האתגר – למנוע טעויות תכנון סכימטיות

הסכימה היא מסמך השליטה בכל תכנון מעגלים מודפסים.(PCB) היא מרכזת את כל כוונת התכנון ומניעה את כל התהליכים במורד הזרם, כולל סימולציה, ניתוח, פריסה, ייצור והרכבה. ככזו, קריטי שהסכימה תשקף במדויק את הדרישות והמפרטים האלקטרוניים של המוצר.

מבחינה היסטורית, המשימה החשובה ביותר היא לוודא שכוונת התכנון הסכימטית הועברה כראוי ובוצעה בדרך כלל בגיליון אחד או בבלוק אחד בכל פעם באופן ידני, עם קצת אוטומציה כדי לסייע בתהליך-כגון ייצוא של כל החומרים לקבצי טקסט או גיליונות אלקטרוניים.

עם זאת, תכנוני המעגלים של היום הופכים יותר ויותר מורכבים והאימות הידני דורש זמן רב. יתרה מכך, האימות הידני של מעגל מורכב מהווה סיכון משמעותי בכך שאינו מזהה טעויות תכנון סכימטיות המועברות, בתורן, לתהליכים במורד הזרם ולבסוף ללוח המיוצר. כתוצאה מכך, הם גורמים לעלות יקרה ומגדילים את זמן ההגעה לשוק. ככל שמתגלה שגיאה מאוחר יותר במחזור התכנון, כך התיקון יעלה יותר, במיוחד אם אב הטיפוס או המוצר נבנה פיזית.

התרשימים של היום פשוט מסובכים מכדי לבצע אימות ידני באופן אמין. במחקר שנערך לאחרונה על ידי קבוצת אברדין %65 מהחברות שנבדקו ציינו כי מורכבות המוצר ההולכת וגוברת היא אתגר התכנון העליון שלהם בתכנון מעגלים מודפסים (איור 1) .

איור 1: אתגרים מובילים בתכנון PCB מקור: קבוצת אברדין.

הממצאים של קבוצת אברדין מחזקים את הביקורתיות של הבטחת התכנון הסכימטי ללא טעויות לאורך כל תהליך פיתוח המוצר. מאמר זה דן באתגר כיצד תהליך סקירה סכימטי יעיל ואוטומטי לחלוטין יכול למנוע טעויות בתכנון סכימטי, ובכך להפחית עלויות יקרות ולשפר את הזמן ההגעה לשוק.

סקירה סכימטית ידנית – כבר לא אופציה

לכידה סכימטית היא בהחלט לא המשימה המרגשת או הזוהרת ביותר בתהליך פיתוח המוצר. למעשה, מהנדסי חומרה רבים מאצילים את המשימה לטכנאים בתוך הצוות, ומספקים שרטוטים ידניים או ייצוגי PowerPoint של המעגל לטכנאי כדי שידע מה לעשות. השגה זו מאפשרת למהנדס החומרה להתמקד במשימות אחרות, כגון אופטימיזציה של מעגלים או בדיקות מעבדה, אך היא גם מגבירה את החשיבות של אימות נכון והבטחה שהסכימה מומשה כראוי.

כשם שלא ניתן לבנות בניין גדול על בסיס חלש, לא ניתן לתכנן מוצר נהדר על תכנון סכימטי חלש. ככל שמורכבות התכנון גוברת וזמן פיתוח המוצר מתקצר, הצורך באימות סכימטי אוטומטי מלא הופך להיות חשוב יותר. ללא אימות סכימטי מתאים, קיים פוטנציאל משמעותי לבעיות חומרה נוספות, לזמן איטי יותר בהגעה לשוק, בהגדלת עליות התכנון ובאיכות מוצר ירודה (איור 2).

איור 2: השפעת אימות סכימטי גרוע ככל שמורכבות התכנון עולה.

במהלך סקירה סכימטית ידנית, צוותים מתמקדים בדרך כלל רק בנושאי התכנון הנפוצים ביותר, כולל:

• רכיבים שאינם מחוברים כראוי לחשמל ו/או לקרקע

• מחסור במתח

• דיודות מכוונות בצורה לא נכונה

• רשת מקלט חסרה

• אי התאמת מתח פינים (ספי מתח שונים(

• מחברי לוחות שגויים

• בעיות קטנות וכתוצאה מכך עיכובים, עלות וסיכון מיותרים

אמנם לא מדובר בנושאים מורכבים, אך קשה, אם לא בלתי אפשרי, למצוא באופן חזותי את כל המופעים של נושאים אלה בתכנון מורכב. ואלו רק הנושאים הסכימטיים הנפוצים ביותר. יש עוד הרבה בעיות פוטנציאליות שסקירה ידנית פשוטה לא יכולה למצוא.

