Progettazione con più PCB

Molti prodotti includono più circuiti stampati interconnessi. Riunire queste schede all'interno del contenitore e assicurarsi che si colleghino correttamente tra loro è una fase impegnativa del processo di sviluppo del prodotto. Le reti sono state assegnate correttamente su ciascun connettore? I connettori sono orientati correttamente? Le schede a innesto si accoppiano correttamente? Tutte le schede collegate trovano posto nel contenitore? Un errore in questa fase avanzata del ciclo di sviluppo del prodotto è oneroso, sia per i costi di riprogettazione sia per il ritardo nell'immissione sul mercato.

Per gestire questi aspetti occorre un ambiente di progettazione che supporti la progettazione a livello di sistema. Idealmente, questo ambiente deve offrire sia uno spazio in cui definire il sistema funzionale, o logico, sia uno spazio in cui assemblare le varie schede e verificare che si colleghino correttamente, dal punto di vista sia logico sia fisico.

Altium Designer introduce la progettazione a livello di sistema nel processo di sviluppo dei prodotti elettronici grazie alle funzionalità di progettazione multischeda.

Struttura di un progetto multischeda

I progetti di prodotti elettronici avanzati sono generalmente composti da più progetti PCB interconnessi per creare un sistema completo e funzionale. Da un progetto con una scheda principale e un modulo LCD sul pannello frontale a un complesso sistema backplane attivo con schede a innesto, tutti sono realizzati come un sistema composto da più progetti di schede.

Ciò richiede un sistema di progettazione di alto livello che consenta di collegare elettricamente e fisicamente più progetti PCB “figli”, mantenendo l'integrità delle connessioni di pin e reti. Altium Designer supporta la progettazione integrata a livello di sistema attraverso un ambiente Multi-board Design dedicato che include sia gli aspetti logici (schema elettrico) sia quelli fisici (PCB) della progettazione del sistema.

In Altium Designer, un progetto multischeda a livello di sistema è ospitato in un tipo di progetto multischeda dedicato (*.PrjMbd), con il relativo documento di progettazione logica basato su schema elettrico (*.MbsDoc) e i documenti fisici basati su PCB (*.MbaDoc). Questi tipi di documento integrano i progetti PCB esistenti nell'ambiente di progettazione multischeda, dove vengono interconnessi, modificati e verificati come un sistema completo.

Un nuovo progetto multischeda può essere creato allo stesso modo di un progetto PCB o di cablaggio. Selezionare il comando File » New » Project dai menu principali per aprire la finestra di dialogo Create Project. Selezionare la voce <Empty> o un modello di progetto disponibile nell'elenco Multiboard.

Un progetto multischeda supporta i seguenti documenti:

• Schema multischeda (*.MbsDoc) – i blocchi grafici (moduli) che rappresentano i progetti PCB figli vengono posizionati e collegati tra loro per creare il progetto logico del sistema.

• Assieme multischeda (*.MbaDoc) – questo documento è la controparte fisica del progetto logico del sistema contenuto nel documento di schema multischeda e viene popolato con i dati PCB importati dal progetto multischeda. I PCB a cui fanno riferimento i moduli nello schema multischeda vengono caricati nel documento di assieme multischeda, dove è possibile posizionare ciascuna scheda (insieme a un contenitore, se necessario).

• ActiveBOM (*.BomDoc) – contiene una distinta base dei componenti utilizzati nei progetti PCB figli.

  Distinta base a livello di sistema

  Un elemento essenziale dei dati di produzione di un progetto è una registrazione valida dei componenti necessari e dei dati associati, raccolti in una distinta base (BOM). Altium Designer offre la funzionalità avanzata ActiveBOM, che fornisce anche informazioni in tempo reale sui componenti prodotti e sulle fonti di approvvigionamento, sulle specifiche dei componenti, sullo stato del ciclo di vita, sulla disponibilità e altro ancora. Tutte queste informazioni vengono raccolte e gestite tramite il documento ActiveBOM del progetto. In un progetto multischeda, i documenti ActiveBOM possono essere creati direttamente all'interno del progetto multischeda per fornire una definizione della distinta base da un'unica fonte per l'intero progetto, senza dover assemblare manualmente i dati delle distinte base dei singoli sottoprogetti.

