Processo di progettazione PCB: L'approccio di progettazione EDA

I team di hardware hanno successo quando riescono a passare dai requisiti a una scheda funzionante e produttiva con il minor numero possibile di revisioni. L'automazione della progettazione elettronica (EDA) realizza questo obiettivo fornendo un flusso di lavoro integrato e guidato dai vincoli che mantiene allineati i requisiti elettrici, meccanici e di produzione dal primo schema a blocchi fino al rilascio finale.

L'EDA sostituisce il disegno manuale e i simulatori isolati con un ambiente unificato per la cattura dei requisiti, l'inserimento degli schemi, la simulazione, il layout e il routing del PCB, la verifica e la documentazione di produzione. Quando il software EDA è ben scelto e configurato correttamente, riduce i cicli di progettazione e migliora la resa al primo passaggio.

Principali Punti da Ricordare

• L'EDA unifica il flusso di lavoro del PCB. Un unico modello di dati guidato dai vincoli che collega requisiti, schemi, simulazione, layout, verifica e rilascio aiuta a ridurre le revisioni e a migliorare la resa al primo passaggio.
• La standardizzazione dovrebbe essere misurabile. Costruire librerie condivise e insiemi di vincoli, integrare con MCAD e PLM, quindi tracciare le revisioni per progetto, la resa al primo passaggio e il tempo dal congelamento dello schema al rilascio.
• L'integrazione è ora un'aspettativa di base. Un ambiente EDA moderno dovrebbe connettersi senza problemi con MCAD, PDM, PLM e strumenti di analisi in modo che i team elettrici, meccanici e di produzione possano lavorare con dati aggiornati per ridurre le sorprese nelle fasi avanzate.
• Il contesto unificato è un fattore di differenziazione. La piattaforma Altium collega Altium Discover per l'esplorazione delle soluzioni, Altium Develop per la progettazione di PCB e Altium Agile per i flussi di lavoro aziendali in un ambiente coordinato per i team di hardware distribuiti.

Cos'è la progettazione EDA nell'ingegneria dei PCB?

Il software EDA è utilizzato per progettare, simulare, verificare e preparare i sistemi elettronici per la produzione. Nell'ingegneria dei PCB, la progettazione EDA copre tipicamente:

1. Requisiti e architettura del sistema
2. Acquisizione schematica e connettività logica
3. Simulazione e analisi
4. Layout e routing del PCB
5. Verifica e approvazione
6. Documentazione e rilascio

La maggior parte dei software EDA è altamente specializzata in un'area specifica della progettazione; solo poche applicazioni possono affrontare tutti gli aspetti dello sviluppo del prodotto. I flussi tradizionali spingevano ogni fase in uno strumento separato, con passaggi manuali tra di loro. La moderna automazione della progettazione EDA li lega insieme con un unico modello di dati, così connettività, vincoli, librerie e output di produzione provengono tutti da un unico progetto.

Quali sono gli strumenti EDA più popolari per la progettazione elettronica?

Le aziende di automazione della progettazione elettronica offrono strumenti che si raggruppano in tre ampie categorie.

1. Strumenti di livello base e a costi contenuti
   • CircuitMaker offre agli utenti una piattaforma gratuita per progettare con un insieme di strumenti molto simile ad Altium Designer e include uno spazio di lavoro personale gratuito in Altium 365.
   • KiCad fornisce una suite open-source capace per schemi, PCB e basi di 3D. È utilizzato nell'istruzione, nel lavoro hobbistico e nelle startup in fase iniziale.
   • EasyEDA e strumenti simili basati su browser offrono progettazione schematica e di PCB ospitata sul cloud, spesso collegata a produzioni a basso costo.
2. Ambienti professionali
   • Altium Develop è una soluzione di punta sulla piattaforma Altium per i team di PCB professionali. Supporta progetti molto grandi, vincoli avanzati e un'integrazione profonda con la catena di fornitura richiesta nei prodotti automobilistici, aerospaziali e medici.
   • Cadence OrCAD, Siemens PADS e Zuken CR-8000 mirano anche al design professionale con cattura e layout, più moduli di analisi opzionali.
3. Le piattaforme enterprise
   • Altium Agile includono il set di funzionalità di base di Altium Develop e lo estendono al dominio della gestione dei dati aziendali. Le funzionalità avanzate di gestione sono disponibili nel cloud o come distribuzione on-premises.
   • Cadence Allegro e Siemens Xpedition sono piattaforme più pesanti che supportano grandi progetti.

