Projektowanie płytek drukowanych (PCB) to proces pełen wyzwań. Nawet drobne niedopatrzenia na etapie przygotowania dokumentacji czy weryfikacji zgodności projektu mogą prowadzić do kosztownych poprawek, opóźnień produkcji, a w skrajnych przypadkach – do całkowitego niepowodzenia wdrożenia. Rosnąca złożoność urządzeń elektronicznych sprawia, że tradycyjne metody kontroli jakości i symulacji stają się coraz mniej wystarczające.

W odpowiedzi na te wyzwania powstały narzędzia, które wspierają projektantów w skutecznym wychwytywaniu błędów i optymalizacji projektów już na wczesnym etapie. Takim rozwiązaniem jest Altair PollEx – środowisko wspierające analizę i kontrolę jakości projektów PCB.

Główne problemy współczesnego projektowania PCB

W ostatnich latach projektowanie płytek drukowanych (PCB) uległo ogromnej transformacji. Stają się one coraz mniejsze, cieńsze, a komponenty są ściślej upakowane. Jednocześnie wzrastają wymagania dotyczące zasilania, integralności sygnału, kompatybilności elektromagnetycznej (EMC) oraz odporności na warunki środowiskowe. W efekcie klasyczne podejście, w którym testowanie rozpoczyna się dopiero po wykonaniu prototypu, staje się nie tylko kosztowne, ale i obarczone wysokim ryzykiem błędów.

Kluczowe wyzwania, z jakimi mierzą się projektanci płytek PCB

Do największych wyzwań, przed którymi stają projektanci PCB w obliczu współczesnych uwarunkowań, zaliczyć można takie kwestie jak:

  • miniaturyzacja: coraz mniejsze komponenty i wąskie odstępy między ścieżkami zwiększają ryzyko błędów produkcyjnych.
  • złożoność układów: wielowarstwowe projekty łączą sygnały analogowe, cyfrowe i RF, co komplikuje kwestie zasilania i integralności sygnału.
  • EMI/EMC i certyfikacja: rosnące wymagania dotyczące emisji zakłóceń i odporności elektromagnetycznej wymagają wcześniejszych symulacji i weryfikacji.
  • presja rynkowa: skracanie cykli projektowych wymusza szybką i skuteczną walidację, najlepiej jeszcze przed prototypowaniem.

Błędy bardzo często ujawniają się dopiero na etapie produkcji próbnej (np. niezgodności montażowe) lub testów funkcjonalnych (problemy z zasilaniem, przesłuchy). Efektem są kosztowne poprawki, wstrzymanie projektu lub nawet konieczność przeprojektowania całej płytki.

Altair PollEx powstał, aby skutecznie ograniczać te ryzyka. Dzięki modułowej budowie umożliwia analizę i weryfikację projektów jeszcze przed przekazaniem ich do produkcji.

Czym jest Altair PollEx

Altair PollEx to zaawansowane oprogramowanie EDA (Electronic Design Automation) służące do analizy, weryfikacji, symulacji oraz porównywania projektów płytek drukowanych (PCB). Stanowi zintegrowane środowisko pracy dla inżynierów schematów, projektantów PCB, analityków CAE oraz inżynierów produkcji, ułatwiając komunikację i współpracę na każdym etapie procesu projektowego.

PollEx nie tylko usprawnia przegląd i analizę projektów, ale także skraca czas ich realizacji, poprawia jakość oraz umożliwia efektywne współdzielenie danych między zespołami. Dzięki temu powstają bardziej wydajne i niezawodne produkty, spełniające współczesne wymagania względem miniaturyzacji, łączności i integracji systemów.

Pakiet Altair PollEx obejmuje:

  • PCB Modeler – pozwalający na dokładny przegląd projektu, wyszukiwanie i analizę danych, pomiary i analizę połączeń elektrycznych (net topology). Obsługuje również porównywanie projektów PCB, schematów oraz danych BOM.
  • PCB Verification – służący do sprawdzania poprawności projektów pod kątem jakości wykonania, montażu oraz poprawności elektrycznej.
  • PCB Solvers – zapewniający analizy integralności sygnałowej i termicznej. Wykorzystuje symulacje elektromagnetyczne 2D i 3D oraz analizę termiczną opartą na metodzie elementów skończonych (MES), z biblioteką materiałów i danych z UPF (Unified Part Library).

