česky english Vítejte, dnes je sobota 17. duben 2021

EDA-Library Management: Od nových výrobkov až po technické zostarnutie

DPS 2/2018 | CAD/CAE/CAM - články
Autor: Ivo Nemčič, Dirk Müller, FlowCAD

Mnoho nových komponentov vedie vo firme, presahujúc odvetvie, k zvýšenej práci na EDA (automatizácii elektronického dizajnu – v ďalšom texte EDA) knižníc. Požiadavky nie sú nové, ale zväčšil sa počet zmien v knižnici. Dalo by sa povedať, že požiadavky na knižnice môžu niekedy spôsobiť tiesňové situácie.

EDA-Library Management

Na EDA – knižnicu súčiastok – sú kladené nasledujúce požiadavky:

  • Vytváranie nových súčiastok
  • Uvádzať a kontrolovať vyhlásenia o zhode (REACh, EU RoHS, China RoHS, WEEE, JIG-A…)
  • Údaje o konfliktných prvkoch (cín, tantal, zlato, volfrám)
  • Priradenie 3D modelov pre mCADintegráciu
  • Priradenie simulačných modelov (PSpice, IBIS, termický)
  • Alternatívne súčiastky/alternatívny dodávateľ (Second Source)
  • Technické zostarnutie zastaraných komponentov

Vytváranie nových súčiastok

Keď je vývojár v kreatívnej fáze návrhu zapojenia, chce mať rýchly prístup k symbolu, aby ho zahrnul do schémy zapojenia. V EDA systéme bude vývojárovi prostredníctvom centrálne riadenej knižnice ponúknutý výber schválených súčiastok. V knižnici môže parametrickým vyhľadávaním ľubovoľnú súčiastku rýchlo nájsť a umiestniť ju do schémy zapojenia. V prípade, že hľadaná súčiastka nie je k dispozícii, musí byť nanovo založená, a tu sa začínajú rozdielne pracovné postupy firiem. Niektorí vývojári smú sami zabudovať súčiastku, zatiaľ čo v iných firmách narážajú na schvaľovací proces ešte pred tým, ako bude súčiastka použitá.

Odkiaľ pochádzajú súčiastky

Nové súčiastky môžu pochádzať z rôznych zdrojov. Tie na CD dodané štartovacie knižnice zostarnú v rýchlych cykloch inovácie a neustále strácajú na význame. Existujú buď online zdroje, alebo nástroje, s ktorými sa súčiastky sami vygenerujú.

EDA-Library Management 1

Niektorí výrobcovia súčiastok už ponúkajú ECAD symboly a footprinty (fyzikálne symboly pre PCB) pre súčiastky na stiahnutie, aby ich bolo možné rýchlejšie zapracovať do dizajnu. Taktiež existuje možnosť importovať a migrovať knižnice súčiastok z formátov cudzích nástrojov. Pri tejto možnosti sa odporúča kontrolovať chyby pri zaokrúhľovaní. Aj distribútori súčiastok, ako napríklad Arrow, DigiKey atď., ponúkajú ako službu sťahovanie ECAD dát.

V opačnom prípade je nutné si vytvoriť symboly a footprinty v EDA nástrojoch. Kompletné zostavenie súčiastok môže byť takto časovo náročné. Preto sa na trhu etablovali niektoré špeciálne nástroje, ako napríklad OrCAD Library Builder, ktorý popri symboloch a footprintoch vytvára 3D STEP modely podľa IPC noriem. Alebo Allegro eCAD mCAD Library Creator, ktorý na základe 3D modelu a 2D projekcie, ako aj pravidiel footprintov, veľmi efektívne generuje napríklad konektory alebo špeciálne komponenty.

Existujú ďalšie riešenia, ktoré môžu byť v závislosti od typu zákazníka zaujímavé. Na online portáloch je možné bezplatne stiahnuť symboly, footprinty alebo 3D STEP modely. UltraLibrarian poskytne vo svojej knižnici založenej na báze cloudu viac ako 10 miliónov symbolov, footprintov a 3D modelov od viac ako 400 výrobcov. Vyhľadávacia maska nás uvedie k prehľadu symbolov, footprintu a 3D STEP modelu (cena za stiahnutie/ 70 centov/za kus).

