I migliori strumenti per PCB all’interno del programma per PCB Altium Designer e come funzionano

Altium Designer
|  Creato: September 28, 2017  |  Aggiornato: December 21, 2020

L'utilizzo degli strumenti per PCB corretti può far risparmiare molto tempo, denaro e frustrazione, indipendentemente dal tipo di progetto che si intendete realizzare. Il vecchio adagio "lavora in modo più intelligente, non più difficile" si applica sicuramente alla progettazione di circuiti stampati. Un ottimo programma per PCB per la progettazione di circuiti stampati ti fornirà gli strumenti necessari per lavorare in modo intelligente, invece di frustrarti con funzionalità complicate.

La scelta del programma per PCB con strumenti EDA integrati è soggetta alle tue esigenze di progettazione. La maggior parte delle volte si tratta di avere gli strumenti giusti per il lavoro. Affinché tu sia certo di essere ben equipaggiato, vogliamo fornirti un elenco completo di strumenti software per la progettazione PCB. Questo non è un elenco dei programmi software disponibili, ma una spiegazione di quali sono gli strumenti disponibili sul mercato e di come possono aiutarti ad ottimizzare i tuoi circuiti stampati.

Il software EDA corretto può sicuramente aiutare, ma quando si tratta di cattura schematica di circuiti stampati, tre grandi strumenti sono virtualmente ignorati perché non sono molto conosciuti o sono componenti aggiuntivi del programma per PCB. Questi strumenti comprendono:: PDN Analyzer, integrazione MCAD, routing interattivo, supporto multischeda e gestione della catena di fornitura. Ognuna di queste funzionalità ha qualcosa da offrire che può semplificare il processo di progettazione del circuito e farti risparmiare tempo. Per metterti al passo con i tempi, abbiamo compilato un elenco dei migliori strumenti software per la progettazione di PCB che dovresti cercare.

Analisi della potenza DC

La progettazione della potenza potrebbe sembrare semplice a prima vista. Inserisci i tuoi circuiti integrati (IC) nel loro piano di alimentazione o nella loro guida e li guardi funzionare, sembra facile. Anche se talvolta è così, l’analisi approssimativa della potenza DC, o delle cadute di tensione IR, può portare a correnti eccessive nelle tue tracce o a cadute di tensione su tutta la linea. Per questo motivo è meglio essere proattivi e risolvere i problemi della scheda in fase di progettazione usando gli strumenti per PCB più consoni. Non sei convinto? Vediamo perché l'analisi della potenza DC sta diventando un passo essenziale nella progettazione di un circuito stampato.

Perché l'analisi è importante?

Densità di corrente: I chip di oggi stanno diventando sempre più potenti, il che significa che stanno assorbendo correnti maggiori. Come sai, densità di corrente più elevate significano temperature elevate. Densità di corrente elevate sulle tue tracce dissiperanno più energia sotto forma di calore nella tua scheda stampata. Se le tue tracce sono troppo sottili possono essere danneggiate dalle alte temperature. Spesso ci concentriamo sul trattamento dei sintomi della malattia lavorando con il nostro layout o progettando o con sistemi di raffreddamento passivo. Anche se devi comunque occuparti della dissipazione del calore, la riduzione delle alte densità di corrente può aiutarti ad affrontare il problema alla fonte. Un simulatore può dare un'idea di dove le correnti sono troppo alte, ma troppo spesso è un programma per PCB a parte, difficile da comprendere. È molto più semplice se la corrente continua è integrata nel programma e può evidenziare visivamente dove le correnti sono troppo alte sulla scheda. Allora è possibile correggere i problemi con facilità.

CADUTA DI TENSIONE Naturalmente il cugino delle alte densità di corrente è la caduta di tensione. Se un chip affamato di energia ha improvvisamente un picco di corrente e le sue tracce non sono abbastanza larghe, può verificarsi una grave caduta di tensione. Non solo si devono prendere in considerazione molteplici chip, in molti IC moderni è possibile utilizzare molteplici linee di alimentazione. Queste diverse alimentazioni possono interferire tra loro e causare cadute di tensione abbinate. Una caduta insignificante di pochi millivolt su una può causare grossi problemi su un’altra collegata ad un chip avido di energia. Questo potrebbe portare ad un azzeramento del chip, al cambio di stato, o addirittura a che non funzioni. Le soluzioni per le cadute di tensione sono semplici, allargare le tracce, accorciarle, o entrambe le cose. Tuttavia, trovare i problemi da risolvere può essere la parte difficile. Anche in questo caso, una caduta di potenza DC (caduta IR) che evidenzia visivamente le cadute di tensione nei circuiti può renderti più semplice decidere quali tracce devono essere allargate o riorganizzate.

