Sviluppo e Testing Agile: Il Ruolo delle Simulazioni

Zachariah Peterson
|  November 3, 2019

PCB Agile development and testing with an oscilloscope

Le simulazioni possono contribuire ad evitare prototipazioni e test ripetuti

Sviluppo e testing Agile di PCB con un oscilloscopio

Progettare, sviluppare, testare; che si sia un progettista hardware o un ingegnere di software, ci si dovrà destreggiare tra una pluralità di iterazioni durante lo sviluppo di sistemi complessi. Le fasi di sviluppo e test sono il momento della verità, cioè quando si intuisce se il duro lavoro darà i suoi frutti. Un aspetto importante delle iterazioni di progettazione, sviluppo e test riguarda la definizione rigorosa dei casi di test e dei requisiti di funzionalità per il nuovo prodotto.

I test elettrici richiederanno verosimilmente una notevole mole di tempo, in quanto potrebbero prevedere un test manuale con sonda del circuito stesso o di ogni periferica a cui dovrà interfacciarsi. In fatto di sviluppo e testing Agile del circuito stesso, è possibile identificare potenziali problemi di progettazione nelle fasi embrionali del processo progettuale e persino risparmiarsi infruttuosi tentativi di prototipazione, facendo leva sulle funzionalità di simulazione nel software di progettazione.

Progetta, Testa, Sviluppa, Ripeti in Agile

Sebbene ci auspichiamo che ogni nuovo prodotto funzioni esattamente come è stato concepito in uno schematico, può rivelarsi difficoltoso prevedere qualsivoglia problema di alimentazione e di integrità di segnale nel PCB. I cicli di progettazione, sviluppo e test sono volti a generare ininterrottamente una nuova baseline per un progetto programmato. I prototipi vengono realizzati, poi tornano al test bench, i problemi vengono diagnosticati e (si spera) risolti prima dell’esecuzione di una nuova prototipazione.

 

Sfortunatamente, i budget sono limitati e le prototipazioni richiedono tempo, il che si traduce in perdite economiche e tempi di commercializzazione più lenti. I prodotti più complessi comportano solitamente costi di produzione più elevati, richiedono maggior tempo per il testing e, in alcuni casi, non sarà mai possibile testare il prodotto nell'ambiente di destinazione. È qui che i team di progettazione devono identificare l'integrità di segnale, l'integrità di alimentazione e i problemi termici nelle fasi iniziali del processo di progettazione.

 

Il rilevamento di tali problemi e l’adozione di modifiche progettuali in più punti della fase di progettazione sono fondamentali nello sviluppo e nel testing Agile. Qualsiasi flusso di lavoro Agile comporterà la revisione e il triage delle necessarie modifiche progettuali in più punti del processo di progettazione. Le simulazioni sono strumenti insostituibili da inserire in un processo di sviluppo e testing Agile, in quanto consentono ai progettisti di convalidare sezioni di un sistema complesso nelle fasi embrionali del processo di progettazione e di mettere a punto delle modifiche prima della prototipazione.

Simulazioni in un Flusso di Lavoro di Sviluppo e Testing Agile

Lo sviluppo Agile evidenzia l'adattabilità e la ricettività al cambiamento. Se si riescono a individuare le necessarie modifiche progettuali, di funzionalità o di set di caratteristiche di un prodotto nella fase primordiale del processo di progettazione, è possibile circoscrivere la portata di eventuali riprogettazioni. Le simulazioni all'interno di un flusso di lavoro di sviluppo e testing Agile per la progettazione PCB dovrebbero concentrarsi sull'identificazione dei problemi nelle seguenti aree:

·       Integrità di segnale. Questo dovrebbe essere un ambito logico di analisi. Problemi come ringing, diafonia, riflessioni eccessive, interferenza intersimbolica e risonanza del segnale possono rivelarsi complessi nei progetti ad alta velocità/alta frequenza. Le simulazioni sono perfette per identificare tali problematiche durante la fase di progettazione e possono essere fonte di informazioni per eventuali modifiche di layout richieste.

 

·       Integrità di alimentazione. Una disamina dell’integrità di alimentazione con strumenti di simulazione comporta l’analisi di problemi come il ground bounce, il ringing sulla PDN, l’autorisonanza nei condensatori di bypass/disaccoppiamento, e la caduta IR nella PDN. Un buon Analizzatore PDN può aiutare ad esaminare la distribuzione dell'alimentazione nel circuito, mentre gli strumenti di base di simulazione di circuito possono coadiuvare l’analisi dei restanti aspetti della rete di distribuzione dell'alimentazione quando gli IC digitali switchano.

