毫无疑问,CAD 行业在帮助设计团体应对日益复杂的设计要求方面取得了巨大的成功,包括产品个性化、性能、质量、环保合规、加速产品上市、缩短产品货架周转周期等问题。CAD 行业的成功一部分要归功于数据格式的业界标准化,从而实现了扩展型企业不同成员之间设计数据共享的高度自动化。
近来,由于设计领域间相互融合步伐的加快,机械、电子和软件专业之间原本清晰的界限变得模糊不清、相互交织甚至常常几乎无法区分,数据交流周期正面临着更为严峻的挑战。这个相互融合的过程发生在几乎所有的产品和行业中,涵盖智能电话(如苹果的 iPhone)、汽车(如资讯娱乐、导航、安全和性能监测系统-机电一体化)、军事(如 head hear)甚至服装(如兼容 IPod 功能的耐克运动鞋)等行业。在印刷电路板 (PCB) 设计中,ECAD 和 MCAD 领域的相互融合更迫切地要求实现设计详细资料的高效共享。为此,必须对新标准和建立在这些新标准之上的新工具功能进行相互整合。
PCB 设计流程
PCB 的物理布局既是电子 (ECAD) 和机械 (MCAD) 这两个关键设计领域相互衔接的桥梁,又是把二者隔开的鸿沟。一方面,它是两者之间最常见的界面;另一方面,它又对各自专业带来了截然不同的挑战。
对 ECAD 设计师而言,PCB 主要是 2D 原理图中用符号标示获取功能的物理实现,最注重所产生的连接引脚的互连网络的电子性能(例如信号配时、信号完整性、电磁干扰)是最重要的考虑因素。
对 MCAD 设计师而言,PCB 主要是一个物理部件,一个机械 BOM(或代表电路板本身及板上元件的物理部件的子装配件),最关注部件本身以及机械防护外壳相关部件的机械外观(例如尺寸、重量、厚度、高度、形状、热像、结构完整性等)。
这两种不同的视角深深植根于相应的 ECAD 和 MCAD 设计工具中,并在典型的 PCB 设计流程中凸显出来。这一流程是一系列独立设计活动的组合,穿插着一些设计交接行为。通常每次设计交接都要涉及两个领域之间所有设计数据的评审和传输。而在每次设计交接之前,ECAD 和 MCAD 领域各自独立作业,几乎没有什么协同。
流程挑战
机电领域的相互融合日益深化,这就要求 ECAD 和 MCAD 领域之间进行更高层次的设计协同,而传统的 PCB 设计流程已为此预留了空间(见表 1 中的阶段 3)。协同的目标是使 ECAD 和 MCAD 工具在单个增量设计变更层面上(无论变更大小)能够进行沟通,而不是仅仅依靠传统的整体式设计数据交流。实现了增量设计变更层面上的协同,ECAD–MCAD 联合设计团队就拥有了许多关键优势:
鼓励一发现问题就开展协同,而不是把问题拖延到设计交接时才予以解决。例如,在 PCB 布局和布线阶段协同解决 ECAD 和 MCAD 约束之间的冲突。
允许在执行某项变更前充分考虑该项变更对另一领域造成的影响。例如,MCAD 团队变动某个机械孔可能会对 ECAD 团队设计的现有布线和过孔造成怎样的干扰。再例如,MCAD 团队对机械防护外壳进行的某处变更可能会对 ECAD 团队做出的元件布局造成怎样的干扰。如果设计师逐步提出变更而不是一次性提供所有变更,那么 ECAD 和 MCAD 团队就能共同寻找不太具有破坏性的替代方案。
允许跟踪和管理单个增量变更,包括 ECAD 和 MCAD 团队中的每个成员对每一个变更所做的批示和签核。
在增量变更流程中,要求能够高效地查看本地图表中的次级领域,即具备与主要设计工具紧密集成的智能化、易于使用的查检工具或砂箱。否则,就无法探讨某项变更对另一领域可能造成的影响。借助砂箱的理念,MCAD 设计师可以与包含板层、布线、过孔和元件引脚在内的 PCB 的 ECAD 校正进行互动 —— 而这正是 ECAD 设计师的视角 ——无需脱离 MCAD 工具,也无需实例说明 MCAD 定义中的变更。同样,它也允许 ECAD 设计师与包含防护外壳在内的 PCB 的 3D 校正进行互动 —— 而这正是 MCAD 设计师的视角 —— 无需脱离 ECAD 工具,也无需实例说明 ECAD 数据库中的变更。