המהפכה האוטונומית שאנו בפתחה, מבצעת חישוב מסלול מחדש בתחום מסורתי שעד לפני שנים ספורות נראה כמקובע, סטטי ובלתי ניתן לשינוי. רעיוניות יצירתיים, תוך חשיבה מחוץ לקופסא, הביאו לשינוי שאת אותותיו נראה בצורה ניכרת בשנים הקרובות.
תחום עריכת המעגלים האלקטרונים, להבדיל, אף הוא תחום מסורתי אשר נראה לכאורה כי תמורות הזמן והטכנולוגיה שמסביבו לא הותירו בו את עתותיהם. אימוץ רעיון דומה של אוטומציה גם בתחום עריכת המעגלים מאפשר לייעל ולשכלל תחום זה ובעקבותיו את כל מחזור חיי פיתוח המוצר האלקטרוני.
השגת זמן יציאה לשוק מהיר יותר הינו מרכיב חשוב בכל תהליך פיתוח וייצור מוצר חדש. מחקרים רבים שנעשו, הצביעו על הקשר בין רווחיות הפרויקט והצלחתו לבין משך הזמן החל מהרעיון עד שהמוצר מוצע לשוק. מרכיב זמן היציאה לשוק מקבל משנה חשיבות במיוחד בשוק טכנולוגי שבו מחזור חיי המוצר הולך וקטן. לאור זאת, יש לבחון את מחזור חיי המוצר בתחנות השונות ולראות כיצד ניתן לצמצם את חלון התהליך שלהם ובכך לקצר את משך הזמן הכולל עד ליציאת המוצר לשוק. במאמר זה אביא פתרון מקורי המיושם בשלב עריכת המעגל ותורם משמעותית לקיצור זמני העבודה תוך השגת Time-to-Market מהיר יותר.
עריכת מעגל מודפס מהווה לעיתים צוואר בקבוק בשרשרת פרויקט הפיתוח. הפלט היוצא מתהליך זה משמש הן את יצרן ה-PCB והן את קבלן ההרכבה. שלב זה מסיים למעשה את פיתוח החומרה בפרויקט ומהווה סף כניסה לתחילת ייצור המעגל והרכבתו. תהליך התכנון החשמלי בפרויקט מתמשך, תדיר מעבר לזמן המתוכנן ומגלגל את הלחץ לפתחה של לשכת העריכה. עבודה יעילה ומהירה בשלב זה תצמצם את חלון הזמן של העריכה ועל ידי כך תתרום לקיצור זמן יציאת המוצר לשוק.
עריכת המעגל מבוצעת ע”י תוכנות EDA גנריות אשר מחד בנויות בצורה אחידה ומורכבות מסט פקודות אלמנטריות הדרושות לביצוע העבודה אולם בה-בעת כלי EDA אלו מאפשרים לפתח יישומים מותאמים לפי דרישה. יישומים אלו אינם רק פקודות מאקרו אזוטריות אשר משדרגות ומקלות על מהלך העריכה, המדובר הוא על תוכניות שירות ייעודיות המפותחות בעזרת שפות תכנות מתקדמות ומאפשרות התאמה אישית של כלי העריכה בהתאם לצורכי העבודה.
על אף שכל מעגל חשמלי שונה במהותו מחברו, קיימות פעולות במהלך העריכה אשר הינם חלק אינטגראלי מכל פרויקט. תוכן הפעולה אמנם שונה מפרויקט למשנהו אך מתודולוגיית העבודה זהה בכולם. לדוגמא: לקראת סיום כל עבודת עריכה נדרש להכין את כיתוב הדפס המשי לכרטיס, תוכן הדפס המשי אמנם שונה לחלוטין בכל מעגל חשמלי אך השיטה לביצוע עבודה זו זהה בכל המעגלים. במקרה זה ראוי לפתח תוכנית עזר אשר תופעל על ידי עורך המעגלים בכל פעם שהוא נדרש לבצע פעולה מסוג זה במעגל.
