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(多图) 共同的目标:印制电路板设计工具

Gabe Moretti?? EDN技术编辑?? 2004年12月04日 ?? 收藏0
尽管集成电路(IC)设计师取得了很大业绩,但是印制电路板设计师将结构设计应用在制作方法之中已经有很多年了,而IC设计师仅仅才开始采用。

  要点
  ●?IC设计师现在才采用的一种设计方法,印制电路板设计师业已使用了很多年。
  ●?尽管公司合并和收购削弱了这一领域,但工程师在选用印制电路板设计工具时仍有很多选择。
  ●?系统验证是设计过程中要求最严格的阶段。
  ●?印制电路板设计师面临的主要挑战是信号完整性、功耗和热辐射。

  设计自动化会议(DAC)是EDA(电子设计自动化)行业的主要活动。这是制造商展出其产品、设计师纵览最新技术、所有行业参与者学习和讨论最新设计方法的最佳机会。在其存在的大部分时间里,DAC一直专注用于IC开发的工具和方法。你可以找到印制电路板设计工具,不过它们属于少数,而且在提供IC和印制电路板两类工具的制造商的展台上处于次要地位。似乎IC设计方法和工具引导着EDA的进展,而印制电路板设计在产品的技术方案中虽是必不可少的,但却是起着低级功能。
  对电子系统设计的一次更深入的考察表明,情况正好相反。IC设计师只是现在才开始尝试结构

设计、分层开发和DFM(可制造设计)三种方法,而印制电路板设计师采用这三种技术已经有一段时间了。IC设计师仅仅是现在才开始试图模仿印制电路板设计师多年来所做的事情。在设计一块印制电路板时,工程师根据电气和电子设计规则选择经过验证的功能模块并将其连接起来。在使用分立元件时,设计师进行模拟设计,而制造问题和测试问题则始终是印制电路板设计师考虑的重点。
  在开发一块印制电路板时,设计师通常遵循以下的四步流程:系统设计、系统验证、布局和制作数据生成(图1)。其中每一步都可能涉及到许多工具和规则。特别是工程师不得不扩大系统验证的范围,将诸如信号完整性、高速设计、电源要求与分配以及射频(RF)设计等问题包含在内。另一个需要注意的方面是连接器和电缆的设计和布局,尤其在印制电路板是较大系统中的一个组件,而该系统要在没有公共底板的各种印制电路板之间传送数据时更是如此。
设计师在开发印制电路板时遵循分层方法
图1,设计师在开发印制电路板时遵循分层方法。


  系统设计涉及到绘制电路原理图。原理图不仅是印制电路板的逻辑表示,而且还在设计过程中演变成印制电路板技术规范。工程师利用计算机辅助的原理图编辑器输入设计的逻辑功能和连接性。他们还输入许多封装特性、指导布线程序的设计规则和指导分析引擎的电气规则。设计输入驱动所有其它应用程序。
  系统验证使工程师能够验证封装和印制线两者的功能、连接性和物理特性的选择是否满足技术规范。根据所要解决的问题,设计师在验证中使用多种工具。一般而言,工程师需要验证时序、信号完整性、电磁干扰、电源以及发热等问题(图2)。在布局期间,工程师放置并连接他们在原理图中示出的封装和器件。完成这项任务的主要工具是以全自动模式或交互模式工作的布线程序。通常情况下,设计师利用一个交互式布线程序来人工完成最关键的布局与连接功能。他们一旦完成并验证了这部分设计,自动布线程序就可以处理剩下的布局布线功能。由于布线程序无法全部完成电路板布局,某些设计需要最终的交互式对话。交互式布局布线是一个严格而又乏味的过程。成品的质量常常是进行布局的工程师经验的直接结果。工程师一旦完成了电路板设计,就必须给出制造所需的各种文件和文档。很多印制电路板制造商都提供按所需格式输出信息的工具。
大多数印制电路板设计师必须处理5个主要的系统验证领域
图2,大多数印制电路板设计师必须处理5个主要的系统验证领域。


  可用的EDA工具
  通过一系列公司的合并和收购,针对印制电路板应用的EDA市场在过去几年中已经成熟。Cadence公司和Mentor Graphics公司分别收购了历史悠久的Orcad公司和Pads公司。这些收购行动使得Cadence公司和Mentor公司能够采取双重定价结构来扩大其市场影响,并为其客户提供选择范围更宽的产品。这两家公司的年收入占印制电路板市场年收入的75%左右。Zuken公司和Electronics Workbench公司在该市场的几个领域中占有很大的份额,并在力争夺取印制电路板收入第三的位置。
  系统验证重要性的不断提高已经为以前只专注于IC设计的公司打开了印制电路板的市场。信号完整性产品和热分析产品就是这种交叉的例子。其余的印制电路工具制造商满足于在该市场的几部分中得到认可,其中大多数公司的年收入低于1千万美元。表1列出了印制电路板工具制造商及其服务的应用系统。虽然本文不可能一一描述这些工具,但你可以在这些制造商的网站上找到所有的资料。Altium公司经销很多品牌工具,其中包括Protel、P-CAD、Nexar和nVisage。
  在过去三年中,无线设备已成为EDA市场的主要推动力。因此,电磁分析的重要性业已提高。Agilent公司和Cadence公


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电路板? 设计? 工具?

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