Proceso de Diseño de PCB: El Enfoque de Diseño EDA

Los equipos de hardware tienen éxito cuando pueden pasar de los requisitos a una placa funcional y manufacturable con la menor cantidad de rediseños posibles. La automatización del diseño electrónico (EDA) cumple con ese objetivo al proporcionar un flujo de trabajo integrado y basado en restricciones que mantiene alineados los requisitos eléctricos, mecánicos y de fabricación desde el primer diagrama de bloques hasta la liberación final.

EDA reemplaza el dibujo manual y los simuladores aislados con un entorno unificado para la captura de requisitos, entrada de esquemáticos, simulación, diseño y enrutamiento de PCB, verificación y documentación de fabricación. Cuando el software EDA está bien elegido y configurado adecuadamente, acorta los ciclos de diseño y mejora el rendimiento del primer intento.

Claves para llevar

• EDA unifica el flujo de trabajo de PCB. Un único modelo de datos basado en restricciones que conecta requisitos, esquemático, simulación, diseño, verificación y liberación ayuda a reducir los rediseños y mejorar el rendimiento del primer intento.
• La estandarización debe ser medible. Construir bibliotecas compartidas y conjuntos de restricciones, integrar con MCAD y PLM, luego rastrear los rediseños por proyecto, el rendimiento del primer intento y el tiempo desde la congelación del esquemático hasta la liberación.
• La integración es ahora una expectativa básica. Un entorno EDA moderno debe conectarse de manera limpia con MCAD, PDM, PLM y herramientas de análisis para que los equipos eléctricos, mecánicos y de fabricación puedan trabajar con datos actuales para reducir sorpresas en etapas avanzadas.
• El contexto unificado es un diferenciador. La plataforma de Altium conecta Altium Discover para la exploración de soluciones, Altium Develop para el diseño de PCB y Altium Agile para flujos de trabajo empresariales en un entorno coordinado para equipos de hardware distribuidos.

¿Qué es el Diseño EDA en la Ingeniería de PCB?

El software EDA se utiliza para diseñar, simular, verificar y preparar sistemas electrónicos para su fabricación. En la ingeniería de PCB, el diseño EDA típicamente cubre:

1. Requisitos y arquitectura del sistema
2. Captura esquemática y conectividad lógica
3. Simulación y análisis
4. Diseño y enrutamiento de PCB
5. Verificación y aprobación
6. Documentación y lanzamiento

La mayoría del software EDA está altamente especializado en un área específica del diseño; solo unas pocas aplicaciones pueden abordar todos los aspectos del desarrollo de productos. Los flujos tradicionales empujaban cada etapa hacia una herramienta separada, con traspasos manuales entre ellas. La automatización moderna del diseño EDA los une con un único modelo de datos, de modo que la conectividad, las restricciones, las bibliotecas y las salidas de fabricación provienen de un solo proyecto.

¿Cuáles son las Herramientas EDA Populares para el Diseño Electrónico?

Las empresas de automatización de diseño electrónico ofrecen herramientas que se agrupan en tres grandes grupos.

1. Herramientas de nivel de entrada y con restricciones de costos
   • CircuitMaker ofrece a los usuarios una plataforma gratuita para diseñar con un conjunto de herramientas muy similar a Altium Designer e incluye un espacio de trabajo personal gratuito en Altium 365.
   • KiCad proporciona un conjunto de herramientas de código abierto capaz para esquemáticos, PCB y 3D básico. Se utiliza en educación, trabajos de hobby y startups en etapas tempranas.
   • EasyEDA y herramientas similares basadas en navegador ofrecen diseño esquemático y de PCB alojado en la nube, a menudo vinculado a fabricación de bajo costo.
2. Ambientes profesionales
   • Altium Develop es una solución insignia en la plataforma de Altium para equipos profesionales de PCB. Soporta diseños muy grandes, restricciones avanzadas e integración profunda con la cadena de suministro requerida en productos automotrices, aeroespaciales y médicos.
   • Cadence OrCAD, Siemens PADS, y Zuken CR-8000 también se enfocan en el diseño profesional con captura y diseño de trazado, más módulos de análisis opcionales.
3. Las plataformas empresariales
   • Altium Agile incluyen el conjunto de características principales de Altium Develop y lo extienden al dominio de la gestión de datos empresariales. Las características avanzadas de gestión están disponibles en la nube o como una implementación local.
   • Cadence Allegro y Siemens Xpedition son plataformas más pesadas que soportan diseños grandes.

