智能PCB設計軟件的意義

2020-03-17

是否想避免印刷電路板設計中的最終錯誤？新的設計工具可幫助您克服這些陷阱。

如今，印刷電路板（PCB）設計人員正在應對一系列新的挑戰，包括更大的電子和機械設計復雜性，更嚴格的約束和規則，以及對瞬息萬(wàn)變的供應鏈保持領(lǐng)先的需求。這些問(wèn)題和其他新出現的問(wèn)題可能會(huì )導致額外的設計旋轉，從而增加工程成本并延遲產(chǎn)品推出，最終使您付出金錢(qián)。

領(lǐng)先的PCB設計工具通過(guò)提供解決設計過(guò)程中這些以及其他方面的問(wèn)題的前期設計智能，正在幫助解決這些問(wèn)題?？梢栽谠O計過(guò)程的早期建立規則和約束，從而減少了在設計過(guò)程后期對潛在的昂貴更改的需求。 

電氣設計與機械設計的集成度越來(lái)越高，例如，可以將更改從機械計算機輔助設計（MCAD）環(huán)境推向電氣計算機輔助設計（ECAD）環(huán)境，反之亦然。然后后，嵌入式組件管理系統使設計人員可以隨時(shí)了解可用性，交付和價(jià)格。

PCB設計工具必須提高自動(dòng)布線(xiàn)

組件的放置和布線(xiàn)是PCB設計工具提供的原始功能，而這些功能對于當今的設計師仍然至關(guān)重要。當今先進(jìn)的設計工具通過(guò)交互式布線(xiàn)來(lái)沿光標路徑放置布線(xiàn)部分，實(shí)現在障礙物上推動(dòng)或行走，并自動(dòng)跟隨現有連接，從而幫助較大化布線(xiàn)效率和靈活性。光標引導的布線(xiàn)使圍繞障礙物的復雜手動(dòng)布線(xiàn)變得快速，輕松和直觀(guān)。用鼠標創(chuàng )建路徑，交互式布線(xiàn)器會(huì )嘗試根據該路徑放置軌道。圖1顯示了如何在光標移動(dòng)引導的情況下快速創(chuàng )建復雜的路線(xiàn)。左圖顯示了一條正常的最小長(cháng)度的路線(xiàn)，中圖顯示了光標路徑，星號表示單擊位置以提交路線(xiàn)的各個(gè)部分。正確的圖像是最終的布線(xiàn)。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(xiàn)提交數量。

圖1.顯示的是交互式布線(xiàn)路徑的示例

在新的PCB設計系統中，元器件放置是另一個(gè)已實(shí)現實(shí)質(zhì)性改進(jìn)的領(lǐng)域。例如，您是否曾經(jīng)浪費時(shí)間試圖在電路板上布局中尋找一個(gè)組件，卻發(fā)現它相對于原理圖設計而言位于完全不同的位置？

交叉選擇組件的放置可以節省時(shí)間，因為可以按照特定的順序選擇原理圖上的特定組件，然后按照選擇的順序將這些組件放置在電路板上。這有助于使您的設計緊密對齊和井井有條，并且將來(lái)可以輕松進(jìn)行編輯。

在設計過(guò)程中盡早建立規則和約束

隨著(zhù)功能，功耗和信號速度的提高，同時(shí)外殼的縮小，設計規則變得越來(lái)越嚴格，更難管理。新的PCB設計軟件通過(guò)使設計人員能夠在設計過(guò)程的早期設置規則和約束來(lái)幫助應對這一挑戰。它可以確保設計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)運行針對任何或所有已啟用設計規則的檢查，也可以作為批處理檢查并在消息面板中列出結果，也可以在生成的報告中進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查。每個(gè)布線(xiàn)板上都應使用此功能，以確認已遵守最小間隙規則，并且沒(méi)有其他違反設計的行為。隨著(zhù)典型PCB中層數的增加，定義，管理和記錄層堆棧也已成為更為關(guān)鍵的問(wèn)題。柔性PCB的出現增加了這一挑戰，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(kāi)的絕緣材料層在設計環(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(kāi)發(fā)新的層堆棧管理工具，以在單個(gè)PCB設計中創(chuàng )建多層堆棧，從而簡(jiǎn)化了定義剛柔PCB的任務(wù)。第一步是定義PCB的整體形狀。接下來(lái)，設計人員定義一組主層，包括剛柔設計中需要的所有層。設計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)剛性和柔性區域所需的層。在每個(gè)子堆棧應用的地方建立了不同的剛性和柔性區域。最終，設計人員生成了制造剛撓性PCB所需的詳細輸出制造和文檔文件。