  La distinta base a livello di sistema ricava i parametri dei componenti dal documento di assieme multischeda, che a sua volta ricava le informazioni sui componenti dai sottoprogetti multischeda, come definiti nello schema multischeda. Di conseguenza, richiede che i sottoprogetti siano aggiornati e che i relativi schemi elettrici e PCB siano sincronizzati, così come i documenti di schema e di assieme multischeda (rispettivamente Design » Update Assembly - <MultiBoardAssemblyDocumentName>.MbaDoc o Design » Import Changes from <MultiBoardProjectName>.PrjMbd).

  Per assicurarsi che l'assieme multischeda contenga i dati corretti dei componenti del progetto, selezionare il comando Update All Parts dal menu principale Edit o dal menu contestuale dello spazio di progettazione dell'editor di assiemi multischeda.

  Una distinta base multischeda di primo livello include anche i dettagli del progetto di origine per ciascuna voce elencata, sotto forma di informazioni nelle colonne del modulo: ModuleAssembly, ModuleDesignator, ModuleSource e ModuleTitle (la loro visibilità può essere gestita tramite la scheda Columns del pannello Properties).

  

  In quanto riferimento aggregato delle informazioni sui componenti per l'intero progetto del prodotto, in pratica un insieme interconnesso di moduli di progetti PCB, una distinta base a livello di sistema include i dati dei componenti e della catena di approvvigionamento per tutti i sottoprogetti, oltre a informazioni riepilogative quali il prezzo totale di componenti specifici e il costo di tutti i componenti dell'intero progetto multischeda.

  Si noti che i dati dei documenti BOM all'interno dei sottoprogetti non vengono utilizzati da un documento BOM a livello di sistema. Tuttavia, le modifiche apportate al BomDoc di un sottoprogetto, come la modifica del designatore di un componente o della scelta del componente, vengono recepite dal progetto stesso e successivamente riportate nel BomDoc multi-scheda.

  Come indicato sopra, qualsiasi modifica ai dati dei componenti in un sottoprogetto deve essere trasferita al documento di assieme multi-scheda (Update All Parts) prima di essere riportata nel BomDoc multi-scheda.

  Un importante vantaggio della funzionalità ActiveBOM è la capacità di fornire informazioni in tempo reale sulla catena di fornitura dei componenti del progetto, comprendenti i dati dei componenti del produttore e le fonti di approvvigionamento verificate. Memorizzati come part choices e implementati in un BomDoc come solutions mappati, questi dati consentono a una BOM a livello di sistema di includere informazioni aggiuntive sui componenti relative al progetto complessivo del prodotto, come parti meccaniche/meccatroniche, cavi di interconnessione, cablaggi e così via.

  Ad esempio, i cavi di interconnessione dei moduli multi-scheda sono rappresentati in uno schema multi-scheda tramite i componenti alle loro estremità. Questi connettori possono essere inclusi nella BOM a livello di sistema, insieme alla soluzione di approvvigionamento associata oppure con un riferimento specifico al componente/alla fornitura aggiunto come soluzione manuale ().

  Per ulteriori informazioni, consultare la pagina Gestione delle soluzioni.

• Documento Draftsman (*.MbDwf) – le viste dell'assieme multi-scheda vengono importate e annotate, aggiungendo tutte le informazioni supplementari necessarie per la fabbricazione del progetto.

• File Output Job (*.OutJob) – un insieme di output necessari per realizzare il progetto multi-scheda come sistema completo può essere preconfigurato tramite un file Output Job. Ogni output viene configurato con impostazioni e formato propri, ad esempio per l'output su file o su stampante. Lo stesso file Output Job configurato per un progetto multi-scheda può poi essere riutilizzato in altri progetti, risparmiando tempo e lavoro nella preparazione degli output per ogni nuovo progetto.

  Sebbene i file Output Job semplifichino la preparazione e la generazione degli output, gli output del progetto multi-scheda possono anche essere generati direttamente dai documenti del progetto (ad esempio, utilizzando i comandi File » Export per un documento di assieme multi-scheda o il comando Reports » Bill of Materials per un documento ActiveBOM).

  Output supportati per un progetto multi-scheda

  Documentation Outputs

  • PDF 3D MBA

  Ulteriori informazioni sulla Preparazione di un file PDF3D.

