Piirilevyohjelmistot ovat uudistuneet ripeästi parin viime vuoden aikana. Useimmat valmistajat ovat siirtyneet Windowsiin ja ensimmäiset Windows NT:ssä toimivat ohjelmistot ovat jo markkinoilla. Ominaisuuksiltaan ne ovat täysin vertailukelpoisia työasemaohjelmistojen kanssa.
Kaikilla suurilla ohjelmistonvalmistajilla ovat Windows 3.1-, 95- tai NT-versiot jo valmiina tai tulossa "aivan lähiaikoina". Halvimman hintaluokan ohjelmat ovat useimmiten pysyneet DOS-käyttöjärjestelmässä. Syykin on selvä: Huokeiden ohjelmien on toimittava takertelematta myös vanhoissa, suorituskyvyltään ja muistimäärältään vaatimattomissa koneissa.
Edellisen kerran kartoitimme piirilevyohjelmistoja vajaat pari vuotta sitten (Prosessori 1/93). Kahdessa vuodessa edustajat ovat vaihtuneet, vanhoja ohjelmistoja on hävinnyt ja uusia tullut tilalle. Hintaskaala on todella laaja: muutamasta tuhannesta aina satoihin tuhansiin markkoihin.
Halvimmat ohjelmat kiinnostanevat alan harrastajia ja opiskelijoita; kalleimmat ohjelmat ovat jo täysverisiä työasemaohjelmistoja. Tältä väliltä löytyy sitten ratkaisu monen pienen ja suurenkin yrityksen elektroniikansuunnittelun tarpeisiin. Suuret suomalaiset elektroniikkayritykset suunnittelevat piirilevynsä joka tapauksessa järeän luokan työasemajärjestelmillä. Samoja työasemia voidaan käyttää esimerkiksi ohjelmistonkehitykseen ja ASIC-piirien suunnitteluun ja simulointiin.
Ensimmäiset PC:ssä toimivat CAD-ohjelmat eivät olleet juuri muuta kuin tietokoneversioita perinteisestä teippi- ja siirtokuvamenetelmästä. PC:n yleistyessä räjähdysmäisesti monet valmistajat toivat markkinoille huomattavasti kevennettyjä PC-versioita omista ohjelmistoistaan. 640 kilotavun muistitila ja näytön tarkkuus rajoittivat kuitenkin suuresti käyttömahdollisuuksia vähänkään laajemmissa töissä.
PC:n CAD-ohjelmille avautuivat aivan uudet mahdollisuudet, kun 386-prosessori tuli markkinoille virtuaalimuisteineen: Käyttämällä niin sanottua laajennettua DOSia ohjelmat pystyivät ottamaan käyttöönsä kaiken koneessa olevan muistin. Tämän jälkeen PC-pohjaiset ohjelmistot kehittyivät nopeasti sisältämään kaikki ne perusominaisuudet, joita työasemaohjelmissa oli. SVGA-näyttöjen erottelukyky ja uusien prosessorien nopeus oli jo riittävä vaativaankin työskentelyyn.
Sitten tuli Windows. Windowsin moniajoympäristö tarjosi paljon enemmän joustavuutta silloin, kun eri ohjelmistoja käytettiin yhdessä, esimerkiksi osaluetteloiden ja dokumenttien teossa. Mutta tunnettujen suunnitteluohjelmistojen Windows-versiot olivat raivostuttavan hitaita aikaisempiin DOS-versiohin verrattuina. Monet suunnittelijat pitäytyivätkin sitkeästi vanhoissa ohjelmissaan. Ohjelmistojen uusimmat päivitysversiot ovat reilusti vanhoja versioita nopeampia, mutta nopeutus on tehty muistin määrän kustannuksella: Uudet versiot tarvitsevat usein jopa 16 megatavua muistia toimiakseen kunnolla.
