אימות אוטומטי משולב בשלב מוקדם של זרימת התכנון מאיץ את זמן המחזור, מגדיל את האמינות ומפחית את הסיכונים והעלויות
המורכבות הגוברת של תכנון מערכות מתקדמות ואיומי התחרות באספקה מהירה של מוצרים חדשניים לשוק, מחייבת חיפוש ואימוץ טכנולוגיות חדשות בניהול הנדסה כדי להצליח בכלכלה הגלובלית של היום. זרימת פיתוח פרוייקטים מסורתית אינה יעילה, רצופה מהמורות וכשלים ומסתמכת במידה רבה מדי על סקרים ידניים ואבי טיפוס יקרים. אימות כל שלב בתכנון מתרחש מאוחר מדי בתהליך.
איור 1 – זרימת פיתוח פרוייקטים רגילה
המפתח לזרימה יעילה של תכנון הוא גילוי וביטול של בעיות תכנון פוטנציאליות בשלב מוקדם. בעיות תכנון פוטנציאליות אלו כוללות שגיאות סכמתיות פשוטות שיכולות להתפשט אל תכנון מערך הרכיבים, בעיות מכניות מורכבות וגורמים אחרים שמשפיעים על יכולת הבדיקה והייצור של המוצר.
זיהוי ותיקון של בעיות פוטנציאליות אלו בשלב מוקדם ככל האפשר בתהליך, קידום השלב (העברה שמאלה בתרשים הזרימה) שבו מתבצעות פעולות אלו, מונע עיכובי לוח זמנים מיותרים וסבבי תכנון חוזרים, בעלות גבוהה. הוא גם משחרר כשרונות (“טלנטים”) הנדסיים יקרים לפרוייקטים אחרים.
בשיטת “קידום השלב” מסתמכים בעיקר על פלטפורמת תכנון מקיפה לגמרי לצורך ניתוח ואימות תכנון מראש. פתרון זה משלב טווח רחב של כלי ניתוח ותכנון כבר בשלבי יצירת השרטוט ותכנון הצבת הרכיבים של הפרוייקט. כלים אלו מכוונים לשמש מהנדסי תכנון ומתכנני הצבת רכיבים במעגלים מודפסים, שאינם מיומנים, שיכולים לעבוד בסביבות התכנון המוכרות להם ולאתר בעיות בשלב מוקדם.
זרימת אימות משולבת מתחילה במקור, בתרשים המעגל. לשגיאות שאותרו ותוקנו בשלב זה יש השפעה גדולה ביותר על המשך התהליך. באופן מסורתי, קיימת סבירות רבה ביותר שיחמקו וימשיכו בתהליך, בלי שיאותרו בתהליכי הסקירה הידנית הרגילים. ההסתמכות על “זוג עיניים נוסף” לסקירה של תכנון מורכב שכולל מעגלים מודפסים רבים ואלפי רכיבים, צורכת זמן, מוגבלת בהיקפה וצפויה לשגיאות. היא מאריכה את לוח הזמנים, צורכת כשרונות הנדסיים ועדיין מאפשרת לשגיאות בתרשים המעגל לעבור אל תכנון הצבת הרכיבים, ובהמשך להיטבע בתוך אבי הטיפוס הפיסיים.
איור 2 – קידום שלב הניתוח והאימות בתהליך התכנון.
ניתוח שלמות תרשים המעגל באופן אוטומטי מחליף את תהליך הסקירה הידני. הוא מאפשר בחינה מלאה של כל הרשתות בתכנון, הן עבור תכנונים במעגל יחיד וגם בתכנוני מעגלים מרובים, בעזרת בדיקות מוגדרות מראש של שגיאות נפוצות בתרשימי מעגלים וספרייה חכמה של דגמי רכיבים. ניתוח זה מבוצע במקביל לכניסה של תרשים המעגל ומבטל את רוב השגיאות הנפוצות בתרשימי מעגלים, לפני תחילת תכנון הצבת הרכיבים. בדיקות התכנון מתמקדות בהספק ובטכנולוגיה. החלפת תהליך הסקירה הידני בתהליך אוטומטי מאפשרת כיסוי רחב יותר ומעניקה סבירות רבה יותר בהרבה לכניסה לשלב תכנון הצבת הרכיבים עם תרשים מעגל שמבטיח הצלחה כבר במעבר הראשון.
