印刷电路板设计中的最佳做法

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1、印刷电路板设计中的最佳做法 概览当今，作为消费设备以及工业机器存在的电子产品毫无疑问已经成为我们日常生活中密不可分的一部分。从工厂中的复杂机器到计算机，工程师们已经借助包括小型的、坚固的、价格低廉的、可靠的印刷电路板（PCB）在内的多种技术将他们的思想转化为此类设备的理念。设计工程师在设计此类设备时，要面对许多困难。其中最显著的问题是在传统的设计流程中，在元件选择、设计以及验证之间，每个阶段是相互分离的。NI提供了完整的印刷电路板设计平台，其中包括NIMultisim用于原理图设计与仿真的易用性和强大功能，以及集成NIUltiboard布局和布线环境。NI提供的完整印刷电路板解决方案基于一个平

2、台构建，这个平台利用直观的SPICE分析与可扩展测量接口简化了板级仿真过程。这个印刷电路板解决方案还提供了将印刷电路板设计流程与实际测量整合在一起的独特功能。在这篇文章中，将要讨论是设计与测量的统一（这个概念也可以称为整合设计与测试），这个方式提供了更好地解决印刷电路板设计、验证以及生产中遇到问题的基础。本文就设计流程进行了概述，并对使用NIMultisim、NIUltiboard以及NILabVIEW将原理图设计、仿真、布局过渡到制造过程中的最佳做法进行了叙述。 引言在印刷电路板设计流程中，工程师会经历一系列步骤。这些步骤对于全世界所有的印刷电路板设计、验证以及制造而言都是相同的。在分析整个

3、印刷电路板设计流程之后，就可以发现影响生产能力的最大障碍在于各个设计步骤之间缺乏整合。传送数据、重复工作、无法有效利用过去的数据等繁琐的任务拖延了时间，降低了电路制作的效率。有人会提问设计流程中有哪些步骤，步骤之间缺乏整合是如何影响工程师的？我们先来看一下如图1所示的传统流程。 图1：传统设计流程 在印刷电路板设计流程中，实际上共有四个阶段：1.元件调查与选择2.原理图设计与仿真3.板卡布局4.检验与验证图1中所示的砖头墙壁代表在传统设计流程中，阶段之间是相互隔离的。所谓隔离，其含义是在印刷电路板的设计流程中，必须使用不同的应用程序，或是需要为下一阶段手动操纵数据。过去，步骤2（原理图开发与仿

4、真）与步骤3（板卡布局）是整合在一起的，通常是作为单一企业工具链的一部分。然而，每个印刷电路板设计流程都从元件调查开发，结束于原型验证。这两个阶段是各自分离的，并且与核心设计步骤互不相连。由于在整个印刷电路板的设计中，本身包含大量阶段迭代，因此对于许多工程师而言形成了困扰。缺乏整合就意味着“迭代设计”会变得更为困难，也更加费时。因此，我们的目标是去除这些“砖头墙壁”的隔离，将元件调查于设计以及原型验证阶段连接起来，从而将印刷电路板设计流程整合在一起（见下图2所示）。  图2：整合的设计流程 在本文中，我们将讨论如图2所示的整合的设计流程。您将了解到通过这种方式将传统上隔离的步骤整合在一起，就可

5、以构成最优做法的基础。 元件调查与选择设计中最为基本的构成部分是物理元件（例如电阻、运算放大器、晶体管以及数字元件）。元件调查与选择要求对元件进行评估，了解各个元件作为设计拓扑中的一部分将如何工作。关于设备性能的信息可以在许多包含元件数据表的在线资源中获取。数据表包含的信息包括工作点、开关特性、设计注意事项等等。能够得到数据表的网站包括（但并不局限于以下列表）：1.DatsheetCatalog.com2.美国模拟器件公司3.美国德州仪器公司4.安森美半导体公司大部分元件制造商还在各自的网站上提供数据表。 图3：数据表范例 许多工程师除了数据表上提供的信息之外，希望能够更多地了解元件是如何工作

6、的。第一个也是十分费时的一个方法是购买多种元件，实际构成一个电路原型，研究并分析设备。这个方法需要购买多个设备，并在设计过程的最初阶段进行面包板电路设计。第二个相对更好的方法是开始将传统印刷电路板设计流程中互相分离的部分整合在一起。可以使用原理图设计与仿真环境，选择设备并对其总体行为进行仿真。这样，无需购买并搭建实际电路，即可评估元件的性能。举例而言，在NIMultisim中，可以从元件数据库中选择元件，每个元件都带有仿真模型，能够对其工作方式进行可视化。在原理图设计与仿真环境中，可以快速地建立一种设计，进行仿真查看设备的整体工作情况。由于无需搭建实际电路，因此元件选择过程就所需的时间就缩短了

7、。查看在NIMultisim中可以使用的元件 原理图设计中的最佳方法原理图设计是设计流程中的根本。原理图设计环境是一个类似CAD的设计界面，可以在环境中放置电路元件（例如运算放大器、电阻、晶体管、处理器等等）的图形标志，将它们连接起来构成设计的拓扑结构（如图4所示）。 图4：原理图设计  在原理图中，电路设计用标志（使用ASCII标准以及DIN标准）的形式表示，并且用导线连接在一起（成为网络）。网