Processo de Design de PCB: A Abordagem de Design EDA

As equipes de hardware têm sucesso quando conseguem passar dos requisitos para uma placa funcional e fabricável com o mínimo de revisões possível. A automação do design eletrônico (EDA) cumpre esse objetivo ao fornecer um fluxo de trabalho integrado e orientado por restrições, que mantém os requisitos elétricos, mecânicos e de fabricação alinhados desde o primeiro diagrama de blocos até a liberação final.

A EDA substitui o desenho manual e simuladores isolados por um ambiente unificado para a captura de requisitos, entrada de esquemáticos, simulação, layout e roteamento de PCB, verificação e documentação de fabricação. Quando o software de EDA é bem escolhido e configurado adequadamente, ele reduz os ciclos de design e melhora o rendimento na primeira tentativa.

Principais Pontos

• A EDA unifica o fluxo de trabalho da PCB. Um único modelo de dados orientado por restrições, conectando requisitos, esquemático, simulação, layout, verificação e liberação, ajuda a reduzir revisões e a melhorar o rendimento na primeira tentativa.
• A padronização deve ser mensurável. Construa bibliotecas compartilhadas e conjuntos de restrições, integre com MCAD e PLM, depois rastreie as revisões por projeto, o rendimento na primeira tentativa e o tempo desde a congelamento do esquemático até a liberação.
• A integração agora é uma expectativa básica. Um ambiente moderno de EDA deve se conectar de forma limpa com MCAD, PDM, PLM e ferramentas de análise para que as equipes elétricas, mecânicas e de fabricação possam trabalhar com dados atuais para reduzir surpresas em estágios avançados.
• O contexto unificado é um diferenciador. A plataforma Altium conecta o Altium Discover para exploração de soluções, o Altium Develop para design de PCB e o Altium Agile para fluxos de trabalho empresariais em um ambiente coordenado para equipes de hardware distribuídas.

O Que é Design EDA em Engenharia de PCB?

O software EDA é usado para projetar, simular, verificar e preparar sistemas eletrônicos para fabricação. Em engenharia de PCB, o design EDA normalmente abrange:

1. Requisitos e arquitetura do sistema
2. Captura esquemática e conectividade lógica
3. Simulação e análise
4. Layout e roteamento de PCB
5. Verificação e aprovação
6. Documentação e liberação

A maioria dos softwares EDA é altamente especializada em uma área específica do design; apenas algumas aplicações podem abordar todos os aspectos do desenvolvimento de produtos. Fluxos tradicionais empurravam cada estágio para uma ferramenta separada, com transferências manuais entre eles. A automação moderna de design EDA os une com um único modelo de dados, de modo que conectividade, restrições, bibliotecas e saídas de fabricação vêm todos de um único projeto.

Quais São as Ferramentas EDA Populares para Design Eletrônico?

Empresas de automação de design eletrônico oferecem ferramentas que se agrupam em três grandes grupos.

1. Ferramentas de nível básico e com restrições de custo
   • CircuitMaker oferece aos usuários uma plataforma gratuita para projetar com um conjunto de ferramentas muito semelhante ao Altium Designer e inclui um espaço de trabalho pessoal gratuito no Altium 365.
   • KiCad fornece um conjunto de ferramentas de código aberto capaz para esquemático, PCB e 3D básico. É usado em educação, trabalhos de hobby e startups em estágio inicial.
   • EasyEDA e ferramentas semelhantes baseadas em navegador oferecem design esquemático e de PCB hospedado na nuvem, muitas vezes vinculado a fabricação de baixo custo.
2. Ambientes profissionais
   • Altium Develop é uma solução de ponta na plataforma Altium para equipes profissionais de PCB. Suporta designs muito grandes, restrições avançadas e integração profunda com a cadeia de suprimentos exigida em produtos automotivos, aeroespaciais e médicos.
   • Cadence OrCAD, Siemens PADS e Zuken CR-8000 também visam o design profissional com captura e layout, além de módulos de análise opcionais.
3. Plataformas empresariais
   • Altium Agile incluem o conjunto de recursos principais do Altium Develop e o estendem para o domínio da gestão de dados empresariais. Os recursos avançados de gestão estão disponíveis na nuvem ou como uma implantação local.
   • Cadence Allegro e Siemens Xpedition são plataformas mais robustas que suportam grandes designs.

