Inden for PCB-design står ingeniører konstant over for udfordringen med at sikre optimal ydeevne og pålidelighed af deres design.
To nøglemetoder, der anvendes i denne proces, er test og simulering. Disse teknikker spiller afgørende roller i validering af design, afsløring af potentielle problemer og optimering af den overordnede funktionalitet af PCB’er.
Hvad er testing?
Testing involverer fysisk evaluering af et PCB-design for at verificere dets funktionalitet og ydeevne. Denne proces indebærer typisk følgende trin:
- produktion af en fysisk prototype af PCB’en.
- sammenstilling med komponenter.
- udsættelse for forskellige tests under virkelige betingelser.
Testopsætninger kan omfatte miljømæssige, elektriske og funktionelle tests, blandt andre.
Den største fordel ved testing er dens evne til at give nøjagtige realtidsresultater ved direkte måling af designets fysiske egenskaber.
Derudover er du også i stand til at afsløre problemer, der måske ikke er åbenlyse gennem simulering alene.
Ved fysisk at interagere med prototypen kan ingeniørerne validere designets ydeevne i virkelige scenarier og tage højde for faktorer som støj, signalintegritet og termiske effekter.
Dog har testing også sine to hovedbegrænsninger.
Tid og omkostninger
Testing kan være meget tidskrævende og kostbar, da det indebærer fremstilling af prototyper, opstilling af testudstyr og gennemførelse af omfattende testprocedurer.
Derudover kan nogle problemer kun blive åbenlyse i de senere faser af testprocessen. Dette kan potentielt føre til forsinkelser i udviklingscyklussen.
Vi ved alle, at tid er penge, og gentagne forsinkelser vil skade virksomhedens økonomi.
Ikke kun med hensyn til udvikling, men også med hensyn til materialer og andre interne ressourcer.
Nogle avancerede testmetoder er et godt eksempel på dette.
Tag en metode som pålidelighedstest eller i sjældne tilfælde destruktiv test.
Begge kan kræve, at prototyper ofres, hvilket gør det uhensigtsmæssigt for masseproduktion eller dyrt for begrænsede ressourcer.
Begrænset dækning
Fysisk test har naturlige begrænsninger, da den ikke altid kan dække alle mulige scenarier og ekstremtilfælde.
Dette efterlader plads til potentielle problemer at opstå i specifikke situationer, der ikke blev testet.
Derudover repræsenterer dine prototyper måske ikke fuldt ud det endelige produkt med hensyn til materialer, fremstillingsprocesser eller komponentvariationer.
Dette kan potentielt føre til forskelle mellem den testede prototype og det faktiske endelige produkt.
Måske er test ikke gennemførlig eller praktisk for dine specifikke design, da det kan involvere høje frekvenser, komplekse interaktioner eller usikre miljøer.
I sådanne tilfælde vil effektiviteten være begrænset.
Traditionel PCB workflow
I traditionelle PCB-arbejdsgange er simuleringsmetoder ikke så avancerede, præcise og hyppige, som de er i dag.
Når designspecifikationerne er bekræftet, vil ingeniørerne gå videre til:
- at designe PCB’ens skematisk,
- efterfulgt af en gennemgang,
- derefter designe PCB-layoutet,
- og til sidst gå videre til en anden gennemgang før PCBA (Printed Circuit Board Assembly).
Efter PCB-samlingen vil du begynde at teste designet for at verificere, at det fungerer som hensigten var.
Men hvis det ikke virker, og du har begået en fejl, så begynder besværet.
Du bliver nødt til at fejlfinde, hvad der forårsagede fejlen, og det kan være meget tidskrævende, fordi du måske ikke har nogen direkte indikationer af rodårsagen.
Desværre er disse nogle beregnede risici, som mange ingeniører håndterer regelmæssigt.
Dette resulterer i spildt tid, penge og forsinket produktion.
Dette er præcis grunden til, at simulering er blevet et uvurderligt værktøj.
Hvad er simulering?
En simulering er en virtuel tilgang til at validere dit PCB-design.
I bund og grund indebærer det at bruge specialiseret software til at modellere adfærden af PCB’en og dens komponenter baseret på matematiske algoritmer og fysiske modeller.
Ved at indtaste forskellige parametre og betingelser i softwaren kan ingeniører simulere designets elektriske, termiske og mekaniske egenskaber.
Og derudover forudsige dets ydeevne uden behov for fysiske prototyper.
Der er ingen tvivl om, at simulering kommer med visse fordele.
Diversitet og analyse
Simulering giver ingeniører mulighed for hurtigt at gentage og evaluere forskellige designmuligheder og muliggør hurtigere designcyklusser. Uden behov for fysiske prototyper.
Muligheden for at udforske forskellige designmuligheder og vurdere deres indvirkning på ydeevnen tillader optimering og finjustering af PCB’en, inden man begår sig til den faktiske produktion af designet.
Ved at simulere PCB’en under forskellige forhold, såsom elektriske, termiske og mekaniske belastninger, kan du forudsige og optimere ydeevneegenskaber.
Dette fører til værdifulde indsigter i adfærden af PCB-designet samt vigtig feedback vedrørende komponentstatus, datablade og opdateringer.
Omkostningsreduktion
Gennem simulering kan ingeniører identificere og håndtere potentielle problemer tidligt i designprocessen.
Tidlige simulationer hjælper med at identificere potentielle risici og fejlmekanismer, hvilket muliggør proaktive foranstaltninger, forbedrer pålideligheden og forhindrer designfejl inden produktion.
