PCB 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)：原型設(shè)計(jì)和 PCB 設(shè)計(jì)流程
綜覽
本文解釋了原型設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開發(fā)在 PCB 設(shè)計(jì)流程中的重要性。在解釋了兩個(gè)階段之間的區(qū)別之后，它繼續(xù)描述最適合設(shè)計(jì)流程每個(gè)階段的各種工具。?
內(nèi)容
介紹
為什么是原型？
PCB 設(shè)計(jì)流程 - 步驟 1 - 部件研究和選擇
PCB 設(shè)計(jì)流程 - 第 2 步 - 原理圖捕獲
PCB 設(shè)計(jì)流程 - 步驟 2b - 仿真
PCB 設(shè)計(jì)流程 - 步驟 3 - 電路板布局
PCB 設(shè)計(jì)流程 - 第 4 步 - 驗(yàn)證和驗(yàn)證
下一步
介紹
盡管 PCB 設(shè)計(jì)流程可以通過多種方式拆分，但最好將其視為具有兩個(gè)基本階段：原型設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開發(fā)。
原型設(shè)計(jì)發(fā)生在設(shè)計(jì)的最早階段，涉及單個(gè)工程師研究如何定義某個(gè)系統(tǒng)或應(yīng)用程序。這個(gè)階段的實(shí)驗(yàn)性質(zhì)是能夠開發(fā)滿足規(guī)格的硬件的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)經(jīng)過驗(yàn)證后，可以將其傳遞到設(shè)計(jì)流程的后期階段（即產(chǎn)品開發(fā)）。原型設(shè)計(jì)階段的最終目標(biāo)是獲得準(zhǔn)確、高效且符合規(guī)格的成功產(chǎn)品。您希望通過盡可能少的原型迭代來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，以最大限度地利用時(shí)間和資源。
產(chǎn)品開發(fā)是讓 PCB 為最終應(yīng)用做好準(zhǔn)備。原型已經(jīng)滿足設(shè)計(jì)規(guī)范（濾波、放大、采集、測(cè)量等），現(xiàn)在可以采用該設(shè)計(jì)并使用最佳設(shè)計(jì)實(shí)踐來實(shí)施它。大多數(shù)公司都有布局專家，并參與產(chǎn)品開發(fā)。在此設(shè)計(jì)階段，您正在為制造進(jìn)行開發(fā)，因此關(guān)注提高產(chǎn)品產(chǎn)量和減少制造重復(fù)。
圖 1 - 完整的設(shè)計(jì)流程
了解這種差異很重要，因?yàn)橛懈鞣N工具最適合設(shè)計(jì)流程的每個(gè)階段。盡管可以使用產(chǎn)品開發(fā)板布局專家，但研究人員通常是領(lǐng)域?qū)＜?。領(lǐng)域?qū)＜倚枰軌蚩焖龠M(jìn)行設(shè)計(jì)，而不必是原理圖捕獲、仿真或布局方面的專家。
例如，對(duì)于原型設(shè)計(jì)，您需要能夠：
快速定義電路原理圖
您需要使用高級(jí)分析技術(shù)驗(yàn)證電路行為
輕松地將原理圖轉(zhuǎn)移到布局
準(zhǔn)確驗(yàn)證設(shè)計(jì)的行為
對(duì)于 PCB 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)，我們將專注于原型設(shè)計(jì)階段，并幫助您（個(gè)人設(shè)計(jì)師）了解有關(guān)開發(fā) PCB 原型的更多信息。
我們可以將上圖所示的原型設(shè)計(jì)階段（設(shè)計(jì) > 原型 > 驗(yàn)證）分為四個(gè)步驟：部件研究和選擇、原理圖捕獲和仿真、電路板布局以及驗(yàn)證和驗(yàn)證。
圖 2 - 設(shè)計(jì)流程
為什么是原型？
原型有六個(gè)主要原因：
盡早失敗且代價(jià)低： ?真正的創(chuàng)新總是包含失敗的風(fēng)險(xiǎn)。通過構(gòu)建原型，您可以快速剔除無效的方法，專注于有效的方法。
收集更準(zhǔn)確的需求：??幾乎一半的項(xiàng)目成本都?xì)w因于由于需求不足而導(dǎo)致的返工。通過開發(fā)工作原型，您可以演示有助于鞏固最終設(shè)計(jì)需求的功能。
從技術(shù)上理解問題：??通過開發(fā)功能原型，您可以解決設(shè)備設(shè)計(jì)中可預(yù)見和不可預(yù)見的技術(shù)挑戰(zhàn)。然后，當(dāng)您轉(zhuǎn)向最終部署的解決方案時(shí)，您可以將這些解決方案應(yīng)用于更優(yōu)雅的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