  Report Outputs

  • Distinta base

  • Confronto BOM

  • Esportazione dei commenti

  Ulteriori informazioni sulla Preparazione dei report.

  Validation Outputs

  • Verifiche BOM

  • Stati dei componenti

  • Conformità della configurazione

  Ulteriori informazioni sulla Preparazione dei report di convalida.

  Export Outputs

  • Esportazione MBA PARASOLID

  • Esportazione MBA STEP

  Ulteriori informazioni sul Supporto per l'importazione e l'esportazione dei dati meccanici.

  PostProcess Outputs

  • Copia dei file

  Ulteriori informazioni sulla Preparazione degli output di post-elaborazione.

Definizione del progetto logico del sistema

Per iniziare a definire lo schema del progetto multi-scheda, aggiungere un nuovo documento schematico multi-scheda al progetto multi-scheda. A tale scopo, fare clic con il pulsante destro del mouse sulla voce del progetto nel pannello Projects e selezionare il comando Add New to Project » Multi-board Schematic dal menu contestuale. Il documento schematico multi-scheda predefinito verrà visualizzato nell'area di progettazione.

Il documento schematico multi-scheda appena creato sarà il documento attivo nell'area di progettazione.

Le opzioni di un documento schematico multi-scheda vengono configurate nel pannello Properties quando nell'area di progettazione non è selezionato alcun oggetto. Le opzioni principali vengono configurate nella scheda General del pannello:

• Unità (sezione General) – selezionare le unità di misura preferite (mm o mils) per il documento.
• Impostazioni della griglia e dell'aggancio (sezione General) – impostare i valori richiesti per facilitare la navigazione e il posizionamento degli oggetti.
• Opzioni della pagina (sezione Page Options) – configurare Formatting and Size e Margins and Zones per il documento. È possibile selezionare un Template disponibile, scegliere un formato del foglio Standard o definire un formato Custom.

Configurare le opzioni del documento schematico multi-scheda nel pannello Properties.

Ulteriori informazioni sulla Configurazione del documento schematico multi-scheda.

Per rappresentare il progetto PCB di un sottoprogetto sullo schema multi-scheda, posizionare un modulo utilizzando il comando Place » Module dai menu principali. Nel pannello Properties del modulo selezionato, definirne Designator e Title, oltre al progetto PCB sorgente a cui il modulo è collegato. Utilizzare il pulsante  associato al campo Source per specificare un progetto locale o del Workspace e il menu a discesa Assembly/Board per selezionare il PCB desiderato all'interno di tale progetto.

Configura la sorgente e le altre proprietà di un modulo nel pannello Properties.

Scopri di più sui moduli.

Importa i dati di progettazione dai progetti a cui fanno riferimento i moduli posizionati utilizzando il comando Design » Import From Child Projects nei menu principali. Si aprirà la finestra di dialogo Engineering Change Order, che mostra l'elenco delle modifiche (Engineering Change Order – ECO) necessarie per sincronizzare i dati di connettività degli schemi multi-scheda con quelli dei progetti secondari.

• Per impostazione predefinita, tutte le modifiche sono abilitate per l'inclusione nell'esecuzione dell'ECO. Puoi abilitare/disabilitare le singole modifiche in base alle esigenze.

• Fai clic sul pulsante  per eseguire un controllo di convalida sulle modifiche abilitate per l'inclusione nell'ECO. I risultati della convalida appariranno nella colonna Check nell'area Status della finestra di dialogo.

• Quando le modifiche da apportare sono corrette, fai clic sul pulsante  per eseguire l'ECO e applicare le modifiche valide in esso contenute. I risultati dell'esecuzione appariranno nella colonna Done nell'area Status della finestra di dialogo.

Durante l'esecuzione dell'ECO, per ogni connettore viene creato un ingresso di modulo nel rispettivo modulo. Un componente di un progetto PCB secondario viene considerato un connettore per un progetto multi-scheda se dispone di un parametro denominato System, con Connector come valore del parametro.

Scopri di più sugli aggiornamenti del progetto di sistema.

Per rappresentare la connettività tra i progetti secondari, i relativi moduli vengono collegati tra loro nello schema multi-scheda tramite connessioni di diversi tipi. Seleziona il comando Direct Connection, Cable o Harness dal menu principale Place, quindi trascina la linea di connessione tra i punti di aggancio degli ingressi dei moduli.

