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Diseño PCB y transformación digital

Cómo está cambiando el papel del diseño PCB en el desarrollo de la electrónica.

¿En qué consiste el diseño PCB en una época de transformación digital cada vez más acelerada como ésta? Durante las últimas seis décadas, miles de empresas del sector tecnológico han trabajado con diligencia para sacar al mercado nuevas y cada vez más sofisticadas innovaciones electrónicas, lo que ha culminado en la actual era de la digitalización. Esto está cambiando rápidamente la forma en que vivimos, viajamos, hacemos negocios y nos comunicamos. Y, también, cómo gestionamos el diseño PCB. Este ritmo de transformación digital se acelerará aún más a medida que más empresas comiencen a incorporar innovaciones como la inteligencia artificial (IA) y el aprendizaje automático (ML) en sus sistemas. Permitirán aprovechar e incluso monetizar la cantidad exponencialmente creciente de datos producidos por los dispositivos digitales.

Cadlog y Siemens se dedican a ayudar a todas las empresas -tanto PYMEs como grandes- a avanzar en su transformación digital y a diseñar un futuro más inteligente más rápidamente, empezando por el diseño PCB.

Cómo diseñar un circuito impreso

El diseño de placas de circuito impreso -que es cada vez más el diseño de sistemas de placas de circuito impreso- se enfrenta constantemente al reto de alimentar y refrigerar adecuadamente la nueva generación de circuitos integrados, cada vez más complejos y rápidos. Al mismo tiempo, debe enrutar y mantener la integridad térmica de todas las señales de alta velocidad entre los circuitos integrados de una placa. Los retos y, por lo tanto, la tecnología para diseñarlos y analizarlos, deben abarcar todas las placas de un sistema y estar sincronizados con los sistemas mecánicos relacionados. Los equipos de diseño deben entregar estas PCBs y sistemas electrónicos interconectados y cada vez más complejos con el mejor rendimiento de su clase y con el menor consumo posible y hacerlo dentro de unos plazos de comercialización cada vez más reducidos. Pero los retos no se limitan a la complejidad del diseño y a la presión del tiempo de comercialización.

Las tecnologías de Siemens EDA permiten a los clientes hacer frente a las complejidades que, hasta ahora, han impedido de forma persistente que las organizaciones entreguen las PCBs y los sistemas electrónicos interconectados a tiempo y con un número mínimo de revisiones y reajustes. Estas tecnologías son: Xpedition Enterprise y PADS Professional para el diseño PCB, así como las suites de análisis HyperLynx y Valor NPI, estrechamente integradas.

Diseño PCB y transformación digital

Libro blanco

Basado en las experiencias de más de 175 encuestados, este informe examinará cómo las empresas de éxito han optimizado su proceso de diseño de placas de circuito impreso (PCB). Más concretamente, la manera en la que las empresas Best-in-Class aplican las mejores prácticas que abordan del diseño de sistemas, la gestión de datos de diseño, la colaboración, la creación de prototipos virtuales y el diseño para la fabricación.

Qué nos depara el futuro

5 capacidades para el diseño PCB

Se necesitan cinco capacidades básicas, ligadas a la transformación digital, para conseguir la diferenciación de tus productos, una mayor rentabilidad y una mayor rapidez de comercialización a través del diseño PCB:

  1. Diseño multidominio integrado y optimizado digitalmente.
  2. Ingeniería de sistemas basada en modelos (MBSE).
  3. Verificación basada en prototipos digitales.
  4. Capacidad, rendimiento, productividad y eficiencia.
  5. Fuerza y credibilidad de los proveedores.

1. Diseño multidominio integrado y optimizado digitalmente

Las empresas deben elegir un entorno de diseño PCB que no solo se adapte a las complejidades del diseño, sino que también facilite un hilo digital que permita a los equipos de diseño y de fabricación mantenerse al día sobre el estado del proyecto y colaborar a nivel global a través de los dominios de ingeniería.

Un hilo digital entre el diseño y la fabricación permite a los equipos de diseño y de fabricación colaborar mejor para acelerar el proceso de diseño y minimizar los retrasos. Para agilizar la transición a la fabricación es necesaria una comprensión completa del producto y un acceso temprano a los datos. El uso de una plataforma integrada digitalmente ayuda a los equipos a desarrollar una lista de materiales (BOM) completa y precisa de varios dominios que las empresas pueden integrar fácilmente con una amplia variedad de otras aplicaciones empresariales. Los equipos de diseño también pueden desarrollar plantillas que ayuden a los equipos de toda la empresa a reutilizar las mejores prácticas y aplicar los estándares.

multi-domain collaboration
La elección de una solución multidominio y transgeográfica es imprescindible para la transformación digital.