解決沖突：??利用原型設(shè)計(jì)平臺(tái)，您可以快速執(zhí)行該功能的幾種不同實(shí)現(xiàn)，并對(duì)結(jié)果性能進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試，以分析每種方法的權(quán)衡。這可以節(jié)省時(shí)間，但也可以確保您做出正確的設(shè)計(jì)決策。
集會(huì)資金支持： ?通過開發(fā)原型來證明您的想法的可行性，您可以降低投資風(fēng)險(xiǎn)，從而增加您的想法獲得資金的可能性。
更容易申請(qǐng)專利：??雖然不再需要，但原型仍然是證明“減少實(shí)踐”的最佳和最安全的方式。此外，專利申請(qǐng)的關(guān)鍵組成部分，例如專利圖紙和發(fā)明人的日志，可以通過原型設(shè)計(jì)過程進(jìn)行開發(fā)。
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PCB 設(shè)計(jì)流程 - 步驟 1 - 部件研究和選擇
在設(shè)計(jì)之前，工程師需要能夠選擇能夠?qū)崿F(xiàn)電路功能的組件。有許多半導(dǎo)體制造商，包括模擬器件、國(guó)家半導(dǎo)體、恩智浦、羅姆、凌力爾特、On Semi 和德州儀器，都生產(chǎn)滿足不同規(guī)格的器件。工程師可以通過多種方式研究零件，包括：
半導(dǎo)體性能數(shù)據(jù)表（可以在datasheetcatalog.com上找到許多數(shù)據(jù)表
制造商網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容；ADI 公司通過他們的評(píng)估硬件和軟件頁(yè)面提供了許多產(chǎn)品可供評(píng)估。
可以下載并用于評(píng)估來自該制造商的組件的仿真工具。
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PCB 設(shè)計(jì)流程 - 第 2 步 - 原理圖捕獲
原理圖捕獲包括對(duì)元件（電阻器、電容器、放大器、比較器等）進(jìn)行符號(hào)表示，并將它們連接在一起形成一個(gè)可視化圖表，可以輕松查看以了解電路的功能。原理圖的目的是從理論角度查看電路的構(gòu)建塊。
原理圖由元件符號(hào)和連線（也稱為網(wǎng)絡(luò)）組成。
圖 3 - 原理圖設(shè)計(jì)
PCB 設(shè)計(jì)流程 - 步驟 2b - 仿真
SPICE 仿真是電路元件仿真的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。仿真可用于評(píng)估虛擬環(huán)境中真實(shí)世界組件的行為，從而允許您在設(shè)計(jì)流程的早期對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行高級(jí)分析。通過在原型設(shè)計(jì)的最早階段可視化電路的行為，可以減少錯(cuò)誤并提高性能。工程師通常會(huì)構(gòu)建其設(shè)計(jì)的原理圖，然后對(duì)其特性進(jìn)行仿真和可視化。
除了 SPICE，還有其他語言和參數(shù)可以模擬電路，包括 PSpice 和 HSpice。
要了解有關(guān)仿真的更多信息，請(qǐng)查看電巢https://news.eda365.com/仿真基礎(chǔ)知識(shí)。?
PCB 設(shè)計(jì)流程 - 步驟 3 - 電路板布局
完成后的原理圖將轉(zhuǎn)移到電路板布局。原理圖中的每個(gè)符號(hào)都與一個(gè)焊盤圖案相關(guān)聯(lián)。焊盤圖案直觀地表示 IC 或半導(dǎo)體封裝的物理尺寸。焊盤圖案將組件（例如運(yùn)算放大器）的符號(hào)轉(zhuǎn)換為 8 引腳矩形封裝。在電路板布局階段，設(shè)計(jì)被定義為它最終在原型制作時(shí)的樣子。這意味著定義電路板輪廓、放置零件、在銅制零件之間創(chuàng)建連接，然后最終導(dǎo)出進(jìn)行制造。
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圖 4 - 電路板布局
PCB 設(shè)計(jì)流程 - 第 4 步 - 驗(yàn)證和驗(yàn)證
電路板制作完成后，工程師需要驗(yàn)證原型的行為。一旦經(jīng)過驗(yàn)證，就可以將其移交給產(chǎn)品開發(fā)并為制造做好準(zhǔn)備。驗(yàn)證需要對(duì)電路板進(jìn)行測(cè)量并確保實(shí)際性能滿足模擬性能（或規(guī)格）。
圖 5 - 最終設(shè)計(jì)
