Nieke Roos
27 February 2012

Met zijn volledig nieuw ontwikkelde PCB-ontwerpomgeving CR-8000 dekt Zuken het complete traject af, van concept tot productie. Het pakket benut de laatste hardware- en softwaretechnologieën om (multi)bordontwerp eenvoudiger te maken. Dankzij 3D-graphics kan de gebruiker zijn creaties vanuit alle hoeken en posities bekijken en bewerken.

De eerste ideeën voor zijn nieuwe PCB-ontwerpsuite had Zuken al bij de introductie van de vorige generatie, vijftien jaar geleden. Het uiteindelijke R&D-traject nam ruim zeven jaar in beslag. Gedurende deze periode bouwde het softwarebedrijf vele prototypes en organiseerde het evenzovele brainstormsessies om gebruikers ermee te laten spelen. In verschillende projecten bij een select groepje klanten is het product vervolgens iteratief geoptimaliseerd.

Het resultaat is sinds eind vorig jaar op de markt onder de naam CR-8000. Het pakket bundelt vier modules, die samen een volledig geïntegreerde designflow bieden. Startpunt is System Planner, waarmee een planning en een partitionering zijn te maken op systeemniveau. In Design Gateway gaat de engineer dan aan de slag om de logische circuits op te zetten en het systeemontwerp te verifiëren. Vervolgens kan hij de PCB-lay-out maken en analyseren met Design Force. Het sluitstuk is DFM Center, dat uitgebreide mogelijkheden biedt om het ontwerp voor te bereiden op productie. De hele flow ondersteunt zowel designs van een enkele printplaat als systemen die bestaan uit meerdere borden.

Knippen en plakken

System Planner koppelt alle planningtaken aan het begin van de ontwikkeling. De tool helpt bij de configuratie van het product en bij het maken van cruciale ontwerpbeslissingen, zoals het aantal PCB‘s waaruit het systeem gaat bestaan en de verdeling van de functionaliteit over de verschillende borden. De gebruiker kan tegelijkertijd werken aan de planning voor de bill of materials, de functionele opzet, de plattegrond en de ruimtelijke indeling. System Planner brengt deze voorheen losgekoppelde stappen samen in één view en geeft de keuzes naadloos door aan de volgende schakel in de designflow. Bij bedrijven die de tool hebben ingepast in hun proces, is de ontwerpdoorlooptijd tot wel dertig procent korter geworden, claimt Zuken.

De planner bestaat zelf uit vier hoofdmodules. De Logical Visionary geeft het elektronische systeem weer in functionele en herbruikbare blokken, met de onderlinge verbindingen. De Physical Visionary toont een 2D PCB-partitionering en -plattegrond voor een of meerdere borden. De partitionering ontstaat door de blokken uit de Logical Visionary naar de gewenste printplaat te slepen. Hierbij kan de ontwerper verschillende opties afwegen om te komen tot een geoptimaliseerd plan voor elk bord. De Geometric Visionary laat het product in 3D zien. Uit de 3D-MCad-omgeving kan de behuizing worden geïmporteerd om te controleren of alles wel gaat passen. In de Parametric Visionary zijn ten slotte de parameterwaardes van de verschillende ontwerpelementen te bekijken. Met deze gegevens is het gebruik van componenten te optimaliseren, onder meer op grond van hun beschikbaarheid en prijs.

Zuken_System_Planner
Zuken_Design_Gateway

De vier plannermodules functioneren zowel los van elkaar als samen. De gebruiker heeft ook de mogelijkheid om ze afzonderlijk of tegelijkertijd op het scherm zichtbaar te maken. In het laatste geval is realtime interactie mogelijk en updatet System Planner automatisch alle views als een ervan verandert. Verder is er uitgebreide ondersteuning voor datahergebruik. De tool voorziet onder meer in een bibliotheek van herbruikbare modellen en in de mogelijkheid om delen van goede designs te knippen en te plakken.