ניתוח יכולת בדיקה צריך גם הוא להתקיים בשלב תרשים המעגל, לפני תכנון הצבת הרכיבים. המטרה היא להעביר את ניתוח יכולת הבדיקה לשלב מוקדם יותר בזרימת התכנון ולהפוך את התהליך לאוטומטי. התכנון עובר ניתוח, מתבצע זיהוי של דרישות נקודות הבדיקה שמועברות כאילוצים לתכנון הצבת הרכיבים. התוצאה היא פחות שגיאות בשל כיסוי בדיקות שאינו מספק, העברה מהירה וחלקה יותר לייצור, עם תהליכי בדיקות יעילים וכדאיים יותר מבחינה כלכלית.
גם הדמיות וניתוחים של שלמות אותות, ניתוח מתח וזרם (PI) ואותות אנלוגיים ומעורבים אמורות להתבצע בשלב תרשים המעגל של התכנון. כך אנשי התכנון יכולים לפתח קבוצת אילוצים לגבי הצבה, ניתוב ורשת חלוקת המתחים (PDN), אשר תעמוד בדרישות יעדי התכנון. בדומה לדרישות נקודות הבדיקה, אילוצים אלו יקודמו בתהליך תכנון הצבת הרכיבים.
במהלך תכנון הצבת הרכיבים, ניתוח שלמות אותות מתבצע לגבי כל הרשתות הקריטיות כדי להבטיח שהדרישות לגבי איכות האותות והתזמונים יעמדו במפרט. ניתוח מתח וזרם אמור לכלול ניתוח נפילת מתח ישר כדי לזהות נפילות מתח חריגות, צפיפויות זרם גבוהות וניתוח מישור ההספק במתח חילופין כדי לבחור באופן אופטימלי את הקבלים ואת הצבתם.
עם התקדמות הצבת הרכיבים, יש לבצע אימות הפרעות אלקטרו מגנטיות (EMI), ניתוח חום, ניתוח רעידות/ תאוצות וניתוח יכולת ייצור, לאיתור ותיקון מהירים של כל בעיה אפשרית. בזרימת התכנון המסורתית, בעיות אלו לא יתגלו עד לבדיקה פיסית של הפרעות EMI, בדיקה חומנית או לבדיקה שנערכת בתא בדיקות HALT (בדיקת חיים מואצים). אם לא התגלו במהלך תכנון הצבת הרכיבים, התיקון של הבעיות שמשפיעות על שלמות מכנית של התכנון, בדרך כלל, יהיה היקר ביותר והגוזל זמן רב ביותר. לתיקון בעיות אלו יידרשו לא פעם סבבים חוזרים ושינויים בציוד הכלים. ההדמיות שיתבצעו בשלב הצבת הרכיבים יהיו בעלות סבירות רבה מאוד להצלחה בסבב ראשון.
שלב ההשלמה לאחר הצבת הרכיבים אמור לכלול בדיקת כללי חשמל (ERC) ואימות תכנון לייצור (DFM). בזרימת תכנון רגילה, אימות הביצועים החשמליים של תכנון ייעשה לעתים קרובות בבחינה חזותית, באמצעות סריקה ידנית דרך שכבות מרובות של מעגל מודפס לבדיקת נתיבי אדמה חוזרים, מקורות רעש אפשריים ובעיות אחרות שקשורות בהצבת הרכיבים. גם כאן, התהליך צריך להיות אוטומטי, על ידי ביצוע אימות מלא של המעגל מול קבוצת כללים מוגדרים מראש. ולבסוף, יש לבצע אימות תכנון עבור ייצור, כדי להבטיח את היכולת הכדאית מבחינה כלכלית של יצור המוצר הסופי. אימות זה אמור להיות ניתוח כולל שיקיף את הייצור, ההרכבה והבדיקות של מעגלים מודפסים רגילים בתכנונים של מעגלים קשיחים, מעגלים גמישים ומעגלים מרובים.
