Processus de conception de PCB : L'approche de conception EDA

Les équipes de matériel réussissent lorsqu'elles peuvent passer des exigences à une carte fonctionnelle et manufacturable avec le moins de révisions possibles. L'automatisation de la conception électronique (EDA) répond à cet objectif en fournissant un flux de travail intégré et contraint qui maintient les exigences électriques, mécaniques et de fabrication alignées depuis le premier schéma de bloc jusqu'à la sortie finale.

L'EDA remplace le dessin manuel et les simulateurs isolés par un environnement unifié pour la capture des exigences, l'entrée de schéma, la simulation, la disposition et le routage de PCB, la vérification et la documentation de fabrication. Lorsque le logiciel EDA est bien choisi et correctement configuré, il raccourcit les cycles de conception et améliore le rendement au premier passage.

Points Clés

• L'EDA unifie le flux de travail du PCB. Un seul modèle de données contraint et connectant les exigences, le schéma, la simulation, la disposition, la vérification et la sortie aide à réduire les révisions et à améliorer le rendement au premier passage.
• La standardisation doit être mesurable. Construisez des bibliothèques partagées et des ensembles de contraintes, intégrez avec MCAD et PLM, puis suivez les révisions par projet, le rendement au premier passage et le temps de la gelée du schéma à la sortie.
• L'intégration est désormais une attente de base. Un environnement EDA moderne devrait se connecter proprement avec MCAD, PDM, PLM et les outils d'analyse afin que les équipes électriques, mécaniques et de fabrication puissent travailler à partir de données actuelles pour réduire les surprises en fin de projet.
• Le contexte unifié est un facteur de différenciation. La plateforme Altium relie Altium Discover pour l'exploration de solutions, Altium Develop pour la conception de PCB, et Altium Agile pour les flux de travail d'entreprise dans un environnement coordonné pour les équipes de matériel distribuées.

Qu'est-ce que la conception EDA en ingénierie de PCB ?

Le logiciel EDA est utilisé pour concevoir, simuler, vérifier et préparer les systèmes électroniques pour la fabrication. En ingénierie de PCB, la conception EDA couvre typiquement :

1. Les exigences et l'architecture système
2. La capture schématique et la connectivité logique
3. La simulation et l'analyse
4. La disposition et le routage du PCB
5. La vérification et l'approbation
6. La documentation et la libération

La plupart des logiciels EDA sont hautement spécialisés dans un domaine spécifique de la conception ; seulement quelques applications peuvent aborder tous les aspects du développement de produit. Les flux traditionnels poussaient chaque étape dans un outil séparé, avec des transferts manuels entre eux. La modernisation de la conception EDA par l'automatisation relie ces étapes ensemble avec un modèle de données unique, de sorte que la connectivité, les contraintes, les bibliothèques et les sorties de fabrication proviennent tous d'un seul projet.

Quels sont les outils EDA populaires pour la conception électronique ?

Les entreprises d'automatisation de la conception électronique offrent des outils qui se regroupent en trois grandes catégories.

1. Outils d'entrée de gamme et à contraintes budgétaires
   • CircuitMaker offre aux utilisateurs une plateforme gratuite pour la conception avec un ensemble d'outils très similaire à Altium Designer et inclut un espace de travail personnel gratuit dans Altium 365.
   • KiCad fournit une suite open-source capable pour les schémas, les PCB et la 3D de base. Il est utilisé dans l'éducation, les travaux de loisir et les startups en phase initiale.
   • EasyEDA et d'autres outils basés sur navigateur proposent la conception de schémas et de PCB hébergée dans le cloud, souvent liée à une fabrication à faible coût.
2. Environnements professionnels
   • Altium Develop est une solution phare sur la plateforme Altium pour les équipes de PCB professionnelles. Il prend en charge les très grands designs, les contraintes avancées et l'intégration profonde avec la chaîne d'approvisionnement requise dans les produits automobiles, aérospatiaux et médicaux.
   • Cadence OrCAD, Siemens PADS, et Zuken CR-8000 ciblent également la conception professionnelle avec capture et mise en page, plus des modules d'analyse optionnels.
3. Les plateformes d'entreprise
   • Altium Agile incluent l'ensemble de fonctionnalités de base d'Altium Develop et l'étendent au domaine de la gestion des données d'entreprise. Les fonctionnalités avancées de gestion sont disponibles dans le cloud ou en tant que déploiement sur site.
   • Cadence Allegro et Siemens Xpedition sont des plateformes plus lourdes qui prennent en charge de grands designs.

