智能(néng)PCB设计软件的意义

2020-03-17

是否想避免印刷電(diàn)路板设计中的最终错误？新(xīn)的设计工具可(kě)帮助您克服这些陷阱。

如今，印刷電(diàn)路板（PCB）设计人员正在应对一系列新(xīn)的挑战，包括更大的電(diàn)子和机械设计复杂性，更严格的约束和规则，以及对瞬息万变的供应链保持领先的需求。这些问题和其他(tā)新(xīn)出现的问题可(kě)能(néng)会导致额外的设计旋转，从而增加工程成本并延迟产品推出，最终使您付出金钱。

领先的PCB设计工具通过提供解决设计过程中这些以及其他(tā)方面的问题的前期设计智能(néng)，正在帮助解决这些问题。可(kě)以在设计过程的早期建立规则和约束，从而减少了在设计过程后期对潜在的昂贵更改的需求。 

電(diàn)气设计与机械设计的集成度越来越高，例如，可(kě)以将更改从机械计算机辅助设计（MCAD）环境推向電(diàn)气计算机辅助设计（ECAD）环境，反之亦然。然后后，嵌入式组件管理(lǐ)系统使设计人员可(kě)以随时了解可(kě)用(yòng)性，交付和价格。

PCB设计工具必须提高自动布線(xiàn)

组件的放置和布線(xiàn)是PCB设计工具提供的原始功能(néng)，而这些功能(néng)对于当今的设计师仍然至关重要。当今先进的设计工具通过交互式布線(xiàn)来沿光标路径放置布線(xiàn)部分(fēn)，实现在障碍物(wù)上推动或行走，并自动跟随现有(yǒu)连接，从而帮助较大化布線(xiàn)效率和灵活性。光标引导的布線(xiàn)使围绕障碍物(wù)的复杂手动布線(xiàn)变得快速，轻松和直观。用(yòng)鼠标创建路径，交互式布線(xiàn)器会尝试根据该路径放置轨道。图1显示了如何在光标移动引导的情况下快速创建复杂的路線(xiàn)。左图显示了一条正常的最小(xiǎo)長(cháng)度的路線(xiàn)，中图显示了光标路径，星号表示单击位置以提交路線(xiàn)的各个部分(fēn)。正确的图像是最终的布線(xiàn)。尽管是一个极端的示例，但它显示了放置多(duō)个轨道所需的布線(xiàn)提交数量。

图1.显示的是交互式布線(xiàn)路径的示例

在新(xīn)的PCB设计系统中，元器件放置是另一个已实现实质性改进的领域。例如，您是否曾经浪费时间试图在電(diàn)路板上布局中寻找一个组件，却发现它相对于原理(lǐ)图设计而言位于完全不同的位置？

交叉选择组件的放置可(kě)以节省时间，因為(wèi)可(kě)以按照特定的顺序选择原理(lǐ)图上的特定组件，然后按照选择的顺序将这些组件放置在電(diàn)路板上。这有(yǒu)助于使您的设计紧密对齐和井井有(yǒu)条，并且将来可(kě)以轻松进行编辑。

在设计过程中尽早建立规则和约束

随着功能(néng)，功耗和信号速度的提高，同时外壳的缩小(xiǎo)，设计规则变得越来越严格，更难管理(lǐ)。新(xīn)的PCB设计软件通过使设计人员能(néng)够在设计过程的早期设置规则和约束来帮助应对这一挑战。它可(kě)以确保设计的逻辑和物(wù)理(lǐ)完整性，并较大程度地减少以后的更改需求。可(kě)以在工作时实时运行针对任何或所有(yǒu)已启用(yòng)设计规则的检查，也可(kě)以作為(wèi)批处理(lǐ)检查并在消息面板中列出结果，也可(kě)以在生成的报告中进行实时检查。每个布線(xiàn)板上都应使用(yòng)此功能(néng)，以确认已遵守最小(xiǎo)间隙规则，并且没有(yǒu)其他(tā)违反设计的行為(wèi)。随着典型PCB中层数的增加，定义，管理(lǐ)和记录层堆栈也已成為(wèi)更為(wèi)关键的问题。柔性PCB的出现增加了这一挑战，柔性PCB由一系列刚性和柔性层组成，可(kě)以折叠以适合不同形状的外壳（图2）。这些铜层以及将它们隔开的绝缘材料层在设计环境中定义。

