‘Wo brennt‘s?’ Abhilfe für die größten Probleme beim Schaltplan- und PCB-Design

Design Automation ist ein Konzept, bei dem sich alles um die Erhöhung der Produktivität dreht. Schwierige Aufgagen sollen vereinfacht, Fehler minimiert und Produkteinführungszyklen verkürzt werden. Das Schaltplan– und Leiterplattendesign stellt in dieser Hinsicht eine ganz besondere Herausforderung dar, da die Stückliste in der Regel eine Vielzahl von Komponenten umfasst, für die jeweils detaillierte Modelle benötigt werden. Zwar hat das Internet die Beschaffung von Komponentenbibliotheken deutlich vereinfacht, aber die heutigen Design-Tools sind immer noch ein gutes Stück von der „nahtlosen Erfahrung“ entfernt, wie sie oft versprochen wird. Ein neues Konzept, das mit einem direkt in die Schaltplan- und Leiterplattendesign-Software eingebetteten Browser arbeitet, hebt das Design aus seiner Isolation in die vernetzte Welt des Internets. Die Web-Konnektivität ermöglicht es den Werkzeugen, sehr interaktiv zu sein, und dies trägt dazu bei, die Probleme zu lösen, mit denen viele Designer besonders bei der Erstellung von Prototypen zu kämpfen haben. 

Problem Nr. 1: Zu viel zu lernen, zu wenig Zeit 

In vielen Unternehmen – vor allem in kleinen oder mittelständischen – müssen die Mitarbeiter im Engineering eine ganze Reihe von Disziplinen beherrschen. Leiterplattendesign ist nur eine von vielen Fähigkeiten, die sie benötigen, und in der Regel arbeiten sie nicht täglich mit Design-Tools. Damit sich die Entwickler schnell in die EDA-Tools einarbeiten können, muss die Software, die sie verwenden, intuitiv sein und möglichst eine vertraute Benutzeroberfläche haben.

eCADSTAR von Zuken ist eine native 3D-PCB-Designlösung mit paralleler 2D-Darstellung. Das bedeutet, dass Benutzer mit mehreren Bildschirmen arbeiten können, bei denen sie zwischen dem Schaltplan und dem PCB-Design sowie dem Constraint-Browser hin und her wechseln können. So können sie ein Layout auf zwei (oder mehr) Bildschirme aufteilen und es aus verschiedenen Perspektiven betrachten und je nach Bedarf in 3D oder 2D arbeiten. eCADSTAR wurde so konzipiert, dass es eine einheitliche Umgebung bietet, die unabhängig von der verwendeten Softapplikation ähnlich wie Windows nach den gleichen Prinzipien aufgebaut ist. Word- und Excel-Anwendungen sehen zum Beispiel relativ gleich aus, haben aber für jede Anwendung eine eigene Funktionalität – das ist die Erfahrung, die eCADSTAR bieten will.

Combined Multitab

eCADSTAR bietet eine einheitlich strukturierte Anwendungspalette mit einheitlicher GUI. Wenn der Konstrukteur einen Bibliothekseditor oder einen PCB-Editor verwendet, ändern sich die Farben, aber ansonsten ist alles vertraut. Außerdem sind alle Anwendungen miteinander vernetzt, d.h. wenn ein Bauteil im Schaltplan-Editor ausgewählt wird, wird es auch im PCB-Editor hervorgehoben, und umgekehrt.

Problem Nr. 2: Das Erstellen der Bibliothek verzögert die Prototypenentwicklung. 

Der Aufbau einer Bibliothek kostet immer Zeit. Erstellen eines Footprints, Hinzufügen eines Schaltplansymbols, Ausrichten des 3D-Modells – besonders wenn es sich um ein komplexes Bauteil wie ein QFP oder BGA mit 300 oder mehr Pins handelt. Jedes neue Projekt kann Hunderte von Bauteilen enthalten, die ein Designer noch nie in einem PCB-Software-Tool verwendet hat. Schätzungen zufolge werden bei einem Design, das fünf Tage dauert, locker ein bis zwei Tage allein für die Bibliotheksarbeit aufgewendet.

Eines der Hauptunterscheidungsmerkmale von eCADSTAR ist, dass es mit einem eingebetteten Internet-Browser ausgestattet ist. Daher können Konstrukteure mit dem Tool sehr einfach auf alle Bibliotheken zugreifen, die sie erstellt haben. Darüber hinaus hat Zuken Partnerschaften mit wichtigen Anbietern von Bauteilen und Modellen geschlossen, darunter Allied Electronics, Arrow, Digi-Key, Mouser, RS, FindChips, SamacSys and Ultra Librarian. Der eingebettete Browser von eCADSTAR, der immer mit dem Internet verbunden ist, ermöglicht es dem Benutzer, seinen bevorzugten Bauteillieferanten zu besuchen – während er im eCADSTAR-Programm bleibt -, um das gewünschte Bauteil und Modell einfach zu finden und herunterzuladen.