Les débutants et les utilisateurs amateurs commencent souvent avec KiCad, EasyEDA ou CircuitMaker car ce sont des entrées de gamme gratuites. Les équipes de production ont tendance à standardiser sur Altium, OrCAD, PADS ou des plateformes d'entreprise haut de gamme à mesure que la complexité des cartes et les exigences de conformité augmentent.

L'automatisation de la conception EDA peut-elle être intégrée à d'autres outils ?

Les projets matériels réussis exigent une coordination entre l'électrique, la mécanique et l'approvisionnement/fabrication à chaque étape. Une conception EDA efficace suppose une intégration étroite avec la gestion des données produit (PDM), la gestion du cycle de vie du produit (PLM), la CAO mécanique (MCAD) et les outils d'analyse.

Intégration ECAD et MCAD

Les formats tridimensionnels et la collaboration ECAD-MCAD facilitent le partage des contours de cartes, des zones à éviter, des corps de composants, des régions rigides-flexibles et des assemblages multi-cartes. Dans Altium Develop, la collaboration ECAD-MCAD est intégrée dans l'environnement de base avec le MCAD CoDesigner, permettant ainsi aux équipes de conception PCB et mécanique d'échanger des modifications sans avoir à transférer manuellement des fichiers, et les deux parties voient le même historique de révisions.

Intégration PLM et PDM

Les systèmes PLM et PDM servent de registre officiel pour les pièces, la nomenclature (BOM) et les révisions. Lorsque le logiciel de conception EDA s'intègre avec le PLM, il peut pousser les données structurées de BOM dans le système de registre, lier les publications à des révisions de conception spécifiques et aligner les demandes de changement d'ingénierie avec le projet en cours. Sur la plateforme Altium, Altium Agile offre l'automatisation des flux de travail, la gouvernance et une connectivité plus profonde avec les systèmes d'entreprise tels que PLM et Jira.

Simulation, fabrication et test

Les environnements EDA leaders intègrent également des solveurs d'intégrité de signal et de puissance, des systèmes de test basés sur des netlists et des outils externes de conception pour la fabricabilité (DFM).

Quelles sont les principales caractéristiques des outils d'automatisation de conception EDA?

La plupart des logiciels de conception EDA pour l'ingénierie des PCB partagent une base commune. Les caractéristiques clés à rechercher sont :

1. Base de données de conception unifiée
   Le schéma, la disposition du PCB, les modèles 3D et les sorties de fabrication partagent une représentation de projet sous-jacente unique. Cela est central pour Altium Develop sur la plateforme Altium, où toutes les vues et sorties proviennent des mêmes données.
2. Gestion des contraintes et moteurs de règles
   Les règles couvrent les classes de réseaux, les dégagements physiques, les objectifs d'impédance et de longueur, l'utilisation des vias, les paires différentielles et les limites de fabricabilité. Les systèmes de contraintes appliquent ces éléments dans le schéma et la disposition, et les vérifications de règles vérifient automatiquement la conformité.
3. Simulation et analyse intégrées
   La simulation au niveau du schéma et l'analyse de l'intégrité du signal (SI) et de l'intégrité de l'alimentation (PI) conscientes de la disposition aident à identifier les problèmes fonctionnels et de distribution d'énergie avant la fabrication.
4. Routing interactif et assisté
   Les moteurs de routage appliquent les contraintes tout en soutenant des flux de travail efficaces. Les capacités incluent souvent le routage guidé de paires différentielles, l'ajustement de longueur et des stratégies de via avancées, parfois avec une assistance automatisée.
5. Visualisation tridimensionnelle et fonctionnalités ECAD-MCAD
   Les vues en trois dimensions des cartes aident à valider les hauteurs, les dégagements et le comportement rigide-flexible. Dans Altium Develop, les vues 3D sont étroitement intégrées à l'éditeur de PCB, permettant ainsi aux concepteurs de passer de l'édition détaillée en 2D aux assemblages complets en 3D.
6. DFx et documentation de fabrication
   Les outils DFx analysent la fabricabilité et la testabilité tandis que l'outil EDA génère les sorties de fabrication et d'assemblage, incluant les fichiers Gerber ou ODB++, les données de perçage, le stackup et les dessins d'assemblage, ainsi que les fichiers de placement. Une telle documentation est intégrée dans Altium Develop, plutôt que de nécessiter un module externe.
7. Gestion des bibliothèques, des données et collaboration
   Les bibliothèques centrales, les espaces de travail dans le cloud, le contrôle de version, les révisions et les API aident les équipes à gérer les pièces et les projets à grande échelle. La plateforme Altium, délivrée à travers Altium Develop et Altium Agile, est un exemple marquant de cette approche.

