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PCB設(shè)計(jì)流程和原型設(shè)計(jì)
本文解釋了原型設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)在PCB設(shè)計(jì)流程中的重要性。在解釋了兩個(gè)階段之間的差異之后，繼續(xù)描述了最適合設(shè)計(jì)流程每個(gè)階段的各種工具。 PCB設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)系列是Internet上的免費(fèi)資源，可用于學(xué)習(xí)印刷電路板（PCB）的原型。這些資源的選擇包括術(shù)語(yǔ)介紹，設(shè)計(jì)好的實(shí)踐以及諸如原型制作之類(lèi)的其他內(nèi)容。、
介紹
盡管PCB設(shè)計(jì)流程可以通過(guò)多種方式進(jìn)行劃分，但一般將其視為具有兩個(gè)基本階段：原型設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開(kāi)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特定系統(tǒng)或應(yīng)用程序。此階段的實(shí)驗(yàn)性質(zhì)對(duì)于能夠開(kāi)發(fā)符合規(guī)格的硬件至關(guān)重要。設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證后，可以傳遞到設(shè)計(jì)流程的后期（即產(chǎn)品開(kāi)發(fā)）。原型制作階段的最終目標(biāo)是擁有一款準(zhǔn)確，高效且符合規(guī)格的成功產(chǎn)品。您希望通過(guò)盡可能少的原型迭代來(lái)完成此任務(wù)，以充分化時(shí)間和資源。
產(chǎn)品開(kāi)發(fā)是關(guān)于使PCB為最終應(yīng)用做好準(zhǔn)備。該原型已經(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)并使用設(shè)計(jì)中的優(yōu)質(zhì)實(shí)踐來(lái)實(shí)施它。大多數(shù)公司的個(gè)人都是布局專家，并且參與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。在此設(shè)計(jì)階段，您正在開(kāi)發(fā)制造產(chǎn)品，因此，您擔(dān)心增加產(chǎn)品良率和減少制造再生產(chǎn)。
了解這種差異非常重要，因?yàn)橛懈鞣N工具最適合設(shè)計(jì)流程的每個(gè)階段。盡管可以為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)委員會(huì)提供布局專家，但研究人員通常是領(lǐng)域?qū)＜?。領(lǐng)域?qū)＜倚枰軌蚩焖僭O(shè)計(jì)，而不必是原理圖捕獲，仿真或布局方面的專家。
例如，要進(jìn)行原型制作，您需要能夠：
快速定義電路原理圖
您需要使用更高分析技術(shù)來(lái)驗(yàn)證電路行為
輕松將原理圖傳輸?shù)讲季?/span>
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(kāi)發(fā)PCB原型的更多信息。
我們可以將上圖所示的原型制作階段（“設(shè)計(jì)”>“原型制作”>“驗(yàn)證”）分為四個(gè)步驟：零件研究和選擇，原理圖捕獲和仿真，電路板布局以及驗(yàn)證和確認(rèn)。
為什么要原型？
進(jìn)行原型制作有六個(gè)主要原因：
盡早而廉價(jià)地失?。?/span> 真正的創(chuàng)新總是會(huì)包含失敗的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)構(gòu)建原型，您可以快速淘汰那些無(wú)效的方法，而將精力集中在那些有效的方法上。
收集更準(zhǔn)確的需求： 由于需求不足，幾乎所有項(xiàng)目成本中的一半歸功于返工。通過(guò)開(kāi)發(fā)一個(gè)有效的原型，您可以演示該功能，以幫助鞏固最終設(shè)計(jì)的要求。
從技術(shù)上理解問(wèn)題： 通過(guò)開(kāi)發(fā)功能原型，您可以解決設(shè)備設(shè)計(jì)中可預(yù)見(jiàn)的和不可預(yù)見(jiàn)的技術(shù)挑戰(zhàn)。然后，當(dāng)您轉(zhuǎn)移到最終部署的解決方案時(shí)，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： 利用原型平臺(tái)，您可以快速進(jìn)行該功能的幾種不同實(shí)現(xiàn)，并基準(zhǔn)測(cè)試結(jié)果性能，以分析每種方法的權(quán)衡。這樣可以節(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)財(cái)務(wù)支持： 通過(guò)開(kāi)發(fā)一個(gè)原型來(lái)演示您的想法的可行性，可以降低投資風(fēng)險(xiǎn)，因此可以提高您的想法獲得資助的可能性。
更加輕松地申請(qǐng)專利： 盡管不再需要專利，但原型仍然是證明“減少實(shí)踐”的好的和最安全的方法。此外，可以通過(guò)原型制作過(guò)程來(lái)開(kāi)發(fā)專利申請(qǐng)的關(guān)鍵組件，例如專利圖紙和發(fā)明人的日志。
PCB設(shè)計(jì)流程-步驟1-零件研究與選擇
甚至在設(shè)計(jì)之前，工程師都必須能夠選擇將使電路起作用的組件。有許多半導(dǎo)體制造商，包括模擬設(shè)備，美國(guó)半導(dǎo)體，恩智浦，羅姆，凌特公司，安森美半導(dǎo)體和德州儀器（TI），其制造的設(shè)備可以滿足各種規(guī)格要求。工程師可以使用多種方法來(lái)研究零件，包括：
有關(guān)半導(dǎo)體性能的數(shù)據(jù)表；ADI公司通過(guò)其“ 評(píng)估硬件和軟件”頁(yè)面提供了許多產(chǎn)品供評(píng)估。
可以下載仿真工具并將其用于評(píng)估該制造商的組件。
PCB設(shè)計(jì)流程-步驟2-原理圖捕獲
原理圖捕獲涉及對(duì)元件（電阻器，電容器，放大器，比較器等）進(jìn)行符號(hào)表示，然后將它們接線在一起，形成一個(gè)直觀的圖表，可以輕松查看以了解電路的功能。原理圖的目的是從理論的角度查看電路的構(gòu)建塊。
原理圖由組件符號(hào)和電線（也稱為網(wǎng)絡(luò)）組成。
PCB設(shè)計(jì)流程-步驟2b-仿真
SPICE Simulation是電路組件仿真的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。仿真可用于評(píng)估虛擬環(huán)境中現(xiàn)實(shí)世界組件的行為，從而使您可以在設(shè)計(jì)流程中更早地對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行高分析。通過(guò)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)原理圖，然后模擬并可視化其特征。
除了SPICE，還有其他語(yǔ)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SPICE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)都與焊盤(pán)圖形關(guān)聯(lián)。焊盤(pán)圖形直觀地表示了IC或半導(dǎo)體封裝的物理尺寸。焊盤(pán)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，定義了設(shè)計(jì)，因?yàn)樽罱K將在原型化時(shí)看起來(lái)。這意味著定義電路板輪廓，放置零件，在銅零件之間建立連接，然后最終導(dǎo)出以進(jìn)行制造。
PCB設(shè)計(jì)流程-步驟4-驗(yàn)證與確認(rèn)
電路板制造完成后，工程師需要驗(yàn)證原型的行為。一旦通過(guò)驗(yàn)證，就可以將其移交給產(chǎn)品開(kāi)發(fā)并為制造做好準(zhǔn)備。驗(yàn)證需要從電路板上進(jìn)行測(cè)量，并確保真實(shí)性能滿足模擬性能（或規(guī)格）。