如何實(shí)現(xiàn)低成本PCB設(shè)計(jì)與布局?

370643360 · 發(fā)表于 2017-1-8 13:16:52

pcb設(shè)計(jì)的一大趨勢(shì)是逐漸傾向于開源硬件模式與控制系統(tǒng)，另一大趨勢(shì)是開發(fā)板的爆炸性增長，PCB設(shè)計(jì)工具正被應(yīng)用于越來越多的開發(fā)板設(shè)計(jì)當(dāng)中。本文將向您講述過去25年間業(yè)界如何實(shí)現(xiàn)低成本PCB設(shè)計(jì)與布局。

隨著PCB設(shè)計(jì)越來越普遍地與既有開發(fā)板搭配使用，同時(shí)子板被用于驅(qū)動(dòng)液壓裝置與伺服電機(jī)或根據(jù)光線、動(dòng)作及聲音等執(zhí)行任務(wù)，PCB設(shè)計(jì)趨勢(shì)逐漸傾向于開源硬件模式與控制系統(tǒng)。

PCB設(shè)計(jì)的另一大趨勢(shì)是開發(fā)板的爆炸性增長。2013年10月，針對(duì)全球PCB設(shè)計(jì)師進(jìn)行了一次調(diào)研，調(diào)研對(duì)象包括來自42個(gè)不同國家的專業(yè)工程師。

調(diào)研結(jié)果顯示：近2/3的受訪者(64%)認(rèn)為開發(fā)板一定程度上降低了他們對(duì)定制PCB設(shè)計(jì)的需求。表面看來，這個(gè)結(jié)果威脅到了PCB設(shè)計(jì)的發(fā)展，但真實(shí)的情況是，PCB設(shè)計(jì)工具正被應(yīng)用于越來越多的開發(fā)板設(shè)計(jì)當(dāng)中。

盡管如此，但自其誕生以來，PCB設(shè)計(jì)并沒有發(fā)生根本性改變。PCB設(shè)計(jì)領(lǐng)域的創(chuàng)新技術(shù)一直集中于降低開發(fā)板成本并縮短開發(fā)時(shí)間，但PCB布局卻始終基本上保持一致，不斷改變的只是使用的元器件及產(chǎn)品性能-這也是造成大多數(shù)設(shè)計(jì)復(fù)雜度的根本原因。

面對(duì)激烈的競(jìng)爭環(huán)境，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期對(duì)工程師及管理人員至關(guān)重要。許多公司最關(guān)心的一個(gè)問題是：工程師如何才能獲得可縮短產(chǎn)品上市時(shí)間并可降低設(shè)計(jì)成本的開發(fā)工具，從而應(yīng)對(duì)越來越復(fù)雜的PCB設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)周期對(duì)產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)間具有極大的決定性作用，而其中的PCB布局往往用作彌補(bǔ)設(shè)計(jì)流程初期的延期問題。此外，由于廠商工作地點(diǎn)及設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)分布在全球各地，我們不難想象要獲得最好的開發(fā)工具有多么困難，這就使得多個(gè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)及產(chǎn)品上市時(shí)間受到挑戰(zhàn)。

為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，廠商急需可利用既有資源的開發(fā)工具，包括允許互操作性的人工與計(jì)算機(jī)工具。這些開發(fā)工具簡單易用，具備擴(kuò)展性能，可將設(shè)計(jì)流程中其他耗時(shí)的設(shè)計(jì)階段連接起來。工程師經(jīng)常提到的PCB設(shè)計(jì)工具性能包括：

"提供漸進(jìn)的學(xué)習(xí)曲線undefined> "無需犧牲產(chǎn)能即可支持多個(gè)設(shè)計(jì)師在同一個(gè)項(xiàng)目上布局

"提供理想的即插即用模式，用于執(zhí)行密集型任務(wù)以提高生產(chǎn)率

"支持全球各地用戶實(shí)時(shí)協(xié)作

"在設(shè)計(jì)流程各個(gè)階段，無需犧牲產(chǎn)能即可調(diào)動(dòng)多學(xué)科技術(shù)專家進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)

電子行業(yè)高端市場(chǎng)具備的一些項(xiàng)目能夠用于分析設(shè)計(jì)師的實(shí)際設(shè)計(jì)、芯片如何進(jìn)行內(nèi)部工作以及芯片如何應(yīng)對(duì)其外設(shè)產(chǎn)品。對(duì)于工程師來說，問題在于他們?nèi)绾尾拍芤宰钌俚母冻黾白钌俚腻e(cuò)誤…而不靠一點(diǎn)運(yùn)氣到達(dá)這一步。

雖然市面上有大量商用產(chǎn)品(大多數(shù)價(jià)格昂貴，非常貴)，但只有少數(shù)產(chǎn)品的價(jià)格還算可接受…它們不僅融合了強(qiáng)大功能并且提供非常低的啟動(dòng)許可成本。產(chǎn)品的易用性等特性變得越來越重要，可有效地加速復(fù)雜設(shè)計(jì)同時(shí)降低設(shè)計(jì)初期的成本。

調(diào)研還對(duì)工程師在選擇PCB設(shè)計(jì)軟件時(shí)優(yōu)先考慮的因素進(jìn)行了調(diào)查，例如價(jià)格、功能性、易用性、服務(wù)支持等。調(diào)研結(jié)果清楚顯示，大多數(shù)設(shè)計(jì)工程師在購買設(shè)計(jì)工具時(shí)更為看重功能性而非價(jià)格，且60%的調(diào)查對(duì)象認(rèn)為功能性是"極其重要的"一個(gè)因素。一直為用戶提供超強(qiáng)功能產(chǎn)品，但要滿足用戶的需求對(duì)于每一代軟件產(chǎn)品越來越具有挑戰(zhàn)性。工程師需要的是一款既可優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)間，同時(shí)可為他們創(chuàng)造更多時(shí)間以進(jìn)行創(chuàng)新與檢測(cè)的軟件產(chǎn)品。