I principianti e gli utenti hobbisti spesso iniziano con KiCad, EasyEDA o CircuitMaker poiché questi sono di livello base e gratuiti. I team di produzione tendono a standardizzare su Altium, OrCAD, PADS o piattaforme enterprise di fascia alta man mano che aumentano la complessità delle schede e le esigenze di conformità.

L'automazione della progettazione EDA può essere integrata con altri strumenti?

I progetti hardware di successo richiedono coordinamento tra elettrica, meccanica e approvvigionamento/produzione in ogni fase. Una progettazione EDA efficace presuppone un'integrazione stretta con la gestione dei dati di prodotto (PDM), la gestione del ciclo di vita del prodotto (PLM), il CAD meccanico (MCAD) e gli strumenti di analisi.

Integrazione ECAD e MCAD

I formati tridimensionali e la collaborazione ECAD-MCAD facilitano la condivisione dei contorni delle schede, delle aree di esclusione, dei corpi dei componenti, delle regioni rigido-flessibili e degli assemblaggi multiboard. In Altium Develop, la collaborazione ECAD-MCAD è integrata nell'ambiente di base con MCAD CoDesigner, così i team di PCB e meccanici possono scambiarsi modifiche senza dover ricorrere manualmente allo spostamento di file, e entrambi i lati vedono la stessa cronologia delle revisioni.

Integrazione PLM e PDM

I sistemi PLM e PDM fungono da registro ufficiale per parti, distinta materiali (BOM) e revisioni. Quando il software di progettazione EDA si integra con PLM, può inserire dati strutturati della BOM nel sistema di registro, collegare le release a specifiche revisioni del design e allineare le richieste di modifica ingegneristica con il progetto attivo. Sulla piattaforma Altium, Altium Agile fornisce automazione dei flussi di lavoro, governance e una connettività più profonda con sistemi aziendali come PLM e Jira.

Simulazione, produzione e test

Gli ambienti EDA leader integrano anche solutori per l'integrità del segnale e della potenza, sistemi di test basati su netlist e strumenti esterni design-for-manufacturability (DFM).

Quali sono le principali caratteristiche degli strumenti di automazione della progettazione EDA?

La maggior parte dei software di progettazione EDA per l'ingegneria delle PCB condivide una base comune. Le caratteristiche chiave da cercare sono:

1. Database di progettazione unificato
   Schema, layout PCB, modelli 3D e output di produzione condividono una rappresentazione di progetto sottostante unica. Questo è centrale per Altium Develop sulla piattaforma Altium, dove tutte le viste e gli output provengono dagli stessi dati.
2. Gestione dei vincoli e motori di regole
   Le regole coprono classi di net, distanze fisiche, obiettivi di impedenza e lunghezza, uso di via, coppie differenziali e limiti di fabbricabilità. I sistemi di vincoli applicano questi in schema e layout, e i controlli delle regole verificano automaticamente la conformità.
3. Simulazione e analisi integrate
   La simulazione a livello di schema e l'analisi dell'integrità del segnale (SI) e dell'integrità della potenza (PI) consapevoli del layout aiutano a identificare problemi funzionali e di distribuzione della potenza prima della fabbricazione.
4. Routing interattivo e assistito
   I motori di routing applicano i vincoli supportando flussi di lavoro efficienti. Le capacità includono spesso il routing guidato di coppie differenziali, l'accordatura della lunghezza e strategie avanzate di via, a volte con assistenza automatizzata.
5. Visualizzazione tridimensionale e funzionalità ECAD-MCAD
   Le visualizzazioni tridimensionali delle schede aiutano a validare altezze, distanze di sicurezza e comportamento rigido-flessibile. In Altium Develop, le viste 3D sono strettamente integrate con l'editor PCB, così i progettisti possono passare tra la modifica dettagliata in 2D e gli assemblaggi completi in 3D.
6. DFx e documentazione di produzione
   Gli strumenti DFx analizzano la fabbricabilità e la testabilità mentre lo strumento EDA genera output di fabbricazione e assemblaggio, inclusi file Gerber o ODB++, dati di foratura, impilamenti e disegni di assemblaggio, e file di posizionamento. Tale documentazione è integrata in Altium Develop, piuttosto che richiedere un componente aggiuntivo esterno.
7. Gestione di libreria, dati e collaborazione
   Librerie centrali, spazi di lavoro cloud, controllo delle revisioni, revisioni e API aiutano i team a gestire parti e progetti su larga scala. La piattaforma Altium, fornita tramite Altium Develop e Altium Agile, è un esempio prominente di questo approccio.