Iniciantes e usuários amadores muitas vezes começam com KiCad, EasyEDA ou CircuitMaker, pois são de entrada gratuita. Equipes de produção tendem a padronizar em Altium, OrCAD, PADS ou plataformas empresariais de ponta à medida que a complexidade das placas e as exigências de conformidade aumentam.

A Automação de Design EDA Pode Ser Integrada com Outras Ferramentas?

Projetos de hardware bem-sucedidos exigem coordenação entre elétrica, mecânica e aquisição/fabricação em todas as etapas. Um design EDA eficaz pressupõe uma integração apertada com a gestão de dados do produto (PDM), gestão do ciclo de vida do produto (PLM), CAD mecânico (MCAD) e ferramentas de análise.

Integração ECAD e MCAD

Formatos tridimensionais e a colaboração ECAD-MCAD facilitam o compartilhamento de contornos de placas, áreas de exclusão, corpos de componentes, regiões rígido-flexíveis e montagens de várias placas. No Altium Develop, a colaboração ECAD-MCAD é incorporada ao ambiente principal com o MCAD CoDesigner, permitindo que as equipes de PCB e mecânica troquem alterações sem a necessidade de manipulação manual de arquivos, e ambas as partes veem o mesmo histórico de revisões.

Integração PLM e PDM

Os sistemas PLM e PDM servem como o registro oficial para peças, lista de materiais (BOM) e revisões. Quando o software de design EDA integra-se ao PLM, ele pode inserir dados estruturados de BOM no sistema de registro, vincular lançamentos a revisões de design específicas e alinhar solicitações de mudança de engenharia com o projeto ativo. Na plataforma Altium, Altium Agile oferece automação de fluxo de trabalho, governança e conectividade mais profunda com sistemas empresariais como PLM e Jira.

Simulação, fabricação e teste

Ambientes EDA líderes também se integram com solucionadores de integridade de sinal e potência, sistemas de teste baseados em netlist e ferramentas externas de design para fabricação (DFM).

Quais são as Principais Características das Ferramentas de Automação de Design EDA?

A maioria dos softwares de design EDA para engenharia de PCBs compartilha uma base comum. As características chave a procurar são:

1. Base de dados de design unificada
   Esquemático, layout de PCB, modelos 3D e saídas de fabricação compartilham uma representação de projeto subjacente. Isso é central para o Altium Develop na plataforma Altium, onde todas as visualizações e saídas vêm dos mesmos dados.
2. Gestão de restrições e motores de regras
   As regras cobrem classes de redes, distâncias físicas, alvos de impedância e comprimento, uso de vias, pares diferenciais e limites de fabricabilidade. Sistemas de restrição aplicam essas regras no esquemático e layout, e verificações de regras verificam automaticamente a conformidade.
3. Simulação e análise integradas
   Simulação em nível de esquemático e análise de integridade de sinal (SI) e integridade de potência (PI) conscientes do layout ajudam a identificar problemas funcionais e de distribuição de energia antes da fabricação.
4. Roteamento interativo e assistido
   Motores de roteamento impõem restrições enquanto suportam fluxos de trabalho eficientes. As capacidades geralmente incluem roteamento guiado de pares diferenciais, ajuste de comprimento e estratégias avançadas de vias, às vezes com assistência automatizada.
5. Visualização tridimensional e recursos ECAD-MCAD
   Vistas tridimensionais da placa ajudam a validar alturas, folgas e comportamento rígido-flexível. No Altium Develop, as visualizações 3D são integradas de forma apertada com o editor de PCB, permitindo que os projetistas alternem entre a edição detalhada em 2D e montagens completas em 3D.
6. DFx e documentação de fabricação
   Ferramentas DFx analisam a fabricabilidade e testabilidade enquanto a ferramenta EDA gera saídas de fabricação e montagem, incluindo arquivos Gerber ou ODB++, dados de perfuração, empilhamento e desenhos de montagem, e arquivos de colocação. Tal documentação é incorporada no Altium Develop, em vez de requerer um complemento externo.
7. Biblioteca, gestão de dados e colaboração
   Bibliotecas centrais, espaços de trabalho na nuvem, controle de revisão, revisões e APIs ajudam as equipes a gerenciar peças e projetos em grande escala. A plataforma Altium, entregue através do Altium Develop e Altium Agile, é um exemplo proeminente dessa abordagem.

