Jak stworzyć bibliotekę PCB dla swoich praktyk projektowych

Gdy myślimy o bibliotece, pierwsze, co przychodzi na myśl, to budynek, w którym są przechowywane jakieś materiały. W kwietniu 1800 r., gdy posiedzenia rządu przeniesiono z Filadelfii do Waszyngtonu, jedną z pierwszy decyzji prezydenta Monroe było przyznanie 5000 dolarów na zakup książek na użytek Kongresu. Po założeniu Biblioteka Kongresu początkowo przechowywała 740 książek i trzy mapy. Obecnie znajduje się w niej 32 mln skatalogowanych książek i innych materiałów drukowanych w 470 językach; ponad 61 mln manuskryptów. Jest to największa kolekcja rzadkich książek w Ameryce Północnej. Jest to zdecydowanie największa biblioteka na świecie. Dla każdego, kto kiedykolwiek odwiedził Bibliotekę Kongresu, uświadomienie sobie ogromu wiedzy i materiałów zamkniętych w jej murach jest niesamowitym uczuciem. Jednak to, co dla mnie jest jeszcze bardziej zdumiewające, to uporządkowanie tych wszystkich materiałów w sposób umożliwiający szybkie odszukanie konkretnej pozycji. 

Definicja biblioteki

Z perspektywy projektantów PCB biblioteka to nie budynek, ale raczej zbiór informacji lub danych uporządkowanych w sposób pozwalający na szybkie wyszukiwanie. Najczęściej spotykaną część biblioteki PCB stanowią komponenty procesu projektowania PCB przechowywane w bazie danych. Dla przykładu: stale rozbudowywana biblioteka naszej firmy zawiera ponad 7,5 tysiąca komponentów. Jej najpopularniejszą sekcją jest wykaz zasobów dotyczących PCB, w którym umieszczamy książki, artykuły, nagrania wideo, materiały szkoleniowe oraz wszystko, co uznajemy za dobre źródło wiedzy o PCB. Chociaż niektórzy uważają, że to niewiele, my lubimy mieć te wszystkie informacje pod ręką.

Znaczenie biblioteki PCB

Wszystko zaczyna się i kończy na projekcie PCB, a ja jestem bezgranicznie przekonany, że biblioteka projektowa PCB to zdecydowanie najbardziej istotny element. Stale przestrzegam takiej zasady: ZAWSZE bądź w doskonałych stosunkach z osobą zarządzającą biblioteką PCB. Chociaż przez większość czasu te osoby są niedoceniane, ich pozycja w dowolnym zespole PCB jest kluczowa.

Co reprezentuje biblioteka PCB?

Na pierwszy rzut oka biblioteka to tylko zbiór danych projektowych oraz informacji o komponentach PCB. Jednak to coś znacznie bardziej istotnego. Biblioteka reprezentuje PIENIĄDZE. To prawda — twardą, żywą gotówkę. Zależy tylko, w której kolumnie bilansu zostanie ona zapisana: po stronie aktywów, czy strat.

Informacje statyczne a informacje dynamiczne

Zanim zagłębimy się w zagadnienia związane z różnymi typami bibliotek PCB, musimy zrozumieć, czym są informacje statyczne i dynamiczne dotyczące komponentu. Informacje dynamiczne zmieniają się, a statyczne nie. Ze względu na to, że elektronika jest dziedziną, która stale się rozwija, niewiele rzeczy nie ulega jakimś zmianom. 

Typy struktur bibliotek PCB

Ze względu na bardzo dynamiczny rozwój branży w ostatniej dekadzie firmy opracowały kilka typów struktur bibliotek PCB do obsługi różnych projektów i zmian. Oto kilka z nich:

Biblioteki kluczowe 

Kluczowe biblioteki PCB zawierają kluczowe dane komponentów. Architekturę biblioteki oraz wymagane modele komponentów omówimy w rozdziale 5, ale kluczowe modele dla komponentów to informacje parametryczne, symbol dla schematu elektrycznego, footprint PCB, model 3D oraz modele symulacyjne, takie jak SPICE lub IBIS. Biblioteka kluczowa przechowuje te informacje w oparciu o symbole dla schematu elektrycznego. Jednak tego typu biblioteki są trudne w utrzymaniu i często szybko urastają do rozmiarów wymykających się spod kontroli. Gdy biblioteka osiągnie taki stan, trafia do kolumny STRATY. 

Biblioteki zintegrowane 

Drugim typem bibliotek są biblioteki zintegrowane, które przechowują modele komponentów w pojedynczym pliku tylko do odczytu. W swojej karierze bardzo często pracowałem z bibliotekami zintegrowanymi.  Oferują one wiele korzyści, ponieważ wykorzystują informacje tylko do odczytu. Wprowadzanie w nich zmian jest bardzo pracochłonne, co sprawia, że te biblioteki stają się statyczne, co może (lub nie) być najlepszą opcją. Ze względu na to jestem głęboko przekonany, że w naszej dynamicznej branży elektronicznej to rozwiązanie nie jest już praktyczne.  

