Ökad automatiserad konstruktion kräver en förståelse för utmaningarna som uppstår och svårigheterna i varje skede av produktutvecklingen. Robert Huxel, teknisk marknadschef, Altium och Philip Ling, teknisk marknadschef, XJTAG beskriver här hur Altiums EDA-verktyg kan kombineras med testverktyg från XJTAG för att integrera en större del av processen.

Då elektroniska produkter blir alltmer förfinade eskalerar också konstruktionens komplexitet. Konstruktionsverktyg måste utvecklas för att hålla jämna steg med efterfrågan på ökad automatisering, utan att begränsa kreativiteten.
Att automatisera även en del av konstruktionsprocessen är ett effektivt sätt att ta itu med både produktens konstruktionskostnad och komplexitet. Med tanke på att EDA-branschen (Electronic Design Automation) beräknas vara värd ca 7 miljarder dollar, är det tydligt att EDA-verktyg nu blivit nödvändiga för att minimera kostnaderna och komplexiteten inom elektronikdesign.

Konstruktion, tillverkning och test av mönsterkort stärker produktutvecklingen i grunden och mönsterkortets konstruktion driver hela processen när ett steg går in i nästa. Tillämpningen av EDA-verktyg vid schemaritning och kretskortlayout kan innebära stora fördelar, och nu sträcker sig dessa vidare bortom konstruktion, till att även omfatta de olika stadierna av tillverkning och test.

Gör tillverkning enklare
Att övergå från schemaritning till kretskortlayout och design i en och samma miljö erbjuder många fördelar i fråga om automatiserad konstruktion. Att ha alla data inbyggda innebär att alla aspekter av konstruktionen noggrant kan samordnas. Altium Designer är ett bra exempel på en enhetlig designmiljö och sammanför alla aspekter av produktdesign.

Detta är tydligt i det smidiga sätt det möjliggör för ingenjörsteam att börja en design i 2D-världen av schemaritning och sedan flytta till konstruktionen av styva och flexibla mönsterkort med hjälp av 2D- och 3D-visualisering. Med Altium Designer kan detta flöde fortsätta fram till den mekaniska konstruktionen av kapslingar med hjälp av avancerade 3D-vyer, allt inom samma miljö. Denna avancerade kapacitet tillåter också designbeslut att propagera mellan alla domäner.

Att utforma ett flexibelt mönsterkort så att det passar inuti en kapsling, att mäta närheten av komponenter i närheten av en kylfläns, eller placera ett chassi så det är tillgängligt efter slutmonteringen är alla viktiga överväganden vid konstruktion. Detta är beslut som bäst tas innan konstruktionen skickas för tillverkning – och med Altium Designer är detta möjligt.

Naturligtvis måste alla dessa beslut fortfarande dokumenteras innan tillverkningen kan börja.  Den senaste versionen av Altium Designer, version 16.1, tillför en ytterligare dimension till det stöd den ger tillverkningsprocessen. Den introducerar en funktion som kallas Draftsman, vilket ger dokumenteringsprocessen en högre grad av automatisering.

Med Draftsman kan alla data som anges under konstruktionen användas för att automatisera processen att skapa den mekaniska dokumentation som behövs för tillverkningen. Eftersom den finns inom samma enhetliga miljö återspeglas dessutom alla konstruktionsändringar som påverkar tillverkningsprocessen automatiskt i dokumentationen, vilket sparar många timmars arbete. Genom att ta bort behovet av att manuellt uppdatera dokumentationen är konstruktionsritningar alltid aktuella och alltid redo att användas.

Fig 1. Med Draftsman kan designers intelligent automatisera processen för att skapa den nödvändiga dokumentationen för tillverkning

Tackla testutmaningar
Efter konstruktion och tillverkning kommer oundvikligen testningen. Historiskt sett har EDA-verktyg i praktiken inte hanterat processen för test, utan har i stället fokuserat på designelementen; normalt kallat DFT (Design för test). Detta kan sträcka sig vidare till DFM (Design For Manufacture) som också spelar en viktig roll i den totala produktdesignen.

Medan designregler kan användas framgångsrikt i EDA-verktyg för att främja god DFM-praxis, är designautomation på denna nivå i stort sett begränsad till mönsterkortslayout eller design av kapsling, där användardefinierade regler till exempel kan användas för att automatiskt kontrollera komponenternas fysiska närhet. Att implementera automatiserad konstruktion vid schemaritning kräver en annan strategi.