Los principiantes y usuarios aficionados a menudo comienzan con KiCad, EasyEDA o CircuitMaker, ya que son de nivel de entrada gratuitos. Los equipos de producción tienden a estandarizar en Altium, OrCAD, PADS o plataformas empresariales de gama alta a medida que aumenta la complejidad de las placas y las demandas de cumplimiento.

¿Puede la Automatización del Diseño EDA Integrarse con Otras Herramientas?

Los proyectos de hardware exitosos exigen coordinación entre los equipos eléctricos, mecánicos y de adquisiciones/fabricación en cada etapa. Un diseño EDA efectivo asume una integración estrecha con la gestión de datos del producto (PDM), la gestión del ciclo de vida del producto (PLM), CAD mecánico (MCAD) y herramientas de análisis.

Integración de ECAD y MCAD

Los formatos tridimensionales y la colaboración ECAD-MCAD facilitan compartir contornos de tarjetas, áreas restringidas, cuerpos de componentes, regiones rígido-flexibles y ensamblajes de múltiples tarjetas. En Altium Develop, la colaboración ECAD-MCAD está integrada en el entorno principal con MCAD CoDesigner, de modo que los equipos de PCB y mecánica pueden intercambiar cambios sin necesidad de transferir archivos manualmente, y ambos lados ven el mismo historial de revisiones.

Integración con PLM y PDM

Los sistemas PLM y PDM sirven como el registro oficial para partes, lista de materiales (BOM) y revisiones. Cuando el software de diseño EDA se integra con PLM, puede introducir datos estructurados de BOM en el sistema de registro, vincular lanzamientos a revisiones de diseño específicas y alinear solicitudes de cambio de ingeniería con el proyecto en vivo. En la plataforma de Altium, Altium Agile proporciona automatización de flujo de trabajo, gobernanza y una mayor conectividad con sistemas empresariales como PLM y Jira.

Simulación, fabricación y prueba

Los entornos EDA líderes también se integran con solucionadores de integridad de señal y potencia, sistemas de prueba basados en netlist y herramientas externas de diseño para fabricabilidad (DFM).

¿Cuáles son las principales características de las herramientas de automatización de diseño EDA?

La mayoría del software de diseño EDA para ingeniería de PCB comparte una base común. Las características clave a buscar son:

1. Base de datos de diseño unificada
   El esquemático, el diseño de PCB, los modelos 3D y las salidas de fabricación comparten una representación de proyecto subyacente. Esto es central en Altium Develop en la plataforma Altium, donde todas las vistas y salidas provienen de los mismos datos.
2. Gestión de restricciones y motores de reglas
   Las reglas cubren clases de redes, distancias físicas, objetivos de impedancia y longitud, uso de vías, pares diferenciales y límites de fabricabilidad. Los sistemas de restricciones aplican estos en esquemático y diseño, y las verificaciones de reglas verifican automáticamente el cumplimiento.
3. Simulación e análisis integrados
   La simulación a nivel de esquemático y el análisis de integridad de señal (SI) y de integridad de potencia (PI) conscientes del diseño ayudan a identificar problemas funcionales y de distribución de energía antes de la fabricación.
4. Enrutamiento interactivo y asistido
   Los motores de enrutamiento hacen cumplir las restricciones mientras soportan flujos de trabajo eficientes. Las capacidades a menudo incluyen enrutamiento guiado de pares diferenciales, ajuste de longitud y estrategias avanzadas de vías, a veces con asistencia automatizada.
5. Visualización tridimensional y características ECAD-MCAD
   Las vistas tridimensionales de la placa ayudan a validar alturas, holguras y comportamiento rígido-flexible. En Altium Develop, las vistas 3D están integradas estrechamente con el editor de PCB, permitiendo a los diseñadores alternar entre la edición detallada en 2D y ensamblajes completos en 3D.
6. DFx y documentación de fabricación
   Las herramientas DFx analizan la fabricabilidad y la testeabilidad mientras que la herramienta EDA genera salidas de fabricación y ensamblaje, incluyendo archivos Gerber o ODB++, datos de perforación, apilado y dibujos de ensamblaje, y archivos de colocación. Tal documentación está integrada en Altium Develop, en lugar de requerir un complemento externo.
7. Biblioteca, gestión de datos y colaboración
   Bibliotecas centrales, espacios de trabajo en la nube, control de revisiones, revisiones y APIs ayudan a los equipos a gestionar partes y proyectos a gran escala. La plataforma Altium, entregada a través de Altium Develop y Altium Agile, es un ejemplo destacado de este enfoque.

