透過 Xpedition 流程實現首次設計成功
在機器視覺應用領域，有個難題常讓工程師傷透腦筋：「如何在軍用車輛上實現零延遲的即時視訊傳輸？還要能承受高達 ±250V 的電壓干擾？」加拿大 Pleora Technologies 最近分享了他們如何攻克這個挑戰：透過創新的智慧視訊切換器設計，不只完美整合了 13 塊不同功能的電路板，更打造出業界首款可擴充的視訊切換系統。關鍵在於他們善用先進的 PCB 設計工具，徹底改變了傳統的設計流程！
Pleora Technologies
Pleora Technologies 成立於2000年，致力於為高可靠性機器視覺應用提供以太網實時視頻傳輸解決方案。
總部：加拿大安大略省渥太華
主要產品：HyperLynx SI/PI/Thermal, Xpedition Enterprise
產業領域：航太與國防
“這是一種獨特的方式來進行PCB的物理設計。我們與兩家製造商合作，結果卻各有不同，但HyperLynx的模擬結果完全正確。實際製造的單元驗證結果與模擬結果完全一致。“— Robert Turzo，Pleora Technologies資深硬體（PCB）設計師
Pleora Technologies 成立於 2000 年，最初目標是透過以太網實現實時視頻傳輸，如今則服務於兩大市場。在機器視覺應用領域，Pleora 提供硬體和軟體連接解決方案，簡化攝影機、感測器與處理器之間的實時視頻與數據傳輸。其客戶包括設備與系統設計師及整合商，他們的產品涵蓋影像設備（如攝影機和 X 光面板）及完整系統（如機器人和質量檢測工具）。
在製造市場中，Pleora 提供基於攝影機的系統和一套基於機器視覺與人工智慧的應用程式，這些工具能夠自動化並數位化製程，降低錯誤與成本，同時確保產品品質。
Pleora Technologies 資深行銷經理 Ed Goffin 表示：「如同大多數以技術為核心的市場，視覺領域變化迅速，並且非常樂於採用新技術。我們面臨的主要挑戰包括如何滿足客戶在體積、功耗及頻寬需求上的不斷提升。」
標準化加速連接實現
「我們設計嵌入式介面解決方案，旨在為高可靠性應用建立視頻連接與傳輸的標準化體系。」Pleora Technologies 資深硬體（PCB）設計師 Robert Turzo 解釋道，「例如，在安全和國防市場中，我們的產品可用於將多廠商的攝影機、感測器、處理器和顯示器連接成網絡，為車輛組員提供實時的本地態勢感知。」
基於標準的連接方式是 Pleora 產品的一大特色。以往，將攝影機、感測器、顯示器和處理器集成在一起，不僅增加了項目的複雜性，還提高了成本。在軍事應用中，例如能夠在符合特定國防標準的同時整合多廠商解決方案，至關重要。
相較之下，標準化方法加速了 Pleora 在高可靠性機器視覺應用中實現以太網實時視頻傳輸的目標。標準化不僅使攝影機與處理器在多廠商應用中更易協作，還為新市場中的視覺應用鋪平了道路，包括醫療、安全與國防等領域。
首款可擴展視頻切換器
這些挑戰以及 Pleora 的成功方法在最近的一項設計中得到了充分體現。Pleora 的 RuggedCONNECT 智能視頻切換器 是一款高度集成的獨立設備，能夠為車載本地態勢感知（LSA）和駕駛視覺增強（DVE）應用實時獲取、處理並顯示視頻感測數據。
透過使用千兆以太網技術，這款切換器為不同項目需求提供了靈活性。Pleora 的工程團隊成功開發了市場上首款可擴展的視頻切換器，使系統集成商能夠按需求擴展駕駛系統中的視頻輸入與輸出數量。此外，該切換器內建的 GPU 和軟體框架，能利用人工智慧與計算機視覺技術增強視頻處理能力，從而協助態勢感知及先進駕駛輔助系統（ADAS）的決策。
RuggedCONNECT 智能視頻切換器 的開發起源於某位客戶的需求，該客戶需要一套系統包含 13 塊功能不同的電路板，但這些板卡必須能安裝於同一個機械外殼內。
「電路板設計中最具挑戰性的部分是 3G HD SDI（串行數字介面），」Robert Turzo 解釋道。「這需要實時捕捉來自 3G HD SDI 攝影機的信號，且無延遲，並將輸出保持在同一設備中。」這要求切換器能支持 16 路模擬輸入以接收觀察攝影機信號，同時還需為路由伺服功能預留空間。
這些電路板還需要通過 1275 認證，以便能夠在軍用車輛中運行，並承受高壓，甚至能應對比電力線引發的更大電擊波動。這些 28V 的大型車用電池必須能承受高達 ±250V 的電壓干擾。同時，切換器還需極為安靜，因為軍規對堅固型設備的輻射噪聲要求比 FCC A&B 級設備標準低約 20 分貝。