Anche se vale la pena identificare e risolvere i problemi della rete di alimentazione DC per queste questioni, saltare avanti e indietro tra l'interfaccia e il progetto può essere una seccatura. Raccomando di utilizzare un alimentatore DC integrato, noto anche come strumento di analisi della rete di distribuzione di energia(PDN). Averne uno a disposizione ti aiuta a trovare e risolvere questi problemi più rapidamente e più frequentemente di quanto faresti con un DC Power Analysis esterno, quindi, non integrato nel tuo programma per PCB.

Integrazione MCAD e modellazione 3D

Si perde molto tempo nel processo di progettazione durante le fasi di modellazione 3D e di controllo della distanza di isolamento in aria. Se stai progettando un circuito stampato rigido-flessibile, potresti inviare un modello di carta pieghevole per assicurarti che tutto sia corretto. In caso contrario dovrai procurartene un altro, il che può richiedere giorni o settimane e ritardare tutto. Anche se stai progettando circuiti tradizionali devi assicurarti che tutto si adatti all'interno dell'involucro, e può essere una seccatura comunicare avanti e indietro con l'ingegnere meccanico che fa la modellazione. Ora alcuni strumenti possono generare modelli 3Ddi schede e componenti, eseguire un controllo della distanza di isolamento in aria negli involucri e persino simulare la piegatura di schede stampate per circuiti rigido-flessibili. Questi strumenti per PCB possono aiutarti ad effettuare più rapidamente le revisioni del tuo circuito quando l'involucro cambia e metterti in diretto controllo del controllo della distanza di isolamento in aria nella visualizzazione di progetto.

Cosa fanno questi strumenti per PCB?

Controllo della distanza di isolamento in aria: L'unica cosa costante è il cambiamento, e questo è certamente vero nel processo di layout PCB. È possibile che tu abbia progettato la scheda e ordinato un prototipo quando improvvisamente scopri che l'involucro è stato rimodellato. Allora si deve tornare indietro, rifare il layout del PCB e controllare con l'ingegnere meccanico che ha progettato l'involucro per assicurarti che si adatti. Per poi scoprire che l'involucro è stato reinventato di nuovo. Con il programma per PCB integrato in grado di generare un modello del tuo circuito e importare modelli di involucro per il controllo della distanza di isolamento in aria, queste riprogettazioni si trasformano da grandi mal di testa a piccoli fastidi.

Rigid Flex: Le schede rigid flex sono arrivate sulla terra dall'industria aerospaziale e ora sono implementate ovunque. Se stai progettando una scheda rigid flex, il controllo della distanza di isolamento in aria assume improvvisamente una dimensione completamente nuova. Ora è necessario assicurarsi che tutto si ripieghi correttamente senza che i componenti si confondano o colpiscano la cassa. È anche importante che i pezzi si pieghino entro le tolleranze specificate, altrimenti con il passare del tempo potrebbero rompersi. Il segno di un'integrazione MCAD veramente ottimale è un programma per PCB in grado di generare un modello rigido-flessibile e di simularlo per te.

Modelli STEP: Il controllo della distanza di isolamento in aria non è l'unica preoccupazione 3D che puoi avere. A volte anche generare e posizionare i modelli STEP può essere un grattacapo. Spesso dobbiamo costruire sia un'impronta che un modello per un componente. Ora, però, alcuni programmi con strumenti per PCB integrati permettono di definire un'impronta e poi di generare il modello STEP sulla base di questa. Due passi che diventano uno, questo è ciò che io chiamo efficienza. Una volta che hai i tuoi modelli dei componenti, devi posizionarli. Non so dirti quante volte mi sono sentito frustrato nel cercare di inserire coordinate che mettano un componente esattamente al posto giusto, per poi trovarlo che sporge da qualche altro componente. Posizionare i componenti in modo intelligente e intuitivo significa non perdere tempo cercando di inserire le posizioni esatte delle coordinate per i componenti. La funzionalità di trascinamento con allineamento automatico ti consentirà un maggior risparmio di tempo.