¿Cómo mejora la automatización EDA los procesos de diseño electrónico?

La automatización del diseño EDA cambia el ciclo de vida del PCB al adelantar las verificaciones críticas, mantener la intención alineada con la implementación y reducir la deriva de datos.

Mueve las verificaciones críticas más temprano

Las comprobaciones de reglas eléctricas, la simulación temprana y la configuración de restricciones impulsan el trabajo de calidad al inicio del proyecto. Los diseñadores validan la arquitectura y las elecciones de componentes antes de comprometerse con el diseño, reduciendo las iteraciones posteriores.

Mantiene la intención y la implementación alineadas

Los sistemas de restricciones aseguran que las reglas acordadas durante los requisitos y la arquitectura dirijan el posicionamiento y el enrutamiento. En Altium Develop, el mismo conjunto de reglas se aplica a lo largo del esquemático, PCB y las salidas de fabricación, por lo que la intención eléctrica y la implementación física permanecen consistentes.

Reduce la traducción manual y la deriva de datos

La integración estrecha con MCAD, PLM y fabricación reduce las exportaciones manuales de datos y la reentrada. Los BOMs y la documentación provienen de la base de datos de diseño autoritativa, y las herramientas de compartición basadas en la nube mantienen a todos en la misma revisión.

Cómo Elegir y Estandarizar un Entorno de EDA

Para lograr consistentemente estos beneficios, necesitas un entorno de diseño EDA que soporte un flujo unificado. Cuando evalúes opciones, considera:

1. Complejidad de la placa, objetivos de rendimiento y requisitos regulatorios
2. Tamaño del equipo, distribución geográfica y necesidades de colaboración
3. Requisitos de integración con MCAD, PLM y herramientas de análisis externas
4. Si prefieres una aplicación unificada o un conjunto de módulos independientes

La plataforma Altium, entregada a través de Altium Discover, Altium Develop y Altium Agile, combina una interfaz de diseño única, potentes capacidades 3D y ECAD-MCAD, salidas de fabricación integradas y una plataforma en la nube para colaboración y gestión del ciclo de vida. Otras herramientas EDA populares para el diseño electrónico podrían satisfacer necesidades similares, especialmente en empresas muy grandes con grandes presupuestos, pero a menudo con una mayor dependencia de bases de datos separadas y cadenas de herramientas.

Para la mayoría de las organizaciones de PCB, un camino práctico es elegir una plataforma de diseño EDA que cubra los requisitos, esquemático, simulación, diseño, verificación y lanzamiento en un solo entorno; construir bibliotecas y restricciones compartidas; integrarse con sistemas mecánicos y de datos; y rastrear métricas como giros por proyecto, rendimiento en el primer intento y tiempo desde la congelación del esquemático hasta el lanzamiento. Si esos números mejoran trimestre tras trimestre, tu estrategia de automatización EDA está funcionando.

Preguntas Frecuentes

1. ¿Qué es el diseño EDA en la ingeniería de PCB?

