Automatická kontrola schématu šetří čas i náklady

S uvedením programu Xpedition Valydate (Mentor, a Siemens business) přichází šance, že se možnost důkladné automatické kontroly nakresleného schematického zapojení dostane do povědomí vývojových týmů více, než tomu bylo dosud. Hned úvodem je nutno zdůraznit, že zde nehovoříme o jednoduché kontrole schématu, kterou provádí na různých úrovních každý schematický editor, ale o inteligentní analýzu správnosti zapojení.

Kromě zmíněného programu existují již nějaký čas přinejmenším další dva programy se stejným zaměřením – Valydate VERA kanadské společnosti Valydate, od které je Xpedition Valydate odvozen, a fiXtress ASR izraelské firmy BQR.

Je jedno, jestli se této úloze říká „Schematic Integrity Analysis“ (Mentor) nebo „Schematic Reviewer“ (Valydate) či „Automatic Schematic Review“ (BQR) – vždy se jedná o totéž. Schematické zapojení je s pomocí inteligentních modelů součástek podrobeno kontrole podle předem nastavených pravidel zapojení.

Otázka důkladné kontroly schematického zapojení vystupuje do popředí zejména při používání součástek s mnoha vývody, kdy je schematický symbol součástky rozdělen do několika částí umístěných na různých stránkách schématu. Kromě toho pro mnohé součástky existují doporučení výrobců, jak součástku připojit. Důležitá také může být vlastní zkušenost z předcházejících projektů, která by měla být u určitých obvodů dodržena i v novém vývoji.

Manuální kontrola (verifikace) zapojení je náročnou prací, která vyžaduje čas, a přitom stejně negarantuje zcela spolehlivý výsledek, protože ten je ovlivněn lidským faktorem. Chyba, která se následně vloudí do návrhu desky, způsobí problémy, jejichž odstranění představuje výrazné zdržení a dodatečné náklady. To je důvodem, proč se automatická kontrola schématu může stát významným pomocníkem již ve fázi vývoje.

I když se jednotlivé programy určené pro tuto úlohu v některých detailech liší, jedno mají společné: každá (nebo vybraná) síť spojů a každý (nebo vybraný) připojený vývod součástek je s pomocí modelů součástek podroben analýze dodržení nastavených pravidel. Jak celá analýza probíhá, si můžeme stručně vysvětlit na příkladu programu fiXtress ASR (Automatic Schematic Review).

Obr. 1 fiXtress ASR

V první řadě se využívá sada obecných, přednastavených pravidel (obr. 2). Ty zahrnují např. kontroly nezapojených vývodů, paralelních připojení vstupů či výstupů, zkratů v síti atd. Mnohé z nich bývají i součástí jednoduché kontroly přímo v editoru schématu, ale zde si může uživatel vytvořit i svá vlastní pravidla.

Obr. 2 Některá přednastavená pravidla (fiXtress ASR)

Důležitější kontroly ve schématu využívají inteligentní modely součástek, protože ty popisují, jak mají být jednotlivé vývody součástek připojeny. Tak lze např. definovat pravidla, že daný vývod vyžaduje:

• připojení na zem, i když se nejedná o napájecí vývod,
• připojení na odpovídající napájení (napájecí vývod),
• připojení pull-up / pull down rezistoru určité hodnoty,
• připojení blokovacího kondenzátoru,
• logické prahové napětí pro stav High i Low,
• připojení na určitý vývod jiné součástky a další.

Zejména možnost definování konkrétního zapojení mezi vývody dvou či více součástek je důležitá v případě zapojení navazujících součástek, jako jsou např. ASIC a DDR, včetně vložených rezistorů nebo kondenzátorů s určitými hodnotami.

Program je dodáván s modely běžných součástek, ale uživatel si může potřebný model také sám vytvořit v zabudovaném editoru. Základem dat každého modelu jsou obecné údaje (napájení atd.), doporučení od výrobce součástek a také vlastní zkušenost z již použitých zapojení.

Schematické zapojení není potřeba načítat v grafické podobě, stačí importovat informace o zapojení a výpis materiálu (netlist a partlist). Tím je tento program univerzální, bez příslušnosti ke konkrétnímu editoru schématu, se kterým ho může vázat nanejvýš konvertor netlistu a partlistu. Program může kontrolovat jak ještě nedokončené schéma, tak i hotové. Kontrola na úrovni rozpracovaného schématu má tu výhodu, že umožňuje opravu nalezeného problému ještě v průběhu kreslení zapojení, což bývá jednodušší.

Obr. 3 Příklady možných chyb v zapojení: 1 - chybná hodnota rezistoru,
2 - vývod 5 nezapojen na DGND, 3 - spoj mezi U5:8 a C7 nepřipojen na DGND,
4 - výstup (2) není schopen dodat min. napěťovou úroveň na připojený vstup (4),
5 – chybí vložený rezistor 82 Ω, 6 – vývod U5:9 má být připojený na vývod U11:6

Algoritmus, kterým se kontrola schématu řídí, má každý výrobce svůj vlastní. Program sám o sobě je pak tabulkového charakteru, kde každá síť spojů a jednotlivé připojené vývody mají uvedené své údaje a připojená pravidla návrhu. Zjištěné problémy jsou potom v tabulce vyznačeny jako chyby v posloupnosti podle závažnosti (kritické chyby, upozornění atd.).

Přestože cena programů pro kontrolu zapojení není právě nízká, jistě se vyplatí v případech komplexních zapojení, kdy manuální kontrola trvá příliš dlouho a je velmi náročná, nebo obecně tam, kde správné zapojení hned napoprvé hraje důležitou roli.