一款平臺五大創(chuàng)新特性，中小型企業(yè)PCB設(shè)計5倍效率提升的秘密找到了

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/吳子鵬）PCB（印刷電路板）是電子元器件實現(xiàn)電氣互連的載體，因此被稱為“電子產(chǎn)品之母”，覆蓋廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，包括通信設(shè)備、計算機及周邊、消費電子、工業(yè)控制、汽車電子和醫(yī)療設(shè)備等。

近幾年，全球PCB市場高速發(fā)展。根據(jù)研究機構(gòu)n.t. information的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2022年全球PCB產(chǎn)值約為880億美元，同比增長10%。S&P Consulting在分析報告指出，隨著電子產(chǎn)品智能化、高端化發(fā)展，高密度PCB的需求快速上升：在剛性板中，多層板的占比已經(jīng)達到了80%；封裝基板和HDI板在整個PCB市場的份額也都已經(jīng)超過了10%。

2022年P(guān)CB市場份額分布

數(shù)據(jù)來源：S&P Consulting，電子發(fā)燒友網(wǎng)制圖

電子產(chǎn)品迭代速度加快，加上PCB本身高密度化發(fā)展，讓設(shè)計企業(yè)面臨巨大的挑戰(zhàn)。全新的問題就需要全新的解決方案，因而能夠?qū)崿F(xiàn)高效設(shè)計的PCB設(shè)計軟件已經(jīng)成為企業(yè)的剛需。然而，縱觀整個市場，具備這種功能的PCB設(shè)計軟件大都價格不菲，且需要一定的部署環(huán)境，對于中小型企業(yè)和個人設(shè)計者而言，門檻太高了。因此，本文便是要為這種類型的設(shè)計者分享一款設(shè)計利器——Cadence公司的OrCAD X平臺。

當代PCB設(shè)計需要應(yīng)對的挑戰(zhàn)

作為電子產(chǎn)品設(shè)計的重要載體，隨著終端市場對電子設(shè)備需求不斷提高，PCB設(shè)計也需要隨機應(yīng)變，并逐步演化出幾大顯著的發(fā)展趨勢，包括高精度、高密度、高可靠性、綠色環(huán)保、智能化等。這些趨勢背后隱藏著PCB設(shè)計目前必須妥善解決的問題，這些問題有的來自設(shè)計本身，有的則是因為傳輸信號高頻化造成的，當然也有些問題會因企業(yè)規(guī)模而變得額外棘手。

我們首先來看PCB設(shè)計本身自帶的一些設(shè)計挑戰(zhàn)。在上述內(nèi)容中我們有提到一組數(shù)據(jù)：在目前PCB行業(yè)占比51%的剛性板中，其中40%左右都是多層板的設(shè)計，一些高多層板已經(jīng)達到了50層、60層，甚至是超過100層的程度。 板子層數(shù)的增加帶來的第一個問題就是如何保證信號完整性，這個問題在高多層板中非常突出。除了傳輸線路變長之外，多層板設(shè)計中都需要有過孔，而過孔往往會給傳輸線造成一些阻抗不連續(xù)、損耗變大等問題，對信號完整性影響很大。

在設(shè)計本身，第二個明顯的挑戰(zhàn)是高密度板導(dǎo)致的電磁兼容問題。高密度一方面來自非常多的板子層數(shù)，另一方面是由于器件之間的距離更加緊湊，這都有可能造成不同程度的電磁干擾，從而影響信號的傳輸和處理。 復(fù)雜的PCB設(shè)計還要考慮到散熱的問題，這在高多層板設(shè)計中較為突出，過多的層數(shù)導(dǎo)致散熱單元和散熱面積大幅度增加，如果不能很好地應(yīng)對就會造成散熱困難。

有時候，我們也需要關(guān)注信號本身可能帶來的問題，比如5G時代廣泛存在的高頻板。在高頻板設(shè)計過程中，信號串擾也就是走線間的電磁耦合關(guān)聯(lián)現(xiàn)象在設(shè)計初期經(jīng)常出現(xiàn)，這些耦合由于多層板的關(guān)系往往都是三維耦合，那么就需要分析大量的原因予以去除。另外，高頻和高速的信號也會在無端接傳輸線上產(chǎn)生振鈴，進而變成量級非常高的輻射，這些輻射是遠超F(xiàn)CC/CISPR B類限制的。