El diseño EDA en la ingeniería de PCB es el uso de software de automatización de diseño electrónico para gestionar el ciclo de vida completo de una placa, incluyendo la captura de requisitos, captura esquemática, simulación, diseño y enrutamiento de PCB, verificación y lanzamiento para fabricación. El objetivo es mantener todas estas etapas dentro de un único entorno impulsado por restricciones en lugar de usar herramientas separadas.

2. ¿Cómo se integra el software de diseño EDA en el proceso general de diseño de PCB?

El software de diseño EDA es la columna vertebral del flujo de trabajo de PCB. Traduce los requisitos del producto y eléctricos en esquemáticos, valida el comportamiento con simulación, implementa la placa física, la verifica contra reglas eléctricas y de fabricación, y genera salidas de fabricación y ensamblaje a partir de un conjunto compartido de proyectos y bibliotecas.

3. ¿En qué se diferencia Altium de otras herramientas EDA populares para diseño electrónico?

Altium entrega sus capacidades a través de la plataforma Altium con tres soluciones conectadas: Altium Discover para exploración de soluciones y componentes, Altium Develop como el entorno principal de diseño de PCB y sistemas, y Altium Agile para flujos de trabajo empresariales e integraciones. Juntos, proporcionan un contexto para esquemático, diseño de PCB, 3D, restricciones, inteligencia de cadena de suministro y documentación, reduciendo la necesidad de unir múltiples herramientas.

4. ¿Cuándo debería un equipo pasar de herramientas de nivel básico a un entorno profesional de EDA?

Los equipos generalmente necesitan un entorno profesional de EDA una vez que las placas se vuelven más rápidas, densas o más reguladas, y los rediseños comienzan a acumularse. En ese punto, el software de diseño EDA profesional como Altium Develop, ofrece restricciones más fuertes, mejor integración 3D, documentación más robusta y colaboración más estrecha.

5. ¿Cuáles son los beneficios del software de diseño EDA integrado con sistemas MCAD y PLM?

El software de diseño EDA se integra con MCAD para que los equipos mecánicos y eléctricos puedan compartir la misma geometría y modelos de componentes. Con la integración de PLM, las BOMs, datos de partes y revisiones fluyen hacia el sistema de registro empresarial. En la plataforma de Altium, Altium Develop maneja la colaboración diaria ECAD-MCAD, y Altium Agile se enfoca en la gestión de datos, conectividad PLM y flujos de trabajo de hardware.

6. ¿Qué características debo priorizar al evaluar software EDA para placas de alta velocidad o complejas?

Prioriza la gestión y análisis de restricciones. Necesitas un fuerte soporte para clases de redes, control de impedancia, emparejamiento de longitudes, pares diferenciales, reglas de vías y reglas de fabricabilidad, además de análisis de integridad de señal y potencia accesibles vinculados al diseño real. Un entorno unificado, como Altium Develop, facilita la aplicación y verificación de esas restricciones de manera consistente.

7. ¿Cómo cambia la colaboración basada en la nube la forma en que los equipos de PCB utilizan las herramientas de EDA?

La colaboración basada en la nube convierte el diseño de PCB en un espacio de trabajo compartido donde los proyectos, bibliotecas y resultados permanecen actualizados y accesibles para las personas adecuadas. En la plataforma de Altium, Altium Develop y Altium Agile ofrecen vistas basadas en navegador, compartición controlada y comentarios integrados para reducir el envío de archivos por correo electrónico y mantener alineados a los equipos distribuidos.

8. ¿Cómo debe planificar un equipo la migración a un entorno de diseño EDA estandarizado como Altium?

Un enfoque práctico incluye seleccionar proyectos piloto, establecer métricas de éxito, construir bibliotecas compartidas y plantillas de restricciones en el nuevo entorno, luego capacitar al equipo y ejecutar esos pilotos mientras se refinan los flujos de trabajo. Estandarizar en la plataforma Altium te permite configurar esta infraestructura una vez y reutilizarla en varios productos. Los clientes existentes de Altium pueden migrar a Discover, Develop y Agile en la misma plataforma que ya aloja sus diseños.