EAGLE備受全球工程師喜愛，被廣泛應(yīng)用于從開源硬件到各種協(xié)作性工程項(xiàng)目的開發(fā)，包括電動(dòng)車、方程式賽車、超微型衛(wèi)星、商業(yè)月球漫步等各類項(xiàng)目。EAGLE的成功秘訣在于其既適合初學(xué)者，同時(shí)又可滿足高級(jí)用戶的需求，可為他們提供多種選擇從而有利于極大地縮短設(shè)計(jì)與檢測(cè)流程時(shí)間。

市面上為Linux、Mac及Windows系統(tǒng)提供了大量完全免費(fèi)的開發(fā)工具。在需要節(jié)約費(fèi)用的情況下，哪些產(chǎn)品特性成為工程師采購開發(fā)工具的依據(jù)?

支持功能擴(kuò)展

確切地說是通過用戶語言程序(ULP)執(zhí)行仿真、數(shù)據(jù)輸入與輸出以及自定義命令。EAGLE用戶一直努力實(shí)現(xiàn)突破性創(chuàng)新并通過使用數(shù)百種ULP協(xié)同提升軟件的多功能性，例如：新近推出的EagleUp3D設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換器使工程師能夠?qū)?D布局圖從EAGLE一鍵導(dǎo)出并導(dǎo)入GoogleSketchUp，從而創(chuàng)建精確的3D原型模擬圖。這使用戶能夠?qū)⒍鄠€(gè)電路板整合到同一個(gè)模型當(dāng)中，使他們能夠檢測(cè)未對(duì)準(zhǔn)的連接器及高尺寸元器件之間的"碰撞"，同時(shí)使他們還能夠測(cè)定設(shè)備周邊的氣流以及測(cè)試與安裝點(diǎn)的可用性。這些在進(jìn)行設(shè)計(jì)分享與開發(fā)，以及重新評(píng)估系統(tǒng)級(jí)問題時(shí)特別有用。EAGLE還可能實(shí)現(xiàn)其它制造商機(jī)械格式數(shù)據(jù)的導(dǎo)入，并提供所有源代碼。ULP結(jié)構(gòu)使用戶能夠在現(xiàn)有設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)一步構(gòu)建出滿足特定設(shè)計(jì)需求的定制化設(shè)計(jì)。

加快設(shè)計(jì)周期

工程師通常都是在電路板上放置元器件，隨后載入原理圖并放置到PCB上模擬其行為。CadSoftEAGLE6.4版本最近采取的一系列功能改進(jìn)使得工程師可以方便使用凌力爾特的高性能SPICE仿真器-LT-Spice、原理圖輸入工具及波形顯示器。用戶現(xiàn)在可以對(duì)既有的EAGLE原理圖進(jìn)行仿真，并從EAGLE開始進(jìn)行自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

獲取快速報(bào)價(jià)或更平滑的設(shè)計(jì)鏈

雖然工程師制定了符合項(xiàng)目預(yù)算及時(shí)間表的物料成本(BOM)，并準(zhǔn)備好開始制作PCB，但他們往往需要先將物料成本發(fā)送出去并等待決策。因此工程師急需從可靠的高品質(zhì)服務(wù)合作伙伴那里獲得一款特色工具，以便快速獲取小批量PCB制作的報(bào)價(jià)并獲得快速原型設(shè)計(jì)服務(wù)。

大型元件庫

這一點(diǎn)對(duì)于生產(chǎn)率至關(guān)重要，因?yàn)橛脩舨豢赡転橛?jì)劃添加到電路中的每一個(gè)元件"設(shè)計(jì)定制組件"。EAGLE本身就創(chuàng)建了種類繁多的元件庫，用戶還可以通過e絡(luò)盟社區(qū)獲取廠商直接提供或用戶分享的元件庫。由于從頭為每個(gè)部件創(chuàng)建一個(gè)小量的定制數(shù)據(jù)庫需要花費(fèi)20分鐘，因此若元件庫能夠?yàn)楣こ處熖峁┙o一個(gè)可信賴、經(jīng)由活躍社區(qū)成員檢驗(yàn)的豐富信息資源中心，那么將為工程師的設(shè)計(jì)提供極大的幫助。

為了一進(jìn)步簡化并加快設(shè)計(jì)流程，電子設(shè)計(jì)工程師還可使用DesignLink這個(gè)特色工具指定其所需組件，通過設(shè)定參數(shù)可以快速地從e絡(luò)盟的在線產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫中搜索到合適的元器件。此外，工程師還可獲取大量有關(guān)元器件產(chǎn)品的技術(shù)信息，包括技術(shù)手冊(cè)、特定應(yīng)用解決方案指南的鏈接、定價(jià)及上市時(shí)間等，均可在EAGLE設(shè)計(jì)環(huán)境中獲取而無需在多個(gè)網(wǎng)頁中跳轉(zhuǎn)。

總之，隨著電子設(shè)計(jì)趨勢(shì)的持續(xù)發(fā)展，產(chǎn)品的功能性、可用性及價(jià)格等核心要素依舊是工程師最為看重的因素。