【導(dǎo)讀】現(xiàn)在，PCB的設(shè)計越來越復(fù)雜，所需的工具也越精細。在電子產(chǎn)品的開發(fā)方法上，許多人已經(jīng)走在了前頭。通過采用設(shè)計自動化工具，能大幅度提高工程師的設(shè)計效率。那么，PCB的電子設(shè)計和機械設(shè)計究竟是怎樣呢？
一直以來，我們有一種共識，即制造業(yè)通常都會向成本最低的國家自然遷移，而發(fā)達國家在這個過程中會吃虧。然而，另一種觀點則認為，通過外包可重復(fù)的工作，先前從事低價值工作那部分資源會面臨更大的機遇。設(shè)計也是如此，通過采用設(shè)計自動化工具，工程師能夠提高其設(shè)計效率。很難想象如今的工程師會不采用計算機的方法來設(shè)計PCB，盡管有的時候完全可以這樣做。
正如經(jīng)濟必須要適應(yīng)全球條件的變化一樣，我們鼓勵工程師團隊使用任何高效的設(shè)計工具。對于電子設(shè)計工程師而言，使用EDA工具可以極大地改進設(shè)計過程，包括從元器件到最終產(chǎn)品。隨著設(shè)計過程得到加速，我們現(xiàn)在可以在采購任何一個元器件之前，就實現(xiàn)對于電子設(shè)計每一個細節(jié)的模擬或仿真。例如，在集成電路開發(fā)領(lǐng)域，長期的、高成本的設(shè)計過程的最后一個步驟才是將設(shè)計提交或‘試產(chǎn)’成為硅片。制造集成電路這個步驟會花費巨大的成本，而且這個成本只有在未來這個集成電路得到大批量的出售才能夠收回。當(dāng)然，并非所有的電子產(chǎn)品研發(fā)都是如此，大部分電子產(chǎn)品重復(fù)制造的工程成本可能不高，但對于機械設(shè)計而言，由于外殼與內(nèi)部PCB板之間的間隙問題而導(dǎo)致重新制造，那么將需要高額的成本。
EDA工具所取得的進步意味著，在制造產(chǎn)品之前可以對產(chǎn)品的構(gòu)成和功能進行仿真變得更加容易。即便如此，與IC設(shè)計仍然有所不同是，電子產(chǎn)品領(lǐng)域的設(shè)計自動化工具的發(fā)展曾經(jīng)特別注重于特定領(lǐng)域應(yīng)用的小眾市場。PCB設(shè)計工具就是一個例子。有許多低成本PCB設(shè)計工具都能夠用于設(shè)計簡單的、單面或雙面的板子，但是能夠處理高速信號和混合信號的多層PCB的工具則比較少，而提供可以完善解決信號完整性問題的PCB工具更是鳳毛麟角。
對于有這些需要的設(shè)計而言，設(shè)計工具是至關(guān)重要的。它們提供了唯一可行的解決方案，幫助我們過上了今天的數(shù)碼生活。例如，若沒有精細的EDA工具，就不可能實現(xiàn)移動通信；工具幫助天才工程師們開發(fā)出實現(xiàn)3G網(wǎng)絡(luò)和智能電話所需的復(fù)雜混合信號設(shè)備與系統(tǒng)。
相關(guān)的例子有很多，但基本的趨勢可以歸納為，設(shè)計越復(fù)雜，工具就需要越精細。但是，設(shè)計工具總歸是要用于開發(fā)產(chǎn)品的，而無論產(chǎn)品的功能復(fù)雜性或最終市場價值。
交叉設(shè)計領(lǐng)域
電子與機械設(shè)計的一體化是必然的。絕大多數(shù)的PCB設(shè)計不僅要受到安裝在上面的元器件的影響，而且也會受到它可以占據(jù)的空間的影響。如今的許多產(chǎn)品中只有一塊PCB板，在這些情況下，PCB的尺寸和形狀很少由其功能性決定，而是主要由包裝它的外殼影響。事實在某些情況下，尤其是消費類產(chǎn)品中，最終產(chǎn)品的形狀和尺寸也就確定了PCB及其上面所有元器件的可用空間。在這種情況下，機械設(shè)計將主導(dǎo)這兩個領(lǐng)域的設(shè)計，然而目前機械CAD工具和電子CAD工具之間的交互是非常有限的。
電子設(shè)計工具的供應(yīng)商更加專注于電子設(shè)計復(fù)雜性，而他們的同行——機械工具供應(yīng)商也在努力改進機械設(shè)計工具，他們充分利用最新PC及臺式計算機的處理和圖形功能。如今，對于機械設(shè)計工程師來說，利用三維來展示他們的設(shè)計、實時渲染是司空見慣的事情。作為一種提高設(shè)計效率的手段，我們無法否認在工程師設(shè)計的產(chǎn)品在3D環(huán)境下顯示所呈現(xiàn)出來的價值，而且這樣的顯示還支持實時的觀察角度的切換。
另外，在IC持續(xù)縮減尺寸時，其它支持的元器件很難或無法縮減尺寸。具體來說，基本原理限定了變壓器、電阻器、電容器和電感器等被動元器件的物理尺寸?，F(xiàn)在電子設(shè)備中已經(jīng)不再大量使用的接插件，它們同樣受到了很多物理限制，比如尺寸可以縮減到何種程度，必須置于電路板的哪個位置等。我們可以獲益的是，現(xiàn)今存在許多被動元器件和連接器等標準元器件的3D模型，這些模型可以在數(shù)量日益增長的CAD軟件包中使用。