 

·       Filtrazione/amplificazione. Sebbene siano solitamente discussi in termini di taluni circuiti di base, i progetti più avanzati di filtri/amplificatori lineari possono evidenziare complesse funzioni di trasferimento e di risposta transitoria, specialmente con segnali ad alta frequenza o ad alta velocità. Gli sweep di frequenza e le simulazioni nel dominio del tempo sono rispettivamente strumenti standard per convalidare le scelte di progettazione in questo ambito.

·    Effetti non lineari. Problemi come l'intermodulazione, l'adattamento di impedenza con componenti non lineari, e la stabilità non lineare possono essere piuttosto complicati da simulare senza alcuni strumenti personalizzati di simulazione. Un ottimo strumento di simulazione fornirà modelli di circuito che assecondano la natura non lineare di alcuni componenti, consentendo di esaminare aspetti più avanzati dell'integrità di segnale in sistemi complessi.

Se si riescono a identificare i problemi di segnale in queste e in altre aree nelle primissime fasi del processo di progettazione, è plausibile che si possano risparmiare un paio di prototipazioni e ideare progetti più innovativi. Lo sviluppo precoce e frequente di casi di test sulla base delle esigenze dei clienti e dei requisiti di funzionalità è fondamentale per qualsiasi flusso di lavoro di sviluppo e testing Agile.

Progettazione per Testing nello Sviluppo Hardware Agile

Poiché l'integrità di segnale è una componente davvero importante di qualsiasi progetto ad alta velocità o ad alta frequenza, sarà necessario testare alcuni aspetti di un circuito finito nel suo ambiente di destinazione. Le simulazioni sono insostituibili a tal fine durante la fase di progettazione, ma si dovrà comunque testare un vero circuito dopo aver ultimato un ciclo di prototipazione. Fortunatamente, sono disponibili alcune semplici strutture di convalida che è possibile includere nel proprio circuito per coadiuvare l’analisi dell'integrità di segnale in modo diretto, mediante una serie di strumenti standardizzati.

Sviluppo e testing Agile di PCB con un oscilloscopio

I risultati della simulazione possono aiutare a generare casi di test e viceversa

Lo sviluppo di queste tipologie di casi di test hardware è una parte fondamentale della progettazione e dello sviluppo hardware Agile, sia durante la fase di progettazione che di test. L'inclusione di tali strutture di test consente di acquisire facilmente rilevazioni da interconnessioni critiche e confrontare i risultati con le proprie simulazioni. L’inclusione di queste strutture di test può aiutare a far fronte a due aspetti importanti.

Innanzitutto, aiuta ad appurare quali assunti nella propria simulazione non siano realistici, se l’analisi iniziale dei risultati della simulazione non sia corretta, e come taluni aspetti del proprio layout (ad es., i parassiti) stiano influenzando le interconnessioni. In secondo luogo, ciò può aiutare a circoscrivere una sezione del circuito per ulteriori ispezioni e simulazioni. Un'ispezione del layout e un confronto diretto con il proprio layout può rivelare la causa dei problemi osservati nel circuito. Dopo aver individuato la sezione specifica del circuito che è fonte di problemi, è possibile delineare un potenziale piano d'azione con gli strumenti di progettazione e simulazione. Questo è il metodo scientifico in azione.

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Zachariah Peterson ha una vasta esperienza tecnica nel mondo accademico e industriale. Prima di lavorare nel settore dei PCB, ha insegnato alla Portland State University. Ha condotto la sua Fisica M.S. ricerche sui sensori di gas chemisorptivi e il suo dottorato di ricerca in fisica applicata, ricerca sulla teoria e stabilità del laser casuale. Il suo background nella ricerca scientifica abbraccia temi quali laser a nanoparticelle, dispositivi semiconduttori elettronici e optoelettronici, sistemi ambientali e analisi finanziaria. Il suo lavoro è stato pubblicato in diverse riviste specializzate e atti di conferenze e ha scritto centinaia di blog tecnici sulla progettazione di PCB per numerose aziende. Zachariah lavora con altre società del settore PCB fornendo servizi di progettazione e ricerca. È membro della IEEE Photonics Society e dell'American Physical Society.

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