Como a Automação EDA Melhora os Processos de Design Eletrônico?

A automação de design EDA muda o ciclo de vida da PCB ao mover verificações para mais cedo, mantendo a intenção alinhada com a implementação e reduzindo a deriva de dados.

Move verificações críticas para mais cedo

Verificações de regras elétricas, simulação precoce e configuração de restrições impulsionam o trabalho de qualidade para o início do projeto. Os designers validam a arquitetura e as escolhas de componentes antes de se comprometerem com o layout, reduzindo iterações posteriores.

Mantém a intenção e a implementação alinhadas

Sistemas de restrição garantem que as regras acordadas durante os requisitos e a arquitetura direcionem o posicionamento e o roteamento. No Altium Develop, o mesmo conjunto de regras se aplica ao esquemático, PCB e saídas de fabricação, de modo que a intenção elétrica e a implementação física permaneçam consistentes.

Reduz a tradução manual e a deriva de dados

A integração estreita com MCAD, PLM e fabricação reduz as exportações manuais de dados e a reentrada. BOMs e documentação são originados do banco de dados de design autoritativo, e ferramentas de compartilhamento baseadas na nuvem mantêm todos na mesma revisão.

Como Escolher e Padronizar um Ambiente de EDA

Para alcançar consistentemente esses benefícios, você precisa de um ambiente de design EDA que suporte um fluxo unificado. Ao avaliar as opções, considere:

1. Complexidade da placa, metas de desempenho e requisitos regulatórios
2. Tamanho da equipe, distribuição geográfica e necessidades de colaboração
3. Requisitos de integração com MCAD, PLM e ferramentas de análise externas
4. Se você prefere uma aplicação unificada ou um conjunto de módulos separados

A plataforma Altium, entregue através do Altium Discover, Altium Develop e Altium Agile, combina uma única interface de design, fortes capacidades 3D e ECAD-MCAD, saídas de fabricação integradas e uma plataforma em nuvem para colaboração e gestão do ciclo de vida. Outras ferramentas EDA populares para design eletrônico podem atender a necessidades semelhantes, especialmente em grandes empresas com grandes orçamentos, mas muitas vezes com uma dependência maior de bases de dados e cadeias de ferramentas separadas.

Para a maioria das organizações de PCB, um caminho prático é escolher uma plataforma de design EDA que cubra requisitos, esquemático, simulação, layout, verificação e liberação em um único ambiente; construir bibliotecas e restrições compartilhadas; integrar com sistemas mecânicos e de dados; e acompanhar métricas como rotações por projeto, rendimento na primeira tentativa e tempo desde a congelamento do esquemático até a liberação. Se esses números melhoram trimestre a trimestre, sua estratégia de automação EDA está funcionando.