Schakelen tussen 2D en 3D

Met Design Gateway zijn de circuits voor het volledige systeem te ontwerpen. Deze module biedt native en interactieve integratie met een breed scala aan tools voor analoog en digitaal design, signaalintegriteitsanalyse en verificatie. Dezelfde koppeling maakt het mogelijk om analoge en digitale functieblokken en programmeerbare chips te cosimuleren. Ook hier kan de engineer ontwerpen weer hergebruiken, bijvoorbeeld van bewezen en geteste logische circuits uit vorige projecten.

Design Gateway beschikt over verschillende voorzieningen die het leven van de ontwerper veraangenamen. Een daarvan is centraal constraintmanagement: alle regels en beperkingen liggen op één locatie opgeslagen en zijn ook alleen maar van daaruit toegankelijk. Dit verkleint de kans op fouten en de hoeveelheid rework. Met de embedded simulatie, analyse en regelcontrole zijn missers in het ontwerp bovendien vroegtijdig te detecteren. Een speciale browser versnelt het zoeken naar goedgekeurde componenten en leveranciers. Verder kan de gebruiker op elk moment in het proces overschakelen naar het circuitdesign op systeemniveau in System Planner en daar circuitinformatie mee uitwisselen.

In de volgende stap gebruikt de engineer Design Force om zijn ontwerp uit te werken tot een complete systeemlay-out. Binnen één omgeving kan hij een breed scala aan configuraties realiseren, van een enkel prototypebord tot een complex product met meerdere printplaten. Hierbij heeft hij onder meer de beschikking over een autoroutefunctie en EMC-, signaal- en vermogensintegriteitsanalyse. Ook Design Force beheert de constraints centraal en detecteert eventuele fouten vroeg. Daarnaast verifieert het de prestatie-eisen via embedded-ontwerpanalyse en online regelchecks. De tool biedt codesign van chips, behuizingen, borden en in het diëlektricum ingebedde componenten, inclusief de tussenliggende verbindingen, alsmede realtime controle van de productieregels.

Zuken_Design_Force_03

Design Force is een complete 3D-omgeving. De software benut daartoe de nieuwste hardware- en softwaretechnologieën, waaronder 64 bit, multi-CPU, multi-threading, DirectX en OpenGL. De gebruiker kan op ieder moment schakelen tussen twee- en driedimensionale aanzichten. Een druk op de knop voert hem naadloos van een plat schema naar een ruimtelijke weergave. Complexe multibordconfiguraties vouwen hierbij uit tot printplaatgebouwen in 3D, met de PCB‘s als etages en de tussenliggende verbindingen als liftkokers. Voor de bediening past Design Force de laatste interfacetechnieken toe: de ontwerper kan werken met een muis onder de ene hand en een touchpad onder de andere. Om het gemak en de snelheid van gebruik te vergroten, heeft Zuken de plaatsing en werking van de elementen op het scherm geoptimaliseerd.

Simuleren en vergelijken

DFM Center neemt de data geproduceerd in de eerdere schakels en stoomt ze klaar voor fabricage (design for manufacturing). Dat doet de tool door de ontwikkelde PCB(‘s) door te lichten met online productieregelchecks. Additionele controles, bijvoorbeeld tegen assemblagevoorschriften van een specifieke fabrikant, zijn dynamisch uit te voeren om ervoor te zorgen dat het product zonder problemen van de band rolt.

De functionaliteit die Zukens DFM-software biedt voor postprocessing maakt het eenvoudig om noodzakelijke toevoegingen en wijzigingen te doen, zoals automatische copper flooding instellen voor een heel bord. Verder kan de ontwerper drill-tabellen laten genereren ter completering van de documentatie. Daarbij heeft hij verschillende dimensioneringsopties, inclusief toegang tot de componentbibliotheek om het design uit te breiden met extra features. Zodra alle productie-, assemblage- en testdocumenten compleet zijn, kan hij de benodigde outputdata aanmaken en naar de fabriek sturen. Voor een finale check kan DFM Center het bordimage ook simuleren en productiegegevens importeren om ze te vergelijken met de originele data.