Underdogs mit ungleichen Bedingungen - EDA-Tools für Leiterplatten von Quadcept und Eremex

Das Angebot zu PCB-CAD-Software im Internet ist breit gefächert. Recherchiert man aber danach, welche EDA-Software in diesem speziellen Sektor favorisiert wird, werden für 2022 nicht nur auf den Internetseiten von eTechnophiles, sondern auch anderswo vor allem die in Tabelle 1 aufgelisteten Softwareprogramme genannt [1, 2]. Daraus ist aber keine Rangfolge der Nutzung bei den Anwendern abzuleiten, sondern es geht nur um Zitierungen.

Dabei handelt es sich sowohl um kostenlos nutzbare als auch um zu bezahlende CAD-Software bzw. eine Mischung daraus. Im letzteren Fall hängt die Frage ‚Free or Pay' davon ab, wieviele Bausteine eines Software-Bausteinsystems man wirklich nutzen möchte und ob die Tools privat oder kommerziell verwendet werden sollen. Hinzu kommt als Sonderfall manchmal die Rubrik ‚Student' bzw. ‚Ausbildungseinrichtung'.

Die Entwickler der EDA-Tools lassen sich im Wesentlichen in drei Gruppen teilen:

• konkrete Softwarefirmen wie Cadence, Altium, Autodesk, Mentor Graphics
• private Interessengruppen (Open Source Programme)
• kommerzielle Interessengruppen, gesponsert beispielsweise von Bauelemente- und Leiterplatten-Dienstleistern wie RS Components, Datasheets, Novarm

Es fällt auf, dass die Anbieter der zumindest in Tabelle 1 aufgezählten EDA-Programme, egal welche Größe sie aufweisen, ihren Hauptsitz vor allem in Nordamerika bzw. Westeuropa haben. EDA-Tool-Anbieter aus anderen Teilen der Welt wie Asien, Afrika, Südamerika oder Russland treten auf den in Europa gängigen Internetseiten nicht bzw. wenig, und wenn, dann relativ unscheinbar auf – sieht man mal vom in der Spitzenliga tätigen japanischen EDA-Tool-Entwickler Zuken ab. Es sind aus hiesiger Sicht faktisch ‚weiße Flecken' auf der Welt-EDA-Karte. Dabei gibt es aber Anbieter von EDA-Software für Leiterplatten, die sich bezüglich ihrer Leistungsfähigkeit durchaus sehen lassen können und mehr Aufmerksamkeit verdient hätten. Dazu zählen die russische Softwarefirma Eremex mit ihrem PCB-CAD-Paket DeltaDesign sowie die japanische Firma Quadcept Inc. mit ihren EDA-Paketen Circuit Designer und PCB Designer. Sie haben es aus unterschiedlichen Gründen nicht in Tabelle 1 geschafft.

Man könnte annehmen, dass der Grund für die Unbekanntheit der Produkte beider Firmen in Mittel- und Westeuropa in deren Firmengröße liegt. Beide sind tatsächlich von der Beschäftigtenzahl her im Vergleich zu ‚Giganten' wie Cadence recht klein. Das widerspricht aber dem Befund, dass manche der oben aufgezählten Firmen auch nur relativ wenig Mitarbeiter haben und es trotzdem in die Liste der 13 Favorisierten geschafft haben. Es muss also andere Gründe dafür geben.

Konkurrenten mit ungleichen Bedingungen

Im Fall der russischen Firma Eremex mit dem Softwarepaket DeltaDesign ist die Sache völlig klar: Die Designwerkzeuge sind aufgrund der massiven Sanktionen entwickelt worden, die von der ‚westlichen Welt' seit 2014 auch gegen die Elektronikindustrie Russlands beschlossen wurden und die schrittweise bis ins Extreme gesteigert werden. Die Losung für die russische Elektronikindustrie lautet darum einerseits in immer stärkerem Maße ‚Importablösung', also Eigenversorgung mit Entwurfswerkzeugen, um Schlimmeres zu verhindern. Andererseits kann die EDA-Software aufgrund der Sanktionen auch nicht in die „freie Welt“ exportiert werden, selbst wenn es die Entwicklerfirma wollte und finanziell, methodisch als auch personell die Marktvorbereitung dort schaffen könnte. Sie müsste im Westen sehr stark gegen politische, moralische als auch qualitative Vorbehalte kämpfen, die seit dem Beginn des Ukrainekrieges im Februar 2022 durch die westlichen Medien irrational teilweise bis in die Hysterie gesteigert wurden. Nicht nur Tschaikowski zählt manchmal inzwischen zu den zu Boykottierenden, sondern mehr oder weniger die gesamte russische Wirtschaft.