機械集成需要擴展到超越交換文件格式

由于設計復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)導入和導出中性文件格式受此過(guò)程的耗時(shí)性以及將3D MCAD數據移入2D PCB設計環(huán)境時(shí)可能發(fā)生的數據丟失的限制。

圖3.此處，在MCAD和ECAD設計環(huán)境中顯示了相同的組件。（點(diǎn)擊圖片放大。）

先進(jìn)的PCB設計系統通過(guò)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(guò)程來(lái)應對這一挑戰（圖3）。詳細的注釋和修訂歷史記錄準確顯示了對設計所做的更改，并且MCAD和ECAD設計人員均具有接受或拒絕更改的能力。板組件可以通過(guò)包括的銅幾何形狀導出到機械設計者的環(huán)境中，從而可以執行詳細的熱，振動(dòng)和其他模擬。

克服零件選擇困難

當您經(jīng)過(guò)電子工程師的辦公桌時(shí)，您可能會(huì )發(fā)現一堆最喜歡的供應商提供的組件目錄。這些目錄通常是陳舊的，因為工程師會(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(wèn)題。“他們提供什么功能？” “他們的規格是什么？” “它們要花多少錢(qián)？” 和“可以多快交付？”這種方法的問(wèn)題在于，花大量時(shí)間在目錄間進(jìn)行分頁(yè)，并且經(jīng)常使目錄中的數據過(guò)時(shí)。最壞的情況是直到設計周期后期才發(fā)現問(wèn)題，并最終影響產(chǎn)品交付進(jìn)度。

先進(jìn)的PCB設計系統可以通過(guò)直接連接到供應商的Web服務(wù)來(lái)幫助解決此問(wèn)題，從而有可能在供應商的在線(xiàn)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)數據（參數信息，數據表鏈接，價(jià)格和庫存信息等）可以立即納入設計中，從而節省了手動(dòng)輸入數據所需的時(shí)間。實(shí)時(shí)鏈接可以并入設計中，以便在更改供應商的在線(xiàn)目錄時(shí)自動(dòng)更新信息。

設計人員還可以選擇在進(jìn)行此類(lèi)更改時(shí)得到通知，以便他們采取措施避免對供應鏈造成干擾。此外，他們可以指定替代零件選擇，以較大程度地靈活應對動(dòng)態(tài)的供應環(huán)境。如果主要零件不可用或通過(guò)規格更改不兼容，則主要零件和替代零件的選擇將自動(dòng)交換。

結論

當今設計的更大復雜性，加上較小的外殼和供應鏈中的動(dòng)蕩，在整個(gè)設計過(guò)程中都可能出現問(wèn)題。特別是在后期出現的問(wèn)題可能會(huì )導致成本超支和交付延遲。傳統的PCB設計工具是在PCB設計過(guò)程變得更簡(jiǎn)單的時(shí)代開(kāi)發(fā)的，在解決這些問(wèn)題方面有很多需要改進(jìn)的地方。先進(jìn)的PCB設計工具通過(guò)在布線(xiàn)和組件放置，設計規則和約束的定義，ECAD / MCAD協(xié)同設計以及供應鏈管理等領(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設計人員克服了當今的設計難題并避免了后期問(wèn)題。