Stúpajúci význam metadát

Pod pojmom metadáta rozumieme také informácie, ktoré v prvom rade nemajú nič spoločné s elektrickým dizajnom. K tomu patria informácie, ako napríklad cena, hmotnosť, alebo či daná súčiastka neobsahuje olovo. Tieto informácie musia byť vývojárom pri výbere súčiastok zohľadnené a oni zároveň rozhodnú, či ich smie, alebo nesmie použiť. Globálne trhy zároveň vyžadujú zohľadnenie rozličných miestnych zákonov a predpisov. Vzhľadom na to existujú rozdiely napríklad pri RoHS v Európe a v Číne. V Spojených štátoch amerických je platné UL protipožiarne nariadenie. Pri vložení novej súčiastky do knižnice musia byť všetky obdobné metadáta zmysluplne spracované a prostredníctvom centrálnej knižnice je vývojárovi sprístupnený výber súčiastok. Často to býva aj 30 dodatočných parametrov, ktoré je nutné pre každú jednu súčiastku sledovať a udržiavať.

EDA-Library Management 2

Popri vydaniach vyhlásenia o zhode sú pre niektoré produkty dôležité informácie o chemickom zložení. Ak súčiastky obsahujú látky, ako napríklad cín, tantal, zlato, volfrám alebo nebezpečné prvky, potom v prípade nutnosti vydania vyhlásenia o zhode musia byť vydané spolu s výrobnými údajmi pre návrh dosiek s plošnými spojmi aj dokumenty s normami o chemickom zložení.

3D modely

Takmer všetky nástroje pre návrh PCB dnes disponujú 3D náhľadom dosky plošných spojov. Toto je možné vďaka rýchlejším počítačom bez špeciálnych CAD grafických kariet pre PCB návrhárov.

Aby bola doska s plošnými spojmi zobrazená v 3D, musia byť pre súčiastky, respektíve návrh ich vyhotovenia, k dispozícii 3D modely. V mnohých prípadoch je postačujúci jeden model pre všetky 0402 súčiastky. Ale pokiaľ ide o presné zabudovanie do malého krytu s minimálnou toleranciou, je nutné zohľadniť rozdiely veľkosti súčiastok od rôznych výrobcov pri rovnakej značke súčiastky. Takto sa môže stať, že sa v databáze môžu nachádzať viaceré 0402 modely pre súčiastky.

Modely môžu byť stiahnuté buď z webových stránok výrobcov, alebo od distribútorov, alebo sa vytvárajú špeciálnymi nástrojmi knižníc, príp. mCAD nástrojmi.

Simulačné modely

V dnešných postupoch návrhu nahrádzajú PSpice simulácie na virtuálnych zapojeniach meranie, ktoré sa doteraz uskutočňovalo na manuálne zhotovených prototypoch.

Na simulácie nie je nutné objednávať žiadne vzorky a variácie súčiastok možno overiť jednoduchým kliknutím myši. Dodatočne sa dajú ľahko vyrátať hodnoty stresu súčiastok a MTBF/FMEA (stredná doba medzi poruchami – Mean Time Between Failures/Failure Mode a Effects Analysis).

Na PSpice a simuláciu signálovej integrity sa používajú simulačné modely, ktoré možno spravovať aj v centrálnych knižniciach a sú veľmi rýchlo k dispozícii pre vývojárov.

Alternatívy (Alternatívny zdroj)

Hneď ako bol zhotovený dizajn a bol vydaný zoznam súčiastok, odporúča sa, aby bola čo možno najväčšiemu počtu súčiastok pridelená funkčná a zabudovateľná súčiastka (alternatívny zdroj). Tak môže nákupca alebo zhotoviteľ nasadiť pre neho výhodnejšiu súčiastku. V takom prípade môže ísť o lepšiu dodaciu lehotu, dostupnosť na sklade alebo cenu. Vďaka tomu nastane menej kritická situácia, keď po finálnom naprojektovaní dizajnu zastará nejaká súčiastka, a tak nie je nutná dodatočná previerka zoznamu súčiastok alebo plánu dizajnu.

Technické zostarnutie: obsolescencia, EOL a PCN

Keď sa navrhne dizajn, môže byť vyrábaný až dovtedy, kým použité súčiastky nezastarajú. Pri elektronických zostavách, ktoré sú vyrábané niekoľko rokov, predstavuje takáto permanentná kontrola zvýšené náklady. Jeden zoznam súčiastok môže často zahŕňať 100 alebo aj viac rôznych súčiastok. Výrobcovia súčiastok často menia výrobné postupy a potom to oznamujú cez PCN (Product Change Notification – oznámenie o zmenách v produkte), ďalej len PCN. Takáto zmena môže byť ignorovaná, napríklad keď sa zmení len farba popisu tlače z bielej na sivú. Ak sa však zmení chemické zloženie obalu z umelej hmoty, je poprípade v danej situácii žiaduca skúška zdravotnej bezchybnosti. Zložitá situácia môže nastať, ak výrobca v rovnakom vyhotovení zmenší použitú štruktúru kremíka (DIE Shrink). Potom zostane funkčný popis súčiastky rovnaký, ale jemné štruktúry kremíka povedú ku kratšiemu času prechodu signálu a v určitých prípadoch aj k prudším vzrastom impulzu, ktoré na doske s plošnými spojmi zrazu môžu spôsobiť poruchy signálovej integrity (High-Speed-Problems).

