1. 您如何看待未来三年PCB设计市场会有上量需求趋势?
随着中国制造2025计划的快速推进以及工业4.0概念的流行,当今世界正逐渐从信息化时代步入万物互联的智能化时代,各种传统行业都在进行智能化升级,包括工业电子、汽车电子以及电子领域都表现出迅猛的发展势头。同时大众消费者对于终端电子产品的功能需求也越来越丰富,不仅是传统电子产业在蓬勃发展,还涌现出大量的新兴产业,如人工智能、智慧家居、智能穿戴等等,可以说电子化是未来世界发展的必然趋势。
而说到电子产品就离不开半导体芯片、电子元器件以及PCB电路板,作为绝大部分电子产品基础载体的PCB电路板行业也变的越来越重要。包括原材料的研发生产、PCB的研发设计、以及电路板生产制造等相关领域,都将作为未来电子产业发展的重要基础而存在,所以说整个PCB行业在未来相当长一段时间内的发展前景都是非常值得期待的。
2. Cadence、Mentor、PADS、HyperLynx、HFSS、ADS等多种PCB设计与EDA仿真工具,您较看好哪种?
评价EDA设计工具的优劣是个比较有争议的话题,很难得出一个*的结论。因为每一种工具都有其自身的特点,对应不同的行业领域。不同的行业对电子开发工具的需求差别是很大的。所以与其说较看好哪一种,不如说自己更适合哪一种,或者说更需要哪一种工具。在这里仅以我个人使用经验来简单分享一下自己的心得体会。
PADS(Power PCB)是Mentor公司一款优秀的PCB设计工具,其优势在于入门学习简单,使用方便灵活,设计流程简洁明了,工作效率较高,原理图与PCB的交互操作性好等等…… 这个工具在中小型企业应用普及度是相当高的。其适用领域非常广泛,例如消费类产品设计、手机主板、工业产品设计等。我自己也非常喜欢这个工具平台。
但是PADS这款工具也有一定的不足,比如主体设计环境PADS-Layout与布线工具PADS-Router是两个独立界面,使用时候需要频繁切换,集成度不是很好。另外当设计规模较大的时候,操作流畅度会有明显下降,从而影响工作效率,另外对于复杂设计规则支持不是很完善,一些复杂的设计规则没有办法用常规的功能设置来快速实现,这对于高端产品的设计效率影响明显。
Mentor EE(Expedition Enterprise)这个工具与PADS同属Mentor公司(其实PADS是被收养的,EE才是Mentor亲娃……),EE对于**大型设计项目、多人在线同步协作、团队作战来说**是攻坚利器,其PCB布线质量和效率非常优秀,同时Mentor工具的平台化、系统化管理完善而严谨,从前端原理图设计到后端工程制造都有对应的解决方案,这都是大型企业喜欢用Mentor的重要原因。
不过从规范严谨的反面来看,就是其工具平台稍显复杂,一般需要专门的团队进行管理维护才能充分发挥其使用效率,这对于大型企业当然不是问题,但是对于一些专注于特定领域的公司来说,有时候平台管理的重要性要让位于产品开发进度与效率,所以这时候另一款Cadence公司的Allegro工具则会显得更加快捷与高效。
Cadence Allegro可以说是目前地球上较火的PCB设计工具,它的优点有很多,如软件操作界面友好,响应速度块,操作效率高,二次开发功能丰富,规则管理器功能完善,高速设计专属功能强悍等等。其对大型项目支持较好,不会因为设计规模加大而大幅度降低响应速度,用Allegro做几万Pin的设计项目基本不会有太大压力,所以对于通讯行业,商用服务器,以及工控、领域来说是很适用的。
当然任何工具都不可能是**无瑕的,Allegro本身也有一些不足,比如布线推挤功能相对较弱,但是好在其布线操作效率很高,在一定程度上弥补了推挤功能的弱势;另外随着设计复杂度的增加,地铜铺设层数增多以后,对铜箔处理的效率会明显变慢;还有就是软件升级换代导致高低版本的不兼容问题稍显麻烦等。另外正是因为这款工具功能非常强大,所以学习入门相对于PADS等工具来说要难一些。
AlTIum也是一款在国内比较流行的EDA工具,早期版本叫Protel,这个工具在国内应用较早,操作简单容易上手,用它来做简单的小项目设计非常方便,当年的Protel-99SE陪伴我们度过了多少个不眠之夜…… 这个工具就像是带我们入行的老朋友,伴随我们走过了早期的学习成长阶段。
不过新版本的AlTIum软件对于资源消耗比较大,响应速度和操作效率偏低,并且核心的设计功能相比另外几款工具来说也基本没有优势,基于这些原因在高端项目开发团队中很少见到它。但是AlTIum也有一些比较特色的功能,比如3D显示效果很漂亮等,总体来说基于其操作简单、易于快速入门的特点,加上高校教学的推动,所以其在国内的普及程度还是很高的。
除了这几种软件之外还有几种PCB设计工具也简单列一下:
PADS Professional:这货除了名字之外跟PADS其实没有什么实质关系,其真身是Mentor EE的简化、低价版本,用于抢占中端设计软件市场的。
Eagle:一款来自德国的PCB设计工具,其特点是较低的价格,基础的功能甚至可以免费使用,这使其在PCB设计开发相对简单,并且版权意识和法规完善的地区拥有较高的使用率。
Zuken:一款来自日本的PCB设计工具,在国内的热度相比以上几种要低一些,在日系企业或者跟日资企业合作的公司中占有一定的使用率。
以上说了这么多软件工具,你说哪个好呢?其实工具不分好坏,关键看使用者的需求,对工具的掌握的程度,以及能发挥出多少工具的效力。作为PCB设计工程师来说,选择设计工具的时候必须思考清楚是否适合自己所在领域,如果在入门阶段就追求学习高端复杂工具,反而会难以发挥其效力,学习的进度也难以达到预期。
除了基本的PCB设计工具之外,基本上每一款PCB设计平台都对应有其原理图设计工具,例如Protel-SCH,PADS- Power logic,DxDesigner,Concept HDL,ORCAD等等,基本上也是各有特色,这个就看设计师的个人习惯和平台需求来选择了。同时Mentor和Cadence公司都还有系列的电子开发工具平台,例如IC设计,FPGA设计等等,这些由于不属于PCB设计领域所以我们暂时不做展开讨论。
通过下面的关键词直接从网络上Google或Baidu就能很容易的找到下面的资料,这里只是以参考文献的方式做一个整理以及简单的说明。
介绍了六层板的布线技巧,非常实用,画多层板的强烈推荐。
2、AN1258, "Op Amp Precision Design: PCB Layout Techniques", Microchip.我就是看着这个做运放的PCB的布局布线的,看了很多遍。
3、John Ardizzoni. Apractical Guide to High-Speed Printed-Cricuit-Board Layout. Analog Dialogue.高速PCB设计的布局方法,简单看了看,老外写的东西**就是高。
4、美国国家半导体公司. 简单开关电源PCB布局指南. 2002年7月.这是一份关于开关电源的布局布线技巧,文章内有一些理论性的解释。
6、科通集团Cadence Allegro基础培训. 共6期.