Comment l'automatisation EDA améliore-t-elle les processus de conception électronique ?

L'automatisation de la conception EDA change le cycle de vie du PCB en avançant les vérifications critiques, en alignant l'intention sur la mise en œuvre, et en réduisant la dérive des données.

Déplace les vérifications critiques plus tôt

Les vérifications des règles électriques, les simulations précoces et la configuration des contraintes insufflent un travail de qualité dès le début du projet. Les concepteurs valident l'architecture et le choix des composants avant de s'engager dans la mise en page, réduisant ainsi les itérations en aval.

Maintient l'alignement entre l'intention et la mise en œuvre

Les systèmes de contraintes garantissent que les règles convenues lors des exigences et de l'architecture orientent le placement et le routage. Dans Altium Develop, le même ensemble de règles s'applique à travers le schématique, le PCB et les sorties de fabrication, de sorte que l'intention électrique et la mise en œuvre physique restent cohérentes.

Réduit la traduction manuelle et la dérive des données

Une intégration étroite avec MCAD, PLM et la fabrication réduit les exportations et réentrées manuelles de données. Les nomenclatures et la documentation proviennent de la base de données de conception autoritative, et les outils de partage basés sur le cloud maintiennent tout le monde sur la même révision.

Comment choisir et standardiser un environnement EDA

Pour atteindre systématiquement ces avantages, vous avez besoin d'un environnement de conception EDA qui supporte un flux unifié. Lorsque vous évaluez les options, considérez :

1. Complexité de la carte, objectifs de performance et exigences réglementaires
2. Taille de l'équipe, distribution géographique et besoins de collaboration
3. Exigences d'intégration avec MCAD, PLM et outils d'analyse externes
4. Si vous préférez une application unifiée unique ou un ensemble lâche de modules

La plateforme Altium, proposée à travers Altium Discover, Altium Develop et Altium Agile, combine une interface de conception unique, de solides capacités 3D et ECAD-MCAD, des sorties de fabrication intégrées et une plateforme cloud pour la collaboration et la gestion du cycle de vie. D'autres outils EDA populaires pour la conception électronique pourraient répondre à des besoins similaires, surtout dans les très grandes entreprises disposant de gros budgets, mais souvent avec une dépendance plus marquée envers des bases de données et des chaînes d'outils séparées.

Pour la plupart des organisations PCB, une voie pratique consiste à choisir une plateforme de conception EDA qui couvre les exigences, le schématique, la simulation, l'agencement, la vérification et la libération dans un seul environnement ; construire des bibliothèques et des contraintes partagées ; intégrer avec les systèmes mécaniques et de données ; et suivre des métriques telles que le nombre de révisions par projet, le rendement au premier passage et le temps du gel du schématique à la libération. Si ces chiffres s'améliorent trimestre après trimestre, votre stratégie d'automatisation EDA fonctionne.

Questions Fréquemment Posées

1. Qu'est-ce que la conception EDA dans l'ingénierie PCB ?

La conception EDA dans l'ingénierie des PCB est l'utilisation de logiciels d'automatisation de la conception électronique pour gérer l'intégralité du cycle de vie d'un circuit imprimé, incluant la capture des exigences, la capture schématique, la simulation, la disposition et le routage du PCB, la vérification et la libération pour la fabrication. L'objectif est de maintenir toutes ces étapes au sein d'un seul environnement contraint plutôt que d'utiliser des outils séparés.