Posiziona le connessioni utilizzando i comandi del menu principale Place.

Due moduli sono stati collegati posizionando due connessioni dirette tra i rispettivi ingressi.

Seleziona una linea di connessione per visualizzare e modificare le relative opzioni nel pannello Properties.

Scopri di più sui tipi di connessione.

Per convalidare il progetto multi-scheda, scegli il comando Design » Run ERC nei menu principali. Il progetto verrà verificato in base alle impostazioni configurate nella scheda Error Reporting della finestra di dialogo Project Options, accessibile facendo clic con il pulsante destro del mouse sulla voce del progetto nel pannello Projects e selezionando Project Options. Le violazioni rilevate verranno elencate nel pannello Messages.

Scopri di più sull'acquisizione del progetto logico del sistema.

Creazione dell'assieme fisico multi-scheda

Una volta definita la struttura logica del sistema in uno schema multi-scheda, il progetto fisico multi-scheda viene creato posizionando le schede in un assieme multi-scheda.

Per aggiungere un nuovo documento di assieme multi-scheda al progetto multi-scheda, fai clic con il pulsante destro del mouse sulla voce del progetto nel pannello Projects e seleziona il comando Add New to Project » Multi-board Assembly dal menu contestuale. Nell'area di progettazione apparirà il documento di assieme multi-scheda predefinito.

Il documento di assieme multi-scheda appena creato sarà il documento attivo nell'area di progettazione.

Per caricare nell'assieme multi-scheda il PCB a cui fa riferimento ciascun modulo dello schema multi-scheda, utilizza il comando Design » Update Assembly - <MultiBoardAssemblyDocumentName>.MbaDoc nei menu principali dell'editor di schemi multi-scheda (oppure il comando Design » Import Changes from <MultiBoardProjectName>.PrjMbd nell'editor di assiemi multi-scheda). Si aprirà la finestra di dialogo Engineering Change Order, che mostra l'elenco delle modifiche necessarie per aggiungere i PCB all'assieme. Fai clic sul pulsante  per eseguire un controllo di convalida sulle modifiche abilitate per l'inclusione nell'ECO, quindi fai clic sul pulsante  per eseguire l'ECO e applicare le modifiche valide in esso contenute.

Quando fai clic sul pulsante , i PCB vengono caricati nell'editor di assiemi multi-scheda ed è possibile chiudere la finestra di dialogo Engineering Change Order.

Un assieme multi-scheda dopo l'aggiornamento dallo schema multi-scheda.

Utilizza le seguenti scorciatoie per navigare nell'assieme multi-scheda:

• Ctrl+Mouse Wheel – ingrandisci e riduci

• Right-Click, Hold&Drag – sposta la vista

• Shift + Right-Click, Hold&Drag – ruota

Puoi anche utilizzare il gizmo in basso a sinistra nell'area di progettazione per orientare la vista lungo gli assi principali facendo clic sulle frecce e sui piani del gizmo.

Per posizionare e orientare un PCB nell'assieme, selezionalo e utilizza le frecce e gli archi del gizmo dell'oggetto che vengono visualizzati per spostare e ruotare il PCB nelle direzioni corrispondenti.

Per manipolare due PCB come un unico oggetto, puoi creare un vincolo di accoppiamento in un punto selezionato su una superficie di ciascuno di essi. Per accoppiare due PCB:

1. Seleziona il comando Tools » Mating nei menu principali.
2. Porta il cursore su una superficie piana o cilindrica del PCB di destinazione e seleziona un punto su di essa per definire il primo punto di accoppiamento.
3. Porta il cursore su una superficie piana o cilindrica del PCB di origine e seleziona un punto su di essa per definire il secondo punto di accoppiamento. Il PCB di origine si sposterà in modo che il punto di origine e quello di destinazione siano accoppiati (coincidenti), con i rispettivi piani delle superfici e assi perpendicolari allineati.
4. Utilizza il pannello Properties o le scorciatoie elencate nel pannello per regolare le impostazioni di accoppiamento.

È possibile caricare modelli STEP in un assieme multi-scheda per completarlo, ad esempio, con un contenitore, un involucro o altre parti meccaniche. Utilizza il comando Design » Insert STEP Part nei menu principali per aggiungere un modello STEP.