Creazione di un nuovo progetto: Se hai desiderato di possedere il know-how di modellazione 3D per iniziare un progetto da solo, un programma per PCB contenente questi strumenti per PCB può aiutarti. Molti requisiti PCB sono specificati dalla forma meccanica e dalle dimensioni della scheda. Con gli strumenti di modellazione nelle tue mani, puoi sperimentare con i contorni della scheda, le posizioni dei fori di montaggio, i posizionamenti delle schermature e i contorni fisici. Poi sarai in grado di avere una mano sia negli aspetti elettrici che meccanici della tua scheda.

Routing Interattivo

Il routing delle tracce è un'arte che abbiamo cercato di trasferire alle macchine con l'autorouting. Non sorprende che non abbia funzionato tanto bene. Tuttavia, ci sono ora alcune aziende che stanno creando nuove funzionalità di autorouting interattivo che possono ridurre le ore di routing senza inibire la tua creatività e che certamente potrebbero risultare molto utili se integrate in un programma per PCB.

Il routing è estremamente importante, soprattutto quando si tratta di IEM e di tracce ad alta velocità. Solo perché i vincoli elettrici e temporali richiedono di limitare la lunghezza delle tracce e di evitare che si disperdano, non significa che si voglia che siano brutte. Il tuo routing può essere personale come la tua firma; una macchina può riuscire a svolgere il lavoro, ma non lascia il tuo segno sui tuoi progetti. Detto questo, tutti siamo sempre alla ricerca di modi per accelerare il routing di sezioni noiose dei progetti, come grandi ball grid arrays (BGA). Un buon router guidato ottimizza le vie di fuga producendo risultati di tipo manuale, ma ti permetterà comunque di modificare i risultati a tuo piacimento. È anche importante che i router seguano le regole di progettazione della scheda stampata e le loro priorità. Non vuoi che il tuo strumento ignori le clearance nel routing di un chip ad alta velocità.

La tecnologia di routing auto-interattivo può richiedere da ore di routing manuale di un bus, fino a solo pochi minuti. Le migliori soluzioni di routing auto-interattivo contengono la possibilità per il rounter di indirizzare il percorso, il routing su molteplici livelli, la lunghezza automatica e la sintonizzazione di fase, lo scambio automatico di pin, in 3D, il tutto seguendo le tue regole di progettazione. Questo tipo di strumento può mettere la potenza del programma per PCB con EDA integrato di fascia alta nelle tue mani a una frazione del costo.

Differential pair on a PCB

Lo strumento del routing auto-interattivo integrato nel tuo programma per PCB ti aiuta a ottimizzare le tracce e preservare il tuo progetto personale
 

Progettazione di Sistema Multischeda

Credo che si possa affermare con certezza che l'elettronica non diventerà mai più semplice. I prodotti moderni richiedono che l'elettronica si inserisca in involucri unici, che offrano facilità di scalabilità, maggiore facilità di manutenzione e affidabilità; tutti requisiti che si prestano bene al design multischeda. L'aumento dell'uso di schede multiple nei progetti ne è la prova evidente. I PCB multischeda possono essere un grattacapo per la progettazione, poiché introducono una serie di nuove sfide di progettazione meccanica ed elettrica. Dovrai preoccuparti della distanza fisica di isolamento in aria su schede diverse, pensare alle regole elettriche su e tra i singoli PCB e a qualsiasi potenziale ridisegno. Per nostra fortuna, ci sono alcuni strumenti per PCB che semplificano la progettazione multischeda.

Cosa fanno questi strumenti?

Integrazione MCAD a livello di sistema e modellazione 3D: Ho già discusso i vantaggi dell'integrazione MCAD nel tuo programma per PCB. Immagina quanto possa essere utile, poi moltiplicalo per il numero di schede che stai usando. Il controllo della distanza di isolamento in aria 3D su schede eterogenee è un incubo. Devi assicurarti che tutto si adatti ad ogni singolo PCB, che ogni scheda combaci e che tutto si adatti all'interno dell'involucro. Come ingegnere elettrico i tuoi pensieri iniziali potrebbero non essere diretti verso come le cose combaciano meccanicamente. Tuttavia, può essere un fattore importante da controllare. Se le schede non connettono correttamente tra loro all'interno dell'involucro, questo potrebbe portare a una riprogettazione meccanica dei PCB o dell'involucro, o di entrambi. Anche se la modifica meccanica è minore, piccole modifiche di forma o di layout possono portare a grandi riprogettazioni elettriche. Questi nuovi strumenti avranno caratteristiche che ti permetteranno di generare modelli e di fare il controllo della distanza di isolamento in aria su un intero assemblaggio durante la progettazione. In questo modo non si finirà per dover riprogettare l'intero assemblaggio alla fine perché qualcosa non si è adattato correttamente.