Windowsin edut ovat kuitenkin kiistattomat nimenomaan CAD-ohjelmistoille: yhtenäinen käyttöliittymä, tuki suuren erottelukyvyn näytönohjaimille ja näytöille sekä laaja valikoima tulostuslaitteita. Aidosti 32-bittisen käyttöjärjestelmän tulo parantanee myös suorituskykyä.
CadStarin, Intergraphin ja PADSin ohjelmistoista on saatavissa Windows NT -yhteensopivat versiot. Eräät ohjelmistot toimivat myös Windows 3.1:n Win32s-alijärjestelmän avulla.
NT-verkko tekee mahdolliseksi useita palveluja, jotka eivät ole mahdollisia esimerkiksi työryhmä-Windows-verkossa. Yksi suurista parannuksista on kopiontisuojauksen toteutus ilman hankalia kirjoitin- tai sarjaporttiin liitettäviä välikappaleita.
NT-ohjelmistoissa käytetään suojaukseen salasanan kaltaista koodiavainta. Ohjelmistosta voidaan toimittaa täysin toimivia esittelyversioita, jotka kuitenkin toimivat vain lyhyen määräajan. Niin sanotut kelluvat käyttöoikeudet oikeuttavat tiettyyn määrään samanaikaisia käyttäjiä, mutta eivät sido ohjelmiston ajoa tiettyyn koneeseen.
NT on hyvien suojaustensa ja varmatoimisuutensa ansiosta todella sopiva ympäristö vaativaan käyttöön tarkoitetuille CAD-ohjelmistoille. Erityisesti silloin, kun suunnitteluryhmään kuuluu useita suunnittelijoita, alkaa verkkoratkaisusta ja kelluvista käyttöoikeuksista olla myös selvää taloudellista etua. Esimerkiksi kuuden suunnittelijan ryhmä tarvitsee kuusi käyttöoikeutta piirikaavion piirtoon, mutta tavallisesti vain kaksi tai kolme piirilevynsuunnitteluun.
Tulevaisuudessa on todennäköisesti täysin mahdollista käyttää asiakas-palvelintyyppistä verkkoa siten, että eri valmistajien ohjelmat toimivat saumattomasti yhteen. Suorituskykyisissä palvelimissa voidaan ajaa taustalla raskaita sovelluksia, esimerkiksi analogia- ja digitaalisimulaattoreita.
Lähiaikoina on odotettavista myös helpotusta ohjelmistojen asentajan vaivalloiseen ÓkorppupeliinÓ. Pahimmillaan asennukseen saatetaan tarvita jopa parikymmentä levykettä. Laajimpien ohjelmistojen valmistajat toimittavat jo nyt ohjelmistojaan myös CD-ROM-muodossa.
Seuraava askel onkin sitten luopuminen paperidokumenteista. Laajojen ohjelmistojen käsikirjojen painatus ja ylläpito ohjelmistopäivitysten yhteydessä on valmistajille kallista. Niipä kaikki dokumentit toimitetaan samalla CD-ROMilla itse ohjelmiston kanssa. PC-ohjelmistoissa tähän ei ole vielä menty, mutta työasemaympäristössä CD-ROM-dokumentointi on jo arkipäivää.
Ohjelmiston mukana tulevien komponenttikirjastojen laatu on tärkeä, sillä hyvä ja kattava kirjasto säästää paljon työtä. IEC-standardin mukaiset digitaalipiirien symbolit ovat jo vakiinnuttaneet asemansa. Analogiapiireillä asia ei valitettavasti ole näin yksinkertainen. Valikoima on valtava, eikä erikoiskomponenttien symboleja ole valmiina saatavissa. Lähes jokaisella suunnittelijalla on lisäksi oma tapansa piirtää analogiapiirien symbolit.