上述挑戰(zhàn)往往會讓設(shè)計者遇到一個很尷尬的問題，明明原理圖的邏輯是正確的，但是卻無法在PCB設(shè)計中實現(xiàn)出來。

當然，除了需要實現(xiàn)正確的PCB設(shè)計以外，在當前電子信息產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的節(jié)奏下，企業(yè)也必須正視一些設(shè)計之外的問題。比如被人廣泛提起的產(chǎn)品換新問題——激烈的市場競爭導(dǎo)致產(chǎn)品開發(fā)周期縮短，這就需要PCB設(shè)計開發(fā)盡可能地做到一次成功，滿足可生產(chǎn)性、可測試性、可維護性的要求。

再比如，出于對投資回報率（ROI）的考慮，高多層板的成本相對較高，導(dǎo)致單板的層數(shù)不能隨密度增加而無限加大，那么如何用更少的層數(shù)實現(xiàn)同樣的效果也是一個挑戰(zhàn)。 此外還有一點是設(shè)計協(xié)同的挑戰(zhàn)，也叫PCB并行設(shè)計挑戰(zhàn)。PCB并行設(shè)計是企業(yè)提升PCB開發(fā)效率一個很好的途徑，不過也面臨著一些問題。我們都知道，溝通是貫穿PCB設(shè)計過程的主題，但是如果缺乏數(shù)據(jù)和工具的支撐，有時候單純話術(shù)的溝通往往需要很長時間才能夠達成共識。

上述挑戰(zhàn)是共性的，也就是整個PCB產(chǎn)業(yè)都需要面對。對于中小型企業(yè)和個人設(shè)計者來說，在這些挑戰(zhàn)之外，還需要考慮一些額外的因素——在保證高質(zhì)量PCB設(shè)計的同時，也要充分考慮到經(jīng)濟性。

一般而言，為了解決上述我們提到的這些PCB設(shè)計挑戰(zhàn)，途徑大概有三種：其一是采用更高級的工藝技術(shù)，如納米級銅箔、高頻電路板材料等；其二是優(yōu)化布局、布線，減少板子層數(shù)和過孔數(shù)量；其三是進行散熱創(chuàng)新設(shè)計，通過改進散熱材料和結(jié)構(gòu)，增強系統(tǒng)的散熱性能。不難看出，在這些解決方案背后，有三大關(guān)鍵點：工藝、材料和設(shè)計工具。對于中小企業(yè)而言，能夠?qū)崿F(xiàn)智能化、高效設(shè)計的EDA設(shè)計工具大都價格不菲，超出了他們的項目預(yù)算。Cadence 新一代 AI 驅(qū)動的 OrCAD X 平臺能夠幫助他們很好地應(yīng)對上述挑戰(zhàn)。

讓中小企業(yè)PCB設(shè)計提速5倍

為了幫助更廣泛的設(shè)計者能夠借助云計算、人工智能等先進技術(shù)大幅提升自己的PCB設(shè)計生產(chǎn)力，2023年9月Cadence正式推出新的OrCAD X平臺，讓個人設(shè)計者和中小企業(yè)切實地感受到PCB設(shè)計效率飛升。

作為一款支持云的系統(tǒng)設(shè)計解決方案，OrCAD X包含了OrCAD平臺的全部功能及其他許多新增功能，五大極具創(chuàng)新的功能特性幫助設(shè)計者顯著縮短從原理圖設(shè)計到PCB layout的開發(fā)周期。

第一大功能特性是剛剛提到的云連接功能。從傳統(tǒng)PCB串行開發(fā)流程到PCB并行開發(fā)流程，一個很大的挑戰(zhàn)是如何讓團隊各成員能夠在統(tǒng)一界面看到設(shè)計成果，這對數(shù)據(jù)承載能力有很高的要求。通過云擴展，OrCAD X可在單一界面內(nèi)實現(xiàn)完整的部件創(chuàng)作，無需手動配置或共享文件。創(chuàng)建的方式可以是完全自己重新創(chuàng)建，也可以是借鑒已經(jīng)經(jīng)過驗證的第三方部件。創(chuàng)建完成之后，只需將數(shù)據(jù)發(fā)布到目標共享工作區(qū)，團隊成員就可以基于最新版本的庫進行高效溝通，同時處理同一個layout設(shè)計。

