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技術(shù)專題
智能PCB設(shè)計(jì)軟件的意義
是否想避免印刷電路板設(shè)計(jì)中的最終錯(cuò)誤？新的設(shè)計(jì)工具可幫助您克服這些陷阱。
如今，印刷電路板（PCB）設(shè)計(jì)人員正在應(yīng)對(duì)一系列新的挑戰(zhàn)，包括更大的電子和機(jī)械設(shè)計(jì)復(fù)雜性，更嚴(yán)格的約束和規(guī)則，以及對(duì)瞬息萬變的供應(yīng)鏈保持領(lǐng)先的需求。這些問題和其他新出現(xiàn)的問題可能會(huì)導(dǎo)致額外的設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)，從而增加工程成本并延遲產(chǎn)品推出，最終使您付出金錢。
領(lǐng)先的PCB設(shè)計(jì)工具通過提供解決設(shè)計(jì)過程中這些以及其他方面的問題的前期設(shè)計(jì)智能，正在幫助解決這些問題?？梢栽谠O(shè)計(jì)過程的早期建立規(guī)則和約束，從而減少了在設(shè)計(jì)過程后期對(duì)潛在的昂貴更改的需求。
電氣設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)的集成度越來越高，例如，可以將更改從機(jī)械計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（MCAD）環(huán)境推向電氣計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ECAD）環(huán)境，反之亦然。然后后，嵌入式組件管理系統(tǒng)使設(shè)計(jì)人員可以隨時(shí)了解可用性，交付和價(jià)格。
PCB設(shè)計(jì)工具必須提高自動(dòng)布線
組件的放置和布線是PCB設(shè)計(jì)工具提供的原始功能，而這些功能對(duì)于當(dāng)今的設(shè)計(jì)師仍然至關(guān)重要。當(dāng)今先進(jìn)的設(shè)計(jì)工具通過交互式布線來沿光標(biāo)路徑放置布線部分，實(shí)現(xiàn)在障礙物上推動(dòng)或行走，并自動(dòng)跟隨現(xiàn)有連接，從而幫助較大化布線效率和靈活性。光標(biāo)引導(dǎo)的布線使圍繞障礙物的復(fù)雜手動(dòng)布線變得快速，輕松和直觀。用鼠標(biāo)創(chuàng)建路徑，交互式布線器會(huì)嘗試根據(jù)該路徑放置軌道。圖1顯示了如何在光標(biāo)移動(dòng)引導(dǎo)的情況下快速創(chuàng)建復(fù)雜的路線。左圖顯示了一條正常的最小長(zhǎng)度的路線，中圖顯示了光標(biāo)路徑，星號(hào)表示單擊位置以提交路線的各個(gè)部分。正確的圖像是最終的布線。盡管是一個(gè)極端的示例，但它顯示了放置多個(gè)軌道所需的布線提交數(shù)量。
圖1.顯示的是交互式布線路徑的示例
在新的PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，元器件放置是另一個(gè)已實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)性改進(jìn)的領(lǐng)域。例如，您是否曾經(jīng)浪費(fèi)時(shí)間試圖在電路板上布局中尋找一個(gè)組件，卻發(fā)現(xiàn)它相對(duì)于原理圖設(shè)計(jì)而言位于完全不同的位置？
交叉選擇組件的放置可以節(jié)省時(shí)間，因?yàn)榭梢园凑仗囟ǖ捻樞蜻x擇原理圖上的特定組件，然后按照選擇的順序?qū)⑦@些組件放置在電路板上。這有助于使您的設(shè)計(jì)緊密對(duì)齊和井井有條，并且將來可以輕松進(jìn)行編輯。
在設(shè)計(jì)過程中盡早建立規(guī)則和約束
隨著功能，功耗和信號(hào)速度的提高，同時(shí)外殼的縮小，設(shè)計(jì)規(guī)則變得越來越嚴(yán)格，更難管理。新的PCB設(shè)計(jì)軟件通過使設(shè)計(jì)人員能夠在設(shè)計(jì)過程的早期設(shè)置規(guī)則和約束來幫助應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。它可以確保設(shè)計(jì)的邏輯和物理完整性，并較大程度地減少以后的更改需求?？梢栽诠ぷ鲿r(shí)實(shí)時(shí)運(yùn)行針對(duì)任何或所有已啟用設(shè)計(jì)規(guī)則的檢查，也可以作為批處理檢查并在消息面板中列出結(jié)果，也可以在生成的報(bào)告中進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查。每個(gè)布線板上都應(yīng)使用此功能，以確認(rèn)已遵守最小間隙規(guī)則，并且沒有其他違反設(shè)計(jì)的行為。隨著典型PCB中層數(shù)的增加，定義，管理和記錄層堆棧也已成為更為關(guān)鍵的問題。柔性PCB的出現(xiàn)增加了這一挑戰(zhàn)，柔性PCB由一系列剛性和柔性層組成，可以折疊以適合不同形狀的外殼（圖2）。這些銅層以及將它們隔開的絕緣材料層在設(shè)計(jì)環(huán)境中定義。