2. Ingeniería de sistemas basada en modelos (MBSE)

Muchas empresas están recurriendo a la ingeniería de sistemas basada en modelos (MBSE), en la que los subsistemas de los dominios eléctrico, mecánico y de software -incluido el diseño PCB- se modelan funcionalmente y se reúnen en un gemelo digital completo a nivel de arquitectura de sistemas antes de comenzar el diseño.

Con una metodología MBSE, las arquitecturas de los subsistemas electrónicos se extraen y se comunican como una "lista de funciones", que luego se utiliza para impulsar la definición del sistema electrónico con las configuraciones adecuadas.

Al principio del proceso, los arquitectos del sistema definen todas las interfaces externas para el diseño de arneses y cables. A continuación, los componentes electrónicos, definidos mediante el diseño PCB, se colocan en sus correspondientes implementaciones de diseño lógico y físico.

Un gemelo digital completo permite a los ingenieros empezar a trabajar en las compensaciones en diferentes dominios desde un nivel funcional, en una fase más temprana del ciclo de diseño. Cada una de estas compensaciones puede tener un impacto en cada uno de los dominios individuales. Por tanto, cuanto antes se pueda determinar qué compensaciones funcionan mejor para el producto en general, mejor será dicho producto. Además, al examinar el sistema completo desde la perspectiva de los sistemas basados en modelos, los equipos no solo pueden examinar las compensaciones eléctricas y funcionales en una fase más temprana del ciclo de diseño, sino también las compensaciones del producto que pueden basarse en aspectos como el peso, el coste o incluso los componentes disponibles.

digital twin example

3. Verificación basada en prototipos digitales

Para reducir el tiempo de comercialización y maximizar la rentabilidad, los equipos de diseño líderes realizan el análisis durante el proceso de diseño en bucles cortos e iterativos. Este enfoque es preferible a realizar el análisis solo después de que el diseño se haya completado o esté en el laboratorio tras haber montado un prototipo físico de la placa o el sistema. Entornos como Xpedition permiten a los grupos de diseño realizar análisis de forma iterativa y crear un prototipo digital de sus sistemas para analizarlos mucho antes. Programas como PADS Professional permiten a los equipos de diseño PCB más pequeños hacer lo mismo.

Disponer de un sistema completo no solo permite realizar bucles iterativos localizados para un diseño correct-by-construction, sino que también facilita un análisis amplio del sistema. En el contexto actual, ya no es viable analizar solo algunas partes individuales de un diseño fuera del contexto del sistema completo. El rendimiento debe analizarse y verificarse en el nivel más amplio del sistema, desde el modelado electromagnético en 3D de estructuras de diseño complejas hasta la creación de modelos digitales de múltiples sustratos a nivel de sistema que alimenten el análisis de señales y de potencia a nivel de sistema. La integración heterogénea del silicio y el empaquetado avanzado del circuito integrado requieren un verdadero análisis térmico a nivel de sistema junto con un análisis concurrente, en el que los efectos térmicos del CI en los paquetes y la correspondiente placa de circuito impreso se modelan en el contexto del sistema completo.

pcb layout

4. Capacidad, rendimiento, productividad y eficiencia

Las empresas que han tenido más éxito en la transformación digital eligen entornos de diseño PCB que se adaptan al tamaño de su organización, a los retos y a la experiencia del equipo de diseño. Los entornos de diseño más sofisticados permiten a las empresas catalogar y reutilizar los diseños en toda la organización. En el ámbito del diseño de circuitos integrados, ha demostrado tener varias ventajas para reducir los costes y el tiempo de diseño al permitir el desarrollo de diseños derivados en toda la organización.

Design Rule Check de la PCB

5. Fuerza y credibilidad de los proveedores

Emprender el camino de la transformación digital requiere asociarse con proveedores de confianza.

Siemens y Cadlog podemos ayudar a las empresas a llevar a cabo la transformación digital al ofrecer tanto la plataforma de diseño de sistemas más completa e integrada digitalmente del sector, como otras que se integran perfectamente con la fabricación, el PLM y los flujos empresariales.

ecad-mcad-co-design
raising the pillars of digital transformation white paper

Libro blanco

En la era de la transformación digital, las tecnologías digitales dan lugar a nuevos procesos empresariales, culturas y experiencias de los clientes al reunir todos los aspectos del diseño de productos, incluidos los mecánicos y eléctricos, y agilizar todo el proceso de diseño, desde la concepción del producto hasta su fabricación.

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Ivano Tognetti

Ivano
Tognetti

Product Manager

Ivano, a la vanguardia de la electrónica desde
la década de 1980, es Product Manager de la
EDA (Automatización de diseño electrónico)
área. La gestión de proyectos en
varios países europeos le da una
visión muy amplia del mercado y su
problemas.



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