המניע לגישה של “קידום שלב” דומה בכל המקרים. המשמעות היא להעביר אימות רב ככל האפשר לשלב מוקדם ככל שניתן במחזור התכנון, ובנוסף להעביר לאוטומטי את הניתוח כדי לספק דרגת כיסוי, הגבוהה ביותר האפשרית. איתור ותיקון בעיות במקור ימנע מאמצים גוזלי זמן לאיתור תקלות, וסבבי תכנון חוזרים בעלות גבוהה. זרימת התכנון הרגילה אינה ניתנת לחיזוי באופן מתסכל. היא מסתמכת במידה רבה מדי על בדיקות ידניות לתכנון חזותי, שמאפשרות לשגיאות רבות מדי לעבור הלאה, לשלב הבא בתהליך. האימות האוטומטי עם “קידום שלב” לוכד את השגיאות ומאתר בעיות אפשריות בשלב מוקדם של התהליך, שבו אפשר לתקן אותן במהירות ובאופן חסכוני. התהליך יעיל יותר ומספק תוצאות חזויות יותר, מבטל סבבים חוזרים של התכנון ומפיק מוצרים באיכות גבוהה יותר, תוך זמן קצר יותר.
איור 3 – תהליך כולל של אימות רב ממדי
המטרה האולטימטיבית צריכה להיות תהליך אימות כולל ורב ממדי, שמקטין את ההסתמכות על סקירות ידניות וניפוי שגיאות ידני של אבי טיפוס פיסיים. Mentor, חברה בקבוצת Siemens, היא חברת התוכנה הראשונה בתחום תכנון אלקטרוני עם תיק מוצרים רחב המקיף טכנולוגיות מוכחות לשיטת “קידום שלב” באימות תכנון. פלטפורמת האימות Xpedition® שלה המשולבת באופן מלא, לתכנון מערכות במעגל מודפס יחיד ובריבוי מעגלים, כוללת ניתוח אוטומטי של שלמות תרשים המעגל עם בדיקות אוטומטיות מובנות של התכנון וספרייה נרחבת של דגמים חכמים. כל הטכנולוגיות הנוספות, כגון – ניתוח יכולת בדיקה, יצירה אוטומטית של דגמי רכיבים לניתוח רעידות, ניתוח נפילת מתח ישר בתכנונים של מעגלים קשיחים, במעגלים גמישים ובריבוי מעגלים וניתוח תכנון DFM בשלב תכנון הצבת רכיבים – משולבות בתוך סביבת יצירת התכנון למען אימות קל ומהיר יותר.
היתרונות הטמונים בפלטפורמת אימות רב ממדית זו הם הפחתת סבבי תכנון חוזרים בעלות גבוהה, שיפור זמן יציאה לשוק של מוצרים חדשים, ופיתוח מוצרים באיכות גבוהה יותר עם פגמים מועטים יותר.
דייויד ווינס, מנהל מוצר Xpedition, חטיבת תכנון מערכות, Mentor, חברה בקבוצת Siemens
דייויד ווינס [ [Davis Wiens], נושא יותר מ- 30 שנה בעמדות הנדסיות, שיווקיות וניהוליות שונות בתוך תעשיית האוטומציה של התכנון האלקטרוני (EDA). תחומי ההתמקדות שלו כוללים מארזים מתקדמים, תכנון מהיר, טכנולוגית ניתוב ותכנון מערכות משולבות. כיום, דייויד ווינס מנהל תיק מוצרי Xpedition Enterprise לתכנון מערכות אלקטרוניות. הוא בעל תואר B.S. במדעי המחשב מאוניברסיטת קנזאס.