Come migliora i processi di progettazione elettronica l'automazione EDA?

L'automazione della progettazione EDA cambia il ciclo di vita del PCB anticipando i controlli critici, mantenendo l'intento allineato con l'implementazione e riducendo la deriva dei dati.

Sposta i controlli critici in anticipo

Controlli delle regole elettriche, simulazioni precoci e configurazione dei vincoli spingono il lavoro di qualità all'inizio del progetto. I progettisti validano l'architettura e la scelta dei componenti prima di impegnarsi nel layout, riducendo le iterazioni a valle.

Mantiene allineati intento e implementazione

I sistemi di vincolo assicurano che le regole concordate durante i requisiti e l'architettura guidino il posizionamento e il routing. In Altium Develop, lo stesso insieme di regole si applica allo schema, al PCB e agli output di produzione, quindi l'intento elettrico e l'implementazione fisica rimangono consistenti.

Riduce la traduzione manuale e la deriva dei dati

L'integrazione stretta con MCAD, PLM e la produzione riduce le esportazioni manuali di dati e il reinserimento. I BOM e la documentazione provengono dal database di progettazione autorevole, e gli strumenti di condivisione basati sul cloud mantengono tutti sulla stessa revisione.

Come Scegliere e Standardizzare un Ambiente EDA

Per ottenere costantemente questi benefici, hai bisogno di un ambiente di progettazione EDA che supporti un flusso unificato. Quando valuti le opzioni, considera:

1. Complessità della scheda, obiettivi di prestazione e requisiti normativi
2. Dimensione del team, distribuzione geografica e necessità di collaborazione
3. Requisiti di integrazione con MCAD, PLM e strumenti di analisi esterni
4. Se preferisci un'applicazione unificata o un insieme di moduli separati

La piattaforma Altium, fornita tramite Altium Discover, Altium Develop e Altium Agile, combina un'interfaccia di progettazione unica, solide capacità 3D e ECAD-MCAD, output di produzione integrati e una piattaforma cloud per la collaborazione e la gestione del ciclo di vita. Altri strumenti EDA popolari per la progettazione elettronica potrebbero essere in grado di soddisfare esigenze simili, specialmente in grandi imprese con ampi budget, ma spesso con una maggiore dipendenza da database separati e catene di strumenti.

Per la maggior parte delle organizzazioni che lavorano con PCB, un percorso pratico è scegliere una piattaforma di progettazione EDA che copra requisiti, schemi, simulazione, layout, verifica e rilascio in un unico ambiente; costruire librerie e vincoli condivisi; integrarsi con sistemi meccanici e di dati; e tracciare metriche come il numero di revisioni per progetto, la resa al primo passaggio e il tempo dal congelamento dello schema al rilascio. Se questi numeri migliorano trimestre dopo trimestre, la tua strategia di automazione EDA sta funzionando.

