并行PCB设计的关键准则

随着它们承载的器件的复杂性提高，PCB设计也变得越来越复杂。相当长一段时间以来，电路设计工程师一直相安无事地独立进行自己的设计，然后将完成的电路图设计转给PCB设计工程师，PCB设计工程师独立完整自己的工作后，将Gerber文件再转给PCB制造厂。电路设计工程师、PCB设计工程师和PCB制造厂的工作都是相互隔离的，少有沟通。

随着采用大型BGA封装的可编程器件的应用不断普及，以及高密度互连(HDI)、时序关键的差分对信令的广泛应用，现在再采用这样一种相互隔离的PCB设计方式将带来灾难性后果,而并行开发流程允许多个开发过程同步进行，有助于确保设计成功，避免延误、额外开销以及返工。本文总结了并行PCB设计各个阶段的关键准则。

PCB设计的第一步是在概念阶段。这时，电路设计工程师应该与PCB设计工程师一起进行技术评估。这个评估应考虑这么一些问题：

1. 采用哪些器件？

2. 器件选用哪种封装？管脚数多少？管脚配置怎样？

3. 基于成本和性能的权衡，采用几层PCB？

4. 时钟频率和信令速度等参数的目标值是什么？

此外，设计工程师还应考虑总线架构、是采用并行还是串行连接等因素，以及阻抗匹配策略。阻抗不匹配时会出现反射、振铃及其它不期望的干扰。

协同工作

PCB设计的这些考虑提出了成功PCB设计中的一个关键问题是沟通，因为PCB设计不再是一个人的工作，而是不同组的工程师之间的团队合作。沟通这一主旨贯穿整个PCB设计流程的始终，电路设计团队必须清楚地就其设计意图与PCB设计团队进行沟通，他们还必须在清楚了解其PCB设计工具能干什么、不能做什么的前提下参与到该过程中。

随着PCB布线的复杂性日益增加，信号速率日益提高，协同的PCB设计方式可比传统的串行流程得到更好效果(图1)。将对元件的研究和选择与整个设计流程的其它部分隔离开，以及将原理图输入、仿真与布局布线阶段也独立出来一直是常用手法。因此，设计工程师最好选择便于分享数据的工具和流程，这是在分布在不同地方的设计团队能利用并行工作的好处并缩短整个设计周期的唯一途径。


  
图1：(a) 传统PCB串行开发流程的设计周期长，信息共享有限，而成本持续上升；
(b) 并行开发流程允许多个开发程同步进行，有助于确保设计成功，避免延误、额外开销以及返工

设计创建

在设计创建阶段，工程师将最终确定好器件并为其生成各种库，这样反过来又加快了原理图输入。在该阶段，设计工程师评估和选择构造模块，并可以登陆制造商的网站搜索数据表和规范。完成这项工作的一个更好方法，是直接在原理图输入过程中选择器件。通过以这种方式来实现原理图输入，这个流程可被用作为一种试验方法。

在原理图输入过程中，设计工程师能迅速添加、删减或变更器件(甚至整个设计结构)的能力很重要。例如，为手机开发高频滤波器的设计工程师应在原理图输入时，通过对不同容抗和感抗值进行试验来设定通带及其它滤波器参数。

在创建原理图时，PCB设计工具也在后台为该电路生成一个网络表。网络表描述了电路的器件如何连接以及后续放置和布线工具如何将其用于PCB布局布线的信息。

此时，设计工程师将为诸如FPGA或其它可编程器件等所谓的“大元件”创立符号和物理管脚布局布线图。也是在这个时候，设计约束被捕获，这是一个需要审慎思考的关键步骤，特别是对后续流程而言。

对于目前的PCB设计来说，最好一切都按规矩办。过去是受到制造问题的制约，而现在当工程师努力减小PCB的体积且仍使其具有可制造性时，一切都要受到复杂约束的限制。虽然设计需求也许会导致大量约束，但不让设计被过分约束也很重要。与简单地用约束设计相比，更多地借鉴仿真和分析是更明智的方法。

在设计创建过程中，工程师需留意也许会在后续流程中出现的信号完整性问题。最好在设计输入阶段及PCB布局布线阶段就将信号完整性问题考虑进去，当然设计流程必须支持这种方式，因为无法在设计输入阶段解阻抗失配问题。

仿真是关键

电路一旦设计完成并绘制好原理图后，接着就该进行功能验证，它通常采用仿真工具完成。仿真的目的不是取代物理原型生成，而为了避免反复生成原型，因为仿真使设计工程师能发现一般要等到原型生成才能发现的设计缺陷。

在仿真过程中，可以尝试各种设计拓扑，并用不同厂商的器件进行替代，来检验它们对电路性能的影响。但在仿真时，伴随模型的可用性及有效性的问题层出不穷。目前所有常用的PCB设计工具包都带有昂贵的模型库，但可能不止一次会出现某个特定器件不在库内的情况。但器件供应商一般会通过在其网站上推出Spice模型来解决此问题，因此通过器件供应商网站查找它们是个好主意。