Dette kan reducere omkostninger, der ellers ville påløbe ved prototyperevisioner og fysisk testning, og mindske udviklingsomkostningerne forbundet med produktion. Såsom spildte materialer, tid, medarbejderlønninger, tabt indtjening osv.
At undgå kritiske designfejl tidligt minimerer risikoen for dyre fejl og dårlig kvalitet af det færdige produkt generelt.
Begrænsninger ved simulering
Først lad os tale om indlæringskurven, der følger med at implementere simulationssoftware i dit værktøjskasse.
Det er ikke nødvendigvis en begrænsning, men vi vil gerne forberede dig, hvis din virksomhed vælger at implementere simulering i fremtiden.
Som med alle begyndelser tager det tid at lære nyt software.
Tid og uddannelse, du skal investere i at opnå uvurderlig knowhow, som du kan drage fordel af i al evighed.
Ikke desto mindre kan simulering have sine begrænsninger, hvis det ikke bruges på en velovervejet måde og hvis du ikke ved, hvad du arbejder med.
Det er i høj grad afhængig af nøjagtige modeller og antagelser, hvilket kan introducere fejl, hvis det ikke omhyggeligt valideres.
Nøjagtigheden af simuleringsresultater afhænger direkte af kvaliteten af indtastede data og modellens evne til nøjagtigt at repræsentere virkelige betingelser.
Derudover kan simuleringsværktøjer muligvis ikke tage højde for alle fysiske fænomener, hvilket kan føre til visse begrænsninger i nøjagtig forudsigelse af adfærd for komplekse design.
Moderne PCB workflow
En moderne arbejdsgang for PCB-design er selvfølgelig, ikke overraskende, baseret på traditionelle metoder, men med en mere strategisk og metodisk tilgang til simulering.
Nedenfor finder du en grov illustration af en moderne arbejdsgang.
Det viser, hvordan simulering fungerer som en portvagt, der forhindrer fejl i at gå videre til centrale aktiviteter i arbejdsgangen.
Hver gang en central aktivitet som kravspecifikationer, skematisk eller layout er blevet fuldført, vil du gerne simulere designet for potentielle fejl eller problemer.
Dette giver dig tidlige indikationer på ting, du ellers ville have opdaget senere (for sent) i valideringsprocessen.
Med simulering behøver ingeniører ikke leve med konstant frygt for potentielle omarbejdninger.
Og ledere behøver ikke at inkludere iterationer som en beregnet udgift i deres budgetter.
Hold dig opdateret med de seneste indsigter inden for PCB
📺 Spar tid og begynd at bruge simulering på dine kredsløb
En oversigt over fordelene ved at bruge simulering og hvordan man udnytter værktøjer til at undgå fejl.
📺 Test vs simulering i RF udvikling
En kombination af både simulering og test er den optimale tilgang for at opnå de bedste resultater.
Test vs. Simulering: Hvilken er bedst?
Først lad os tage en hurtig opsummering.
I illustrationen nedenfor vil du se et gennemtænkt eksempel på, hvordan en investering i simulering ville se ud.
Som nævnt tidligere vil en PCB-arbejdsgang uden simulering have højere omkostninger på grund af potentielle omarbejdninger og spild.
Lad ikke den indledende stejle kurve for simulering skræmme dig.
De langsigtede gevinster ved at implementere simulering opvejer omkostningerne ved tid brugt på uddannelse og erhvervelse af værktøjerne.
Og endnu bedre, du behøver kun at foretage investeringen én gang.
3 tips til implementering af begge tilgange
Konkluderende er både test og simulering essentielle værktøjer for at opnå succes med PCB-design.
Forstå, at implementeringen af simulering ikke betyder udelukkelse af test.
Faktisk er test stadig påkrævet.
Men simulering vil sætte dig op for succes på lang sigt, hvis det bruges hensigtsmæssigt.
Her er vores tre bedste anbefalinger til at bruge begge tilgange sammen.
1. Udforskning og optimering
Begynd designprocessen ved at udnytte simuleringsværktøjer til at udforske forskellige designmuligheder og evaluere deres ydeevnemæssige karakteristika.
Dette tillader hurtigere iterationer og omkostningseffektiv optimering, inden man forpligter sig til fysiske prototyper.
Simuleringen vil hjælpe med at identificere potentielle problemer tidligt og guide resten af dine designbeslutninger og forbedre den overordnede ydeevne.
2. Validering og målrettet testning
Når et design er blevet simuleret og optimeret, er det afgørende at validere simuleringsresultaterne ved at udføre målrettet testning på fysiske prototyper.
Dette hjælper med at sikre, at simuleringen nøjagtigt repræsenterer PCB’ens adfærd i virkeligheden.
Fokuser på at teste specifikke aspekter eller kritiske områder, der er identificeret under simuleringen.
Gør dette for at verificere simuleringens nøjagtighed og identificere eventuelle uoverensstemmelser eller uforudsete problemer.
3. Pålidelighedsvurdering
Testning spiller en afgørende rolle i at validere designets ydeevne under virkelige forhold.
Efter indledende simulationer og optimeringer bør prototype-PCB’er gennemgå omfattende testning for at evaluere deres funktionalitet, pålidelighed og overholdelse af branchestandarder.
Faktorer som miljø, komponentvariationer eller komplekse interaktioner kan ikke være blevet afsløret i simulationen, fordi de ikke er blevet taget i betragtning i de indledende indtastede data.
Resultaterne fra testningen kan derefter bruges til at forfine simuleringsmodellerne og forbedre fremtidige design.