מערכת Allegro PCB מבית Cadence הינה אחת הפלטפורמות המקובלות לעריכות מעגלים אלקטרונים. המערכת מצוידת בכלים רבי עוצמה להתאמה אישית (Customization), ובכך מאפשרת לפתח יישומים ייעודיים בשפת תכנות מתקדמת לטובת קיצור זמני הפעולה לכלל הפרויקטים המבוצעים בלשכת השירות.
נכון להיום פונקציונאליות גנרית ב-Allegro PCB יש בהם כדי לכסות כ-85% מעריכת מעגל באופן יעיל. 15% החסרים הם המפתח להצלחה, ואותם אפשר להשיג בעזרת הפעלה באופן מסיבי של כלים להתאמה אישית.
אביא מספר דוגמאות של תוכניות שירות שפותחו בעזרת שפת Skill ומיושמות בסביבת עבודה של Allegro PCB. הרצת כלל התוכניות מבוצעת בעזרת סרגל הכלים המקורי של תוכנת העריכה המורחב לצורך כך.
תוכנית Auto Text Orientation מאפשרת אוריינטציה אוטומטית של כיתובים (טקסטים) במעגל באופן גלובלי או אזורי על פי החלטת העורך לגבי זווית הייחוס והאזור הנדרש לשנוי. פעולה זו מייעלת בצורה משמעותית את תהליך הגדרת הדפס המשי וה-Assemble במעגל. במקום לבצע הגדרה ידנית של אופי ההדפס בכל רכיב התוכנית בלחיצת כפתור מנתחת את מצב הטקסטים הקיים מבחינת אוריינטציה לרכיב ומסובבת את הטקסט אוטומטית בהתאם לבקשת העורך. במעגלים גדולים, למעלה מ-10,000 פדים, החיסכון המתקבל ע”י שימוש בתוכנית זו מתבטא במספר ימי עבודה לא מבוטל. (תמונות 1 ו-2)
יצירת גלופות בסיום עריכת הכרטיס, המבוצעת לטובת העברת המעגל המודפס לייצור, דורשת זמן ודיוק מרבי של עורך המעגל. תוכנית שירות Auto Gerber מייצרת גלופות בלחיצת כפתור על פי פריסת השכבות המוגדרת על ידי המשתמש. לרשות האחרון, ממשק גרפי דינאמי, הפורט את השכבות הפנימיות (Internal) והחיצוניות (External) בכרטיס. מתוך תפריט זה נבחרות השכבות הרלוונטיות לייצור הגלופות. אפליקציה זו חוסכת 98% מזמן תהליך יצירת הגלופות בסיום העריכה ומונעת שגיאות פוטנציאליות בתהליך ייצור ה-PCB.
תוכנית שירות Padcheck בודקת נכונות כל הערכים המרכיבים כל פין במעגל
בהשוואה לערכים המומלצים בתקנים IPC-7351 וכן IPC-2221/2. ערכי הברזל (Golden Values) המומלצים במסמך מהווים בסיס נתונים לתוכנית השרות. הערכים הנבדקים לדוגמא הם: Solder Mask, Paste Mask, Pad Size ועוד. תוכנית זו נכתבה בשפת תכנות Skill בשילוב של עיבוד נתונים בשפת Perl. אפליקציה זו מונעת שגיאות
פוטנציאליות בהגדרת ה-footprints ומבטיחה ייצור והרכבת המעגל בצורה מהירה וחלקה תוך אפס תקלות בהגדרת ספריית הרכיבים. (תמונות 3 ו-4)
תוכנית שירות Copy Block משמשת להשמת חלקים (בלוקים) זהים במעגל עם פריסת רכיבים מתאימה לכל בלוק ובלוק, כך שמתבטל הצורך בביצוע פעולת Swap Components לכל רכיב בכל בלוק. בלוק מוגדר כמקבץ רכיבים החוזר על עצמו. לאחר ביצוע מיקום (Placement) לבלוק הראשון התוכנית סורקת את קבצי ה-netlist וה-Schematic PDF על מנת לזהות שייכות רכיבים לבלוקים. כיוון שלעיתים קרובות תצורת המעגלים מורכבת מחלקים זהים מבחינה פונקציונאלית, השימוש באפליקציה זו חוסך זמן רב במהלך העריכה. התוכנית כתובה בשפת Skill ומבוססת על נתונים הנגזרים מקובץ ה-netlist ומקובץ ה-Schematic PDF, נתונים אלו עוברים עיבוד בסביבת Excel VBA.