Solvery wchodzące w skład pakietu Altair PollEx

Pakiet Altair PollEx zawiera zestaw solwerów do obliczeń z zakresu elektrycznych i termicznych właściwości płytek:

  • Electrical Solvers bazują na metodzie elementów skończonych (MES) i umożliwiają analizę integralności sygnału (SI) oraz integralności zasilania (PI). Dla ścieżek stosowany jest model 2D, a dla przelotek – 3D. Wbudowane solvery SPICE i IBIS pozwalają analizować sygnały, interferencję między ścieżkami (crosstalk) oraz spadki napięcia w sieciach zasilających (IR drop i PDN).
  • Thermal Solvers umożliwiają symulację rozkładu temperatury w płytce z uwzględnieniem przewodzenia, konwekcji i promieniowania. Automatyczne generowanie siatki obliczeniowej (meshing) oraz biblioteka materiałów pozwalają na szybkie i dokładne szacowanie temperatur złącz komponentów, efektywności radiatorów, wpływu przelotek termicznych i warunków pracy elementów.

Najważniejsze cechy PollEx

Wśród najważniejszych cech programu Altari PollEx warto wskazać:

  • intuicyjne środowisko pracy – PollEx stanowi łatwe w użyciu narzędzie do przeglądu i analizy projektów PCB, idealne do współpracy między zespołami projektowymi,
  • integracja z systemami ECAD – PollEx pozwala na obsługę wszystkich głównych formatów plików: ODB++, IPC-2581, Gerber, Altium, Cadence, Mentor, Zuken, EAGLE i innych.
  • zaawansowana weryfikacja reguł projektowych – zawarte w pakiecie PollEx narzędzia DFM, DFA i DFE umożliwiają wykrywanie błędów produkcyjnych, montażowych i elektrycznych już na etapie projektu.
  • łatwa w użyciu analiza SI, PI i termiczna – dzięki dostępności w PollEx bibliotek komponentów i materiałów z wbudowaną integralnoscią z solverami Altair.
  • ujednolicona biblioteka części (Unified Part Library) – PollEx bazuje na jednym, spójnym źródle danych o komponentach: ich właściwościach fizycznych, logicznych, elektrycznych, termicznych i montażowych.

Moduły PollEx – przegląd możliwości

Największą siłą PollEx jest jego wszechstronność. To środowisko łączące w jednej aplikacji przegląd projektu, weryfikację produkcyjną, symulację zjawisk fizycznych oraz tworzenie modeli komponentów. Architektura oparta na modułach pozwala uruchamiać je niezależnie, w zależności od potrzeb zespołu czy etapu prac. Do dyspozycji użytkowników są moduły takie jak:

  • PollEx PCB
  • PollEx UPE
  • PollEx Logic
  • PollEx CP
  • PollEx BOM
  • PollEx CAM
  • Narzędzia do weryfikacji projektu PollEx DFx:
    • PollEx DFM
    • PollEx DFA
    • PollEx DFE
    • PollEx DFE+
  • Solvery do analiz fizycznych:
    • SI
    • PI
    • Thermal

Poniżej opisujemy zastosowania i kluczowe cechy poszczególnych modułów Altair PollEx.

PollEx PCB

Zaawansowane narzędzie do analizy i inspekcji projektów płytek drukowanych, skoncentrowane na precyzyjnym odwzorowaniu fizycznej i elektrycznej struktury PCB. Umożliwia analizę topologii ścieżek w układzie (2D/3D), identyfikację komponentów i pinów na podstawie połączeń sieci (netów), pomiar długości tras sygnałów oraz analizę warstw dielektrycznych.

Wbudowany mechanizm Net Analyzer generuje raporty zwierające dane o długościach i typach ścieżek, ich rozmieszczeniu oraz potencjalnych punktach konfliktowych. Moduł umożliwia także eksport ograniczonych obszarów układu do postaci zanonimizowanej (restricted PDBB), co ułatwia współdzielenie wybranych obszarów projektu bez ujawniania całości.

PollEx UPE (Unified Part Editor)

Jednym z fundamentalnych elementów poprawnego i powtarzalnego procesu projektowania elektroniki jest spójna, dobrze zdefiniowana biblioteka komponentów. W praktyce jednak projektanci często posługują się niespójnymi modelami pochodzącymi z różnych źródeł, co skutkuje rozbieżnościami w danych elektrycznych, mechanicznych czy montażowych. Rozwiązaniem tego problemu jest moduł PollEx UPE – Unified Part Editor.

UPE to narzędzie do tworzenia, edycji i zarządzania komponentami elektronicznymi w formacie UPF (Unified Part File). Pozwala w jednym miejscu zdefiniować wszystkie istotne właściwości komponentu: symbol logiczny, footprint, model 3D, a także dane elektryczne i termiczne.

Tworzenie komponentu w UPE może odbywać się na dwa sposoby:

  • automatycznie – użytkownik wybiera typ obudowy (np. SOIC, QFP, BGA, etc.) z gotowego kreatora, a następnie wprowadza podstawowe parametry geometryczne, takie jak liczba pinów, wymiary obudowy czy rozstaw wyprowadzeń. Na tej podstawie UPE generuje symbol, footprint i dane montażowe, które można dalej edytować;
  • ręcznie – użytkownik może samodzielnie rysować symbole, definiować siatki padów, opisywać pinout i przypisywać właściwości fizyczne, dzięki czemu ma kontrolę nad każdym elementem.

