PCB設計流程和原型設計

2020-03-23

本文解釋了原型設計和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)在PCB設計流程中的重要性。在解釋了兩個(gè)階段之間的差異之后，繼續描述了最適合設計流程每個(gè)階段的各種工具。 PCB設計基礎知識系列是Internet上的免費資源，可用于學(xué)習印刷電路板（PCB）的原型。這些資源的選擇包括術(shù)語(yǔ)介紹，設計好的實(shí)踐以及諸如原型制作之類(lèi)的其他內容。、

介紹

盡管PCB設計流程可以通過(guò)多種方式進(jìn)行劃分，但一般將其視為具有兩個(gè)基本階段：原型設計和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。

原型設計發(fā)生在設計的最早階段，涉及單個(gè)工程師研究如何定義特定系統或應用程序。此階段的實(shí)驗性質(zhì)對于能夠開(kāi)發(fā)符合規格的硬件至關(guān)重要。設計經(jīng)過(guò)驗證后，可以傳遞到設計流程的后期（即產(chǎn)品開(kāi)發(fā)）。原型制作階段的最終目標是擁有一款準確，高效且符合規格的成功產(chǎn)品。您希望通過(guò)盡可能少的原型迭代來(lái)完成此任務(wù)，以充分化時(shí)間和資源。

產(chǎn)品開(kāi)發(fā)是關(guān)于使PCB為最終應用做好準備。該原型已經(jīng)滿(mǎn)足設計規范（濾波，放大，采集，測量等），現在可以采用該設計并使用設計中的優(yōu)質(zhì)實(shí)踐來(lái)實(shí)施它。大多數公司的個(gè)人都是布局專(zhuān)家，并且參與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。在此設計階段，您正在開(kāi)發(fā)制造產(chǎn)品，因此，您擔心增加產(chǎn)品良率和減少制造再生產(chǎn)。 

了解這種差異非常重要，因為有各種工具最適合設計流程的每個(gè)階段。盡管可以為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)委員會(huì )提供布局專(zhuān)家，但研究人員通常是領(lǐng)域專(zhuān)家。領(lǐng)域專(zhuān)家需要能夠快速設計，而不必是原理圖捕獲，仿真或布局方面的專(zhuān)家。

例如，要進(jìn)行原型制作，您需要能夠：

快速定義電路原理圖

您需要使用更高分析技術(shù)來(lái)驗證電路行為

輕松將原理圖傳輸到布局

準確驗證設計的行為

對于PCB設計基礎知識，我們將專(zhuān)注于原型設計階段，并幫助您（個(gè)人設計師）了解有關(guān)開(kāi)發(fā)PCB原型的更多信息。

我們可以將上圖所示的原型制作階段（“設計”>“原型制作”>“驗證”）分為四個(gè)步驟：零件研究和選擇，原理圖捕獲和仿真，電路板布局以及驗證和確認。

為什么要原型？

進(jìn)行原型制作有六個(gè)主要原因：

盡早而廉價(jià)地失?。?/span>  真正的創(chuàng )新總是會(huì )包含失敗的風(fēng)險。通過(guò)構建原型，您可以快速淘汰那些無(wú)效的方法，而將精力集中在那些有效的方法上。

收集更準確的需求：  由于需求不足，幾乎所有項目成本中的一半歸功于返工。通過(guò)開(kāi)發(fā)一個(gè)有效的原型，您可以演示該功能，以幫助鞏固最終設計的要求。

從技術(shù)上理解問(wèn)題：  通過(guò)開(kāi)發(fā)功能原型，您可以解決設備設計中可預見(jiàn)的和不可預見(jiàn)的技術(shù)挑戰。然后，當您轉移到最終部署的解決方案時(shí)，可以將這些解決方案應用于更優(yōu)雅的系統設計。

解決沖突：  利用原型平臺，您可以快速進(jìn)行該功能的幾種不同實(shí)現，并基準測試結果性能，以分析每種方法的權衡。這樣可以節省時(shí)間，但也可以確保您做出正確的設計決策。

集會(huì )財務(wù)支持：  通過(guò)開(kāi)發(fā)一個(gè)原型來(lái)演示您的想法的可行性，可以降低投資風(fēng)險，因此可以提高您的想法獲得資助的可能性。

更加輕松地申請專(zhuān)利：  盡管不再需要專(zhuān)利，但原型仍然是證明“減少實(shí)踐”的好的和最安全的方法。此外，可以通過(guò)原型制作過(guò)程來(lái)開(kāi)發(fā)專(zhuān)利申請的關(guān)鍵組件，例如專(zhuān)利圖紙和發(fā)明人的日志。

PCB設計流程-步驟1-零件研究與選擇

甚至在設計之前，工程師都必須能夠選擇將使電路起作用的組件。有許多半導體制造商，包括模擬設備，美國半導體，恩智浦，羅姆，凌特公司，安森美半導體和德州儀器（TI），其制造的設備可以滿(mǎn)足各種規格要求。工程師可以使用多種方法來(lái)研究零件，包括：

有關(guān)半導體性能的數據表；ADI公司通過(guò)其“ 評估硬件和軟件”頁(yè)面提供了許多產(chǎn)品供評估。

可以下載仿真工具并將其用于評估該制造商的組件。

PCB設計流程-步驟2-原理圖捕獲

原理圖捕獲涉及對元件（電阻器，電容器，放大器，比較器等）進(jìn)行符號表示，然后將它們接線(xiàn)在一起，形成一個(gè)直觀(guān)的圖表，可以輕松查看以了解電路的功能。原理圖的目的是從理論的角度查看電路的構建塊。

原理圖由組件符號和電線(xiàn)（也稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò )）組成。 

PCB設計流程-步驟2b-仿真

SPICE Simulation是電路組件仿真的行業(yè)標準。仿真可用于評估虛擬環(huán)境中現實(shí)世界組件的行為，從而使您可以在設計流程中更早地對設計進(jìn)行高分析。通過(guò)在原型設計的最早階段可視化電路的行為，可以減少錯誤并提高性能。工程師通常會(huì )構建其設計原理圖，然后模擬并可視化其特征。

除了SPICE，還有其他語(yǔ)言和參數可以模擬電路，包括PSpice和HSpice。

要了解有關(guān)仿真的更多信息，請查看SPICE仿真基礎知識。 

 PCB設計流程-步驟3-電路板布局

完成后的原理圖將轉移到電路板布局。原理圖中的每個(gè)符號都與焊盤(pán)圖形關(guān)聯(lián)。焊盤(pán)圖形直觀(guān)地表示了IC或半導體封裝的物理尺寸。焊盤(pán)圖案將組件（例如運算放大器）的符號轉換為8引腳矩形封裝。在電路板布局階段，定義了設計，因為最終將在原型化時(shí)看起來(lái)。這意味著(zhù)定義電路板輪廓，放置零件，在銅零件之間建立連接，然后最終導出以進(jìn)行制造。

 PCB設計流程-步驟4-驗證與確認

電路板制造完成后，工程師需要驗證原型的行為。一旦通過(guò)驗證，就可以將其移交給產(chǎn)品開(kāi)發(fā)并為制造做好準備。驗證需要從電路板上進(jìn)行測量，并確保真實(shí)性能滿(mǎn)足模擬性能（或規格）。