Det ska inte ta ett halvår och kosta hundratusentals kronor att ta fram ett kretskort. Det molnbaserade verktyget Design Studio från uppstartsföretaget Board Architect vill göra det avsevärt enklare genom att utgå från färdiga byggblock.

Verktyget har dessutom koppling till komponentdistributörernas databaser plus att det kontrollerar att designreglerna följs och genererar alla underlag som tillverkarna behöver.

– För min del kommer konceptet från frustration. Man har en massa idéer men man vet att det är ett halvårs jobb och hundratusentals kronor för att realisera, säger Fredrik Jonsson.

Han har doktorerat i radioelektronik på KTH, och var med och startade Spirea år 1999. Företaget utvecklade energisnåla Bluetooth- och wlankretsar. Därefter arbetade han på Maxim i Silicon Valley som asickonstruktör, innan flyttlasset gick tillbaka till Sverige.

Board Architect startade han 2016 med Jian Chen som också doktorerat på KTH.

– Jag tyckte inte att det skulle behöva vara så krångligt att göra kort. Vi försöker lösa problemet hur man kan få fram en produkt på timmar istället för månader. Vi har tittat igenom hela kedjan, från konceptet via symboler och hur man dimensionerar kretsen till att allokera pinnar på kretsen, routar ledare, förbereder produktionsunderlag och beställer kretsar.

Målet är att automatisera alla steg från idé till produktionsunderlag och beställningslista. Målgruppen är professionella kunder som utvecklar elektronik av industriell kvalitet.

– Du har ett hårdvaruteam och ett mjukvaruteam. Om utvecklarna får ett kort ett par veckor efter projektstarten har de bättre chans att komma i mål.

Även den första versionen av hårdvaran hamnar närmare den färdiga produkten istället för att vara en labbruska med fel format och en massa pålödda trådar.

Dessutom öppnar arbetssättet för att göra ett antal varianter av kortet utan att det tar extra tid eller kostar särskilt mycket mer.

– I ett projekt vi gjort hade vi tex en GPS-modul. Vi ser i databladet att de rekommenderar en extern lågbrusförstärkare men enligt specifikationen klarar vi oss troligen utan. Vi kan spara några kronor på att ta bort den, men vi vill verifiera att det verkligen fungerar i den verkliga applikationen så vi gör två kort genom att bara köra delete på förstärkaren i den ena versionen och jämför verklig prestanda mellan korten.

Ett annat sätt att använda möjligheten är att ta fram en speciell version av kortet med extra kontakter för den första felsökningen samtidigt som kortet ändå ligger mycket nära den slutgiltiga versionen.

Det finns också incitament för kontraktstillverkarna att deras kunder använder Design Studio.

– Det är stenålders hur det fungerar idag där man skickar över Excelfiler. Vi ser till att ha allt kopplat till distributörernas API:er med beställningsnummer och allt.

Verktyget kan dessutom generera underlag för programmering av maskinerna i ytmonteringslinan.

– Tillverkarna tycker det är trevligt att jobba med oss, de slipper mycket manuellt arbete.

Hittills har Design Studio använts i en handfull skarpa kundprojekt som genomförts av Board Architect men planen är att öppna upp för externa användare i höst.

– Det har varit extremt värdefullt att jobba så och vi har varit öppna med det mot kunderna som fått bra priser på utvecklingskostnaderna, säger Fredrik Jonsson.

För varje projekt har verktyget blivit stabilare samtidigt som arbetet gått snabbare eftersom biblioteket med moduler blivit allt större.

Tilläggas kan att kundprojekten också varit ett sätt att finansiera utvecklingen av verktyget.

Artikeln är tidigare publicerad i magasinet Elektroniktidningen.
Prenumerera kostnadsfritt!

Board Architect har fem anställda men planerar att bli fler redan i höst för att kunna skala upp verksamheten. Då kan det även bli aktuellt att ta in externt kapital.

– Det har blivit många arbetstimmar och lite lön, sånt är livet som start up-företag.

Samma metodik som i asicvärlden

Grundbulten i Design Studio är modulerna som kopplas ihop likt legobitar till ett komplett kretskort. Varje modul har sitt eget kopplingsschema, sin layout med paddar och en 3D-modell.

Arbetet börjar med att man ritar upp sitt mönsterkort, därefter placerar man ut de olika modulerna och låter verktyget koppla ihop dem. Det kan vara allt från en enkel lysdiod med drivning eller ett kontaktdon till mer komplexa saker som ett 5G-modem eller en styrkrets.