PollEx Logic

Moduł PollEx Logic umożliwia wygodne przeglądanie schematów elektronicznych i analizę logicznej struktury projektu. Intuicyjny interfejs pozwala szybko zaimportować dane z systemu ECAD, przeszukiwać obiekty projektu (symbole, nety, komponenty) oraz sprawdzać ich właściwości. Schematy wyświetlane są w układzie przypominającym arkusze, co ułatwia orientację i dokumentację. Moduł oferuje interaktywne narzędzia eksploracji, takie jak wyszukiwarka obiektów, menu kontekstowe oraz wbudowany podgląd symboli.

PollEx CP

PollEx CP (Cross Probe) to zaawansowane narzędzie porównawcze, które umożliwia wykrywanie różnic pomiędzy różnymi wersjami projektu PCB, schematami logicznymi oraz danymi (BOM). Moduł obsługuje dwa typy analizy:

  • porównanie danych tego samego typu – użytkownik może zestawić ze sobą różne wersje projektu PCB lub schematów elektronicznych. Narzędzie automatycznie identyfikuje zmiany, takie jak modyfikacje trasowania, połączeń sieciowych (netów), obiektów mechanicznych czy właściwości komponentów. Dodatkowo umożliwia scalanie projektów w jeden widok w celu łatwego uwidocznienia różnic;
  • analizę między różnymi strukturami danych – PollEx CP pozwala połączyć informacje z layoutu PCB, schematów oraz listy BOM, aby wychwycić niespójności między tymi strukturami. Użytkownik może wskazać konkretny element (np. komponent) i odnaleźć jego odpowiedniki w pozostałych zbiorach danych, co ułatwia identyfikację brakujących części, błędnych referencji czy rozbieżności w przypisaniu pinów i sieci.

Wyniki analiz można eksportować do arkuszy Excel, co ułatwia przygotowanie dalszej dokumentacji i kontrolę jakości projektu.

PollEx BOM

PollEx BOM to narzędzie do importowania, analizowania, formatowania i przeglądania danych BOM z różnych źródeł, w tym plików Excel, ASCII oraz binarnych danych PCB PollEx. Umożliwia także przygotowanie danych do porównań w module PollEx CP (Comparison) – między BOM, PCB i LOGIC.

PollEx CAM

PollEx CAM to zaawansowane narzędzie do przeglądania, edycji i analizy plików Gerber w formatach 274D, 274X, CAM350, jak również własnym formacie GDBB. Umożliwia inżynierom płynną kontrolę danych produkcyjnych PCB i porównywanie różnych wersji projektu.

Weryfikacja projektu PCB (DFM/DFA/DFE)

PollEx PCB verification DFx

Jednym z najmocniejszych elementów Altair PollEx jest system weryfikacji oparty na regułach DFX, czyli zestawie narzędzi służących do Design for Manufacturing (DFM), Design for Assembly (DFA) oraz Design for Electrical (DFE). Ich wspólnym celem jest wczesne wykrywanie i eliminowanie błędów projektowych, które mogłyby ujawnić się dopiero na etapie produkcji, montażu lub testów.

DFM – Design for Manufacturing

DFM sprawdza projekt PCB pod kątem możliwych błędów produkcyjnych na etapie układu płytki. Obsługuje ponad 700 reguł sprawdzających, które można dostosować do specyfiki danego procesu produkcyjnego (np. SMT). Dzięki intuicyjnemu interfejsowi, graficznemu powiązaniu wyników z layoutem i możliwości eksportu do Excela, PollEx DFM zapewnia skuteczną analizę oraz dokumentację błędów projektowych.

DFA – Design for Assembly

DFA weryfikuje możliwość montażu komponentów na podstawie danych 3D pochodzących z bibliotek obudów komponentów tworzonych w narzędziu UPE (Unified Part Editor). Na podstawie pełnego modelu 3D płytki program może wykryć kolizje mechaniczne, błędy ułożenia elementów oraz problemy z dostępnością dla narzędzi montażowych. Dzięki około 60 regułom PollEx DFA klasyfikuje każdy wykryty problem według rodzaju usterki, co ułatwia ich identyfikację i eliminację, redukując koszty oraz czas produkcji.

DFE – Design for Electrical

DFE umożliwia sprawdzanie poprawności elektrycznej projektu PCB. Sprawdza zgodność schematu z layoutem, właściwości sygnałów, zasady trasowania ścieżek, poprawność połączeń zasilania oraz obecność błędów logicznych. Dzięki regułom weryfikującym, które można ponownie wykorzystać, oraz możliwości eksportu wyników do Excela, PollEx DFE znacząco redukuje liczbę błędów wykrywanych dopiero podczas testów końcowych.