אימות סכימטי אוטומטי לחלוטין

כלי האימות (ECAD) התמקדו באופן היסטורי בפריסה ובהיבטים של הייצור ושל התכנון, לא בסכימטיות. בהתחשב בעובדה ש -%78 מכל הפרויקטים חווים שניים או יותר התאמות וכי ניתן לייחס את המקור למרבית הבעיות לשגיאות תכנון סכימטיות, הגיע הזמן להשתמש באימות סכימטי אוטומטי לחלוטין. ביטול שגיאות סכימטיות יכול לגרום לחסכון משמעותי בעלויות ובזמן, וכתוצאה מכך להביא לזמן הגעה לשוק מהיר יותר, לאיכות משופרת של המוצר משופרת ולהקטנת הסיכונים בתכנון (איור 3) .

איור 3: השפעה של טעויות סכימטיות מופחתות.

על ידי אוטומציה מלאה של אימות סכימטי המתרחש במהלך הלכידה הסכימטית, ולא לאחר מכן, תהליך הפיתוח עובר שמאלה, וכתוצאה מכך מתקבלים יתרונות מוכחים, כגון הפחתת זמן מחזור, עלויות נמוכות יותר וסילוק ספיני תכנון (איור 4).

איור 4: טכנולוגיית משמרת שמאל.

באמצעות ניתוח תקינות סכימטית ע"י Xpedition מתוצרת- Siemens EDA (חלק מתוכנת התעשייה הדיגיטלית של סימנס), יכולים המהנדסים לבדוק באופן מלא את כל הרשתות בסכימה באמצעות בדיקות מוגדרות מראש וספריית רכיבי דגמים נרחבת וחכמה. הבדיקות מתבצעות במהירות במקביל ללכידה סכימטית, כך שהפריסה תצליח בסבירות הגבוהה ביותר כבר בנסיון הראשון.

יותר מ- 125 בדיקות של שלמות סכימטית קניינית של Xpedition הינן ממצות, מהירות ומודעות גם לכוח וגם לטכנולוגיה. הם נועדו לזהות גם שגיאות פרמטריות וגם שיטות תכנון לקויות, והם עובדות עם כל כלי התכנון העיקריים של ה- PCB .רמה זו של ניתוח סכימטי אוטומטי יכולה לחסוך לצוותי התכנון מאות שעות של בדיקה ויזואלית וזמן ניפוי במעבדה.

יש לנצל ניתוח סכימטי אוטומטי לאחר השלמת הסכימה הראשונית, כך שניתן לנתח כל רכיב ורשת באופן מלא. ניתן לעשות זאת לפני שתוכננה הפריסה הפיזית. דו"ח האימות שהתקבל מדגיש איזורי תכנון שיש לדון בהם במהלך סקירת תכנון צוות.

שילוב ניתוח התקינות הסכימטית עם Xpedition מקצר את הזמן הנדרש לסקירה סכימטית תוך הקלה על חייו של המתכנן. ניתן להריץ פרויקט ניתוח ישירות מהסכימה של Xpedition לתכנן מתחים מראש ולהגדיל באופן מיידי את תוצאות הניתוח מבלי לבצע חיפוש נוסף אחר הרשת או הרכיב. תכונות אלה מצמצמות את הזמן הדרוש לניווט בתוצאות ואיסוף נתוני פרויקטים ממקורות מרובים.

המאפיינים העיקריים של ניתוח תקינות סכימטית של Xpedition כוללים:

125 + בדיקות אוטומטיות מובנות
6+ מיליון דגמים חכמים
תמיכה ביצירת דגמי מכשירים מותאמים אישית
בדיקה מלאה של % 100 מהרשתות הסכימטיות
תמיכה בניתוח קישוריות בין לוחות שונים
התקנה קלה ותפעול אינטואיטיבי
תוצאות אינטליגנטיות לאחר עיבוד ודיווח למעקב וביקורת
תומכת בכל כלי ה- EDA העיקריים
אין צורך בתשתיות נוספות

מערכת ניתוח תקינות סכימטית של Xpedition מבצעת בממוצע, 400,000 בדיקות לכל תכנון. דוגמה לתוצאות לאחר ביצוע ניתוח תקינות סכימטית של Xpedition על סכימטי מוצגות באיור 5.