2. Comment le logiciel de conception EDA s'intègre-t-il dans le processus global de conception de PCB ?

Le logiciel de conception EDA est l'épine dorsale du flux de travail des PCB. Il traduit les exigences produit et électriques en schémas, valide le comportement avec la simulation, implémente la carte physique, la vérifie par rapport aux règles électriques et de fabrication, et génère les sorties de fabrication et d'assemblage à partir d'un ensemble de projets et de bibliothèques partagés.

3. En quoi Altium se différencie-t-il des autres outils EDA populaires pour la conception électronique ?

Altium déploie ses capacités via la plateforme Altium avec trois solutions connectées : Altium Discover pour l'exploration de solutions et de composants, Altium Develop comme environnement principal de conception de PCB et de systèmes, et Altium Agile pour les flux de travail d'entreprise et les intégrations. Ensemble, ils fournissent un contexte unique pour le schématique, la disposition du PCB, la 3D, les contraintes, l'intelligence de la chaîne d'approvisionnement et la documentation, réduisant le besoin de combiner plusieurs outils.

4. Quand une équipe doit-elle passer d'outils de base à un environnement EDA professionnel ?

Les équipes ont généralement besoin d'un environnement EDA professionnel lorsque les cartes deviennent plus rapides, plus denses ou soumises à davantage de régulations, et que les révisions commencent à s'accumuler. À ce stade, un logiciel de conception EDA professionnel tel que Altium Develop, offre des contraintes plus strictes, une meilleure intégration 3D, une documentation plus robuste et une collaboration plus étroite.

5. Quels sont les avantages d'un logiciel de conception EDA intégré avec les systèmes MCAD et PLM ?

Le logiciel de conception EDA s'intègre avec MCAD afin que les équipes mécaniques et électriques puissent partager la même géométrie et les modèles de composants. Avec l'intégration PLM, les nomenclatures, les données des pièces et les révisions s'intègrent dans le système d'enregistrement de l'entreprise. Sur la plateforme Altium, Altium Develop gère la collaboration quotidienne ECAD-MCAD, et Altium Agile se concentre sur la gestion des données, la connectivité PLM et les flux de travail matériels.

6. Quelles fonctionnalités dois-je privilégier lors de l'évaluation d'un logiciel EDA pour des cartes à haute vitesse ou complexes ?

Priorisez la gestion et l'analyse des contraintes. Vous avez besoin d'un support solide pour les classes de réseaux, le contrôle de l'impédance, l'appariement des longueurs, les paires différentielles, les règles de via et les règles de fabricabilité, ainsi qu'une analyse de l'intégrité du signal et de la puissance accessible et liée à la disposition réelle. Un environnement unifié, tel que Altium Develop, facilite l'application et la vérification cohérente de ces contraintes.

7. Comment la collaboration basée sur le cloud change-t-elle la manière dont les équipes de PCB utilisent les outils EDA ?

La collaboration basée sur le cloud transforme la conception de PCB en un espace de travail partagé où les projets, les bibliothèques et les résultats restent à jour et accessibles aux bonnes personnes. Sur la plateforme Altium, Altium Develop et Altium Agile offrent des vues basées sur le navigateur, un partage contrôlé et des commentaires intégrés pour réduire l'envoi de fichiers par courriel et maintenir l'alignement des équipes distribuées.

8. Comment une équipe doit-elle planifier la migration vers un environnement de conception EDA standardisé tel que Altium ?

Une approche pratique inclut la sélection de projets pilotes, la définition des critères de succès, la création de bibliothèques partagées et de modèles de contraintes dans le nouvel environnement, puis la formation de l'équipe et l'exécution de ces pilotes tout en affinant les flux de travail. Standardiser sur la plateforme Altium vous permet de mettre en place cette infrastructure une fois et de la réutiliser pour différents produits. Les clients existants d'Altium peuvent migrer vers Discover, Develop et Agile sur la même plateforme qui héberge déjà leurs conceptions.