Predtým bola možná manuálna skúška PCN, ale kvôli stúpajúcemu počtu vyradení súčiastky z obehu je dnes výhodnejšie použiť automatizované procesy.

Distribútori súčiastok dnes zverejňujú približne 20 PCN denne. Informácie o PCN môžu byť overované online, a tak vieme automaticky upraviť rozdiely. Následne sa riadia procesmi v materiálovej logistike, či vývojár, manažér knižnice alebo nákupca môže schváliť zmenu. Tieto procesy je možné v koncernoch využiť cez PLM systém. Flow- CAD ponúka ako zvláštne doplnenie pre EDA knižnice CAD FlowManager, ktorý je priamo integrovaný do OrCAD alebo Allegra. Týmto spôsobom sú PLM štruktúry priamo zobrazené vo vývojovom nástroji, a tak sa pre vývojárov znižujú náklady, pretože zostane vo svojom obvyklom prostredí. Pri malých firmách bez PLM systému môže byť CAD FlowManager prevádzkovaný spolu s centrálnou SQL databázou.

Podobné sú také procesy, ak nejaká súčiastka vypovie alebo je zastaraná, vtedy je nutné nájsť náhradu alebo dať podnet na redesign. Priemerný životný cyklus IC sa dnes pohybuje na úrovni 8 rokov a podľa prieskumov sa bude naďalej skracovať. End of Life (koniec života, ďalej len EOL) súčiastok môže viesť k vysokým a predovšetkým neplánovaným nákladom. Z toho dôvodu má veľký význam, aby vývojári už v štádiu umiestňovania vedeli, aké vysoké je riziko zastarávania súčiastok. Podobné odhady rizika sa budú komerčne ponúkať a budú založené na algoritmoch, ako aj empirických hodnotách. Existujú štatistické údaje, ktoré udávajú, že určitá súčiastka je v priemere napr. 10 rokov na trhu. Ak je dátum uvedenia na trh známy a k tomu sa použije ešte faktor opravy pre typ súčiastky a výrobcu, je možné vypočítať EOL riziko. Pre vývojára je údaj o tom, či bude súčiastka pravdepodobne 7,3 roka alebo 4 mesiace dostupná pred tým, než dôjde k EOL, veľmi osožná. Ak má dve podobné súčiastky na výber, môže sa pri dôležitých súčiastkach sústrediť na nízkorizikové súčiastky a podľa toho nastaviť zapojenie.

Ak bol už pri súčiastke oznámený status EOL, ale ešte môže byť zadovážená, možno ju aj farebne označiť. Ak bol dosiahnutý EOL a LTB (Last Time Buy – posledná možná kúpa), ďalej len LTB, budú súčiastky zakázané pre nové návrhy. Pomocou takzvaného Where-Used- Reportu sa zobrazia všetky zoznamy súčiastok, v ktorých boli zabudované EOL prvky a je nutný redesign. Vývojár môže výberom súčiastok ovplyvniť počet redesignov a zmien, a to za predpokladu, že má denne aktualizované informácie k metadátam vo svojom prirodzenom pracovnom prostredí a bol farebným označením upozornený napríklad na nebezpečenstvo zastaranosti.

Náklady počas celej dĺžky života knižnice jednej súčiastky môžu byť od 500 do 5 000 € na súčiastku. Tieto náklady sa môžu zdať na prvý pohľad veľmi vysoké, pri presnejšom skúmaní sú však ľahko pochopiteľné:

  • Rešerš podľa vhodnej súčiastky a alternatív
  • Hľadanie/Zhotovenie/Verifikácia symbolov, footprintov, 3D model, simulačný model
  • Vloženie metadát
  • Pravidelné aktualizácie cien a ďalších informácií, ako napr. PCN, EOL status atď.

Ak vezmeme do úvahy čas, ktorý potrebuje jeden alebo viacerí zamestnanci na to, aby do knižnice vložili, udržiavali a vyradili jednu súčiastku, rýchlo sa môže nakopiť množstvo hodín práce.

Viac informácií získate u spoločnosti FlowCAD EDA-Software Vertriebs GmbH, www.FlowCAD.de, www.FlowCAD.cz

Partneři

eipc
epci
imaps
ryston-logo-RGB-web
mikrozone
mcu
projectik