Dem ist entgegenzuhalten, dass noch bis zum Beginn des Ukrainekriegs zahlreiche westliche EDA-Firmen die ausgezeichneten Softwarefähigkeiten der Russen für ihre eigenen Entwicklungsarbeiten reichlich genutzt haben. Der Autor berichtete 2018 in Plus 4 und 5 ausführlich darüber in einem zweiteiligen Beitrag mit dem Titel ‚Russland will größere Unabhängigkeit von westlicher Design-Software'. Das Land braucht heute dringender denn je Ersatz für die Software-Blockade des Westens und für die westlichen EDA-Softwarehersteller, die das Land nach dem Beginn des Ukrainekrieges sämtlich verlassen haben. Trotz mancher Vorbehalte wird der Autor in einer der nächsten Ausgaben der Plus die EDA-Software DeltaDesign vorstellen in der Hoffnung, dass sich die gegenwärtig prekäre politische Situation in absehbarer Zeit deutlich verbessern wird.

Andere Gemengelage in Japan

In einer solch prekären Situation ist die japanische Softwarefirma Quadcept nicht. Sie verfügt zumindest theoretisch über alle Möglichkeiten nach innen und nach außen, die man in der westlichen Welt hat. Die Gründe sind völlig anders, dass ihre EDA-Pakete Circuit Designer und PCB Designer in Europa noch wenig bekannt sind, obwohl das Unternehmen sich in letzter Zeit mehr auch in westliche Richtung orientiert. Es gibt natürliche Gründe für die relative Unbekanntheit in Europa, denn der Anbieter konzentrierte sich, wie die Kundenliste belegt, lange Zeit hauptsächlich auf die umfangreiche japanische Elektronikindustrie. Dabei ist jedoch zu beachten, dass die japanischen Elektronikkonzerne viele Tochterfirmen in Asien als auch Europa und den USA haben, so dass allein dadurch schon eine gewisse ausländische Nutzerzone entsteht. Ein Hauptziel ist China, was so belegt wird, dass Japanisch und Chinesisch die wichtigsten Servicesprachen von Quadcept sind. Das wird dadurch gefördert, dass Japanisch und Chinesisch viele gemeinsame sprachliche Wurzeln haben.

Daneben mag eine Rolle spielen, dass es gerade für kleinere japanische Firmen, die Softwareprodukte mit großem Erklärungs- und Schulungsbedarf auf den Markt bringen, schwierig als auch ungewohnt ist, sich in Ländern mit gravierend anderer Sprache und Kultur zurechtzufinden. Darin unterscheiden sich die KMU gravierend von den großen japanischen Konzernen. Es scheint immer noch das Motto zu gelten: Bleibe im Lande und ernähre dich redlich. Sieht man es also etwas abstrakt, gibt es sowohl für den russischen als auch japanischen EDA-Tool-Anbieter verständliche Gründe, dass sie sich vor allem auf den einheimischen Markt konzentrieren – die einen aus Notgründen, die anderen wegen nationaler Gewohnheiten und Besonderheiten. Somit ist auch nicht zu erwarten, dass sie in absehbarer Zeit Konkurrenten werden.

Nationale Besonderheiten

Es gibt weitere Unterschiede für beide Softwarefirmen: Während sich die User von Quadcept jederzeit zumindest theoretisch EDA-Tool-Anbietern aus anderen ‚westlichen‚' Ländern zuwenden könnten, können es die russischen Elektronikingenieure aufgrund der gegenwärtigen besonderen Bedingungen in Russland eben nicht – selbst wenn sie es wollten. Eine nächste Sache ist, dass sich die japanischen CAD-Softwareanwender sicherlich freiwillig Quadcept zuwenden, die russischen Anwender von Eremex zum großen Teil aber nur unfreiwillig. Sie haben sich in den vergangenen 30 Jahren völlig den CAD-Tools der bekannten westlichen Firmen wie Cadence, Mentor Graphics und anderen verschrieben und müssen nun irgendwie mit dem Weggang dieser EDA-Firmen bzw. den Sanktionen zurechtkommen. Aufgrund dessen hat Eremex bis heute große Probleme, seine EDA-Tools in größerem Maße im eigenen Land abzusetzen.