图2.该板定义了13个层，其中包括两个刚性层和一个柔性层。

正在开发新(xīn)的层堆栈管理(lǐ)工具，以在单个PCB设计中创建多(duō)层堆栈，从而简化了定义刚柔PCB的任務(wù)。第一步是定义PCB的整體(tǐ)形状。接下来，设计人员定义一组主层，包括刚柔设计中需要的所有(yǒu)层。设计人员可(kě)以定义多(duō)层堆栈，其中每个堆栈仅包含PCB的每个刚性和柔性區(qū)域所需的层。在每个子堆栈应用(yòng)的地方建立了不同的刚性和柔性區(qū)域。最终，设计人员生成了制造刚挠性PCB所需的详细输出制造和文(wén)档文(wén)件。

机械集成需要扩展到超越交换文(wén)件格式

由于设计复杂性的提高和外壳尺寸的减小(xiǎo)，包装和電(diàn)子组件的集成度比以往任何时候都更加紧密。手动导入和导出中性文(wén)件格式受此过程的耗时性以及将3D MCAD数据移入2D PCB设计环境时可(kě)能(néng)发生的数据丢失的限制。

图3.此处，在MCAD和ECAD设计环境中显示了相同的组件。（点击图片放大。）

先进的PCB设计系统通过自动化在MCAD和ECAD环境之间推动更改元件放置，電(diàn)路板形状，安装孔等的过程来应对这一挑战（图3）。详细的注释和修订历史记录准确显示了对设计所做的更改，并且MCAD和ECAD设计人员均具有(yǒu)接受或拒绝更改的能(néng)力。板组件可(kě)以通过包括的铜几何形状导出到机械设计者的环境中，从而可(kě)以执行详细的热，振动和其他(tā)模拟。

克服零件选择困难

当您经过電(diàn)子工程师的办公桌时，您可(kě)能(néng)会发现一堆最喜欢的供应商(shāng)提供的组件目录。这些目录通常是陈旧的，因為(wèi)工程师会定期查阅它们，以搜索所需的電(diàn)路组件并回答(dá)诸如“哪些零件可(kě)用(yòng)？”的问题。“他(tā)们提供什么功能(néng)？” “他(tā)们的规格是什么？” “它们要花(huā)多(duō)少钱？” 和“可(kě)以多(duō)快交付？”这种方法的问题在于，花(huā)大量时间在目录间进行分(fēn)页，并且经常使目录中的数据过时。最坏的情况是直到设计周期后期才发现问题，并最终影响产品交付进度。

先进的PCB设计系统可(kě)以通过直接连接到供应商(shāng)的Web服務(wù)来帮助解决此问题，从而有(yǒu)可(kě)能(néng)在供应商(shāng)的在線(xiàn)产品目录中进行搜索，以确保搜索中生成的信息是新(xīn)的。这些实时数据（参数信息，数据表链接，价格和库存信息等）可(kě)以立即纳入设计中，从而节省了手动输入数据所需的时间。实时链接可(kě)以并入设计中，以便在更改供应商(shāng)的在線(xiàn)目录时自动更新(xīn)信息。

设计人员还可(kě)以选择在进行此类更改时得到通知，以便他(tā)们采取措施避免对供应链造成干扰。此外，他(tā)们可(kě)以指定替代零件选择，以较大程度地灵活应对动态的供应环境。如果主要零件不可(kě)用(yòng)或通过规格更改不兼容，则主要零件和替代零件的选择将自动交换。

结论

当今设计的更大复杂性，加上较小(xiǎo)的外壳和供应链中的动荡，在整个设计过程中都可(kě)能(néng)出现问题。特别是在后期出现的问题可(kě)能(néng)会导致成本超支和交付延迟。传统的PCB设计工具是在PCB设计过程变得更简单的时代开发的，在解决这些问题方面有(yǒu)很(hěn)多(duō)需要改进的地方。先进的PCB设计工具通过在布線(xiàn)和组件放置，设计规则和约束的定义，ECAD / MCAD协同设计以及供应链管理(lǐ)等领域提供前期智能(néng)，从而提供了实质性的改进。这些帮助PCB设计人员克服了当今的设计难题并避免了后期问题。