低成本PCB设计与布局

低成本PCB设计与布局

作者：Richard Hammerl， CadSoft EAGLE技术支持经理

 

       25年来，CadSoft EAGLE一直以低价格为全球设计工程师提供与昂贵的商用PCB设计软件相同的核心功能。本文将向您讲述过去25年间业界如何实现低成本PCB设计与布局。

 

       随着PCB设计越来越普遍地与既有开发板搭配使用，同时子板被用于驱动液压装置与伺服电机或根据光线、动作及声音等执行任务，PCB设计趋势逐渐倾向于开源硬件模式与控制系统。

 

       PCB设计的另一大趋势是开发板的爆炸性增长。2013年10月，e络盟旗下子公司CadSoft针对全球PCB设计师进行了一次调研，调研对象包括来自42个不同国家的专业工程师。调研结果显示：近2/3的受访者（64%）认为开发板一定程度上降低了他们对定制PCB设计的需求。表面看来，这个结果威胁到了PCB设计的发展，但真实的情况是，PCB设计工具正被应用于越来越多的开发板设计当中。

 

       尽管如此，但自其诞生以来，PCB设计并没有发生根本性改变。PCB设计领域的创新技术一直集中于降低开发板成本并缩短开发时间，但PCB布局却始终基本上保持一致，不断改变的只是使用的元器件及产品性能 —这也是造成大多数设计复杂度的根本原因。

 

       面对激烈的竞争环境，缩短产品设计周期对工程师及管理人员至关重要。许多公司最关心的一个问题是：工程师如何才能获得可缩短产品上市时间并可降低设计成本的开发工具，从而应对越来越复杂的PCB设计。设计周期对产品投放市场的时间具有极大的决定性作用，而其中的PCB布局往往用作弥补设计流程初期的延期问题。此外，由于厂商工作地点及设计团队分布在全球各地，我们不难想象要获得最好的开发工具有多么困难，这就使得多个设计团队及产品上市时间受到挑战。

 

       为了应对这些挑战，厂商急需可利用既有资源的开发工具，包括允许互操作性的人工与计算机工具。这些开发工具简单易用，具备扩展性能，可将设计流程中其他耗时的设计阶段连接起来。工程师经常提到的PCB设计工具性能包括：

·提供渐进的学习曲线

·无需牺牲产能即可支持多个设计师在同一个项目上布局

·提供理想的即插即用模式，用于执行密集型任务以提高生产率

·支持全球各地用户实时协作

·在设计流程各个阶段，无需牺牲产能即可调动多学科技术专家进行开发设计

 

       电子行业高端市场具备的一些项目能够用于分析设计师的实际设计、芯片如何进行内部工作以及芯片如何应对其外设产品。对于工程师来说，问题在于他们如何才能以最少的付出及最少的错误…而不靠一点运气到达这一步。

 

       虽然市面上有大量商用产品（大多数价格昂贵，非常贵），但只有少数产品的价格还算可接受…它们不仅融合了强大功能并且提供非常低的启动许可成本。产品的易用性等特性变得越来越重要，可有效地加速复杂设计同时降低设计初期的成本。

 

       CadSoft的调研还对工程师在选择PCB设计软件时优先考虑的因素进行了调查，例如价格、功能性、易用性、服务支持等。调研结果清楚显示，大多数设计工程师在购买设计工具时更为看重功能性而非价格，且60%的调查对象认为功能性是“极其重要的”一个因素。CadSoft一直为用户提供超强功能产品，但要满足用户的需求对于每一代软件产品越来越具有挑战性。工程师需要的是一款既可优化设计时间，同时可为他们创造更多时间以进行创新与检测的软件产品。

 

       EAGLE备受全球工程师喜爱，被广泛应用于从开源硬件到各种协作性工程项目的开发，包括电动车、方程式赛车、超微型卫星、商业月球漫步等各类项目。EAGLE的成功秘诀在于其既适合初学者，同时又可满足高级用户的需求，可为他们提供多种选择从而有利于极大地缩短设计与检测流程时间。

 

       市面上为Linux、Mac及Windows系统提供了大量完全免费的开发工具。在需要节约费用的情况下，哪些产品特性成为工程师采购开发工具的依据？

 

       支持功能扩展确切地说是通过用户语言程序（ULP）执行仿真、数据输入与输出以及自定义命令。EAGLE用户一直努力实现突破性创新并通过使用数百种ULP协同提升软件的多功能性，例如：新近推出的EagleUp 3D设计转换器使工程师能够将2D布局图从EAGLE一键导出并导入Google SketchUp，从而创建精确的3D原型模拟图。这使用户能够将多个电路板整合到同一个模型当中，使他们能够检测未对准的连接器及高尺寸元器件之间的“碰撞”，同时使他们还能够测定设备周边的气流以及测试与安装点的可用性。这些在进行设计分享与开发，以及重新评估系统级问题时特别有用。EAGLE还可能实现其它制造商机械格式数据的导入，并提供所有源代码。ULP结构使用户能够在现有设计基础上进一步构建出满足特定设计需求的定制化设计。

 

加快设计周期

       工程师通常都是在电路板上放置元器件，随后载入原理图并放置到PCB上模拟其行为。CadSoft EAGLE 6.4版本最近采取的一系列功能改进使得工程师可以方便使用凌力尔特的高性能SPICE 仿真器－LT-Spice、原理图输入工具及波形显示器。用户现在可以对既有的EAGLE原理图进行仿真，并从EAGLE开始进行自动转换。

 

大型元件库

       这一点对于生产率至关重要，因为用户不可能为计划添加到电路中的每一个元件“设计定制组件”。EAGLE本身就创建了种类繁多的元件库，用户还可以通过e络盟社区获取厂商直接提供或用户分享的元件库。由于从头为每个部件创建一个小量的定制数据库需要花费20分钟，因此若元件库能够为工程师提供给一个可信赖、经由活跃社区成员检验的丰富信息资源中心，那么将为工程师的设计提供极大的帮助。

 

       为了一进步简化并加快设计流程，电子设计工程师还可使用DesignLink这个特色工具指定其所需组件，通过设定参数可以快速地从e络盟的在线产品数据库中搜索到合适的元器件。 此外，工程师还可获取大量有关元器件产品的技术信息，包括技术手册、特定应用解决方案指南的链接、定价及上市时间等，均可在EAGLE设计环境中获取而无需在多个网页中跳转。

 

获取快速报价或更平滑的设计链

       虽然工程师制定了符合项目预算及时间表的物料成本（BOM），并准备好开始制作PCB，但他们往往需要先将物料成本发送出去并等待决策。因此工程师急需从可靠的高品质服务合作伙伴那里获得一款特色工具，以便快速获取小批量PCB制作的报价并获得快速原型设计服务。

 

       总之，随着电子设计趋势的持续发展，产品的功能性、可用性及价格等核心要素依旧是工程师最为看重的因素，这也一直是CadSoft的优势所在。CadSoft 可为工程师提供具备功能性的低成本软件，从而帮助优化工程师的生产率。CadSoft将在未来持续保持其优势与特色。