Was beide Softwareanbieter trotz ihrer starken nationalen Ausrichtung wiederum gemeinsam haben, ist, dass jeder neben der Internetseite in der Landessprache auch eine englischsprachige Variante anbietet [3, 4]. Während Eremex die Pflege der Seiten seit 2020 im Vergleich zu seiner russischen Seite nur minimalistisch betreibt (es gibt ja kaum Anlass dazu), hat Quadcept Qualität und Inhalt seiner englischsprachigen Seiten sehr weit ausgebaut und wirbt deutlich um User im Ausland. Außerdem kommt hinzu, dass die Firma die heutigen Möglichkeiten von Online-Übersetzungssoftware für ihre Internetseiten intensiv nutzt. Die japanischen und auch englischen Internetseiten können durch Anklicken des Übersetzungs-Buttoms in diverse andere Sprachen übersetzt werden, so auch in Deutsch. Allerdings ist der Übersetzungsqualität immer noch eine gewisse Grenze gesetzt.

Nachfolgend werden beide Softwarepakete von Quadcept vorgestellt.

Quadcept Incorporation

Abb. 2: Quadcept erhielt 2013 den Good Design Award für seine Cloud-basierte EDA-LösungDie Quadcept Inc. hat ihren Sitz in Osaka. Sie gibt ein Einlagenkapital von 30 Mio. ¥ an (ca. 700 000 € per 1.12.22). Firmenpräsident ist Masahiro Kato. Das Unternehmen bietet mit seinen beiden Hauptprodukten Circuit Designer und PCB Designer leistungsfähige innovative Cloud-gestützte Online-CAD-Lösungen für den Schaltungs- und Leiterplattenentwurf an. Im Sektor der Cloud-Nutzung nimmt das Unternehmen nach eigener Einschätzung international eine führende Position ein. Der Vorteil liegt laut Firma darin, dass die Cloud-basierte Nutzungsweise bei den Usern zu höherer Effizienz und Einsparungen führt, denn sie müssen keine Kapitalinvestitionen mehr in teure klassische CAD-Systeme tätigen. Gleichfalls werden Updates vom Anbieter automatisch durchgeführt. Es wird nach den Corona-Erfahrungen auch damit für Cloud-Lösungen geworben, dass die Tools immer und überall einsatzbereit sind, wenn die technischen Voraussetzungen beim User stimmen.

Nach Darstellung der Firma zeichnen sich beide Tools durch modernste Benutzeroberflächen aus und sind extrem User-freundlich (Abb. 1). Das wird auf den Internetseiten unter anderem dadurch belegt, dass Quadcept wiederholt für die Gestaltung seiner Designsoftware ausgezeichnet wurde. Bereits im Jahr 2013 beispielsweise wurde den Softwareentwicklern der international begehrte Good Design Award zugesprochen, und zwar in der Kategorie Medien, Anwendungen oder digitale Inhalte zur Herstellung, Entwicklung oder Produktion [5]. Schon damals fand die Cloud-EDA-Lösung von Quadcept größte Beachtung, weil sie (so die Juroren) Wertschöpfung durch Innovation im Leiterplatten- und Schaltungsdesign schafft (Abb. 2).

Der Good Design Award wurde 1957 von der japanischen Regierung ins Leben gerufen. Er dient dazu, Produkte mit besonders guten Designs zu identifizieren und anzuerkennen, ebenfalls auch als System zur Bewertung und Empfehlung von Designs (Abb. 3). Die jährliche Verleihung wird vom Japan Institute of Design Promotion organisiert [6].

Für die Propagierung seiner Tools auf kommerziellem Wege hat Quadcept ein Partner-Netzwerk u. a. mit Digi-Key (USA), MITS (Taiwan) und ADT (Analog Digital Technology, Japan) sowie weiteren Firmen aufgebaut, in dem es um die gegenseitige Unterstützung im Vertrieb und Bauteilbezug geht.

Abb. 3: Logo des Good Design Award

Benutzerfreundlichkeit – oberste Maxime

Quadcept wirbt mit dem Motto ‚Benutzer zuerst – User first'. Wie auch in manchen anderen EDA-Firmen sprechen die Ingenieure von einem benutzerorientierten CAD-System, welches sich vor allem durch Benutzerfeedback vorwärts entwickelt hat. Aufgrund der großen User-Spanne, die von Großunternehmen über KMU bis hin zu Bildungseinrichtungen und Privatpersonen reicht, ist es anspruchsvoll, einen Konsens der manchmal recht unterschiedlichen Leistungsvorstellungen der User zu finden. Die auf den Forenseiten aus der ganzen Welt eingehenden Feature-Anfragen und Ideen werden gesammelt, analysiert und dann laufend als optimale Funktionen implementiert. Es geht darum, das Bediengefühl aus der gleichen Sicht wie die Benutzer zu realisieren.

