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根據(jù)開(kāi)發(fā)的電路圖，可以通過(guò)導(dǎo)出 Gerber/drill 文件來(lái)執(zhí)行仿真并設(shè)計(jì) PCB。無(wú)論設(shè)計(jì)是什么，工程師都需要準(zhǔn)確地了解電路(和電子元件)應(yīng)如何布置以及它們?nèi)绾喂ぷ?。?duì)于電子工程師來(lái)說(shuō)，找到合適的 PCB 設(shè)計(jì)軟件工具可能是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。適合某個(gè) PCB 項(xiàng)目的軟件工具可能不太適合其他項(xiàng)目。工程師希望電路板設(shè)計(jì)工具直觀、包含有用的功能、足夠穩(wěn)定以限制風(fēng)險(xiǎn)，并擁有一個(gè)強(qiáng)大的庫(kù)，使其適用于多個(gè)項(xiàng)目。

(相關(guān)資料圖)

硬件問(wèn)題

對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，集成對(duì)于性能和可靠性至關(guān)重要，PCB 中導(dǎo)電和非導(dǎo)電材料的集成要求物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)人員研究設(shè)計(jì)的各個(gè)電氣和機(jī)械方面之間的相互作用。特別是，隨著元件尺寸不斷縮小，PCB 上的電加熱變得越來(lái)越關(guān)鍵。與此同時(shí)，功能需求也在不斷上升。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的基于績(jī)效的性能，溫度響應(yīng)、電路板上的電氣元件行為以及整體熱管理對(duì)于系統(tǒng)的功能和可靠性至關(guān)重要。

PCB 必須隔離以確保保護(hù)。通過(guò)保護(hù)放置在板上以創(chuàng)建電子系統(tǒng)的銅跡線來(lái)防止短路。與合成樹(shù)脂粘合紙(SRBP、FR-1、FR-2)等低成本替代品相比，F(xiàn)R-4 更適合作為基材材料，因?yàn)樗哂形锢?機(jī)械特性，特別是在高頻下保留數(shù)據(jù)的能力，其高耐熱性，并且比其他材料吸收更少的水。 FR-4 廣泛用于高端建筑以及工業(yè)和軍事設(shè)備。它與超高絕緣(超高真空或 UHV)兼容。

但 FR-4 作為 PCB 基材面臨著諸多限制，這些限制源于生產(chǎn)中使用的化學(xué)處理。特別是，該材料容易形成夾雜物(氣泡)和條紋(縱向氣泡)，以及玻璃纖維的變形。這些缺陷會(huì)導(dǎo)致介電強(qiáng)度不一致并損害 PCB 走線性能。新型環(huán)氧玻璃材料解決了這些問(wèn)題。

其他常用材料包括聚酰亞胺/玻璃纖維(可支持更高的溫度且更堅(jiān)硬)和 KAPTON(柔性、輕質(zhì)，適合顯示器和鍵盤(pán)等應(yīng)用)。選擇介電材料(基板)時(shí)要考慮的因素包括熱膨脹系數(shù) (CTE)、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 (Tg)、導(dǎo)熱率和機(jī)械剛性。

軍用/航空航天 PCB 需要根據(jù)布局規(guī)范和 100% 可測(cè)試設(shè)計(jì) (DFT) 覆蓋率進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)考慮。 MIL-STD-883 標(biāo)準(zhǔn)建立了測(cè)試適用于軍事和航空航天系統(tǒng)的微電子設(shè)備的方法和程序，包括機(jī)械和電氣測(cè)試、制造和培訓(xùn)程序以及其他控制，以確保整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性水平一致。此類(lèi)設(shè)備的各種應(yīng)用。

汽車(chē)系統(tǒng)電子設(shè)備的設(shè)計(jì)除了滿足各種標(biāo)準(zhǔn)外，還必須遵循一系列規(guī)則，例如封裝集成電路的 AEC-Q100 機(jī)械和電子測(cè)試。串?dāng)_效應(yīng)會(huì)妨礙車(chē)輛安全。為了限度地減少這些影響，PCB 設(shè)計(jì)人員必須在信號(hào)線和電源線之間規(guī)定距離。軟件工具促進(jìn)了設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)化，這些工具自動(dòng)突出顯示需要進(jìn)一步修改的設(shè)計(jì)方面，以滿足干擾限制和散熱條件，以避免影響系統(tǒng)運(yùn)行。

