2012让工作更智能的六大PCB设计技术策略

作者：John Isaac

电子行业正在努力从经济危机中复苏，为从设计到制造的流程提供全面支持的压力也日益增加。世界各地的电子公司不得不将差异化的产品以更快的速度和更低的成本推向市场，并且由于经济的疲软该趋势还将持续下去。即使在中国的PCB市场，系统设计和制造支持工具也亟待利用最新技术以提高生产率。

在Aberdeen集团的一次调查中，众多一流电子公司确认了能积极满足业务目标的6种设计技术最佳实践。随着经济形势的缓慢复苏，这些基本的PCB技术实践将成为各公司在2012年发展的必要组成部分。

以下是对这6种使公司工作更智能化的关键策略的概述，我们相信这些策略将成为2012年发展的关键。

技术策略1:产品协同开发流程

协同通常是指将串行操作变成并行的能力，并具有两种模式。首先是让多名设计师同时在同一个设计流程中工作的能力。这一做法并非新生事物，但新技术在效力上与原来相比有巨大的差异。设计师始终能够操作PCB设计数据库，并将其进行拆分。然后每个设计师都在设计环节工作——但最后数据库必须重新合并起来。合并过程非常耗时，并且容易出错，但最终结果可以缩短设计周期。

“未来的方案就是在软件中进行模拟，如虚拟样机。”

目前，我们有能力让多名设计师同时在同一个数据库中工作，无需数据库分拆。这适合于PCB设计中的许多流程，包括原理图输入、约束（高速和制造规则）输入和管理，以及物理布局。另外，每个设计师都能看到同事实时操作的结果。这不仅显著缩短了设计周期时间，而且提高了设计师的生产率和产品的质量。该技术的部分用户报告节省了30~70%的设计时间。为了在2012年保持竞争力，各公司都必须达到相似的设计周期方面的改进(图1)。


图1：协同设计通常要求PCB设计数据库分拆后再重组，而现在则可以在多名设计师操作时保持完整

协同的第二种模式是以不同于序列的并行方式，运行几个不同流程的能力。原理图、约束、布局和分析都可以并行化，从而进一步提高设计师的生产力，并缩短设计周期。但是，该模式需要带有版本管理、同步校准、权限和更新控制的复杂设计数据管理，稍后本文会对此进行阐述。

技术策略2:虚拟样机

通常各公司通过建立和测试多个原型来验证他们的产品。设计一个PCB，构建物理原型，在实验室中测试，确定需要做出哪些改变，重新设计，然后重复相关流程。

这种方法存在几个问题。首先，建立并调试样机非常耗时和昂贵。如果上市时间很紧迫，就很可能错过市场时机。其次，在实验室中测试可能无法发现所有潜在问题。例如，你希望产品在剧烈震动等恶劣环境中使用多年，但是“震动和热处理”实验室可能无法运行足够长的时间以发现长周期性的问题。同样，信号完整性也存在这一问题。极端的临界条件很有可能无法在实验室中获得。

未来的解决方案是在软件中进行模拟，如：虚拟样机。该操作可以在PCB设计流程中执行，并且会覆盖许多可能的领域：信号（数字、模拟、射频）和电源网络完整性；集成电路、封装、PCB和全系统模拟中的热管理；振动和冲击(图2)；PCB制造和组装实践；3D 机械接口等等。在整个设计流程中执行可以确保设计持续进行，无需备份和校正。此外，软件可以探测极端临界条件，并且可以在数小时内模拟实验室中数周和数月出现的问题。虽然设计师喜欢手中尽快拿到实物，而执行广泛的虚拟样机可能有所延迟，但后者可以缩短周期，减少成本，并且提高设计师的生产力和产品质量/可靠性。


图2:振动虚拟样机可以用几个小时的软件模拟来代替实验室内数周和数月的操作，并突出显示各个部件的潜在失效问题（红、黄、蓝）

技术策略3:从设计到制造的流程支持

上市时间和产品成本是许多行业的关键。即使军事/航空和汽车等行业，在过去也面临较长开发时间和/或高成本的限制，现在对此问题也有更加积极的目标。此外，PCB设计师决不能忘记，即使数据进入制造流程，他们的责任也还没有结束。同时，从EDA供应商的角度来看，重要的是支持不是到设计阶段结束，不是让设计者轻松履行对可制造产品的责任，而要和制造商一起优化他们的生产线，实现最低成本的产品交付。

图3 表明流程是不断发展的。从帮助制造商定义规则和实践能力的支持开始，对制造和组装流程中的产量和可靠性产生积极影响。这些DFM（可制造性设计）规则将被PCB设计师用于设计流程。DFM软件可在设计环境中找出问题，然后由设计师进行纠正。巧合的是，大多数制造商也使用相同的规则和软件来检查接收的设计数据。这样可以确保一旦设计进入制造流程，就可以持续执行，无需设计返工。


图3: 全面的设计到制造流程支持，能够确保高产量、高产品可靠性和低生产成本。

一旦设计通过智能化接口，如ODB++，进入制造流程，制造商可以利用软件进行生产线建模，并优化其利用。在生产线运行时，软件将持续监控零件按时交付、机器停工以及产品可追溯性等问题。即使发生质量缺陷，也可以确保跟踪并突显低于可接受故障率的设备或流程。