicht ganz in Ordnung ist. Sie müssen es von Anfang an wissen, falls eine Ihrer Routen in einer Sackgasse endet, und nicht erst dann, wenn Sie gegen Ende des Designprozesses alles überprüfen.

Eindämmung elektromagnetischer Störungen

Ihre Software sollte es Ihnen auch ermöglichen, Ihre Netze hervorzuheben, damit Sie deutlich erkennen können, wohin sie alle führen. Solche Funktionen sind besonders hilfreich beim Umgang mit elektromagnetischen Störungen. Die FCC-Zertifizierung kann problematisch sein, sodass Sie nicht wollen, die Tests auf abgestrahlte oder leitungsgeführte Störaussendungen zweimal durchlaufen zu müssen. Es gibt so viele Interferenzprobleme, die beim Routen von Signalen über mehrere Leiterplatten auftreten können. Sie müssen vorsichtig mit Hochgeschwindigkeits-Leiterbahnen, differentialen Leitungspaaren und den analogen und digitalen Bereichen Ihrer PCBs umgehen. Ebenso ist eine korrekte Masseverbindung wichtig, da Sie wahrscheinlich keine sternförmige Masseverbindung verwenden können und deshalb auf Rückstrompfade durch Ihr gesamtes System achten müssen. Ohne ein Tool, das Ihnen genau zeigt, wie alle Ihre Verbindungen geroutet sind, ist es nahezu unmöglich, alle diese Feinheiten zu beachten.

Redesign leicht gemacht

Das Hervorheben von Netzen ist nicht nur praktisch zum Eindämmen elektromagnetischer Störungen, sondern kann letztendlich auch Ihr Design retten. Ich war an Projekten beteiligt, bei denen ein PCB aufgrund spät notwendig werdender Änderungen an den Spielregeln überarbeitet oder komplett verschrottet werden musste. Manchmal haben Sie keine Kontrolle darüber, wenn ein Mechanik-Ingenieur das Gehäuse optimieren muss und diese Anpassung bedeuten könnte, dass Sie mehrere Pins oder möglicherweise eine Busverbindung versetzen müssen. Ohne ein Tool, das Ihre Netze hervorheben kann, kann dies eine aussichtslose Aufgabe sein. Wenn Ihre Software Ihnen aber zeigen kann, wo jede Leiterbahn verläuft, wird das Unmögliche plötzlich ganz einfach.

Modulare Organisation

Auf den ersten Blick mag diese Funktion Sie nicht so sehr begeistern wie die MCAD-Integration oder das Überprüfen elektrischer Regeln auf Systemebene. Sie werden jedoch feststellen, dass sie bei der Wiederverwendung älterer Designs sehr hilfreich sein kann. Verschwenden Sie keine Zeit mehr damit, die gleiche alte Leiterplatte, das Sie schon tausendmal produziert haben, erneut zu entwerfen. Dieses Tool ermöglicht es Ihnen, die Zeitverschwendung in Ihrem Designprozess erheblich zu reduzieren, und trägt so dazu bei, dass Sie sich auf neue und aufregende Arbeit konzentrieren können.

Standard-Designs

König Salomon hat einmal gesagt, dass es nichts Neues unter der Sonne gibt, und das gilt allmählich auch für PCBs. Wenn Sie in Bereichen wie dem Internet of Things (IoT) arbeiten, kennen Sie bereits viele der verschiedenen Bauteile, die Sie benötigen. Natürlich brauchen Sie ein Modul für WLAN, Bluetooth oder bald vielleicht sogar 5G, damit das Gerät kommunizieren kann. Wenn Sie ein tragbares Gerät entwerfen und es für den Benutzer bequem gestalten möchten, werden Sie hoffentlich einen Mikro-USB-Anschluss anstatt Ihres eigenen proprietären Typs verwenden. Es gibt keinen Grund dafür, PCBs mit diesen Modulen immer wieder neu zu entwerfen. Mit einer richtig guten Multi-Board-Software können Sie Ihr gesamtes System modular gestalten, sodass Sie bei der Entwicklung eines neuen Produkts nicht jedes Mal das Rad neu erfinden müssen.

Sparen Sie Zeit beim Design

Es gibt jede Menge Arbeit für PCB-Designer: Das IoT hebt ab und vernetzte Autos gehen an den Start. Wir haben keine Zeit zu verschwenden, die gleichen alten Designs aufzuhübschen. Eine PCB-Designsoftware, mit der Sie Ihre Designs modularisieren können, wird Ihnen helfen, die gesparte Zeit für die Entwicklung neuer, hochmoderner Geräte zu nutzen. Natürlich sind echtes modulares Design und Integration ohne die beiden eingangs erwähnten Funktionen nicht wirklich möglich. Wenn Sie ein altes Design importieren und es durch mehrere Runden Modellierung und Abstandsprüfung schicken müssen, können Sie es genauso gut von Grund auf neu erstellen. Das Prüfen der elektrischen Regeln für Multi-Board-Systeme erlaubt es Ihnen, ein Subsystem zu importieren und dessen Verbindungen sofort zu überprüfen. Tatsächlich ist es die Kombination dieser drei Tools, die Ihren Designprozess wirklich revolutionieren kann.

Im Moment gibt es nur ein Programm, das alle diese Funktionen zu seiner schon jetzt hervorragenden PCB-Designsoftware hinzufügt.  Altium Designer bietet eine Vielzahl hervorragender Funktionen, mit denen Sie aufregende neue PCBs erstellen können. Zu den Tools gehören auch die hier angeführten, denn Altium deckt jetzt auch das Design von Multi-Board PCB-Systemen ab. Das Design einzelner PCBs wurde von Altium bereits überarbeitet, mit Elementen wie einem PDN-Analyse-Tool und der immer wichtiger werdenden Rigid-Flex-Unterstützung.

Haben Sie noch weitere Fragen zum Multi-Board-Design? Dann rufen Sie einen Experten bei Altium an.