圖2.該板定義了13個(gè)層，其中包括兩個(gè)剛性層和一個(gè)柔性層。
正在開發(fā)新的層堆棧管理工具，以在單個(gè)PCB設(shè)計(jì)中創(chuàng)建多層堆棧，從而簡(jiǎn)化了定義剛?cè)?span>PCB的任務(wù)。第一步是定義PCB的整體形狀。接下來，設(shè)計(jì)人員定義一組主層，包括剛?cè)嵩O(shè)計(jì)中需要的所有層。設(shè)計(jì)人員可以定義多層堆棧，其中每個(gè)堆棧僅包含PCB的每個(gè)剛性和柔性區(qū)域所需的層。在每個(gè)子堆棧應(yīng)用的地方建立了不同的剛性和柔性區(qū)域。最終，設(shè)計(jì)人員生成了制造剛撓性PCB所需的詳細(xì)輸出制造和文檔文件。
機(jī)械集成需要擴(kuò)展到超越交換文件格式
由于設(shè)計(jì)復(fù)雜性的提高和外殼尺寸的減小，包裝和電子組件的集成度比以往任何時(shí)候都更加緊密。手動(dòng)導(dǎo)入和導(dǎo)出中性文件格式受此過程的耗時(shí)性以及將3D MCAD數(shù)據(jù)移入2D PCB設(shè)計(jì)環(huán)境時(shí)可能發(fā)生的數(shù)據(jù)丟失的限制。
圖3.此處，在MCAD和ECAD設(shè)計(jì)環(huán)境中顯示了相同的組件。（點(diǎn)擊圖片放大。）
先進(jìn)的PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)通過自動(dòng)化在MCAD和ECAD環(huán)境之間推動(dòng)更改元件放置，電路板形狀，安裝孔等的過程來應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)（圖3）。詳細(xì)的注釋和修訂歷史記錄準(zhǔn)確顯示了對(duì)設(shè)計(jì)所做的更改，并且MCAD和ECAD設(shè)計(jì)人員均具有接受或拒絕更改的能力。板組件可以通過包括的銅幾何形狀導(dǎo)出到機(jī)械設(shè)計(jì)者的環(huán)境中，從而可以執(zhí)行詳細(xì)的熱，振動(dòng)和其他模擬。
克服零件選擇困難
當(dāng)您經(jīng)過電子工程師的辦公桌時(shí)，您可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一堆最喜歡的供應(yīng)商提供的組件目錄。這些目錄通常是陳舊的，因?yàn)楣こ處煏?huì)定期查閱它們，以搜索所需的電路組件并回答諸如“哪些零件可用？”的問題。“他們提供什么功能？” “他們的規(guī)格是什么？” “它們要花多少錢？” 和“可以多快交付？”這種方法的問題在于，花大量時(shí)間在目錄間進(jìn)行分頁，并且經(jīng)常使目錄中的數(shù)據(jù)過時(shí)。最壞的情況是直到設(shè)計(jì)周期后期才發(fā)現(xiàn)問題，并最終影響產(chǎn)品交付進(jìn)度。
先進(jìn)的PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以通過直接連接到供應(yīng)商的Web服務(wù)來幫助解決此問題，從而有可能在供應(yīng)商的在線產(chǎn)品目錄中進(jìn)行搜索，以確保搜索中生成的信息是新的。這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（參數(shù)信息，數(shù)據(jù)表鏈接，價(jià)格和庫存信息等）可以立即納入設(shè)計(jì)中，從而節(jié)省了手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)所需的時(shí)間。實(shí)時(shí)鏈接可以并入設(shè)計(jì)中，以便在更改供應(yīng)商的在線目錄時(shí)自動(dòng)更新信息。
設(shè)計(jì)人員還可以選擇在進(jìn)行此類更改時(shí)得到通知，以便他們采取措施避免對(duì)供應(yīng)鏈造成干擾。此外，他們可以指定替代零件選擇，以較大程度地靈活應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)的供應(yīng)環(huán)境。如果主要零件不可用或通過規(guī)格更改不兼容，則主要零件和替代零件的選擇將自動(dòng)交換。
結(jié)論
當(dāng)今設(shè)計(jì)的更大復(fù)雜性，加上較小的外殼和供應(yīng)鏈中的動(dòng)蕩，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中都可能出現(xiàn)問題。特別是在后期出現(xiàn)的問題可能會(huì)導(dǎo)致成本超支和交付延遲。傳統(tǒng)的PCB設(shè)計(jì)工具是在PCB設(shè)計(jì)過程變得更簡(jiǎn)單的時(shí)代開發(fā)的，在解決這些問題方面有很多需要改進(jìn)的地方。先進(jìn)的PCB設(shè)計(jì)工具通過在布線和組件放置，設(shè)計(jì)規(guī)則和約束的定義，ECAD / MCAD協(xié)同設(shè)計(jì)以及供應(yīng)鏈管理等領(lǐng)域提供前期智能，從而提供了實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)。這些幫助PCB設(shè)計(jì)人員克服了當(dāng)今的設(shè)計(jì)難題并避免了后期問題。