PCB 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

圖 1：Altium Designer(圖片：Altium)

來(lái)自電路本身的干擾并不是對(duì)信號(hào)質(zhì)量的威脅。汽車(chē)中的 PCB 受到噪聲的轟擊，這些噪聲以復(fù)雜的方式與車(chē)身相互作用，在電路中感應(yīng)出不需要的電流。汽車(chē)點(diǎn)火系統(tǒng)引起的電壓峰值和波動(dòng)可能會(huì)使部件遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其加工公差。

軟件問(wèn)題

當(dāng)今的 PCB 布局工具必須具有多種功能組合才能滿足設(shè)計(jì)人員的要求。選擇正確的布局工具應(yīng)該是 PCB 設(shè)計(jì)考慮的首要因素，絕不應(yīng)該被忽視。 MentorGraphics、OrCADSystems 和 Altium 提供的產(chǎn)品屬于當(dāng)今的 PCB 布局工具。

Altium Designer 是當(dāng)今市場(chǎng)上的高端 PCB 設(shè)計(jì)軟件包之一。具有自動(dòng)布線功能，支持走線長(zhǎng)度調(diào)整和3D建模。 Altium Designer 包含適用于所有電路設(shè)計(jì)任務(wù)的工具，從原理圖捕獲到 HDL 以及電路仿真、信號(hào)分析、PCB 設(shè)計(jì)和 FPGA嵌入式開(kāi)發(fā)(圖 1)。

Mentor Graphics 的 PCB 布局平臺(tái)解決了當(dāng)今系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員面臨的主要挑戰(zhàn)：準(zhǔn)確、以性能和重用為導(dǎo)向的嵌套規(guī)劃;密集和復(fù)雜拓?fù)涞母咝酚?和機(jī)電優(yōu)化。該平臺(tái)的一項(xiàng)關(guān)鍵功能和行業(yè)的一項(xiàng)關(guān)鍵創(chuàng)新是 Sketch Router，它為設(shè)計(jì)人員提供了對(duì)自動(dòng)/輔助開(kāi)卷過(guò)程的完整交互式控制，生成與手動(dòng)開(kāi)卷相同的質(zhì)量結(jié)果，但時(shí)間卻少得多。

PCB 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

圖 2：OrCAD PCB 編輯器(圖片：Cadence)

OrCAD PCB Editor 是一個(gè)交互式環(huán)境，專(zhuān)為任何技術(shù)級(jí)別(從簡(jiǎn)單到復(fù)雜)的電路板設(shè)計(jì)而開(kāi)發(fā)。由于其對(duì) Cadence AllegroPCB Designer 的 PCB 解決方案的真正可擴(kuò)展性，OrCAD PCB Editor 支持設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的技術(shù)發(fā)展，能夠管理的約束(高速、信號(hào)完整性等)，同時(shí)保持相同的圖形界面和文件格式(圖 2)。

Gerber 文件

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) Gerber 文件格式用于傳達(dá) PCB 生產(chǎn)的設(shè)計(jì)信息。在很多方面，Gerber 類(lèi)似于電子產(chǎn)品中的 PDF;它只是用混合機(jī)器控制語(yǔ)言編寫(xiě)的小文件格式。這些文件由斷路器軟件生成并發(fā)送給 PCB 制造商以上傳到 CAM 軟件。

將電子系統(tǒng)安全地集成到車(chē)輛和其他復(fù)雜系統(tǒng)中對(duì)硬件和軟件都提出了重要的考慮因素。工程師的目標(biāo)是限度地減少設(shè)計(jì)迭代次數(shù)和開(kāi)發(fā)時(shí)間，這對(duì)于實(shí)施工作流程的設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)具有顯著的優(yōu)勢(shì)。

審核編輯：湯梓紅