教你設計不規(guī)則形狀的PCB

　　我們預想中的完整 PCB 通常都是規(guī)整的矩形形狀。雖然大多數(shù)設計確實是矩形的，但是很多設計都需要不規(guī)則形狀的電路板，而這類形狀往往不太容易設計。本文介紹了如何設計不規(guī)則形狀的 PCB。

　　如今，PCB 的尺寸在不斷縮小，而電路板中的功能也越來越多，再加上時鐘速度的提高，設計也就變得愈加復雜了。那么，讓我們來看看該如何處理形狀更為復雜的電路板。

　　如圖 1 所示，簡單 PCI 電路板外形可以很容易地在大多數(shù) EDA Layout 工具中進行創(chuàng)建。

　　圖 1：常見 PCI 電路板的外形。

　　然而，當電路板外形需要適應具有高度限制的復雜外殼時，對于 PCB 設計人員來說就沒那么容易了，因為這些工具中的功能與機械 CAD 系統(tǒng)的功能并不一樣。圖 2 中所示的復雜電路板主要用于防爆外殼，因此受到諸多機械限制。想要在 EDA 工具中重建此信息可能需要很長時間而且并不具有成效。因為，機械工程師很有可能已經(jīng)創(chuàng)建了 PCB 設計人員所需的外殼、電路板外形、安裝孔位置和高度限制。

　　圖 2：在本示例中，必須根據(jù)特定的機械規(guī)范設計 PCB，以便其能放入防爆容器中。

　　由于電路板中存在弧度和半徑，因此即使電路板外形并不復雜（如圖 3 中所示），重建時間也可能比預期時間要長。

　　圖 3：設計多個弧度和不同的半徑曲線可能需要很長時間。

　　這些僅僅是復雜電路板外形的幾個例子。然而，從當今的消費類電子產(chǎn)品中，您會驚奇地發(fā)現(xiàn)有很多工程都試圖在一個小型封裝中加入所有的功能，而這個封裝并不總是矩形的。您最先想到的應該是智能手機和平板電腦，但其實還有很多類似的例子。

　　如果您返還租來的汽車，那么可能可以看到服務員用手持掃描儀讀取汽車信息，然后與辦公室進行無線通信。該設備還連接了用于即時收據(jù)打印的熱敏打印機。事實上，所有這些設備都采用剛性/柔性電路板（圖 4），其中傳統(tǒng)的 PCB 電路板與柔性印刷電路互連，以便能夠折疊成小空間。

　　圖 4：剛性/柔性電路板允許最大限度地利用可用空間。

　　那么，問題是“如何將已定義的機械工程規(guī)范導入到 PCB 設計工具中呢？”在機械圖紙中復用這些數(shù)據(jù)可以消除重復工作，更重要的是還可以消除人為錯誤。

　　我們可以使用 DXF、IDF 或 ProSTEP 格式將所有信息導入到 PCB Layout 軟件中，從而解決此問題。這樣做既可以節(jié)省大量時間，還可以消除可能出現(xiàn)的人為錯誤。接下來，我們將逐一了解這些格式。

　　圖形交換格式 — DXF

　　DXF 是一種沿用時間最久、使用最為廣泛的格式，主要通過電子方式在機械和 PCB 設計域之間交換數(shù)據(jù)。AutoCAD 在 20 世紀 80 年代初將其開發(fā)出來。這種格式主要用于二維數(shù)據(jù)交換。大多數(shù) PCB 工具供應商都支持此格式，而它確實也簡化了數(shù)據(jù)交換。DXF 導入/導出需要額外的功能來控制將在交換過程中使用的層、不同實體和單元。圖 5 就是使用 Mentor Graphics 的 PADS 工具以 DXF 格式導入非常復雜的電路板外形的一個示例：

　　圖 5：PCB 設計工具（如這里介紹的 PADS）需要能夠使用 DXF 格式控制所需的各種參數(shù)。

　　幾年前，三維功能開始出現(xiàn)在 PCB 工具中，于是需要一種能在機械和 PCB 工具之間傳送三維數(shù)據(jù)的格式。由此，Mentor Graphics 開發(fā)出了 IDF 格式，隨后該格式被廣泛用于在 PCB 和機械工具之間傳輸電路板和元器件信息。

　　雖然 DXF 格式包含電路板尺寸和厚度，但是 IDF 格式使用元件的 X 和 Y 位置、元件位號以及元件的 Z 軸高度。這種格式大大改善了在三維視圖中可視化 PCB 的功能。IDF 文件中可能還會納入有關禁布區(qū)的其他信息，例如電路板頂部和底部的高度限制。

　　系統(tǒng)需要能夠以與 DXF 參數(shù)設置類似的方式，來控制 IDF 文件中將包含的內(nèi)容，如圖 6 中所示。如果某些元器件沒有高度信息，IDF 導出能夠在創(chuàng)建過程中添加缺少的信息。

　　圖 6：可以在 PCB 設計工具（此示例為 PADS）中設置參數(shù)。

　　IDF 界面的另一個優(yōu)點是，任何一方都可以將元器件移動到新位置或更改電路板外形，然后創(chuàng)建一個不同的 IDF 文件。這種方法的缺點是，需要重新導入表示電路板和元器件更改的整個文件，并且在某些情況下，由于文件大小可能需要很長時間。此外，很難通過新的 IDF 文件確定進行了哪些更改，特別是在較大的電路板上。IDF 的用戶最終可創(chuàng)建自定義腳本來確定這些更改。

　　STEP 和 ProSTEP

　　為了更好地傳送三維數(shù)據(jù)，設計人員都在尋找一種改良方式，STEP 格式應運而生。STEP 格式可以傳送電路板尺寸和元器件布局，但更重要的是，元器件不再是具有一個僅具有高度值的簡單形狀。STEP 元器件模型以三維形式對元件進行了詳細而復雜的表示。電路板和元器件信息都可以在 PCB 和機械之間進行傳遞。然而，仍然沒有可以進行跟蹤更改的機制。

　　為了改進 STEP 文件交換，我們引入了 ProSTEP 格式。這種格式可移動與 IDF 和 STEP 相同的數(shù)據(jù)，并且具有很大的改進 – 它可以跟蹤更改，也可以提供在學科原始系統(tǒng)中工作及在建立基準后審查任何更改的功能。除了查看更改之外，PCB 和機械工程師還可以批準布局、電路板外形修改中的所有或單個元器件更改。他們還可以提出不同的電路板尺寸或元器件位置建議。這種經(jīng)改進的溝通在 ECAD 與機械組之間建立了一個以前從未存在的 ECO（工程變更單）（圖 7）。

　　圖 7：建議更改、在原始工具上查看更改、批準更改或提出不同建議。

　　現(xiàn)在，大多數(shù) ECAD 和機械 CAD 系統(tǒng)都支持使用 ProSTEP 格式來改進溝通，從而節(jié)省大量時間并減少復雜的機電設計可能帶來的代價高昂的錯誤。更重要的是，工程師可以創(chuàng)建一個具有額外限制的復雜電路板外形，然后通過電子方式傳遞此信息，以避免有人錯誤地重新詮釋電路板尺寸，從而達到節(jié)省時間的目的。

　　總結

　　如果您還沒有使用過這些 DXF、IDF、STEP 或 ProSTEP 數(shù)據(jù)格式交換信息，則您應檢查他們的使用情況。可以考慮使用這種電子數(shù)據(jù)交換，停止浪費時間來重新創(chuàng)建復雜的電路板外形。