Kundenkreis

Obwohl die Designtools sowohl für kommerzielle als auch nichtkommerzielle User bestimmt sind, weist das Unternehmen gern darauf hin, dass zu seinen Kunden zahlreiche große japanische Konzerne gehören, darunter Sony, Panasonic, Epson, Denso, Fuji und Olympics. Das ist verständlich, denn viele japanische Ingenieure gerade der älteren Generation verfügen nur über eingeschränkte Englischkenntnisse, so dass der Einsatz von Entwicklungstools japanischer Herkunft und mit Betreuung in Japanisch meist bevorzugt wird.

Unterschiedliche Leistungsangebote und Preise

Beide Tools sind unter differenzierten Gesichtspunkten nutzbar. Dabei werden kommerzielle und nichtkommerzielle User unterschieden. Zu letzteren gehören die Mitglieder der Quadcept Community, Studenten und Hobbyentwickler. Dementsprechend differieren auch die Nutzungsgebühren. Der EDA-Tool-Anbieter strebt größtmögliche Transparenz an, d. h. keine Erst-, Wartungs- oder Versions-Upgrade-Gebühr. Die Nutzung der Quadcept-Tools erfordert lediglich eine Registrierung. Das branchenfreundliche EDA-Kostensystem hat Quadcept populär gemacht.

Das Lizenzgebührensystem im Fall kommerzieller Nutzer ist sehr einfach: User müssen nur dann Lizenzgebühren zahlen, wenn sie die Tools benötigen, und sich mit einem monatlichen Plan anmelden. Das System ist so flexibel, dass man sich beispielsweise nur für einen Monat registriert. Die Lizenz kann dann beendet werden und wird fortgesetzt, wenn man sie erneut braucht. Quadcept eignet sich perfekt für die Anwenderunternehmen, in der die Nutzung der Werkzeuge das ganze Jahr über schwankt. Teure Paketpreise wie bei anderen EDA-Tool-Anbietern, die bis zu vielen Tausend Dollar kosten, gibt es hier nicht. Für die Quadcept Community sowie Studenten und Hobbybastler ist die Nutzung beider Tools kostenlos, allerdings bei ihnen verbunden mit Leistungseinschränkungen.

Aufgrund des großen Umfangs der technischen Möglichkeiten beider Designwerkzeuge sollen aus Platzgründen nachfolgend nur die Features der Community-Variante näher betrachtet werden.

Nutzmerkmale der Community-Variante

Die kostenlose Nutzbarkeit dieser Variante geht einher mit Nutzungseinschränkungen wie maximal 1000 Pads und 4 Lagen [7]. Tabelle 2 enthält die wichtigsten Features von Circuit Designer und PCB Designer in der Community-Variante. Sie wurden hier gleich in Englisch übernommen, weil sie zum täglichen Fachvokabular der Designingenieure auch in Europa gehören.

Hinzu kommen noch weitere wichtige Punkte:

• Kostenlose Bauteilbibliothek mit 250000 Komponenten
• Kostenvoranschlag/Bestellung
• Online-Bauteilsuche
• Technischer Support.

Zum Support für die Quadcept-Community gehören Upgrades, Online-Manual, Video-Filme und das User-Forum. Support-Sprachen sind Japanisch, Englisch, Chinesisch (vereinfacht) und Chinesisch (traditionell). Allerdings wird hier kein E-Mail-Austausch mit dem Verkäufer angeboten. Beide Tools können mit Windows 7, 8.1 und 10 betrieben werden, neuerdings seit Februar 2022 auch mit Windows 11. Weitere Systemvoraussetzungen, Möglichkeiten der Bauteilplatzierung (Bauteildrehung bzw. -spiegelung, Gate-Symbole u. a.m.) und Verdrahtung, des Datenexports/-imports und des Design-Checks werden detailliert unter [6] behandelt.

Kommerzielle Variante

Die kommerzielle Variante von Circuit Designer und PCB Designer bietet selbstverständlich ein wesentlich größeres Feature-Spektrum als das abgespeckte kostenlose Tool der Community.