Yleensä halutaan, että yrityksen kaikki piirikaaviot näyttävät yhtenäisiltä eli niissä on samanlaiset otsikkotaulut, komponenttisymbolit ja piirrostavat. Paras tapa varmistaa tämä on yhdistää kaikkien suunnittelijoiden koneet verkkoon sekä asentaa standardikirjastot verkkopalvelimeen siten, että kaikilla on lukuoikeus niihin.
Suunnittelijat eivät saa muutella standardikirjaston komponentteja omien tarpeidensa mukaan. Kukin suunnittelija tekee omassa työssään tarvitsemansa uudet symbolit. Varsinaisen kirjastojen päivityksen hoitaa yksi henkilö. Samalla varmistetaan, että symbolien ulkoasu on yhtenäinen ja kaikki tarvittavat ominaisuudet on määritelty.
Komponenttikirjastoihin voidaan sisällyttää monenlaisia yrityskohtaisia komponenttitietoja kuten varastokoodeja, tilauskoodeja, toimittaja- ja hintatietoja. Usein kirjastoon on investoitu monia miestyövuosia. Tämä tapahtuu huomaamatta ajan kuluessa.
Jos suunnitteluohjelmistoa halutaan syystä tai toisesta vaihtaa, tämä investointi saattaa mennä kokonaan hukkaan. Tällaisessa tilanteessa olisi edullista voida siirtää vanha kirjasto uuteen järjestelmään siten, että ainakin pääosa tiedoista säilyy. Koska kysymyksessä on kerran tehtävä operaatio, se voidaan usein tehdä sopivalla siirto-ohjelmalla.
Piirilevyohjelmistoihin on vuosien mittaan ilmestynyt monenlaisia hienouksia ja automaattisia toimintoja. Niiden tarkoituksena on yleensä nopeuttaa piirikaavion piirtämistä tai piirilevyn reitittämistä. Monissa halvoissakin ohjelmissa on mukana automaattinen reititin. Automaattisten piirtorutiinien ja reitittimien tuottama jälki on joskus sen tasoista, että korjailuun kuluu enemmän aikaa kuin siihen, että koko työ olisi tehty alun alkaen käsin.
Suunnittelutyön tuottavuuden lisäämiseksi onkin paljon tehokkaampaa pyrkiä mahdollisimman virheettömään lopputulokseen, vaikka hieman hitaammin kiiruhtaen. Jos näin säästetään yksikin piirilevyn korjauskierros, on säästetty iso tukku rahaa ja useita viikkoja aikaa.
Tässä mielessä kaikkia automatiikka, joka ehkäisee virheiden syntymistä, on tervetullutta. Automaattinen suunnittelusääntöjen tarkistus säästää aikaa, koska virheellinen, sääntöjenvastainen reititys voidaan korjata heti. Virheen korjaaminen myöhemmin, erillisen tarkastusrutiinin suorituksen jälkeen, voi olla hyvinkin työlästä ja vaatia mahdollisesti monien muiden vetojen siirtoja.
Vaatimatonta reititintä paljon hyödyllisempi työkalu on esimerkiksi digitaalisimulaattori. Yksinkertainenkinkin simulaattori voi paljastaa logiikkasuunnittelusta karkeita ajatus- ja ajastusvirheitä, jotka muuten olisi huomattu vasta prototyyppiä testattaessa. Monikerroksisilla piirilevyillä prototyypin logiikkakytkentöjen korjailu on työlästä puuhaa.
Analogiasimulaattorin käyttö vaati jo enemmän asiantuntemusta. Missään tapauksessa ei pidä kuvitella, että simulaattorin avulla kokemattoman tai jopa epäpätevän suunnittelijan työn laatu paranisi radikaalisti. Suunnittelijan ammattitaito ja huolellisuus on edelleenkin ainoa hyvän laadun tae. Mutta simulaattorin avulla on mahdollista tarkistaa asioita, joita esimerkiksi laskennallisesti olisi liian työlästä tehdä.