איור 5: בדוגמה זו, מערכת ניתוח תקינות סכימטית של Xpedition מצאה 82 בעיות קריטיות ו -235 פגמים וסיפקה 84 אזהרות – הרבה יותר ממה שניתן היה למצוא באמצעות בדיקה ידנית.

ארבעה תחומים בהם מתרחשות טעויות הניתנות למניעה הן: סמלים וספריות, חיבורי רשת, דרישות רכיבים ותקשורת בין מתכננים. מערכת ניתוח תקינות סכימטית של Xpedition יכולה לעזור בכל אחד מהתחומים הללו. אם סמל אינו נכון, יופיע חיבור רשת שגוי, שיסומן על ידי הניתוח. ישנם סוגים רבים של בעיות בחיבור רשת, כגון פין חשמל שאינו מחובר לחשמל (איור 6) או קלט שחסר לו מנהל התקן.

איור 6: בעיות התכנון הקריטיות הנפוצות ביותר שדווחו על ידי סימנס ייעוץ בשנת 2020. אלו היו טעויות שהתגלו בעיצובים של לקוחות אמיתיים באמצעות ניתוח סכמטי. (בניכוי False positives and redundant results) .

יתר על כן, דרישות הרכיב מתבטאות במודלים של ניתוח סכימטי, כולל דרישות pull-up/pull-down וכיצד יש להתייחס לפין כאשר היא אינו בשימוש. הפרות של כללים אלה מזוהות באופן אוטומטי. ניתוח סכימטי יכול גם לאפשר תקשורת טובה יותר בין מתכנים על ידי דרישה שהם יעבדו יחד כדי להבין את הסכימה ולנקות כל פרט מעורפל, דבר העשוי גם לדרוש תיעוד מסודר. באופן כללי, סוג זה של בדיקות אוטומטיות מהווה את הבסיס לשיטות תכנון טובות.

סיכום

אחת המטרות העיקריות של כל צוות פיתוח מוצרים היא לצמצם את מספר הבעיות בתכנון לפני שמשחררים את המוצר לשוק. בהתחשב בעובדה שהסיבה העיקרית לבעיות תכנון היא לרוב טעויות תכנון סכימטיות, תהליך הכולל אימות סכימטי אוטומטי לחלוטין יכול להפחית באופן משמעותי את שכיחות הבעיה היקרה הזו. ניתוח תקינות סכימטית של מערכת Xpedition מאפשר בדיקה מלאה של כל הרשתות בסכימה באמצעות בדיקות מוגדרות מראש וספריית רכיבים נרחבת וחכמה.

באופן ספציפי, מערכת ניתוח תקינות סכימטית של Xpedition מאפשרת:

• אוטומציה של איתור טעויות תכנון קריטיות

• מונעת %50 עד %70 ממשימות התכנון הנגרמות על ידי שגיאות סכימטיות ושוליות

• מספקת את הביטחון כי כוונת התכנון מיושמות בפעם הראשונה

• מבטלת שעות רבות של סקירה ידנית, מפחיתה סיכון ומספקת החזר השקעה מהיר עם הדרכה מינימלית

ניתן לדגום תכנונים חדשים ולנתח אותם כל הזמן על מנת להבטיח כי שינויי התכנון של הרגע האחרון מוערכים במלואם. ניתן לשלב גם נתונים מתכנונים מרובים כדי לבצע אימות ברמת המערכת. יתר על כן, ניתן לבצע ניתוח תקינות סכימטי על תכנונים גם לאחר שיצאו לשוק כדי לשפר את איכות התכנון האלקטרוני העתידי, להגדיל את התשואה ולהקטין את החזרת המוצרים.

התכנונים המורכבים של היום אינם מאפשרים עוד סקירה ואימות סכימטי ידני. מערכת ניתוח תקינות סכימטי של Xpedition מספקת אימות סכימטי אוטומטי לחלוטין במקביל ללכידה סכימטית. הטכנולוגיה הייחודית הזו מבטיחה בדיקה מלאה של כל הרשתות בסכימה, וכתוצאה מכך מבטיחה פחות ספינים תכנוניים ושיפור זמן ההגעה לשוק.