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PCB-Design-Software

Fehler vermeiden helfen

6. Juli 2016, 14:11 Uhr | Von Robert Huxel (Altium Europe)

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Regeln und Vorgaben möglichst frühzeitig festlegen

Wenn der Funktionsumfang, die Verlustleistung und die Signalgeschwindigkeiten zunehmen, während die Gehäuse gleichzeitig immer kleiner werden, werden die Design-Regeln immer strikter und schwieriger zu verwalten. Moderne PCB-Design-Werkzeuge bringen hier Erleichterungen, denn mit ihnen können Designer die Regeln und Vorgaben in einer früheren Design-Phase festlegen, um die logische und physische Integrität des Designs zu gewährleisten und dafür zu sorgen, dass später nur noch minimale Änderungen erforderlich sind. Prüfungen auf bestimmte oder alle aktiven Design-Regeln können während der Arbeit in Echtzeit durchgeführt werden oder wahlweise als Batch Check, dessen Ergebnisse im Messages Panel ausgegeben werden oder alternativ als Bericht. Dieses Feature sollte bei jedem gerouteten Board genutzt werden, um die Bestätigung zu erhalten, dass die Mindestabstandsregeln eingehalten wurden und dass keine anderen Regeln verletzt wurden.

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Infolge der wachsenden Lagenanzahl typischer Leiterplatten ist das Definieren, Verwalten und Dokumentieren des Lagenaufbaus zu einem deutlich kritischeren Aspekt geworden. Verschärft hat sich diese Herausforderung mit der Einführung flexibler Leiterplatten. Diese bestehen aus einer Reihe starrer und flexibler Lagen, die sich falten lassen, um in speziell geformte Gehäuse zu passen. Die betreffenden Kupferlagen werden in der Design-Umgebung zusammen mit den Isolationslagen definiert, die sie voneinander trennen. Man entwickelt neue Tools zum Verwalten des Lagenaufbaus, um innerhalb eines PCB-Designs mehrere Lagenaufbauten erstellen zu können (Bild 2). Hierdurch lassen sich starr-flexible Leiterplatten einfacher definieren. In einem ersten Schritt wird die Form der gesamten Leiterplatte festgelegt, anschließend definiert der Designer einen Master-Lagensatz mit allen Lagen, die in dem Rigid-Flex-Design benötigt werden. Der Designer kann daraus mehrere Lagenaufbauten ableiten, die jeweils nur die für die starren und flexiblen Bereiche des PCB benötigten Lagen enthalten. Es werden verschiedene starre und flexible Zonen eingerichtet, auf die die jeweilige Definition des Lagenaufbaus angewandt wird. Zum Abschluss generiert der Designer die zur Herstellung der Rigid-Flex-PCBs benötigten finalen Fertigungs- und Dokumentationsdateien.

Mechanik-Integration: mehr als nur austauschbare Dateiformate

Die zunehmende Komplexität der Designs und die immer kleiner werdenden Gehäuse bringen es mit sich, dass Gehäuse und Elektronikbaugruppen immer stärker integriert sind. Allerdings unterliegt der manuelle Im- und Export neutraler Dateiformate gewissen Einschränkungen, die aus dem großen Zeitaufwand für diesen Prozess resultieren. Außerdem besteht das Risiko von Datenverlusten, wenn 3D-MCAD-Daten in eine 2D-PCB-Designumgebung übertragen werden (Bild 3). PCB-Design-Systeme der Spitzenklasse lösen dieses Problem, indem sie das Übertragen von Änderungen an der Bauteil-Platzierung, der Leiterplattenform, den Befestigungsbohrungen usw. zwischen der MCAD- und der ECAD-Umgebung automatisieren. Eine detaillierte Kommentar- und Revisionshistorie gibt exakt wieder, welche Änderungen an dem Design vorgenommen wurden, und sowohl MCAD- als auch ECAD-Designer haben die Möglichkeit, Änderungen zu akzeptieren oder zurückzuweisen. Leiterplatten-Baugruppen lassen sich einschließlich der Kupferinformation in die Arbeitsumgebung der Mechanik-Designer exportieren, sodass detaillierte thermische oder andere Simulationen durchgeführt werden können.

Vermeidung von Schwierigkeiten bei der Bauteilauswahl

Am Arbeitsplatz eines Elektronikentwicklers findet man mit großer Wahrscheinlichkeit einen ganzen Stapel Kataloge der bevorzugten Bauelemente-Hersteller. Diese Kataloge dürften ziemlich abgegriffen sein, da sie von dem Entwickler regelmäßig zur Hand genommen werden, um nach den jeweils benötigten Bauelementen zu suchen und verschiedene Fragen zu beantworten wie zum Beispiel, welche Bauteile angeboten werden, welche Funktionen sie bieten, welches ihre Spezifikationen sind, wie viel sie kosten und wie schnell sie geliefert werden können. Nachteilig an dieser Vorgehensweise ist, dass sehr viel Zeit mit dem Durchblättern der Kataloge verbracht wird und dass die darin abgedruckten Angaben häufig veraltet sind. Im ungünstigsten Fall wird dieses Problem erst in einer späten Design-Phase erkannt, sodass es Auswirkungen auf den Zeitplan für die Ablieferung des Produkts hat.

Die fortschrittlichsten PCB-Design-Systeme können mit einer direkten Anbindung an die Web-Services der Zulieferer bei der Überwindung dieses Problems helfen. Dies erlaubt die direkte Suche im Online-Produktkatalog des jeweiligen Anbieters und bietet somit die Gewähr, dass die von der Suche generierten Informationen auch wirklich aktuell sind. Diese Live-Daten – also parametrische Informationen, Links zu Datenblättern, Preise und Verfügbarkeitsangaben – lassen sich umgehend in das Design übernehmen, sodass der sonst für die manuelle Dateneingabe entstehende Zeitaufwand entfällt. Zusätzlich besteht die Möglichkeit zum Einfügen eines Live-Link in das Design. Dieser bewirkt, dass die Informationen automatisch aktualisiert werden, sobald Änderungen im Online-Katalog des Zulieferers gemacht werden. Ebenso können die Designer angeben, dass sie bei solchen Änderungen benachrichtigt werden möchten, damit sie die entsprechenden Maßnahmen einleiten können, um Unterbrechungen der Lieferkette zu vermeiden. Zusätzlich gibt es für die Entwickler die Möglichkeit, alternative Bauelemente zu spezifizieren. Hieraus ergibt sich maximale Flexibilität, um auf eine dynamische Logistikumgebung zu reagieren. Die primären und als Alternativen ausgewählten Bauelemente werden automatisch ausgetauscht, wenn ein primäres Bauteil nicht mehr verfügbar oder infolge einer Spezifikationsänderung auf einmal inkompatibel ist.