On muistettava, että simuloinnin luotettavuuden määrää täysin simulointimallien tarkkuus. ASIC- ja FPGA-piirien simulointimallit ovat kaikkein luotettavimpia, koska puolijohdetehdas tuntee oman valmistusprosessinsa vaihtelun ja ajastusominaisuudet tarkasti.
Simulointituloksiin tulee sen vuoksi suhtautua aina varauksin. Suunnittelijan on tunnettava käytettävien simulointimallien rajoitukset ja arvoitava, milloin testattavassa kytkennässä lähestytään näitä rajoja. Missään tapauksessa huolellisestikaan tehty simulointi ei korvaa prototyypillä tehtyjä testejä.
Elektroniikan suunnitteluohjelmien tarkoituksena on tuottaa dokumentteja: piirikaaviot, osaluettelot, sijoittelukuvat, silkkipainokuvat, filmit, poraustiedostot ja -ohjeet. Pääosa näistä on kuvia, joiden tulostuksen on siis tapahduttava vaivattomasti ja lopputuloksen oltava laadukas.
Piirikaavioiden yleisin tulostuslaite on nykyisin lasertulostin. Koska A3-tulostimet ovat vielä harvinaisia kalleutensa takia, useimmat piirikaaviot pyritään tekemään siten, että ne voidaan tulostaa A4-arkeille. Laajat kaaviot on siis jaettava useille arkeille. Tässä on hyvänä apuna mahdollisuus tehdä hierarkkisia piirikaavioita.
Joukko saman toiminnan toteuttamiseen tarvittavia komponentteja muodostaa oman hierarkkisen lohkonsa, joka piirretään yhdelle sivulle. Lohkosta ulkopuolelle menevät signaalit on nimetty. Hierarkian ylemmillä tasoilla tämä lohko näkyy symbolina, ja lohkoon liitettävät signaalit kytketään symbolin nimettyihin nastoihin.
Hierarkkisen piirikaavion ylin taso muistuttaa usein kyseisen piirikortin lohkokaaviota; kaikki erilliset toiminnot ovat selkeästi nähtävissä. Vetolistaa muodostettaessa hierarkia tasoitetaan, jolloin kaikkien alempien hierarkiatasojen kytkennät ja komponentit ovat automaattisesti mukana kytkennässä.
Osaluettelot voidaan hyvin tulostaa tekstimuotoiseen tiedostoon ja siirtää tästä joko taulukko- tai tekstinkäsittelyohjelmaan muokattaviksi lopullisiksi osaluetteloiksi. Piirikaavio-ohjelmassa tulisi kuitenkin voida määritellä, mitkä asiat osaluettelon raakakopioon tulostetaan.
Piirikaaviota ja -levyä muutetaan monta monituista kertaa sen elinkaaren aikana. Helppokäyttöinen ja luotettava muutosten hallinta on hyvän CAD/CAE-ohjelmiston tärkeimpiä ominaisuuksia, koska se vähentää inhimillisiä erehdyksiä, jotka ovat hyvin tavallisia nimenomaan korjauksia ja muutoksia tehtäessä.
Jo ensimmäisen piirilevyversion suunnittelun aikana vaihdetaan todennäköisesti komponenttien portteja ja nastoja keskenään reitityksen helpottamiseksi. Samoin voidaan muuttaa komponenttitunnuksia siten, että komponentit ovat numerojärjestyksessä piirilevyllä. Tämä helpottaa komponenttien käsinladontaa sekä myöhemmin huoltoa. Monet näistä muutoksista voidaan tehdä piirilevyohjelmassa automaattisesti.
Näiden muutosten jälkeen valmiin piirilevyn kytkentälista ei olekaan enää sama kuin piirikaaviosta saatu, toisin sanoen piirikaavio ei ole enää virheetön. Tämän korjaamiseksi muutokset täytyy päivittää piirikaavioon (Backannotation). Tietysti muutokset voidaan tehdä käsinkin, mutta tässä tapahtuu niin helposti virheitä, että uusi vetolista on pakko tarkistaa piirikaavion tarkistusrutiinilla. Hyvin toimiva päivitys säästää paljon aikaa.
