PCB设计基础:PCB原型设计到PCB完整设计

time : 2022-05-11 10:23       编辑:凡亿pcb

综览
本文说明了原型设计和产品开发在PCB设计流程中的重要性。在说明了两个阶段之间的区别之后,它继续描述最适合设计流程每个阶段的各种工具。
内容
先容
为什么是原型?
PCB 设计流程 - 步骤 1 - 部件研究和选择
PCB 设计流程 - 第 2 步 - 原理图捕获
PCB 设计流程 - 步骤 2b - 仿真
PCB 设计流程 - 步骤 3 - 电路板布局
PCB 设计流程 - 第 4 步 - 验证和验证
下一步
先容
尽管 PCB设计流程可以通过多种方式拆分,但最好将其视为具有两个基本阶段:原型设计和产品开发。
原型设计发生在设计的最早阶段,涉及单个工程师研究如何定义某个系统或应用程序。这个阶段的实验性质是能够开发满足规格的硬件的基础。设计经过验证后,可以将其传递到设计流程的后期阶段(即产品开发)。原型设计阶段的最终目标是获得准确、高效且符合规格的成功产品。您希翼通过尽可能少的原型迭代来实现这一点,以最大限度地利用时间和资源。
产品开发是让PCB为最终应用做好准备。原型已经满足设计规范(滤波、放大、采集、测量等),现在可以采用该设计并使用最佳设计实践来实施它。大多数企业都有布局专家,并参与产品开发。在此设计阶段,您正在为制造进行开发,因此关注提高产品产量和减少制造重复。
PCB设计
图 1 - 完整的设计流程
了解这种差异很重要,因为有各种工具最适合PCB设计流程的每个阶段。尽管可以使用产品开发板布局专家,但研究人员通常是领域专家。领域专家需要能够快速进行设计,而不必是原理图捕获、仿真或布局方面的专家。
例如,对于原型设计,您需要能够:
快速定义电路原理图
您需要使用高级分析技术验证电路行为
轻松地将原理图转移到布局
准确验证设计的行为
对于PCB设计基础常识,大家将专注于原型设计阶段,并帮助您(个人设计师)了解有关开发PCB原型的更多信息。
大家可以将上图所示的原型设计阶段(设计 > 原型 > 验证)分为四个步骤:部件研究和选择、原理图捕获和仿真、电路板布局以及验证和验证。
电路板设计
图 2 - 设计流程
为什么是原型?
原型有六个主要原因:
尽早失败且代价低:真正的创新总是包含失败的风险。通过构建原型,您可以快速剔除无效的方法,专注于有效的方法。
收集更准确的需求:几乎一半的项目成本都归因于由于需求不足而导致的返工。通过开发工作原型,您可以演示有助于巩固最终设计需求的功能。
从技术上理解问题:通过开发功能原型,您可以解决设备设计中可预见和不可预见的技术挑战。然后,当您转向最终部署的解决方案时,您可以将这些解决方案应用于更优雅的系统设计。
解决冲突: 利用原型设计平台,您可以快速实行该功能的几种不同实现,并对结果性能进行基准测试,以分析每种方法的权衡。这可以节省时间,但也可以确保您做出正确的设计决策。
集会资金支撑:通过开发原型来证明您的想法的可行性,您可以降低投资风险,从而增加您的想法获得资金的可能性。
更容易申请专利:虽然不再需要,但原型仍然是证明“减少实践”的最佳和最安全的方式。此外,专利申请的关键组成部分,例如专利图纸和发明人的日志,可以通过原型设计过程进行开发。
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PCB 设计流程 - 步骤 1 - 部件研究和选择
在设计之前,工程师需要能够选择能够实现电路功能的组件。有许多半导体制造商,包括模拟器件、国家半导体、恩智浦、罗姆、凌力尔特、On Semi 和德州仪器,都生产满足不同规格的器件。工程师可以通过多种方式研究零件,包括:
半导体性能数据表(可以在datasheetcatalog.com上找到许多数据表
制造商网页内容;ADI 企业通过他们的评估硬件和App页面提供了许多产品可供评估。
可以下载并用于评估来自该制造商的组件的仿真工具。
PCB 设计流程 - 第 2 步 - 原理图捕获
原理图捕获包括对元件(电阻器、电容器、放大器、比较器等)进行符号表示,并将它们连接在一起形成一个可视化图表,可以轻松查看以了解电路的功能。原理图的目的是从理论角度查看电路的构建块。
原理图由元件符号和连线(也称为网络)组成。
电路板设计
图 3 - 原理图设计
PCB设计流程 - 步骤 2b - 仿真
SPICE仿真是电路元件仿真的行业标准。仿真可用于评估虚拟环境中真实世界组件的行为,从而允许您在PCB设计流程的早期对设计进行高级分析。通过在原型设计的最早阶段可视化电路的行为,可以减少错误并提高性能。工程师通常会构建其设计的原理图,然后对其特性进行仿真和可视化。
除了 SPICE,还有其他语言和参数可以模拟电路,包括 PSpice 和 HSpice。
PCB 设计流程 - 步骤 3 - 电路板布局
完成后的原理图将转移到电路板布局。原理图中的每个符号都与一个焊盘图案相关联。焊盘图案直观地表示 IC 或半导体封装的物理尺寸。焊盘图案将组件(例如运算放大器)的符号转换为 8 引脚矩形封装。在电路板布局阶段,设计被定义为它最终在原型制作时的样子。这意味着定义电路板轮廓、放置零件、在铜制零件之间创建连接,然后最终导出进行制造。
电路板布局
图 4 - 电路板布局
PCB 设计流程 - 第 4 步 - 验证和验证
电路板制作完成后,工程师需要验证原型的行为。一旦经过验证,就可以将其移交给产品开发并为制造做好准备。验证需要对电路板进行测量并确保实际性能满足模拟性能(或规格)。
PCB布线
图 5 - 最终设计
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