不得不说,对于使用Cadence绘制PCB的工程师们,科通集团的这份培训PPT可谓价值不菲啊(基于Cadence 16.5)。PPT中除了含有Allegro的使用技巧外,还有很多有价值的关于PCB设计中应该注意的一些问题(如:BGA的十字扇出、散热考虑等)。
不得不说的设计经验
如果设计的电路系统中包含FPGA器件,则在绘制原理图前必需使用Quartus II软件对管脚分配进行验证。(FPGA中某些特殊的管脚是不能用作普通IO的)
4层板从上到下依次为:信号平面层、地、电源、信号平面层;6层板从上到下依次为:信号平面层、地、信号内电层、信号内电层、电源、信号平面层。6层以上板(优点是:防干扰辐射),**选择内电层走线,走不开选择平面层,禁止从地或电源层走线(原因:会分割电源层,产生寄生效应)。
多电源系统的布线:如FPGA+DSP系统做6层板,一般至少会有3.3V+1.2V+1.8V+5V。
3.3V一般是主电源,直接铺电源层,通过过孔很容易布通全局电源网络。
5V一般可能是电源输入,只需要在一小块区域内铺铜。且尽量粗(你问我该多粗——能多粗就多粗,越粗越好)
1.2V和1.8V是内核电源(如果直接采用线连的方式会在面临BGA器件时遇到很大困难),布局时尽量将1.2V与1.8V分开,并让1.2V或1.8V内相连的元件布局在紧凑的区域,使用铜皮的方式连接,如下图:
总之,因为电源网络遍布整个PCB,如果采用走线的方式会很复杂而且会绕很远,使用铺铜皮的方法是一种很好的选择!
相邻层之间走线采用交叉方式:既可减少并行导线之间的电磁干扰(高中学的哦),又方便走线(参考资料1)。如下图为某PCB中相邻两层的走线,大致是一横一竖。
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模拟数字要隔离,怎么个隔离法?布局时将用于模拟信号的器件与数字信号的器件分开,然后从AD芯片中间一刀切!
模拟信号铺模拟地,模拟地/模拟电源与数字电源通过电感/磁珠单点连接。
基于PCB设计软件的PCB设计也可看做是一种软件开发过程,软件工程较注重“迭代开发”的思想,我觉得PCB设计中也可以引入该思想,减少PCB错误的概率。
(1) 原理图检查,尤其注意器件的电源和地(电源和地是系统的血脉,不能有丝毫疏忽)
(2) PCB封装绘制(确认原理图中的管脚是否有误)
(3) PCB封装尺寸逐一确认后,添加验证标签,添加到本次设计封装库
(4) 导入网表,边布局边调整原理图中信号顺序(布局后不能再使用OrCAD的元件自动编号功能)
(5) 手工布线(边布边检查电源地网络,前面说过:电源网络使用铺铜方式,所以少用走线)
总之,PCB设计中的指导思想就是边绘制封装布局布线边反馈修正原理图(从信号连接的正确性、信号走线的方便性考虑)。
晶振离芯片尽量近,且晶振下尽量不走线,铺地网络铜皮。多处使用的时钟使用树形时钟树方式布线。
连接器上信号的排布对布线的难易程度影响较大,因此要边布线边调整原理图上的信号(但千万不能重新对元器件编号)
多板接插件的设计:
(1) 使用排线连接:上下接口一致;(2) 直插座:上下接口镜像对称,
模块连接信号的设计:
(1) 若2个模块放置在PCB同一面,如下:管教序号大接小小接大(镜像连接信号);(2) 若2个模块放在PCB不同面,则管教序号小接小大接大
这样做能放置信号像上面的右图一样交叉。当然,上面的方法不是定则,我总是说,凡事随需而变(这个只能自己领悟),只不过在很多情况下按这种方式设计很管用罢了。
教学牛:
全案例项目式教学,内容是以4-20层板实例(蓝牙音箱、平板电脑、机器人、VR、通讯产品、行车记录仪等)和HDI实例(智能手表、手环、VR等)为主的高速PCB设计课程,行业内10年以上设计经验的*工程师手把手教学Cadence OrCAD及Allegro设计基础。
效果牛:
培训完将熟悉整个PCB设计流程、规范,熟练使用Cadence Allegro设计软件。工作中能独立完成项目,*当一面,可相当于2-4年经验,直接上岗。