這些3D模型的廣泛創(chuàng)建表明供應(yīng)商對電子設(shè)計與機械設(shè)計集成所作出的新努力。業(yè)內(nèi)也有許多人認為這樣的集成會持續(xù)下去，將會使兩個領(lǐng)域的工程師顯著提高設(shè)計效率。
也許實現(xiàn)完全集成的過程中最顯著的進步是引入了電子設(shè)計和機械設(shè)計工具供應(yīng)商均可自信采用的設(shè)計交互協(xié)議。雖然，過去這兩大領(lǐng)域進行了多次整合嘗試，但都由于供應(yīng)商之間缺少合作而受到阻礙，導(dǎo)致復(fù)雜程度有增無減。但是，隨著STEP（產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交互標準）的引入，尤其是在版本AP214中定義了3D模型，設(shè)計數(shù)據(jù)的交換已變得簡單。MCAD領(lǐng)域已迅速將STEP AP214模型植入到他們的工具中，但E-CAD領(lǐng)域尚未如此。但是，來自Altium的統(tǒng)一設(shè)計環(huán)境Altium Designer可以真正地支持STEP文件的導(dǎo)入/導(dǎo)出及生成。并結(jié)合它的全面的PCB設(shè)計功能，Altium Designer可以將所有電子工程師的設(shè)計效率提高到一個新的水平。
PCB空間中的3D功能
現(xiàn)在許多機械設(shè)計工具已經(jīng)能夠支持由第三方工具創(chuàng)建的PCB中的3D模型，但是除了提供PCB板與外殼裝配結(jié)果的可視化外，并不能為PCB設(shè)計人員提供臨界尺寸、間隙或其他空間合規(guī)性問題的反饋。此外，機械設(shè)計工程師往往無法滿足特定元器件的定位需求，尤其是在高速、混合信號或高壓信號出現(xiàn)的情況下。
Altium Designer采用STEP格式，克服了這些限制。它不僅可使工程師利用外殼的3D模型呈現(xiàn)產(chǎn)品的最終狀況，而且也為工程師們提供了三維方法設(shè)計方法。
AP214文件格式中內(nèi)嵌入了足夠的數(shù)據(jù)，工程師能夠真正地利用導(dǎo)入的外殼模型來確定PCB的尺寸。徹底解決了以往采用手動方式將關(guān)鍵數(shù)據(jù)從一個領(lǐng)域傳送至另一個領(lǐng)域帶來的問題。通過將機械設(shè)計與電子設(shè)計過程緊密聯(lián)系起來，電子設(shè)計工程師在為制造而進行設(shè)計方面向前邁進了一大步。
另外，在3D格式內(nèi)定義間隙的功能意味著，機械和電子這兩大領(lǐng)域的工程師可以立即看到設(shè)計更改的影響。通過在Altium Designer中將外殼與PCB模型相結(jié)合，工程師可以生成產(chǎn)品的3D展示以及測量它們之間的間隙。這項前所未有的功能意味著，電子工程師可以充滿自信地把他們的設(shè)計交給制造廠商。
為了使這個過程的效率更高，可以使用鏈接模型方式。這樣在其中一個領(lǐng)域所做出的更改，能夠可靠地反映在另一個領(lǐng)域中。這就意味著，電子工程師能夠看見外殼的任何更改，同樣地，對PCB或者元器件所做的任何改變也將被機械工程師看到。
這個功能的關(guān)鍵在于，不僅要能夠生成單一的3D模型，而且要能夠以參考點為基準在3D空間內(nèi)建立各個模型的坐標。通過精確地定位外殼及PCB部件的模型，設(shè)計工程師可以驗證它們之間間隙，以確保PCB是否能夠裝進外殼或者是否增加強筋以及固定裝置，同時又保持了產(chǎn)品的整體市場目標。
在虛擬世界工作的另一好處在于，工程師可以在不耗費成本的情況下進行各種嘗試。例如，使用三個參考點對齊某一元器件時，很可能會出現(xiàn)一個元器件穿過另一個元器件的情況。請試想一下，PCB調(diào)整時穿過外殼的情況。這看似不符合常規(guī)，但是它為可以解決設(shè)計中存在的瓶頸問題提供了線索。用真實模型達到這種效果將會耗時、耗錢，但在虛擬領(lǐng)域卻如更改單一的參考點那樣簡單。只有使用STEP格式，電子領(lǐng)域與機械領(lǐng)域之間的密切交互才成為可能。在PCB設(shè)計環(huán)境中包含STEP格式標志著，我們向創(chuàng)建統(tǒng)一的電子產(chǎn)品開發(fā)方法方面已取得了巨大成效。
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