דוגמה נוספת לאפליקציה בהתאמה אישית תוכנית עזר BGA Auto Grid מגדירה באופן אוטומטי את רשת המיקום (Grid) של רכיב BGA על פי מרחק פסיעה בין הרגליים (Pitch). התוכנית מאפשרת מיקום מדויק ומהיר של רכיבים קטנים כגון: אריזות 0402, 0201, אשר נדרש להציבם במרחק הקצר ביותר מרגלי רכיב ה-BGA לטובת השגת סינון טוב יותר, נגדי שעון (Clock) ועוד. אפליקציה זו חוסכת זמן רב בשלב מיקום הרכיבים בכך שמונעת את הצורך למדוד את המרחק בין אותם רכיבים קטנים לחורי המעבר באופן ידני או למקמם קרוב מידי ללא תשומת-לב ודואגת שרכיבים אלו ימורכזו במדויק בין חורי המעבר.
דרישה לאפליקציות אלו מגיעות לא רק מעורכי המעגלים אלא גם מהלקוחות, אנשי הפיתוח, אשר מבקשים לעיתים יישום ייעודי אשר מותאם לאופי עבודתם לטובת ייעול תהליכי הפיתוח והיציאה לעריכה.
לדוגמה, בספריות footprints אצל אחד הלקוחות התגלו רכיבים (Symbol) שונים בשמות זהים. דבר זה נוצר בעקבות הגדרת רכיבים שאינה אחידה בכלי השרטוט. התקבלה פנייה לכתיבת תוכנית בשפת Skill להשוואת רכיבים עם שמות זהים על מנת לגלות שוני ביניהם מבחינת פרמטרים קריטיים לעריכת מעגל, כמו למשל גובה או padstacks ששימשו בבנייתם. כך נולדה תוכנית שרות Compare Two DRAs. הרצת התוכנית מאפשרת קבלת דו”ח מפורט על מהות השינויים בהגדרת הסימבולים.(גובה, מרחק בין פדים וכו’)
יתרון נוסף המתקבל משימוש בתוכניות ההתאמה האישית הוא צמצום התקלות הפוטנציאליות במהלך העריכה והשגת איכות גבוהה יותר. במקום שפעולות יתבצעו באופן ידני על ידי העורך, הן מבוצעות בצורה אוטומטית על ידי תוכניות השירות ובכך מקטינות למינימום את החשש מטעות אנוש הכרוכה בעבודה ידנית.
יש לציין כי התוכנות מייעלות את משך זמן העריכה המושקע גם בשלבים אחרים של הפרויקט דוגמת שלב המיקום ושלב החיווט כך שהחיסכון המושג הוא אף משמעותי יותר. ניתוח סטטיסטי שבוצע בלשכת העריכה מגלה שזמן העריכה בממוצע לפרויקט ירד בכ-26% לאחר שימוש בתכניות האוטומציה שפותחו בחברה.
שילוב אוטומציה בתהליך העריכה הינו אפשרי ובר ביצוע. במאמר זה, הוצגה שיטה מוכחת לקיצור זמני עריכת המעגלים החשמליים תוך פיתוח תוכניות שירות ייעודיות המוטמעות בכלי העריכה. שימוש באפליקציות אלו על ידי לשכת העריכה מאפשר למהנדס החומרה גמישות במהלך הפרויקט, צמצום עלויות, השגת איכות גבוהה, ולא פחות חשוב יציאה מהירה יותר לשוק.
