簡化PCB到線束設(shè)計與EDA工具的集成

汽車線束將多根電線和電纜整合到一個井然有序的系統(tǒng)中，在電子控制單元 （ECU） 之間傳輸電力和信號。這些線束將 PCB 安裝電子設(shè)備連接到更廣泛的電氣系統(tǒng)，支持高級駕駛輔助系統(tǒng) （ADAS）、動力總成控制、安全氣囊、信息娛樂、遠程信息處理和車身電子設(shè)備。

本文研究了 PCB 到線束的設(shè)計流程，并重點介紹了關(guān)鍵的集成挑戰(zhàn)，包括工具碎片化、互作性受限、數(shù)據(jù)不一致和缺乏重用。它還討論了 EDA 和軟件工具如何統(tǒng)一設(shè)計環(huán)境，通過實時驗證提高準(zhǔn)確性和效率，并簡化協(xié)作和生產(chǎn)準(zhǔn)備。

了解 PCB 到線束設(shè)計流程

如圖 1 所示，PCB 到線束設(shè)計流程從汽車工程師根據(jù)功能要求定義電氣原理圖開始。

圖 1.完整的汽車線束布局，說明了用于系統(tǒng)集成的捆綁電線布線、連接器接口和分支配置。圖片來源：Zuken)

這些原理圖指定了存在的元件、它們的連接和它們的位置。它們還定義了連接器和接口類型以及安裝位置。然后，設(shè)計師生成線束布局，同時考慮各種車型的產(chǎn)品變體。接下來是 2D 表示，詳細說明了電線捆綁、導(dǎo)管或膠帶覆蓋物以及車輛 PCB 的連接點。

PCB 設(shè)計數(shù)據(jù)（例如連接器引腳布局、信號分配、線規(guī)、顏色和布線約束）集成到線束布局中，以確保與電路板設(shè)計保持一致。值得注意的是，PCB 和線束之間的準(zhǔn)確接口映射對于防止信號不匹配和集成錯誤至關(guān)重要。

3D 工具模擬物理安裝環(huán)境，以驗證 2D 設(shè)計的配合和功能。電氣和機械工具交換數(shù)據(jù)以指導(dǎo)夾子、套筒和拉桿的放置。一旦最終確定，設(shè)計將進入制造階段進行線切割、預(yù)組裝和最終線束組裝。

PCB 到線束設(shè)計集成的挑戰(zhàn)

在復(fù)雜的軟件定義汽車 （SDV） 中，管理 PCB 到線束的集成變得越來越困難。無論是內(nèi)燃機 （ICE）、混合動力還是電動汽車 （EV），SDV 通常都包含更多的 ECU，并且需要更高的數(shù)據(jù)吞吐量以及電氣和軟件域之間更緊密的集成。其他設(shè)計和制造挑戰(zhàn)包括：

• 工具碎片化和有限的互作性：PCB 和線束設(shè)計通常涉及單獨的 EDA、CAD 和 MCAD 工具，集成度最低。這會使協(xié)作復(fù)雜化，并降低團隊之間的可追溯性。

• 缺乏系統(tǒng)集成：一個領(lǐng)域的設(shè)計更改可能無法傳播到其他領(lǐng)域，需要手動更新和數(shù)據(jù)傳輸，這會增加錯誤風(fēng)險、延遲進度并破壞文檔和版本控制。

• 數(shù)據(jù)不一致和有限的重用：斷開連接的工具和數(shù)據(jù)庫會導(dǎo)致設(shè)計出現(xiàn)分歧，減少跨平臺的重用，增加返工，并導(dǎo)致代價高昂的現(xiàn)場問題或召回。

• 變體管理復(fù)雜性：在共享架構(gòu)中支持多種車輛配置需要一種結(jié)構(gòu)化的變體管理方法。沒有它，設(shè)計和制造工作流程就會支離破碎，從而增加重復(fù)和不一致的風(fēng)險。

• 設(shè)計過程中的驗證不足：一些設(shè)計流程依賴于物理原型，并將電氣驗證推遲到周期的后期。如果在開發(fā)過程的早期沒有發(fā)現(xiàn)，諸如電壓降、熱應(yīng)力、連接器未對準(zhǔn)或電磁兼容性 （EMC） 問題等問題的成本更高且難以解決。

