新的软件平台可以防止手工印刷电路板检查过程中有时会出现的细微错误。
大卫·韦恩斯,克里·塔尔曼|Mentor Graphics是西门子的一个业务部门
印刷电路板和多板产品的日益复杂已经使传统的设计分析和验证技术过时。手工检查已不能胜任此任务。所有的设计分析都依赖于专家,这会造成延迟项目进度的瓶颈。
今天复杂的pcb很容易包含一些微妙的错误,即使在传统的手工同行评审过程中,专家也无法注意到这些错误。它采用了一种现代的、自动化的验证方法来从源头捕获原理图错误。为了减少对专家的依赖,趋势是提供分析工具,让非专家的工程师可以在他们熟悉的设计创作环境中使用。这些现代方法为设计工程师和工程项目经理提供了显著的好处。
在过去,在PCB布局之前进行的同行评审对于单个PCB上的简单设计来说工作得相当好。对于更大的设计,这种手动过程变得笨拙。设计图上的错误通过了手工检查进入了PCB布局。它们通常直到原型开发阶段才被发现。这些错误通常会导致需要实验室调试时间来确定根本原因的故障。那些在布局之前就应该被发现的错误(在布局中它们很容易被纠正)最终导致了代价高昂的设计重复。
为了消除这种低效率,设计自动化供应商现在提倡所谓的左移方法。其理念是在设计过程的早期整合验证。这样做的好处是,在错误和潜在问题传播到项目的后续阶段之前,从源头捕获它们的可能性增加了。
在左移方法中,自动的原理图完整性分析取代了手动检查。它可以对设计中的所有网进行全面检查,无论是单板系统还是多板系统。它使用预定义的常见原理图错误检查和智能组件模型库来进行这种检查。分析与原理图输入并行进行,在布局开始之前消除了最常见的原理图错误。
验证可能暴露的典型问题包括缺少电源和接地连接、二极管方向错误、缺少或冗余上拉和下拉电阻、电容电压降额、网络缺少驱动器或接收器、驱动器/接收器技术匹配、板对板连接、总线翻转错误(MSB到LSB)等。用自动化的方法取代手工检查过程,可以获得更大的覆盖率,并使设计工程师有更大的可能性进入布局,并提供首次成功通过的示意图。
自动验证还可以强制执行良好的PCB设计实践。对于信号和电源完整性的路由约束,以及为测试而设计的约束,都是应该在原理图捕获期间指定的因素,而不是在布局阶段硬塞进去的。在布局过程中,应验证信号和电源的完整性、EMI符合性、热分析和振动分析。
多维验证方案包括在项目的原理图和布局阶段部署的广泛的分析和验证工具。这些工具非常简单,非专业PCB设计工程师和布局设计师都可以使用。这些人可以在他们熟悉的创作环境中工作,以便在设计流程中尽早发现潜在的问题。
在原理图捕获过程中,进行自动的原理图完整性分析,以消除手工评审中经常忽略的常见错误。进行信号完整性和功率完整性分析,以确定一组位置和路由约束。约束被传递到布局中。在原理图输入过程中,测试性分析也是可取的。在这里,软件识别测试点需求,并将它们作为附加约束传递给布局。
在布局过程中,随着组件的放置,需要进行一些分析。这些分析包括电磁干扰验证、热分析、振动/加速度和可制造性评估。在传统的设计流程中,这些问题可能只在EMI、热或HALT测试室的物理测试之后才会出现。在布局过程中没有发现的影响设计机械完整性的问题通常是最昂贵和耗时的修复。这类问题通常需要重新旋转板和更改工具来纠正。布局过程中的模拟极大地提高了避免这些困难和获得首次通过成功的可能性。
总之,左移验证过程在到达PCB专家之前显著地改进了设计。它大大减少了详尽的全板筛选的需要,让这些专家只专注于剩下的关键二级问题。
工程项目经理
由于许多潜在的问题来源,传统的设计流程是令人沮丧的不可预测的。因此,有经验的经理通常会在项目计划中至少加入一个设计旋转,但即使这样也不足以涵盖所有的突发事件。
研究显示(Lifecycle Insights - 2018年9月),使用传统流程流的典型项目要经历2.9次重新循环,平均进度达到8.5天,每次重新循环的成本为44,000美元。对于高性能的设计,成本通常要高得多。因此,传统的方法浪费时间、人才和材料,并使项目面临取消的风险。
显然,传统方法可能导致在项目后期发现问题,从而使进度处于危险之中。在这种紧急情况下,工程“老虎队”通常由其他项目的工程师组成,从而推迟这些项目的进度。技术人员经常必须加班重做和测试电路板。在游戏后期,任何额外的棋盘旋转或机械设计更改都会带来昂贵的匆忙费用。最后一分钟的意外可能导致进度延迟和项目预算扩大。左移方法在计划的较早点调用验证和分析,以消除这些最后时刻的意外。
对工程专家的依赖也会带来工期延误。这些人的需求总是很高,通常同时支持多个项目。但是,当设计作者拥有强大的、易于使用的分析工具时,依赖专家造成的瓶颈就会消失。设计师自己可以在设计到达专家面前之前显著提高设计的质量,减少了专家进行详尽的全面筛选的需要。
左移方法需要一个完全包容的系统设计平台,用于前期设计分析和验证。Mentor是西门子旗下的一家电子设计软件公司,拥有广泛的技术组合,可实现左移设计验证。
完全集成的Xpedition验证平台用于单板和多板PCB系统设计,包括自动原理图完整性分析,内置自动设计检查和广泛的智能模型库。可测试性分析,用于振动分析的自动化组件建模,用于刚-挠和多板设计的直流电压降分析,以及布局过程中的并发DFM分析,都是在创作环境中集成的额外技术,以更容易、更快的验证。这种新的多维验证平台的好处是减少了昂贵的设计重复,缩短了新产品上市的时间,并开发出缺陷更少的高质量产品。
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