Electronic Component Partners

Andere Tools bieten zwar eine ähnliche Möglichkeit, ihre Online-Datenbank und die Datenbanken ihrer Partner zu durchsuchen, aber dazu muss der Anwender den Zip-Ordner herunterladen, entpacken und in ihrer Bibliothek platzieren. eCADSTAR erledigt all dies für den Anwender. Es verfügt über die Intelligenz zu wissen, wo sich ihre Bibliothek befindet, und es weiß, welche Datei im gezippten Ordner den Footprint oder das Symbol usw. enthält, und wo in der Bibliothek jedes Element gespeichert werden muss. Es führt all diese Aufgaben im Hintergrund aus und ruft dann in Sekundenschnelle das gewünschte Element aus Ihrer Bibliothek an die Cursorposition des Anwenders – bereit zum Platzieren.

Eine weitere Schwierigkeit kann sein, die richtigen Komponenten zu finden. Gelegentlich werden Teile ausgewählt, die nicht auf Lager sind, und das kann zu Verzögerungen führen. Die Suchfunktion in eCADSTAR ist sehr granular und da der Browser eingebettet ist, können die Datenbanken mehrerer Hersteller überprüft und alternative Teile, die möglicherweise leichter verfügbar sind, zu einer Bibliothek hinzugefügt werden. Der Anwender kann direkt aus dem Konstruktionstool heraus Angebote einholen und Komponenten bei Herstellern und Händlern kaufen.

Problem Nr. 3: Kollisionen werden zu spät erkannt; Kriechströme werden in 3D nicht erkannt.

In einigen PCB-Design-Tools sind die Designregeln und die 3D-Ansicht nicht miteinander verbunden. In einer solchen Software ist das Routing von schnellen, dichten Schaltungen zwar am einfachsten in 2D zu bewerkstelligen, aber die Designer müssen die 3D-Regeln separat überprüfen. Dies bedeutet, dass Kollisionen möglicherweise erst spät im Prozess erkannt werden und Kompromisse bei Kriechparametern sowie EMV-Aspekte möglicherweise nicht erkennbar sind.

Creepage eCADSTAR 2021.0 Release

In eCADSTAR wird das 3D-Modell beim Hinzufügen von Komponenten in Echtzeit aktualisiert und weist dabei automatisch auf Probleme hin, bei denen die Abmessungen benachbarter Teile zu Kollisionen führen können oder bei denen Kriechstrecken– und Abstandsanforderungen beeinträchtigt werden. Gleichzeitige, mehrfache 2D/3D-Ansichten optimieren die Übersichtlichkeit der Konstruktion, und einfache Registerkartenmenüs beschleunigen die Bearbeitung. Kriechstrecken- und Abstandsprüfungen können auf einfache Weise durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass das Design mit den Regeln übereinstimmt. Während des gesamten Prozesses erkennt die Software Fehler oder mögliche Konflikte und bietet vorausschauende Tooltipps und Eingabeaufforderungen, sodass Fehler oder nicht realisierbare Layouts einfach und schnell erkannt und korrigiert werden können.

Problem Nr. 4: Getrenntes Arbeiten führt zu Fehlern

Ein weiterer Vorteil der vernetzten Arbeitsweise von eCADSTAR ist, dass es kollaboratives Arbeiten und Teamarbeit ermöglicht und fördert. eCADSTAR vernetzt Teammitglieder, die sich möglicherweise an verschiedenen physischen Standorten und in unterschiedlichen Unternehmensabteilungen befinden, und erleichtert so die Bildung eines erweiterten virtuellen Teams. Dank der nativen 3D-Konstruktionsumgebung können MCAD- und ECAD-Ingenieure während des gesamten Design-Prozesses sowohl gemeinsam als auch individuell arbeiten. Die Konstrukteure können Schaltungsblöcke und sogar physische Designblöcke einfach und ohne Duplizierung gemeinsam nutzen. eCADSTAR ermöglicht es den Entwicklern auch, parallel an einzelnen Abschnitten einer Platine oder eines funktionalen Schaltungselements zu arbeiten.

Diese Funktion von eCADSTAR ist insbesondere während der COVID-19-Pandemie, bei der die Arbeit im Home Office zum Alltag geworden ist, noch wertvoller geworden. Aber auch nach der Pandemie, wird die Arbeitswelt nicht auf den alten Status Quo zurückkehren. Es ist zu erwarten, dass einige Unternehmen und Mitarbeiter es aus geschäftlichen und persönlichen Gründen auch künftig dezentralisiert arbeiten werden. eCADSTAR kann dazu beitragen, dass alle miteinander verbunden bleiben.

Prognose

Es ist schwer, die genaue Produktivitätssteigerung zu beziffern, die durch den Einsatz eines Tools wie eCADSTAR erreicht werden kann, das nicht nur Internet-tauglich ist, sondern die Web-Konnektivität genutzt hat, um neue Funktionen auf System- und Anwenderebene bereitzustellen. Mit Sicherheit aber resultiert eine enorme Zeitersparnis aus der Fähigkeit des Tools, die manuelle Bearbeitung von Bibliotheksdaten zu beseitigen. Nach Einschätzung eines Anwenders konnte der Zeitaufwand für die Erstellung einer Prototypenplatine von fünf auf weniger als zwei Tage reduziert werden.