PCB-Design-Software Fehler vermeiden helfen

Aktuelle PCB-Design-Tools können mit intelligenten Lösungsansätzen für die vielen Schritte eines Designprozesses auf­warten – sei es für das Routing und die Platzierung der Bauelemente, die Definition von Design-Regeln und Vorgaben, das ECAD/MCAD-Co-Design oder das Supply Chain Management.

PCB-Designer haben es mit einer ganzen Palette neuer Herausforderungen zu tun. Zu nennen sind hier die erhöhte elektronische und mechanische Komplexität, die strikteren Vorgaben und Regeln und die Notwendigkeit, in einer sich schnell wandelnden Lieferkette für Komponenten stets am Ball zu bleiben. Diese und weitere neue Aspekte können zusätzliche Design-Iterationen erforderlich machen, welche die Entwicklungskosten in die Höhe treiben, die Markteinführung verzögern und deshalb unter dem Strich schlichtweg Geld kosten.

Professionelle PCB-Design-Tools helfen bei der Bewältigung dieser Herausforderungen, indem sie bereits in einer frühen Design-Phase Intelligenz ins Spiel bringen und so das Risiko verringern, dass später im Design-Prozess möglicherweise teure Änderungen erforderlich werden. Die zunehmende Integration von Elektronik- und Mechanik-Design macht es außerdem möglich, dass beispielsweise Änderungen von der MCAD-Umgebung (Mechanical Computer Aided Design) in die ECAD-Umgebung (Electrical Computer Aided Design) verlagert werden und umgekehrt. Komponentenmanagement-Systeme schließlich sorgen dafür, dass die Entwickler hinsichtlich der Verfügbarkeit, der Lieferung und der Preise der Bauelemente stets auf dem Laufenden sind.

Herausforderungen beim PCB-Design

Heutige Elektronikprodukte enthalten mehr Funktionen als je zuvor. Die Entwickler müssen deshalb mehrheitlich Leiterplatten entwerfen, die eine höhere Anzahl an Lagen und mehr Bauelemente enthalten. Parallel dazu werden die Gehäuse immer kleiner und komplexer, sodass es mehr denn je darauf ankommt, beim PCB-Design die Form des späteren Gehäuses zu berücksichtigen. Ebenso werden die physischen Aspekte der internen Elektronik immer wichtiger für das Mechanik-Design. Die Tatsache, dass moderne Produkte immer schneller arbeiten und immer mehr Funktionen bieten, macht es zusammen mit den ständig kleiner werdenden Abmessungen immer schwieriger, Probleme bei der Stromversorgung, der Wärmeabfuhr und der Signalintegrität zu vermeiden.

Auch der Umgang mit der Beschaffung von Komponenten gestaltet sich heute komplizierter als jemals zuvor. Man kann heute nicht mehr am Beginn des Design­prozesses ein Bauteil einsetzen und davon ausgehen, dass es bei der Aufnahme der Produktion am Markt noch verfügbar sein wird. Stattdessen müssen die Entwickler die Lieferkette stets im Auge behalten und bereit sein, auf Änderungen zu reagieren und gegebenenfalls auf alternative Bauteile zu wechseln.

Gefragt ist mehr als nur automatisches Routing

Die Platzierung der Bauelemente und das Routing waren die Fähigkeiten, die ursprünglich von PCB-Design-Tools geboten wurden, und auch für heutige Designer sind diese Funktionen von zentraler Bedeutung. Die heutigen führenden Design-Werkzeuge sorgen durch interaktives Routing für maximale Effizienz und Flexibilität. Dabei werden Leiterbahnen entlang des Cursor verlegt und Hindernisse verschoben oder umgangen sowie automatisch bestehenden Verbindungen gefolgt. Mit dem per Cursor geleiteten Routing wird das einst komplexe manuelle Routing um Hindernisse herum auf einmal schnell, einfach und intuitiv.

Man gibt den Routing-Weg mit der Maus vor und der Router versucht diesem Weg mit der Leiterbahn zu folgen. Bild 1 verdeutlicht, wie sich komplexe Leiterbahnverläufe zügig erstellen lassen, indem der Routing-Pfad mit dem Cursor vorgegeben wird. Ganz links ist eine normale, längenminimierte Leiterbahn zu sehen. In der Mitte sieht man den vom Cursor genommenen Weg. Die Sterne zeigen dabei an, an welchen Stellen geklickt wurde, um Teilabschnitte fest zuzuweisen. Rechts ist das daraus resultierende Routing dargestellt. Zwar mag dieses Beispiel extrem sein, doch es zeigt, wie wenig Routing-Befehle erforderlich sind, um viele Leiterbahnen zu verlegen.

Die Platzierung der Bauelemente ist ein weiteres Gebiet, auf dem bei den neuesten PCB-Design-Systemen – zum Beispiel von Altium Europe - entscheidende Verbesserungen erzielt wurden. Ist es Ihnen auch schon einmal so ergangen, dass Sie mit viel Zeitaufwand nach einem bestimmten Bauteil in Ihrem Leiterplatten-Layout gesucht haben, nur um dann festzustellen, dass es sich gegenüber Ihrem Schaltplan an einer völlig anderen Stelle befand? Die Platzierung der Bauelemente nach dem Cross-Select-Prinzip spart hier Zeit, denn es ist möglich, bestimmte Bauelemente im Schaltplan in einer bestimmten Reihenfolge auszuwählen, um diese Bauteile dann in der gewählten Reihenfolge im Leiterplatten-Layout zu platzieren. Dies macht es für Sie leichter, Ihre Designs genau auszurichten und zu organisieren, und auch künftige Nacharbeiten gestalten sich einfacher.