Genom att använda tillägg från tredje part erbjuder Altium Designer nu en funktion som vid schemaritningen med hjälp av Boundary Scan automatiskt kan kontrollera en konstruktions testbarhet. Boundary Scan (även kallad JTAG) är idag den mest användbara tekniken som används för att testa mönsterkort med begränsad fysisk tillgång. Det krävs bara ett enkelt 4-stifts gränssnitt för att elektriskt få tillgång en mångfald testpunkter på ett kretskort och är som sådant det vanligaste sättet att testa mönsterkort som har BGA- (Ball Grid Array) eller LGA-kapslingar (Land Grid Array). Det används dock också i stor utsträckning för felsökning och programmering av inbyggda system (ISP), vilket gör att Boundary Scan kan användas på alla mönsterkort, av alla typer av komplexitet och alla typer av komponentpaket.

Boundary Scan dök första gången upp 1990 som en IEEE-standard för att tillgodose behovet för att testa anslutningar mellan pads på flip-chip-kapslingar, där direkt fysisk åtkomst är begränsad. Idag är det i huvudsak en gratis teknik, eftersom halvledartillverkare ofta inkluderar det som ”standard” i ett brett spektrum av integrerade kretsar. För att använda denna teknik behöver man bara välja komponenter med stöd för JTAG, anta en DFT-inställning till sin konstruktion, och ha tillgång till testutrustning för Boundary Scan.

Medan automatiserad testutrustning (ATE), däribland Flying Probe och In-Circuit Testers, stöder vissa Boundary Scan-funktioner, är det dedikerade Boundary Scansystem som de produkter som utvecklats av XJTAG, som verkligen ger fullt stöd för alla funktioner och möjligheter.

För första gången automatiserar nu ett designverktyg för mönsterkort kontroll av Boundary Scan-design under schemaritningen. Ett tillägg som kallas XJTAG DFT Assistant för Altium Designer och som är kostnadsfritt för alla med Altium Designer-licens, erbjuder DFT-funktioner som kan leverera betydande fördelar i konstruktioner med olika typer av komplexitet. Det är utvecklat av XJTAG specifikt för att stödja konstruktionen och verifiering av Boundary Scan kedjor och automatiserar en process som annars skulle behöva utföras manuellt. Det ger också vägledning om att lösa designproblem som skulle kunna begränsa Boundary Scan funktionaliteten.

En viktig egenskap hos DFT Assistant är dess förmåga att analysera nät i ett schema och hitta potentiella fel i Boundary Scan kedjan. Förutom att kontrollera att Boundary Scan kedjor är korrekt dragna och avslutade, kan XJTAG DFT Assistant för Altium Designer också illustrera hur mycket av kretsen som är tillgänglig för test med JTAG-testutrustning. Denna livevisualisering av kortets Boundary Scan-åtkomst kan användas för att förbättra DFT och säkerställa att programmering av inbyggda system kan utföras, långt innan konstruktionen går vidare till layout eller beslut har tagits om tillverkning. Att ha Boundary Scan tillgängligt under prototypstadiet kan också påskynda produktutvecklingen avsevärt.

Fig 2. XJTAG DFT Assistants JTAG åtkomstvy visar tydligt hur mycket av kretskortet som kan nås och testas med hjälp av JTAG (nät är färgkodade för att illustrera tillgängligheten), (klicka för större bild).

Åtkomstnivån med JTAG är helt beroende av konstruktionen. Om varje krets med stöd för JTAG på kortet är korrekt ansluten till en kedja, och kedjan är korrekt avslutad, kommer tillgången att inkludera alla kretsar och tillhörande nät. Med hjälp av ett testsystem som XJDeveloper från XJTAG kan denna åtkomst utnyttjas vidare för att inkludera funktionstest av kretsar som inte har JTAG stöd, samt ISP (In-System Programming) av beständigt eller inbyggt minne och FPGA/CPLD. Detta är kraften hos JTAG – dess förmåga att ge en hög nivå av åtkomst för test och ISP genom en enda 4-stiftskontakt. Priset för att inte implementera kedjan korrekt kan vara ingen tillgång alls till JTAG, men med XJTAG DFT Assistant för Altium Designer, kan kontroll av kedjan under schemaritningen nu automatiseras, vilket leder till en högre grad av ”rätt första gången”, vilket sparar designansträngning och pengar.

Figur 3. XJTAG DFT Assistant dockas i Altium Designer-miljön, vilket ger enkel tillgång till dess funktioner

Slutsats
Under flera decennier har verktyg som ger automatiserad konstruktion använts för att öka produktiviteten i ingenjörsdiscipliner som förbinder kreativ input med korrekt genomförande. Medan kreativitet kräver fritt tänkande, är konstruktion ofta regelstyrd. Att föra de två närmare varandra innebär en förståelse för vad som kan och inte kan automatiseras.

Med Altium Designer och dess enhetliga miljö med expansionsmöjligheter, är det nu lättare att få automatiserad konstruktion i varje steg i produktutvecklingen – från design till tillverkning och test.
Robert Huxel, teknisk marknadschef, Altium och Philip Ling, teknisk marknadschef, XJTAG

Filed under: EDA