更快速的創新
Pleora 借助 Siemens 的電子系統設計工具，包括 Xpedition™ Enterprise 和 HyperLynx™ 軟體，來滿足嚴苛的設計規範，減少設計迭代，並最終更快地將產品推向市場。
在設計過程中，Pleora 利用了 Xpedition Layout 的 DRC 功能以及約束管理器來定義關鍵信號，確保問題能在設計早期被及時發現和解決。
儘管系統設計中的 13 塊電路板各自為獨立設計，並非簡單的變體，但設計重用的概念得以充分發揮。原始設計被複製並用作新設計的起點，讓每塊電路板的經驗知識輕鬆轉化為模板並應用到其他 PCB 設計中。通過使用 Xpedition 的約束編輯器來管理多塊 PCB 的設計資訊，Pleora 在設計電路板數量增加的同時，依然能以指數級縮短設計時間。
「我從未做過相同的事情兩次。」Robert Turzo 回憶道，「這塊板子中有七種類型的過孔，我將它們匯出到 Xpedition 的中央庫中。」
「當需要匹配 DDR3 和 DDR4 介面時，你不會想僅僅依賴人工，因為人為錯誤的風險太高。」Turzo 評論道，「但你可以信任 Xpedition 的約束管理器和風險檢測工具。」
至於 Xpedition 在元件布局和佈線方面的能力，Turzo 表示：「如果沒有 Xpedition 的草圖佈線功能，這塊板子的設計簡直就是不可能完成的任務。」
分析助力一次性成功
RuggedCONNECT 智能視頻切換器的電路板設計包括五種不同的層疊結構，其中四種是剛性 PCB，另一種則是剛柔結合 PCB。所有電路板都包含阻抗控制線路，初始值通過 HyperLynx 在每塊板上進行了驗證。
在原理圖設計和布局階段，這些電路板都經歷了使用 HyperLynx 進行的信號完整性和電源完整性分析。這一分析步驟是設計過程中的關鍵，確保電路板在一個修訂版內即可投入生產。
「這是一種獨特的 PCB 實體設計方法，」Robert Turzo 指出。「我們與兩家製造商合作，結果各不相同，但 HyperLynx 的模擬結果完全準確。實際製造單元的驗證結果與模擬結果完全吻合。」
此外，HyperLynx 提取的 PCB 熱數據能直接導入 Siemens 的 Simcenter™ FloTHERM™ 軟體，這大幅縮短了熱建模所需的時間。
利用 Xpedition 流程拓展可能性
借助 Xpedition 設計流程，Pleora 成功實現了電路板設計的各項需求，包括埋孔、堆疊微型孔、剛柔結合板及多次層壓週期。同時，還確保了板與板之間的整體高度限制，並維持了信號完整性。
Robert Turzo 表示：「如果沒有使用 Xpedition Enterprise 和 HyperLynx 設計流程，在我們的設計時限內完成這個項目是完全不可能的。」
不僅如此，整體系統設計還超越了客戶的需求與期望。憑藉這項成果，Pleora 在第 29 屆 Siemens Xcelerator Technology Innovation Awards (XTIA) 的多電路板系統類別中榮獲第一名。
該獎項由 Mentor Graphics 於 1988 年創立，前身為 Mentor 的技術領導力獎（Mentor’s Technology Leadership Awards），是電子設計自動化（EDA）產業中歷史最悠久的同類競賽。它旨在表彰利用 Siemens 創新技術解決當代電子系統設計挑戰並開發出業界領先產品的工程師和設計師。
在 Xpedition 和 HyperLynx 設計流程的支持下，Pleora 不僅實現了首次設計成功，還在極為複雜的系統設計中提升了生產力。透過支持創新、標準化及新技術的採用，Siemens 的解決方案持續助力 Pleora 在快速變化的市場中保持領先地位。
“如果沒有使用 Xpedition Enterprise 和 HyperLynx 設計流程，在我們的設計時限內完成這個項目是完全不可能的。” — Robert Turzo，Pleora Technologies 資深硬體（PCB）設計師
挑戰
滿足客戶對尺寸、功耗與頻寬日益增長的需求
在快速變化且迅速採用新技術的市場中保持競爭力
符合高度嚴苛的設計規範
設計需能承受電擊
推進小型化設計
成功關鍵
標準化
減少迭代次數並縮短產品上市時間
支持設計重用
在布局與原理圖階段進行模擬
使用草圖佈線功能
成果
實現首次設計成功
設計複雜系統時顯著提升生產力
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