Controlli delle norme elettriche Parlando di controlli per gli assemblaggi, le caratteristiche multischeda saranno in grado di fare un controllo trasversale delle regole elettriche. Diciamo che a causa di circostanze impreviste si è costretti a scambiare le connessioni pin su una scheda figlia. Questo controllo delle regole metterà in evidenza il cambiamento e persino propagherà lo scambio alla scheda madre. Quello che una volta poteva significare una giornata lavorando sulle tracce o una riprogettazione problematica diventa una soluzione rapida. Infatti, questo nuovo programma per PCB con EDA integrati metterà in evidenza l'errore durante il controllo delle regole elettriche per l'intero assemblaggio.

Gestione catena di distribuzione

Siamo progettisti, non uomini d'affari, quindi la gestione della catena di distribuzione spesso è un aspetto indesiderabile della progettazione PCB. Ecco perché gli strumenti di gestione della catena di distribuzione possono essere utili. Possono fare una distinta dei materiali (Bill of Materials - BOM) controllando che tutti i componenti desiderati siano ancora disponibili e persino suggerirne di nuovi se non lo sono. Possono anche aiutarti a trovare i sostituti per i progetti ereditati che volete rinnovare. Questo tipo di strumento per PCB ti aiuterà anche a interagire con il produttore, dato che non aspetterà a lungo che tu trovi novità o fornitori.

Molti progettisti hanno scoperto che è una buona idea procurarsi i propri componenti. Tuttavia, la gestione delle librerie di componenti e delle catene di distribuzione è una seccatura e non è quello che la maggior parte dei progettisti vuole fare. Quindi, perché non procurarsi uno strumento che lo faccia per te? Sono disponibili molteplici strumenti che possono aiutarti nella gestione della catena di distribuzione. Lo fanno mantenendo aggiornate le librerie piene di componenti e comunicando con i fornitori per vedere chi ha cosa in magazzino. In questo modo, quando sei pronti ad ordinare un altro giro di schede, non ti accorgerai improvvisamente che il IC che hai usato l'ultima volta è obsoleto. Il tuo programma per PCB di gestione della catena di distribuzione può comunicarti in anticipo che non riuscirai a trovare quel IC e può anche suggerirti una sostituzione. Questo tipo di programmi può anche tenere traccia di quali componenti hai usato nei progetti precedenti. Diciamo che hai un ottimo progetto che avevi usato 3 anni fa, e ora vuoi modificarlo per un nuovo prodotto. Quello che non vuoi fare è analizzare come sono cambiati i componenti e quali dovresti usare ora. Questo software potrebbe farlo per te.

Design libraries visual of a  on a computer
Il programma per PCB di gestione della catena di distribuzione può aiutarti a rimanere concentrato sulla progettazione invece che sulle librerie.

Progettazione unificata

Sebbene se questo non sia uno strumento, dovrebbe essere una funzionalità di ogni strumento per PCB che utilizzi. Per progettazione unificata si intendono gli strumenti che sono integrati nel tuo programma primario. Se i tuoi strumenti devono davvero accelerare il processo di progettazione, devono essere pronti a portata di mano quando ne hai bisogno.

C'è un solo pezzo del miglior programma per PCB che ha tutti questi strumenti e altri ancora che sono integrati in esso fin dall'inizio. Altium Designer® ha tutto: analisi, integrazione MCAD, routing, supporto per sistemi multischeda, gestione della catena di fornitura, e altro ancora. Tutti questi strumenti per PCB sono disponibili dall'interfaccia principale, il che li rende facilmente accessibili. Altium sta colmando il divario tecnologico mettendo nelle tue mani tecnologie avanzate per un prezzo estremamente contenuto. Approfittate di questi strumenti oggi stesso e migliora la tua efficienza e i tuoi progetti.

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