Секретом не является то, что сегодня ведется масштабная работа по электрификации практически всех технологий, которые можно эффективно электрифицировать. Это ведет к огромному росту и диверсификации в электронной промышленности, затрагивая все – от датчиков и актуаторов до контроллеров и всех областей электроники. Если раньше электрические и электронные системы были в основном мононаправленными (аналоговые, силовые, радиочастотные или цифровые), то теперь почти все устройства содержат критические элементы из каждого из этих направлений, которые нельзя игнорировать, если вы хотите представить конкурентоспособный продукт на рынке. В прошлом создание продукта могло быть задачей одного инженера или небольшой команды, занимавшей несколько лет. Сегодня продукты разрабатываются и выпускаются за несколько месяцев, и эти продукты значительно сложнее тех, что создавались ранее в течение более длительных сроков.
Как в условиях стремительного развития технологий и спроса команды проектировщиков могут справиться с новым темпом разработки продуктов? Рассмотрим несколько методов и факторов, которые могут помочь инженерам справляться с возрастающей сложностью в электронике.
Программное обеспечение – лучший помощник дизайнера
К счастью, автоматизация проектирования электроники (EDA) и программное обеспечение для автоматизированного проектирования (CAD) развиваются вместе с ростом сложности электронных систем. На сегодняшний день на рынке представлены более многочисленные EDA и CAD решения, предлагающие функции, которые ранее стоили дорого и предоставлялись только в качестве дополнительных модулей. Рост конкуренции в этой сфере привел к тому, что стоимость лицензий на такое ПО осталась на доступном уровне. Многие компании объединились и теперь предлагают комбинированные продукты с более широкими возможностями и меньшей стоимостью. Кроме того, благодаря демоверсиям таких программ с достаточным временем для оценки инструмента, снизились риски при их испытании.
Улучшенные возможности автоматизированного проектирования и оптимизации
Большинство современных версий программного обеспечения EDA и CAD включают алгоритмы и пакеты автоматизированного проектирования, которые помогают справляться с рутинными задачами, отнимающими значительную часть времени проектирования. Например, хотя ключевые маршруты, такие как высокоточные RF и высокоскоростные цифровые сигналы, все еще требуют ручной работы или хотя бы доработки, многие современные инструменты EDA способны автоматически выполнять сложное маршрутизацию. Хотя в прошлом такие функции были ненадежны, и некоторые инженеры избегают их, сегодня стоит попробовать их использовать, так как они могут значительно сократить цикл разработки.
Оптимизация программного обеспечения – еще один критически важный аспект в условиях роста сложности проектирования. Современные вычислительные мощности значительно выросли, включая использование GPU для ускорения вычислений. Это позволяет проводить сложные многофакторные оптимизации, которые ранее требовали суперкомпьютеров или облачных сервисов. Сегодня такие задачи можно выполнять даже на обычных рабочих станциях, что экономит время на итеративное проектирование и настройку симуляций.
Доступность мультифизических симуляций
Современные EDA и CAD решения все чаще включают возможности для мультифизических и многодоменных симуляций. Эти функции, как правило, предлагаются в виде дополнительных модулей, но их стоимость часто ниже, чем покупка отдельных инструментов. Более того, они экономят время, необходимое для согласования результатов различных симуляций. Возможность проводить симуляции ВЧ, силовых, аналоговых, цифровых, тепловых и механических процессов в одном инструменте позволяет обнаруживать поведение устройств, которое невозможно выявить вне жестких реальных испытаний. Учитывая высокую стоимость реальных испытательных стендов, освоение технологий мультифизического моделирования становится ключевым преимуществом.
Модульный подход и проектирование на основе блоков
Сегодня существует огромная библиотека готовых модулей и компонентов, которые можно интегрировать в проекты. Многие из них совместимы с целыми линейками продуктов, такими как микроконтроллеры, цифровые сигнальные процессоры, программируемые логические матрицы (FPGA) и другие. Это позволяет инженерам разрабатывать широкий спектр продуктов на основе схожих модульных схем. Кроме того, использование тестовых разъемов для компонентов с высокой плотностью выводов и микросхем BGA позволяет ускорить тестирование подходящих чипсетов. Существуют также системы-на-кристалле (SoC), которые значительно сокращают перечень компонентов (BOM) и упрощают маршрутизацию.
Анализ ЭМП и предварительная сертификация ЭМС
Проблемы с электромагнитной совместимостью (ЭМС) и электромагнитными помехами (ЭМП) становятся все более актуальными из-за увеличения числа электрических и электронных устройств. Однако многие компании оставляют эти аспекты на финальные этапы разработки, что может быть дорогостоящей ошибкой. Провал на сертификационных тестах или обнаружение ЭМП-проблем в готовом продукте может привести к дорогостоящим отзывам и переработке. Проведение анализа ЭМП и предварительного тестирования ЭМС на этапах разработки может существенно сократить риски и повысить шансы на успешную сертификацию.
Для инженеров решение заключается в освоении инструментов, которые автоматизируют или упрощают итеративные этапы проектирования. Уменьшая время на разработку, многие компании лицензируют интеллектуальную собственность (IP) для значительных частей схем или плат, что упрощает процесс разработки. Однако это создает "черные ящики" в проекте. Несмотря на возникающую сложность, современные программные решения остаются ключевым фактором успеха.