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Per verificare la presenza di collisioni in un assieme multi-scheda (situazioni in cui due oggetti hanno superfici che si toccano o si intersecano), seleziona Tools » Check Collisions comando dai menu principali. Eventuali collisioni verranno segnalate nel pannello Messages ed evidenziate nell'area di progettazione. Si noti che le superfici accoppiate non vengono considerate in collisione.

Ulteriori informazioni sulla creazione dell'assieme fisico multi-board.

Creazione di un disegno di produzione

Una volta completato l'assieme multi-board, è possibile creare un disegno di produzione e aggiungervi annotazioni. Il disegno di produzione per un progetto multi-board viene creato nell'editor Draftsman.

Per aggiungere un nuovo documento di assieme multi-board al progetto multi-board, fare clic con il pulsante destro del mouse sulla voce del progetto nel pannello Projects e selezionare il comando Add New to Project » Draftsman Document dal menu contestuale. Si apre la finestra di dialogo New Document, dalla quale è possibile selezionare un modello di documento predefinito oppure l'opzione [Default], che crea un documento A4 vuoto. Dopo aver fatto clic su OK, nell'area di progettazione apparirà un nuovo documento Draftsman.

Il documento Draftsman appena creato sarà il documento attivo nell'area di progettazione.

Nel disegno di produzione di un progetto multi-board sono disponibili le seguenti viste:

• Vista multi-board – una rappresentazione grafica composita automatica dei contorni dei PCB e dei modelli 3D che costituiscono l'assieme multi-board.

• Vista in sezione – un disegno del profilo in sezione, ottenuto da un punto di «taglio» specificato attraverso una vista multi-board posizionata.

• Vista di dettaglio della scheda – una vista ingrandita e indipendente di un'area definita di una vista multi-board.

• Vista realistica della scheda – un rendering 3D scalabile dell'assieme multi-board corrente.

Per posizionare una vista di disegno, selezionare un comando per il tipo di vista desiderato dal menu Place dell'editor Draftsman: Multiboard View oppure un comando dal menu Additional View.

Posizionare le viste di disegno utilizzando i comandi del menu principale Place.

• Dopo aver selezionato il comando Multiboard View o Board Realistic View, si accederà alla modalità di posizionamento, indicata da un mirino e dalla vista sotto il cursore. Fare clic nell'area di progettazione per posizionare la vista.
• Dopo aver selezionato il comando Section View o un comando Board Detail View, definire rispettivamente la posizione della linea di taglio o l'area della vista di dettaglio su una vista multi-board posizionata.

Una volta posizionata una vista di disegno, è possibile configurarne le proprietà nel pannello Properties quando la vista è selezionata nell'area di progettazione.

Un foglio di un documento Draftsman con alcune viste posizionate: due viste multi-board, una vista in sezione, una vista di dettaglio della scheda e una vista realistica della scheda.

Per aggiungere dettagli importanti ai disegni, Draftsman offre ulteriori strumenti di annotazione, quotatura e creazione di tabelle:

• Per indicare lunghezze, dimensioni e angoli dei contorni degli oggetti o la distanza tra gli oggetti, è possibile posizionare quote sulle viste della scheda. Utilizzare il gruppo di comandi di posizionamento delle quote nel menu principale Place per selezionare il tipo di quota desiderato.

• Per aggiungere informazioni importanti ai disegni, sono disponibili ulteriori strumenti di annotazione, come richiami, indicatori di finitura superficiale ed elenchi automatici di note. Utilizzare i comandi del menu Place » Annotation nei menu principali per selezionare lo strumento di annotazione desiderato.

• Per aggiungere i dati della distinta base (BOM) al disegno di produzione, è possibile posizionare una tabella della distinta base (Place » Bill Of Materials). La tabella attingerà ai dati di un documento ActiveBOM aggiunto al progetto multi-board e ne rispecchierà il contenuto. È inoltre disponibile una tabella generica che può essere compilata con dati personalizzati (Place » Table).

• Per posizionare elementi di disegno di base a forma libera in un documento di disegno, è disponibile anche una serie di strumenti per elementi grafici. Utilizzare il gruppo di comandi di posizionamento degli oggetti grafici nel menu principale Place per selezionare il tipo di oggetto desiderato.

Ulteriori informazioni sulla creazione di un disegno di produzione.