統(tǒng)一設(shè)計環(huán)境

支持統(tǒng)一設(shè)計流程的 EDA 和軟件平臺有助于解決關(guān)鍵的 PCB 到線束集成挑戰(zhàn)，例如工具碎片化、數(shù)據(jù)不一致和后期錯誤檢測。基于云的協(xié)作環(huán)境使分布式團隊能夠并行工作、實時審查設(shè)計并維護共享的事實來源。這些平臺提供同步的自動化環(huán)境，涵蓋原理圖捕獲、布局、仿真和制造移交。

許多 EDA 和軟件平臺支持在單個工作區(qū)內(nèi)進行 PCB 和線束設(shè)計，無需在斷開連接的工具之間手動傳輸數(shù)據(jù)。對 PCB 原理圖的更改（例如連接器更新）會自動傳播到線束布局，反之亦然。這減少了轉(zhuǎn)換錯誤并確保了整個系統(tǒng)的一致性。

通過實時驗證優(yōu)化準(zhǔn)確性和效率

集成的 EDA 和軟件平臺實時同步連接器和信號數(shù)據(jù)，以支持 PCB 到線束的集成。內(nèi)置的設(shè)計規(guī)則檢查和驗證程序可及早發(fā)現(xiàn)問題，例如無效連接、電壓降以及導(dǎo)線或熔斷器尺寸不匹配。

如圖 2 所示，實時同步保持原理圖、線束和表格視圖之間的對齊，從而在整個設(shè)計中實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的更新。

圖 2.實時圖紙同步可確保電線數(shù)據(jù)、連接器配置和設(shè)計規(guī)則檢查在原理圖、線束和表格視圖中保持一致。（圖片：Cadonix)

仿真工具支持直流和瞬態(tài)分析，以及不同負載條件下的電氣性能驗證和符合 ISO 26262 功能安全要求的故障分析。自動化通過簡化原理圖捕獲、布局和仿真設(shè)置等任務(wù)，進一步提高了效率。

簡化協(xié)作和生產(chǎn)準(zhǔn)備

具有 ECAD-MCAD 集成的 EDA 工具和軟件平臺支持跨電氣和機械域的并發(fā) PCB 到線束設(shè)計。這些工具使工程師能夠可視化外殼內(nèi)的線束布線，檢查間隙違規(guī)，并優(yōu)化電線路徑。這有助于在設(shè)計周期的早期防止物理干擾和裝配問題。

為了保持跨領(lǐng)域的一致性，可以將機械更新直接推送到電氣設(shè)計中，從而減少返工并改善跨職能協(xié)調(diào)。結(jié)構(gòu)化元件庫包含經(jīng)過驗證的連接器、端子和電線，有助于保持可追溯性和設(shè)計一致性。團隊可以跨產(chǎn)品線重復(fù)使用線束模塊和 PCB 子組件，從而簡化變體管理并最大限度地減少重復(fù)。

圖 3.Siemens Capital Harness TVM 中的制造流程建模工具定義了詳細的線束作和任務(wù)，支持早期成本分析和生產(chǎn)規(guī)劃。（圖片：Siemens Digital Industries Software）)

如圖 3 所示，基于任務(wù)的制造工具提供了線束作的詳細定義。這些包括線切割、連接器加載和拼接，有助于在生產(chǎn)開始前進行準(zhǔn)確的成本估算、生產(chǎn)線平衡和流程優(yōu)化。

設(shè)計完成后，EDA 平臺會自動生成生產(chǎn)就緒文檔，例如物料清單 （BOM）、接線表和制造圖紙。此功能簡化了采購，并支持順利移交給制造。

總結(jié)

PCB 到線束的集成在整個汽車設(shè)計周期中引入了數(shù)據(jù)、系統(tǒng)和工作流程挑戰(zhàn)。EDA 和軟件平臺通過統(tǒng)一的設(shè)計環(huán)境、實時驗證以及 ECAD 和 MCAD 的集成來解決這些問題。這些工具有助于保持數(shù)據(jù)一致性，將 PCB 設(shè)計周期從數(shù)周縮短到數(shù)天，并顯著縮短驗證設(shè)置時間。它們還支持在日益復(fù)雜的車輛架構(gòu)中進行可靠生產(chǎn)。