Perguntas Frequentes

1. O que é design EDA em engenharia de PCB?

O design EDA em engenharia de PCB é o uso de software de automação de design eletrônico para gerenciar todo o ciclo de vida de uma placa, incluindo captura de requisitos, captura esquemática, simulação, layout e roteamento de PCB, verificação e liberação para fabricação. O objetivo é manter todas essas etapas dentro de um único ambiente orientado por restrições, em vez de usar ferramentas separadas.

2. Como o software de design EDA se encaixa no processo geral de design de PCB?

O software de design EDA é a espinha dorsal do fluxo de trabalho de PCB. Ele traduz requisitos de produto e elétricos em esquemáticos, valida o comportamento com simulação, implementa a placa física, verifica-a contra regras elétricas e de fabricação e gera saídas de fabricação e montagem a partir de um conjunto compartilhado de projetos e bibliotecas.

3. Como o Altium se diferencia de outras ferramentas EDA populares para design eletrônico?

O Altium entrega suas capacidades através da plataforma Altium com três soluções conectadas: Altium Discover para exploração de soluções e componentes, Altium Develop como o ambiente principal de design de PCB e sistemas, e Altium Agile para fluxos de trabalho empresariais e integrações. Juntos, eles fornecem um contexto único para esquemático, layout de PCB, 3D, restrições, inteligência de cadeia de suprimentos e documentação, reduzindo a necessidade de juntar múltiplas ferramentas.

4. Quando uma equipe deve migrar de ferramentas de nível básico para um ambiente profissional de EDA?

As equipes geralmente precisam de um ambiente profissional de EDA quando as placas se tornam mais rápidas, densas ou mais regulamentadas, e os retrabalhos começam a se acumular. Nesse ponto, softwares de design de EDA profissionais, como o Altium Develop, oferecem restrições mais fortes, melhor integração 3D, documentação mais robusta e colaboração mais eficaz.

5. Quais são os benefícios do software de design de EDA integrado com sistemas MCAD e PLM?

O software de design de EDA se integra com o MCAD para que as equipes de mecânica e elétrica possam compartilhar a mesma geometria e modelos de componentes. Com a integração PLM, as BOMs, dados de peças e revisões fluem para o sistema de registro empresarial. Na plataforma Altium, o Altium Develop lida com a colaboração diária entre ECAD e MCAD, e o Altium Agile foca no gerenciamento de dados, conectividade PLM e fluxos de trabalho de hardware.

6. Quais recursos devo priorizar ao avaliar software de EDA para placas de alta velocidade ou complexas?

Priorize o gerenciamento e a análise de restrições. Você precisa de um forte suporte para classes de rede, controle de impedância, correspondência de comprimento, pares diferenciais, regras de via e regras de fabricabilidade, além de análise de integridade de sinal e de potência acessível, vinculada ao layout real. Um ambiente unificado, como o Altium Develop, facilita a aplicação e a verificação dessas restrições de forma consistente.

7. Como a colaboração baseada em nuvem muda a forma como as equipes de PCB usam as ferramentas de EDA?

A colaboração baseada em nuvem transforma o design de PCB em um espaço de trabalho compartilhado onde projetos, bibliotecas e saídas permanecem atualizados e acessíveis às pessoas certas. Na plataforma Altium, o Altium Develop e o Altium Agile oferecem visualizações baseadas em navegador, compartilhamento controlado e comentários integrados para reduzir o envio de arquivos por e-mail e manter as equipes distribuídas alinhadas.

8. Como uma equipe deve planejar a migração para um ambiente de design de EDA padronizado, como o Altium?

Uma abordagem prática inclui a seleção de projetos-piloto, a definição de métricas de sucesso, a construção de bibliotecas compartilhadas e modelos de restrição no novo ambiente, depois treinar a equipe e executar esses pilotos enquanto refina os fluxos de trabalho. Padronizar na plataforma Altium permite que você configure essa infraestrutura uma vez e a reutilize em produtos diferentes. Os clientes existentes da Altium podem migrar para Discover, Develop e Agile na mesma plataforma que já hospeda seus designs.