Prototyypin testauksen aikana löytyvät virheet korjataan ensin käsin piirikaavioon prototyypin piirilevylle langoitettujen korjausten mukaisesti. Muutokset täytyy nyt saada päivitetyiksi piirilevyn tietokantaan. Automaattisesti toimiva päivitysrutiini tutkii erot, purkaa muuttuneet reititykset, hävittää poistetut ja lisää uudet komponentit. Tämän jälkeen voidaan sijoittaa tarvittavat komponentit ja tehdä reititykset.
Piirilevyn muutokset eivät lopu siihen, että protyyppi on viimeistä piirtoa myöten valmis. Muutoksia tehdään usein jopa vuosien päästä. Silloin on merkitystä sillä, miten symbolitiedot on tallennettu piirikaavion ja piirilevyn työtiedostoihin.
Tiedostojen koon minimoiseksi niihin voidaan tallentaa ainoastaan viittaukset symbolikirjastoon. Jos symbolikirjaston kyseiset komponentit ovat muuttuneet siitä, kun työtiedostoa viimeksi käytettiin, ohjelmistot antavat tästä virheilmoitukset ja vaativat päivittämään komponentit ajan tasalle. Tästä aiheutuu ylimääräistä työtä ennen kuin varsinaista muutostyötä edes voidaan aloittaa. Hankalin tilanne on tietysti silloin, jos kyseisiä komponentteja ei enää olekaan kirjastossa. Tämäntyyppisiä ohjelmistoja käytettäessä onkin varminta arkistoida komponenttikirjastot jokaisen työn mukana.
Jos työtiedosto sisältää kytkentätietojen lisäksi täydelliset tiedot komponenttisymboleista, muutosten teko on helppoa, vaikka kyseisiä komponentteja ei enää olisikaan kirjastossa. Tällainen työtiedosto on täysin symbolikirjastojen versioista riippumaton itsenäinen kokonaisuus, joka voidaan arkistoida sellaisenaan. Piirikaavioon voidaan myöhemmin tehdä muutoksi ja korjauksia, vaikka alkuperäisiä kirjastoja ei enää olisikaan tallessa.
Piirilevyjen suunnitteluohjelmisto valitaan käyttötarkoituksen mukaan. Harrastelijalle halpa hinta on yksi tärkeimmistä valintaperusteista. Paljon piirilevyjä suunnittelevalle yritykselle hinta on lähes merkityksetön tekijä ohjelmiston muiden ominaisuuksien rinnalla.
Tärkeä valintaperuste on valmistajan ja maahantuojan tekninen tuki ja ohjelmiston päivitykset. Ohjelmistot ovat niin monipuolisia ja monimutkaisia, että niiden tehokas käyttäminen saattaa edellyttää käyttäjien koulutusta ja opastusta.
Teknisiä ongelmia tulee varmasti ennemmin tai myöhemmin. Kaikissa ohjelmissa on virheitä, joilla on ikävä taipumus paljastua pahimmalla mahdollisella hetkellä kesken kiireellisen projektin. Silloin on ensiarvoisen tärkeää, että ratkaisu vian kiertämiseksi löytyy mahdollisimman nopeasti.
Suomessa kaupan olevia piirikaavio-ohjelmia (taulukko).
Suomessa kaupan olevia piirilevyohjelmia (taulukko).
Piirikaavio ja osa piirilevyä (PADS).
Pintaliitostekniikalla tehty tiheä piirilevy (CadStar).
EasyPC Professionalin Pulsar-digitaalisimulaattori muistuttaa käyttöliittymältään logiikka-analysaattoria.
Proteuksen Lisa-simulaattoreilla voi esittää yhdessä sekä digitaali- että analogiasignaaleja.
Edelliselle sivulle Kotisivulle