Biblioteki bazodanowe

Trzeci typ, biblioteka bazodanowa, to znacznie silniejsza, rozwinięta wersja struktury biblioteki zintegrowanej oparta na informacjach parametrycznych. Ten typ biblioteki, znany powszechnie jako plik DBLink, to zwykła baza danych Access. Zaletą takiej biblioteki jest jej elastyczność. Bibliotekę bazodanową można zorganizować stosownie do swoich własnych wymogów. 

Biblioteki komponentów 

Najlepszym typem i zwieńczeniem wszystkich pozostałych typów bibliotek jest biblioteka komponentów. W takiej bibliotece każdy komponent jest traktowany jako odrębna jednostka ze swoim symbolem dla schematu elektrycznego, footprintem PCB, modelami 3D, modelami symulacyjnymi, informacjami parametrycznymi oraz informacjami sourcingowymi. Jak zobaczymy w rozdziale 4, biblioteka obsługuje również informacje o wersjach i cyklu życia, dzięki czemu otrzymujemy doskonały pakiet dla komponentu. Ten system zapewnia swobodę rozbudowy biblioteki PCB. Większość firm przechowuje te biblioteki na serwerze dla zapewnienia globalnej dostępności. 

Problem integracji biblioteki i firmowego systemu PLM

Gdy byłem dzieckiem, dostałem kiedyś na Gwiazdkę akwarium i rozentuzjazmowany kupiłem do niego dwie piękne rybki. Na początku wszystko zdawało się być w porządku, ale po kilku minutach rybki zaczęły ze sobą walczyć. Okazało się, że były to dwa samce bojowników wspaniałych, które są bardzo terytorialne i pozabijałyby się nawzajem, gdyby ich nie odseparowano. 

W podobny sposób dostrzegam pojawianie się znaczących problemów przy integrowaniu wielu pakietów oprogramowania do codziennych zadań. Weźmy na przykład bibliotekę PCB oraz firmowy system zarządzania cyklem życia produktu (ang. Product Lifecycle Management System (PLM)), taki jak Arena czy Agile. Tak jak moi wodni przyjaciele, te systemy są bardzo terytorialne i mogłyby pozabijać się nawzajem, gdyby je pozostawiono bez kontroli. 

Za chwilę omówimy narzędzia do pracy z biblioteką, a szczególnie narzędzia Altium do zarządzania komponentami i bibliotekami. Zobaczymy, że to oprogramowanie do zarządzania biblioteką jest potężne oraz, co najważniejsze, z natury dynamiczne. Jest to pod każdym względem system PLM, a co więcej: raczej dobry system PLM. Jednakże w większości firm systemy PLM są statyczne. Zawarte w nich informacje rzadko się zmieniają i szybko się starzeją, jak chleb pozostawiony na noc poza pojemnikiem. Innym problemem jest brak wiedzy na temat tego, gdzie i czy dane PLM się zmieniają. 

Żeby powstrzymać te systemy przed pozabijaniem się nawzajem, trzeba znać ich granice i wyznaczać, który system ma obsługiwać konkretne procedury. Innymi słowy każdemu z nich trzeba przydzielić osobne terytorium.

Narzędzia do pracy z biblioteką

Jedną z najlepszych firm na stale rozwijającym się rynku oprogramowania do projektowania PCB jest „niewielka” firma o nazwie Altium. Jako osoba pracująca z narzędziami Altium przez wiele lat miałem przyjemność obserwować, jak ta firma staje się liderem rynku. Stare powiedzenie mówi: „najlepszy widok ma ten, kto jest na czele”. Nie ma wątpliwości, że tę pozycję zajmuje Altium. 

Niezwykły rozwój firmy wynika ze sposobu pracy. Podczas gdy większość firm reaguje na trendy w branży, Altium stosuje proaktywne podejście do rozwoju oprogramowania. 

Ostatnio firma Altium wyszła poza projekty PCB, wprowadzając pakiet Altium Designer. Prezentując „przerażające” zrozumienie trendów branżowych, ten skonsolidowany pakiet oprogramowania pozwala nam przechowywać, a co ważniejsze, zarządzać komponentami biblioteki przy użyciu jednego interfejsu.

Przejście na korzystanie z biblioteki Altium ma natychmiastowy wpływ na proces projektowania PCB. Miałem możliwość pracować ze wszystkimi typami i strukturami bibliotek PCB, ale Altium Designer pozwala przygotowywać projekty z niezrównaną ufnością. Integralność biblioteki PCB stała się fundamentem naszych projektów PCB, a także naszym mocnym punktem. Dzięki opracowaniu kilku zasad wspierających biblioteka w istotny sposób przyczyniła się do sukcesu naszej firmy. Teraz zawsze korzystam z narzędzi Altium do zarządzania komponentami i bibliotekami. 

Czy chcesz dowiedzieć się więcej na temat tego, jak Altium może Ci pomóc przy kolejnym projekcie PCB? Porozmawiaj z ekspertem Altium.