随着项目计划时间越来越短，预算越来越少，项目经理和小企业主必须不断研究如何最大限度地利用有限的资金和资源，而可重复使用的PCB设计IP是缩短设计周期的潜在方法。

通常，工程团队都会寻找资源更少、设计成本更低的PCB制造方法。其中电路工程师必须平衡3个互相矛盾的要素：布局可解性（DFS）、性能（DFP）和可制造要求（DFM），以实现最大布局及布线密度、最优性能、高效无缺陷制造。我称之为“设计师的三角形”，见图1。

 

 

各种挑战

在PCB设计中，一些反复出现的问题均与DFM、约束条件、 PCB布局规划和布线有关；通常需要获取制造和组装的原理图及文档。此外无论使用哪种EDA工具，总体过程是相同的：

• 定义要求· 创建库（如果尚不存在）· 获取包含约束条件的原理图· 将元器件和信号布线集成到PCB布局中，并使用适当的MCAD-ECAD协同设计· 运行SI/EMC/PI仿真（根据需要进行布局调整）· 生成最终制造输出文件· 将最终数据发布到产品的生命周期管理系统中

完成此过程后，将已发布的制造数据输出文件发送给供应商，完成PCB的制造和组装。这是持续多年的设计基本方法。

然而，我们经常会退一步问，“如何在降低成本的同时更快更好地完成设计?”可以尝试从EDA工具入手，而其他更强的工具自动化能产生更大的影响吗?我相信在某种程度上是可以的。

当你把最初的CCA拿到实验室并开始测试功能，尤其当它是初始样板时，能否按设计的功能正常工作，并满足所有的要求？这是显示PCB设计过程成败的关键时刻。由此产生的一个常见问题是：无论设计的PCB布局有多好，如果实际的电路不工作或不能满足终端要求，那么就要回到起点，重新开始设计。这是可能会反复出现的问题。

另一常见问题，尤其在大公司中，工程师不知道其他同事已经完成了某个特定电路的设计，还在对其进行一遍又一遍的重复设计。而每个创建的冗余电路，都需要新的验证周期。此外，为每个冗余电路选择的元件是不同的，这就增加了采购量。许多PCB工程师重复设计、布局、布线同一个电路，对此，有没有解决的办法呢？

 

可重复使用的设计解决问题

办法是有的。通过在EDA库中创建可重复使用的电路模块，利用可重复使用的PCB设计IP。图2是一个基于已知有效且经过验证的CCA设计来创建重复使用模块的实例。可以获取和管控其电路和布局设计，而不仅仅只是“复制电路”功能。

 

 

这种已知的电路和布局设计，可以在接下来的3组不同PCB设计中重复使用，从而节省了不同PCB工程师重新设计和布局相同电路的时间。此外还节省了工程时间，无论是创建电路的前期工程，还是在CCA启动测试阶段的后期工程。由于已知单独模块都可以正常工作并确认有效，因此成功的可能性要高很多。这是可见的、显著的成本节约，更不用说因为无需全部从头开始所带来的潜在成本节约。

当今，一些EDA工具通过采用可重复使用的模块来创建和利用可重复使用的PCB设计IP。通过在库中管控模块，进行总体修订和导出内容的控制。图3是采用可管控模块案例。

 

 

通过以下采用该方法的案例，了解如何在最新硬件设计可重复使用项目中解决最初的问题——在降低成本的同时更快更好地完成设计?

我曾经创建了约20个已知有效的电路可重复使用模块，包含各自的布局。可重复使用模块由完整的原理图及其相关的完整设计布局组成。其范围从10~50个元器件组成的简单电路，到包含约500多个元器件的复杂多页原理图。这些模块在EDM库中可以得到高效的管控。

通常，在设计中采用可重复使用的模块与使用典型电阻符号及其相关的焊盘图形没有区别。可重复使用的模块通过各自的端口实现模块与模块、模块与其他电路的连接，就像在设计中连接电阻器、电容器和其他集成电路一样。

从最初的20个可重复使用的模块开始，通过在主设计中按照要求复制不同的可重复使用模块，最终完成了大约120个可重复使用的模块，以满足CCA的终端要求。通过这种可重复使用的方法，减少了大约3到4周的前期工程和布局设计时长，并且在项目的CCA启动和测试阶段减少了大约2周的后端实验室测试时间。最终，CCA首次就成功了。由于所有模块都由已知有效的电路组成，CCA可以按预期进行工作，不存在任何意外或简单的工程错误。锦上添花的是，这些可重复使用的模块不仅可以用于这个项目，公司内的所有工程团队都可以在各自的设计中利用它。因此潜在的节省会对公司会产生更长远的影响。

研究表明，可重复使用设计是解决历史问题的有效途径。图4中引用了Aberdeen的研究，结果显示：当采用可重复使用的模块时，满足成本、进度和质量要求的成品达标率均有所增加。

 

 

几十年来，由于复杂性和工程成本的要求，IP可重复使用一直是集成电路开发的标准过程，因此对行业来说这并不是新概念。随着PCB复杂性快速增加和制造速度的快速提高，在PCB设计领域采用类似做法的时机已经到来。大多数新产品都是基于现有产品的变体，因此重复使用经过验证的电路是有意义的。在新的PCB设计中利用已知有效的电路可以加速新产品的开发并消除冗余工作。例如，一旦建立并验证了电源电路，为什么还要为每个具有相同电源需求的PCB设计重新创建呢？利用经过验证的电路可以确保产品高质量，也可符合公司标准，并且还能采用首选元器件，继而减少验证时间，避免了潜在的供应链问题。

对于包含敏感或受限电路的设计，可重复使用IP的规范管理来准确跟踪关键信息，如所有者、操作特性和任何出口控制的要求。设计周期可缩短50%，并减少设计从头开始的可能性，同时提高了设计的可靠性和质量，在此我强烈建议将可重复使用设计作为一种更快、更好地降低设计成本的选择——前提是EDA工具可以处理真正的可重复使用设计和可重复使用模块，并且公司内部工程部门也接受可重复使用模块。

更多内容可点击这里查看，文章发表于《PCB007中国线上杂志》9月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。

#Design  #PCB  #设计  #产品设计  #新技术  #PCEA  #可重复使用  #应对  #挑战  #布局  #布局可解性  #DFS  #性能  #DFP  #可制造  #DFM