OrCAD X云連接功能

第二大功能特性是高效設(shè)計的能力。比如在布局布線方面，通過種類更加豐富的電氣約束，靈活的手動和輔助布線切換，可視化圖形能力，OrCAD X讓布局布線對于設(shè)計者而言，變得非常有趣且高效；在扇出設(shè)計方面，可以通過使用BGA封裝和高引腳器件，以及相關(guān)的可視化功能，讓扇出設(shè)計難度大大降低；在高頻信號管理方面，通過可視化圖形和過孔位置預(yù)覽功能，可以幫助設(shè)計者在管理高頻信號完整性時做出正確的決策，等等。

OrCAD X扇出功能

第三大功能特性是高度定制化的能力。傳統(tǒng)小畫布上進行PCB設(shè)計，不僅功能單調(diào)且?guī)缀鯖]有定制性可言。OrCAD X簡化并重建了設(shè)計工作區(qū)，合并了許多界面，設(shè)計者可以在面板、工具欄、圖層、窗格方面享受到充分的定制特性，從而讓設(shè)計變得井井有條且非常舒服。

第四大功能特性是更強的可視化能力。在檢測環(huán)節(jié)，OrCAD X提供的3D可視化能夠快速發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計中的一些問題，比如元器件擺放問題，以及板上元素是否沖突，OrCAD X提供交互式3D畫布，并可以根據(jù)設(shè)定的規(guī)則快速實現(xiàn)3D DRC(設(shè)計規(guī)則檢查)，極大地提升檢測和解決問題的效率。用戶可以通過AssignColor功能來快速區(qū)分網(wǎng)絡(luò)和PIN腳，從而增強對比顯示的效果。

OrCAD X 3D可視化功能

OrCAD X定位DRC功能

OrCAD XAssignColor功能

第五大功能特性是全新的工具界面設(shè)計和編輯器。OrCAD X簡化了PCB編輯器，摒棄了繁瑣的多菜單、手動設(shè)置和模式修改流程，讓設(shè)計可以非常絲滑；秉持高效設(shè)計的理念，OrCAD X提供全新的用戶界面，提供設(shè)計向?qū)?、幫助提示、基于原理圖的電路分組以及反饋功能。 通過這五大創(chuàng)新功能，我們發(fā)現(xiàn)無論是PCB設(shè)計上遇到的挑戰(zhàn)，還是項目協(xié)同方面的問題，都會迎刃而解，從而讓整個PCB設(shè)計工作的效率提升5倍以上。這里需要特別提出的是，OrCAD X是專門針對個人設(shè)計者、中小型企業(yè)進行優(yōu)化的設(shè)計利器，其中OrCAD X標準版面向個人用戶，OrCAD X專業(yè)版面向?qū)I(yè)人士和中小型企業(yè)用戶。

結(jié)語

不難發(fā)現(xiàn)，OrCAD X是一款能夠從時間和空間維度全面賦能個人設(shè)計者和中小型企業(yè)用戶的PCB設(shè)計利器。在時間維度上，OrCAD X提供的云連接、高效布局布線等能力，讓PCB設(shè)計效率大幅提升，產(chǎn)品交付、上市周期大幅縮短；在空間維度上，OrCAD X帶來了更強的3D可視化能力，加上100多個必要的約束檢查，可以清晰找到設(shè)計上的一些問題，避免出現(xiàn)昂貴的設(shè)計返工。

在創(chuàng)新技術(shù)的利用上，OrCAD X平臺是基于云計算和人工智能技術(shù)打造的全新引擎，這些創(chuàng)新技術(shù)的引入讓PCB設(shè)計不再乏味枯燥，而是妙趣橫生。作為PCB設(shè)計者的你是否已經(jīng)迫不及待，現(xiàn)在機會來啦！ 面向?qū)I(yè)用戶、中小型企業(yè)和團隊的OrCAD X 23.1專業(yè)版正式開啟免費試用，識別下圖二維碼或點擊下方“閱讀原文”鏈接，一鍵直達PCB設(shè)計新天地！