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PCB設計流程和原型設計
本文解釋了原型設計和產品開發(fā)在PCB設計流程中的重要性。在解釋了兩個階段之間的差異之后，繼續(xù)描述了最適合設計流程每個階段的各種工具。 PCB設計基礎知識系列是Internet上的免費資源，可用于學習印刷電路板（PCB）的原型。這些資源的選擇包括術語介紹，設計好的實踐以及諸如原型制作之類的其他內容。、
介紹
盡管PCB設計流程可以通過多種方式進行劃分，但一般將其視為具有兩個基本階段：原型設計和產品開發(fā)。
原型設計發(fā)生在設計的最早階段，涉及單個工程師研究如何定義特定系統(tǒng)或應用程序。此階段的實驗性質對于能夠開發(fā)符合規(guī)格的硬件至關重要。設計經過驗證后，可以傳遞到設計流程的后期（即產品開發(fā)）。原型制作階段的最終目標是擁有一款準確，高效且符合規(guī)格的成功產品。您希望通過盡可能少的原型迭代來完成此任務，以充分化時間和資源。
產品開發(fā)是關于使PCB為最終應用做好準備。該原型已經滿足設計規(guī)范（濾波，放大，采集，測量等），現在可以采用該設計并使用設計中的優(yōu)質實踐來實施它。大多數公司的個人都是布局專家，并且參與產品開發(fā)。在此設計階段，您正在開發(fā)制造產品，因此，您擔心增加產品良率和減少制造再生產。
了解這種差異非常重要，因為有各種工具最適合設計流程的每個階段。盡管可以為產品開發(fā)委員會提供布局專家，但研究人員通常是領域專家。領域專家需要能夠快速設計，而不必是原理圖捕獲，仿真或布局方面的專家。
例如，要進行原型制作，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來驗證電路行為
輕松將原理圖傳輸到布局
準確驗證設計的行為
對于PCB設計基礎知識，我們將專注于原型設計階段，并幫助您（個人設計師）了解有關開發(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（“設計”>“原型制作”>“驗證”）分為四個步驟：零件研究和選擇，原理圖捕獲和仿真，電路板布局以及驗證和確認。
為什么要原型？
進行原型制作有六個主要原因：
盡早而廉價地失?。?/span> 真正的創(chuàng)新總是會包含失敗的風險。通過構建原型，您可以快速淘汰那些無效的方法，而將精力集中在那些有效的方法上。
收集更準確的需求： 由于需求不足，幾乎所有項目成本中的一半歸功于返工。通過開發(fā)一個有效的原型，您可以演示該功能，以幫助鞏固最終設計的要求。
從技術上理解問題： 通過開發(fā)功能原型，您可以解決設備設計中可預見的和不可預見的技術挑戰(zhàn)。然后，當您轉移到最終部署的解決方案時，可以將這些解決方案應用于更優(yōu)雅的系統(tǒng)設計。
解決沖突： 利用原型平臺，您可以快速進行該功能的幾種不同實現，并基準測試結果性能，以分析每種方法的權衡。這樣可以節(jié)省時間，但也可以確保您做出正確的設計決策。
集會財務支持： 通過開發(fā)一個原型來演示您的想法的可行性，可以降低投資風險，因此可以提高您的想法獲得資助的可能性。
更加輕松地申請專利： 盡管不再需要專利，但原型仍然是證明“減少實踐”的好的和最安全的方法。此外，可以通過原型制作過程來開發(fā)專利申請的關鍵組件，例如專利圖紙和發(fā)明人的日志。
PCB設計流程-步驟1-零件研究與選擇
甚至在設計之前，工程師都必須能夠選擇將使電路起作用的組件。有許多半導體制造商，包括模擬設備，美國半導體，恩智浦，羅姆，凌特公司，安森美半導體和德州儀器（TI），其制造的設備可以滿足各種規(guī)格要求。工程師可以使用多種方法來研究零件，包括：
有關半導體性能的數據表；ADI公司通過其“ 評估硬件和軟件”頁面提供了許多產品供評估。
可以下載仿真工具并將其用于評估該制造商的組件。
PCB設計流程-步驟2-原理圖捕獲
原理圖捕獲涉及對元件（電阻器，電容器，放大器，比較器等）進行符號表示，然后將它們接線在一起，形成一個直觀的圖表，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建塊。
原理圖由組件符號和電線（也稱為網絡）組成。
PCB設計流程-步驟2b-仿真
SPICE Simulation是電路組件仿真的行業(yè)標準。仿真可用于評估虛擬環(huán)境中現實世界組件的行為，從而使您可以在設計流程中更早地對設計進行高分析。通過在原型設計的最早階段可視化電路的行為，可以減少錯誤并提高性能。工程師通常會構建其設計原理圖，然后模擬并可視化其特征。
除了SPICE，還有其他語言和參數可以模擬電路，包括PSpice和HSpice。
要了解有關仿真的更多信息，請查看SPICE仿真基礎知識。
PCB設計流程-步驟3-電路板布局
完成后的原理圖將轉移到電路板布局。原理圖中的每個符號都與焊盤圖形關聯。焊盤圖形直觀地表示了IC或半導體封裝的物理尺寸。焊盤圖案將組件（例如運算放大器）的符號轉換為8引腳矩形封裝。在電路板布局階段，定義了設計，因為最終將在原型化時看起來。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，然后最終導出以進行制造。
PCB設計流程-步驟4-驗證與確認
電路板制造完成后，工程師需要驗證原型的行為。一旦通過驗證，就可以將其移交給產品開發(fā)并為制造做好準備。驗證需要從電路板上進行測量，并確保真實性能滿足模擬性能（或規(guī)格）。