Modulerna är sorterade i olika kategorier och när man valt en, drar och släpper man den på kretskortet. Verktyget markerar sedan att det finns anslutningar på modulen som kan kopplas till andra moduler. Man klickar på anslutningen och drar den till en annan modul. Verktyget hittar automatiskt lämpliga portar på kretsen utgående från vilken sida som är närmast den modul den ska kopplas ihop med. Man kan även editera schemat på vanligt vis där man önskar full kontroll över någon anslutning.

Missar man någon anslutning dyker det upp en varning. Exempelvis går det inte att missa att en GPS-modul behöver en extern antenn.

Handlar det om en transmissionsledning för rf-signaler anpassar verktyget automatiskt bredden för att ledaren ska få rätt impedans. Verktyget ser också till att välja lämpligt antal lager i mönsterkortet.

Idag finns det ett par hundra moduler i biblioteket.

För den som saknar en modul eller vill basera sin modul på en annan komponent än den som används i de befintliga modulerna är det fritt fram att designa sin egen.

– Detta är någonting vi jobbat mycket med, att göra det enkelt att skapa nya moduler. Hantering av komponentbibliotek och alla checker måste ske automatiskt, och det får inte vara några några krångliga konfigurationsfiler eller liknande. Då blir tröskeln för hög för att skapa nya moduler, säger Fredrik Jonsson.

Modulerna kan antingen göras tillgänglig för alla eller förbli intern.

Design Studio summerar också strömförbrukningen från kretsarna på kortet och kontrollerar att matningen räcker till, plus att det automatiskt kan lägga till nivåskiftare om så behövs.

Intressant att veta är att Design Studio ursprungligen var tänkt för asickonstruktion.

– Det var för dyrt att finansiera men vi försöker få in ett lika rigoröst flöde, det är lite det jag tror jag kan ta med mig från asicvärlden, säger Fredrik Jonsson.

En stor del av utvecklingsarbetet har därför handlat om att skriva en regelcheck som kan granska underlagen och ta reda på om konstruktionen följer designreglerna.

– Det finns några andra som håller på med liknande koncept men vi har inte hittat något som är tillräckligt bra.

Exempelvis kvalitetsgranskas komponentmodellerna och det går att hantera revisioner.

– Det är en sak vi sett själva under pandemin när den display vi designat in inte gick att få tag på. Vi fick tänka om och använda lysdioder. Då är det bra att kunna bolla runt på arkitekturnivå.

Dessutom genererar verktyget en materiallista, en Bill of Materials eller BOM. Den är kopplad till komponentdistributörer som Digi-Key, Farnell och Arrow via deras API:er. Då vet man exakt vilka komponenter som designats in plus att det bland annat går att se lagersaldo och pris.

– Säg att jag byter det här kontaktdonet, då ser jag direkt i BOM:en vad det blir.

När man är nöjd med kortet är det bara att be verktyget börja routa för att få fram layouten.

Resultatet kan hämtas hem från molnet där Design Studio konverteras till KiCad-filer, ett open source-format, som sedan kan importeras till andra kretskortsverktyg.

Det är också en väg för kunderna att gå från prototypkort till volymproduktion i och med att de får riktiga cad-scheman som de äger och kan arbeta vidare med.

De projekt som körts hittills har tillverkats av Digmata i Stockholm som Board Architect samarbetar med. Så kommer det att förbli under hösten, att alla projekt som körs i Design Studio måste beställas via Board Architect och tillverkas av Digmata.

På sikt ska det bli möjligt att köpa en licens och gå till vilken kontraktstillverkare som helst.

I planerna finns också att generera den kod som behövs för att köra igång kortet och exempelvis hämta mätvärden från en sensor.

– Verktyget vet hur den här sensorn sitter kopplad på I2C till processorn, och vi känner till lite om processorn, då kan vi pussla ihop en mjukvara som får igång portarna.

Lösningen är än så länge på ett experimentellt stadium.

– Det blir nästa steg och ytterligare ett sätt att krympa utvecklingsprocessen.

Även om verktyget sänker tröskeln så att många fler kan designa egna kretskort kommer det inte att göra kretskortskonstruktörerna arbetslösa.

– Det är samma sak som när man gick från assembler till C, man kan göra projekt som aldrig skulle vara ekonomiskt möjliga idag, säger Fredrik Jonsson.

Board Architect: Sänker tröskeln för att designa egna kretskort

Samma metodik som i asicvärlden