DFE+

DFE+ to w pełni zautomatyzowany system walidacji elektrycznej projektów PCB, skoncentrowany na analizie integralności sygnałowej (Signal Integrity, SI). Program eliminuje czasochłonne przygotowania do analizy i pozwala użytkownikowi przeprowadzić pełną walidację sygnałową w kilku kliknięciach. Zamiast tworzenia ręcznych modeli topologii, narzędzie samodzielnie generuje potrzebne dane i uruchamia analizę w oparciu o zaawansowany silnik HyperSPICE.

Symulacje fizyczne: SI, PI i analiza termiczna

Po zakończeniu weryfikacji pod kątem poprawności projektowej i technologicznej, kolejnym etapem jest analiza fizyczna płytki PCB. Altair PollEx oferuje zestaw zaawansowanych solverów, które pozwalają na ocenę kluczowych aspektów funkcjonalnych układu – od rozpraszania ciepła, przez integralność sygnałów, aż po jakość zasilania. Poniżej przedstawiono możliwości analityczne dostępne w ramach solverów PollEx PCB.

SI – Signal Integrity

Integralność sygnału (SI), to miara jakości przesyłanego sygnału elektrycznego. W układach cyfrowych sygnał binarny jest reprezentowany jako przebieg napięcia lub prądu. Przy niskich szybkościach transmisji i krótkich dystansach nawet prosty przewodnik zapewnia odpowiednią jakość przesyłanego sygnału. Jednak przy wyższych częstotliwościach i dłuższych odległościach sygnał może ulec zniekształceniom, prowadząc do błędów i potencjalnych awarii systemu.

Solver PollEx SI umożliwia przeprowadzenie zaawansowanej analizy integralności sygnałowej na pojedynczych oraz sprzężonych liniach transmisyjnych, obejmując:

  • modelowanie topologii połączeń między komponentami,
  • symulację czasową i częstotliwościową,
  • generowanie i analizę „Eye Diagram” oraz przebiegów napięć i prądów,
  • uwzględnienie rzeczywistych właściwości materiałowych płytek, struktur warstwowych oraz bibliotek IBIS/SPICE dla komponentów.

PI – Power Integrity

Analiza Power Integrity (PI) koncentruje się na kontroli impedancji sieci dostarczania mocy (PDN), a także minimalizacji szumów oraz wahań napięcia, które mogą prowadzić do niestabilności działania układów elektronicznych. Kluczowymi elementami są w tym przypadku ocena spadków napięcia (IR-Drop), optymalizacja rozmieszczenia kondensatorów odsprzęgających oraz właściwe zaprojektowanie ułożenia warstw płytki (stack-up).

PollEx PI oferuje trzy podstawowe typy analiz:

  • AC PDN Analysis,
  • DC IR-Drop Analysis,
  • Transient SSN Analysis.

Thermal

Thermal to specjalistyczne narzędzie do szybkiej i dokładnej analizy rozkładu temperatury na płytce drukowanej oraz jej komponentach z wykorzystaniem metody elementów skończonych (MES).

Kluczowym etapem przygotowania symulacji jest zdefiniowanie parametrów materiałowych oraz układu warstw płytki, które znacząco wpływają na przewodzenie i dystrybucję ciepła. PollEx oferuje domyślne wartości tych parametrów, ale umożliwia również ich dostosowanie do specyfiki projektu.

Po uruchomieniu analizy użytkownik otrzymuje wizualizację rozkładu temperatur w formie mapy konturowej, którą można przeglądać zarówno na górnej, jak i dolnej powierzchni PCB. Dodatkowo prezentowane są temperatury poszczególnych komponentów, z podziałem na różne obszary obudowy, co pozwala precyzyjnie ocenić ryzyko przegrzewania i podjąć działania korygujące.

Kompleksowe środowisko weryfikacji i symulacji PCB

Altair PollEx to nowoczesne, modułowe środowisko do analizy i weryfikacji projektów PCB, które umożliwia sprawne projektowanie i weryfikację właściwości płytek jeszcze przed fazą produkcji. Łącząc przegląd layoutu, walidację DFM/DFA/DFE, zaawansowane symulacje fizyczne (SI, PI, termiczne) oraz edytor komponentów UPE, PollEx daje użytkownikom pełną kontrolę nad jakością projektu – od schematu, przez układ, aż po produkcję. To rozwiązanie, które realnie oszczędza czas i pieniądze, jednocześnie dając pewność, że gotowy projekt spełnia wszystkie wymagania techniczne, produkcyjne i jakościowe.