Beispiele für Circuit Designer:

• Möglichkeit der Datenkonversion mittels EDIF200, um andere CAD-Schaltplandaten und Komponenten zu importieren
• Verknüpfbarkeit mit LTspice von Analog Devices, um verschiedene Arten von SPICE-Simulationen für die Schaltungsdesigns kostenlos durchzuführen (Abb. 4)
• PDM Tools-Schnittstelle, um Daten wie Berichte, Fertigungszeichnungen, Stücklisten und Netzlisten zu exportieren.

Abb. 4: Arbeit mit LTSpice

Beispiele für PCB Designer:

• Routing ohne Netze – Routen von Signalen, ohne spezifische Netze anzugeben, wodurch man seine Designabsicht flexibel und effizient in High-Density-, Multilayer- sowie Multi-Pin-Boards widerspiegeln kann
• Generator für planare Transformatoren – durch die Angabe von Parametern lassen sich sofort planare Transformatoren erzeugen, was für das Design kleiner und hochfrequenter Platinen unerlässlich ist
• Schnittstelle für Simulationswerkzeuge – Export einer .DSN-Datei, um sie mit Simulationstools wie EMIStream, HyperLynx und Pollex PCB SI zu verbinden.

Neben dem Routing ohne Netze und den Möglichkeiten für Planar-Transformatoren wurde in der jüngsten Version V 10.7 der Tools auch die Funktion Angled Trace hinzugefügt, die häufig im High-Speed-Designs verwendet wird. Man kann einen Leiterzug auf jeden gewünschten Winkel ausrichten.

Als weitere Features sind u. a. folgende zu nennen:

• Export von ODB++-Daten
• Automatische Testpad-Generierung
• MRC (Manufacturing Rule Check)
• Online DRC (Design Rule Check).

Der IPC-konforme Part Wizard erstellt automatisch IPC-konforme Pad-Größen, Pad-Platzierungen, Schablonenkonturen, Komponentenumrisse und -abmessungen, indem die Bauteilabmessungen aus dem Hersteller-Datenblatt eingegeben werden. Unter [8] werden viele der angebotenen Features ausführlich dargestellt. Die kostenlos nutzbare Bibliothek mit 210 000 Komponenten enthält die Bauteil-ID jedes Unternehmens. Quadcept gewährleistet in seinen Tools eine direkte Online-Verbindung zu den weltgrößten Bauteilproduzenten wie CoreStaff, Mouser, Digi-Key, Chip1Stop und RS Components. Das ermöglicht es, den aktuellen Preis, die Verpackung (Tape, Reel), den Lagerbestand und den Gesamtpreis über Quadcept zu überprüfen.

Release V 10.7 im Oktober 2022

Abb. 5: Überarbeitung der Regelungen für Keep Out Areas in V 10.7 vom Oktober 2022Ein besonderer Schwerpunkt der Arbeit der Entwicklungsingenieure ist die stetige Verbesserung der Designtools. Im Oktober 2022 gab die Firma die Release V. 10.7 zur Nutzung frei, in der eine Reihe von Verbesserungen wie die bereits vorn genannten realisiert wurde. Dazu gehören auch Regelungen für Keep Out Areas.

Bis V 10.6 ermöglichte die Regelung für Keep Out Areas das Festlegen mehrerer Verbotsregeln in einem einzelnen Bereich (Objekt). Damit sollten die Bedienung und das Zeichnen vereinfacht werden, was die Nutzung der Tools für jedermann leicht machte. Es war jedoch nicht möglich, Füllfarbe und Füllstil für jeden Bereich festzulegen. Feedbacks der User besagten, dass „es unmöglich ist, sofort zu beurteilen, welche Inhalte verboten sind“.

Unter Berücksichtigung der Flexibilität beim Zeichnen von Board-Designs wurden das Konzept und die Erstellungsmethode von Sperrbereichen in V 10.7.0 daher erheblich geändert. Jetzt ist jede Verbotsregel einfacher visuell zu beurteilen (Abb. 5).

Referenzen:

[1] www.etechnophiles.com/best-pcb-design-software/
[2] www.3dsourced.com/3d-software/best-pcb-design-software/
[3] www.eremex.com bzw. www.eremex.ru
[4] www.quadcept.com/en
[5] www.g-mark.org/award/describe/40518
[6] www.jidp.or.jp/en/
[7] www.quadcept.com/en/chart/product/community/sch.html
[8] www.quadcept.com/en/product/pcb/