Domande Frequenti

1. Cos'è la progettazione EDA in ingegneria dei PCB?

La progettazione EDA nell'ingegneria delle PCB è l'uso del software di automazione della progettazione elettronica per gestire l'intero ciclo di vita di una scheda, inclusi la cattura dei requisiti, la cattura schematica, la simulazione, il layout e il routing della PCB, la verifica e il rilascio per la produzione. L'obiettivo è mantenere tutte queste fasi all'interno di un unico ambiente guidato dai vincoli piuttosto che utilizzare strumenti separati.

2. Come si inserisce il software di progettazione EDA nel processo generale di progettazione delle PCB?

Il software di progettazione EDA è la colonna vertebrale del flusso di lavoro delle PCB. Traduce i requisiti prodotto ed elettrici in schemi, valida il comportamento con la simulazione, implementa la scheda fisica, la verifica rispetto alle regole elettriche e di produzione e genera gli output di fabbricazione e assemblaggio da un insieme condiviso di progetti e librerie.

3. In cosa si differenzia Altium da altri popolari strumenti EDA per la progettazione elettronica?

Altium offre le sue capacità attraverso la piattaforma Altium con tre soluzioni connesse: Altium Discover per l'esplorazione di soluzioni e componenti, Altium Develop come ambiente principale di progettazione di PCB e sistemi, e Altium Agile per i flussi di lavoro e le integrazioni aziendali. Insieme, forniscono un contesto unico per schemi, layout PCB, 3D, vincoli, intelligenza della supply-chain e documentazione, riducendo la necessità di unire più strumenti.

4. Quando dovrebbe un team passare da strumenti di livello base a un ambiente EDA professionale?

I team hanno tipicamente bisogno di un ambiente EDA professionale quando le schede diventano più veloci, più dense o più regolamentate, e i rifacimenti iniziano ad accumularsi. A quel punto, software di progettazione EDA professionale come Altium Develop, offre vincoli più forti, migliore integrazione 3D, documentazione più robusta e collaborazione più stretta.

5. Quali sono i benefici del software di progettazione EDA integrato con i sistemi MCAD e PLM?

Il software di progettazione EDA si integra con MCAD così che i team meccanici ed elettrici possono condividere la stessa geometria e i modelli dei componenti. Con l'integrazione PLM, BOM, dati dei componenti e revisioni fluiscono nel sistema di registrazione aziendale. Sulla piattaforma Altium, Altium Develop gestisce la collaborazione quotidiana ECAD-MCAD, e Altium Agile si concentra sulla gestione dei dati, connettività PLM e flussi di lavoro hardware.

6. Quali caratteristiche dovrei dare priorità quando valuto il software EDA per schede ad alta velocità o complesse?

Dai priorità alla gestione e all'analisi dei vincoli. È necessario un forte supporto per classi di net, controllo dell'impedenza, abbinamento delle lunghezze, coppie differenziali, regole per le vie e regole di fabbricabilità, oltre all'accesso ad analisi di integrità del segnale e di potenza legate all'effettivo layout. Un ambiente unificato, come Altium Develop, facilita l'applicazione e la verifica costante di questi vincoli.

7. Come cambia il modo in cui i team di PCB utilizzano gli strumenti EDA la collaborazione basata su cloud?

La collaborazione basata su cloud trasforma la progettazione di PCB in uno spazio di lavoro condiviso dove progetti, librerie e output rimangono aggiornati e accessibili alle persone giuste. Sulla piattaforma Altium, Altium Develop e Altium Agile offrono visualizzazioni basate su browser, condivisione controllata e commenti integrati per ridurre l'invio di file via email e mantenere allineati i team distribuiti.

8. Come dovrebbe un team pianificare la migrazione verso un ambiente di progettazione EDA standardizzato come Altium?

Un approccio pratico include la selezione di progetti pilota, l'impostazione di metriche di successo, la costruzione di librerie condivise e modelli di vincolo nel nuovo ambiente, poi la formazione del team e l'esecuzione di questi piloti mentre si rifiniscono i flussi di lavoro. Standardizzare sulla piattaforma Altium ti permette di impostare questa infrastruttura una volta sola e riutilizzarla attraverso i prodotti. I clienti Altium esistenti possono migrare a Discover, Develop e Agile sulla stessa piattaforma che ospita già i loro progetti.