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

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/吳子鵬）PCB（印刷電路板）是電子元器件實(shí)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(jì)算機(jī)及周邊、消費(fèi)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(chǎng)高速發(fā)展。根據(jù)研究機(jī)構(gòu)n.t. information的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2022年全球PCB產(chǎn)值約為880億美元，同比增長(zhǎng)10%。S&P Consulting在分析報(bào)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(dá)到了80%；封裝基板和HDI板在整個(gè)PCB市場(chǎng)的份額也都已經(jīng)超過(guò)了10%。

2022年P(guān)CB市場(chǎng)份額分布

數(shù)據(jù)來(lái)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(jì)企業(yè)面臨巨大的挑戰(zhàn)。全新的問(wèn)題就需要全新的解決方案，因而能夠?qū)崿F(xiàn)高效設(shè)計(jì)的PCB設(shè)計(jì)軟件已經(jīng)成為企業(yè)的剛需。然而，縱觀整個(gè)市場(chǎng)，具備這種功能的PCB設(shè)計(jì)軟件大都價(jià)格不菲，且需要一定的部署環(huán)境，對(duì)于中小型企業(yè)和個(gè)人設(shè)計(jì)者而言，門(mén)檻太高了。因此，本文便是要為這種類型的設(shè)計(jì)者分享一款設(shè)計(jì)利器——Cadence公司的OrCAD X平臺(tái)。

當(dāng)代PCB設(shè)計(jì)需要應(yīng)對(duì)的挑戰(zhàn)

作為電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要載體，隨著終端市場(chǎng)對(duì)電子設(shè)備需求不斷提高，PCB設(shè)計(jì)也需要隨機(jī)應(yīng)變，并逐步演化出幾大顯著的發(fā)展趨勢(shì)，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(shì)背后隱藏著PCB設(shè)計(jì)目前必須妥善解決的問(wèn)題，這些問(wèn)題有的來(lái)自設(shè)計(jì)本身，有的則是因?yàn)閭鬏?a target="_blank">信號(hào)高頻化造成的，當(dāng)然也有些問(wèn)題會(huì)因企業(yè)規(guī)模而變得額外棘手。

我們首先來(lái)看PCB設(shè)計(jì)本身自帶的一些設(shè)計(jì)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(jì)，一些高多層板已經(jīng)達(dá)到了50層、60層，甚至是超過(guò)100層的程度。 板子層數(shù)的增加帶來(lái)的第一個(gè)問(wèn)題就是如何保證信號(hào)完整性，這個(gè)問(wèn)題在高多層板中非常突出。除了傳輸線路變長(zhǎng)之外，多層板設(shè)計(jì)中都需要有過(guò)孔，而過(guò)孔往往會(huì)給傳輸線造成一些阻抗不連續(xù)、損耗變大等問(wèn)題，對(duì)信號(hào)完整性影響很大。

在設(shè)計(jì)本身，第二個(gè)明顯的挑戰(zhàn)是高密度板導(dǎo)致的電磁兼容問(wèn)題。高密度一方面來(lái)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(hào)的傳輸和處理。 復(fù)雜的PCB設(shè)計(jì)還要考慮到散熱的問(wèn)題，這在高多層板設(shè)計(jì)中較為突出，過(guò)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(duì)就會(huì)造成散熱困難。

有時(shí)候，我們也需要關(guān)注信號(hào)本身可能帶來(lái)的問(wèn)題，比如5G時(shí)代廣泛存在的高頻板。在高頻板設(shè)計(jì)過(guò)程中，信號(hào)串?dāng)_也就是走線間的電磁耦合關(guān)聯(lián)現(xiàn)象在設(shè)計(jì)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(hào)也會(huì)在無(wú)端接傳輸線上產(chǎn)生振鈴，進(jìn)而變成量級(jí)非常高的輻射，這些輻射是遠(yuǎn)超F(xiàn)CC/CISPR B類限制的。

上述挑戰(zhàn)往往會(huì)讓設(shè)計(jì)者遇到一個(gè)很尷尬的問(wèn)題，明明原理圖的邏輯是正確的，但是卻無(wú)法在PCB設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)出來(lái)。

當(dāng)然，除了需要實(shí)現(xiàn)正確的PCB設(shè)計(jì)以外，在當(dāng)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(jì)之外的問(wèn)題。比如被人廣泛提起的產(chǎn)品換新問(wèn)題——激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期縮短，這就需要PCB設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)盡可能地做到一次成功，滿足可生產(chǎn)性、可測(cè)試性、可維護(hù)性的要求。

再比如，出于對(duì)投資回報(bào)率（ROI）的考慮，高多層板的成本相對(duì)較高，導(dǎo)致單板的層數(shù)不能隨密度增加而無(wú)限加大，那么如何用更少的層數(shù)實(shí)現(xiàn)同樣的效果也是一個(gè)挑戰(zhàn)。 此外還有一點(diǎn)是設(shè)計(jì)協(xié)同的挑戰(zhàn)，也叫PCB并行設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。PCB并行設(shè)計(jì)是企業(yè)提升PCB開(kāi)發(fā)效率一個(gè)很好的途徑，不過(guò)也面臨著一些問(wèn)題。我們都知道，溝通是貫穿PCB設(shè)計(jì)過(guò)程的主題，但是如果缺乏數(shù)據(jù)和工具的支撐，有時(shí)候單純?cè)捫g(shù)的溝通往往需要很長(zhǎng)時(shí)間才能夠達(dá)成共識(shí)。

上述挑戰(zhàn)是共性的，也就是整個(gè)PCB產(chǎn)業(yè)都需要面對(duì)。對(duì)于中小型企業(yè)和個(gè)人設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，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(jì)的同時(shí)，也要充分考慮到經(jīng)濟(jì)性。

一般而言，為了解決上述我們提到的這些PCB設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，途徑大概有三種：其一是采用更高級(jí)的工藝技術(shù)，如納米級(jí)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(guò)孔數(shù)量；其三是進(jìn)行散熱創(chuàng)新設(shè)計(jì)，通過(guò)改進(jìn)散熱材料和結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)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(diǎn)：工藝、材料和設(shè)計(jì)工具。對(duì)于中小企業(yè)而言，能夠?qū)崿F(xiàn)智能化、高效設(shè)計(jì)的EDA設(shè)計(jì)工具大都價(jià)格不菲，超出了他們的項(xiàng)目預(yù)算。Cadence 新一代 AI 驅(qū)動(dòng)的 OrCAD X 平臺(tái)能夠幫助他們很好地應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)。

讓中小企業(yè)PCB設(shè)計(jì)提速5倍

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

作為一款支持云的系統(tǒng)設(shè)計(jì)解決方案，OrCAD X包含了OrCAD平臺(tái)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(jì)者顯著縮短從原理圖設(shè)計(jì)到PCB layout的開(kāi)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(kāi)發(fā)流程到PCB并行開(kāi)發(fā)流程，一個(gè)很大的挑戰(zhàn)是如何讓團(tuán)隊(duì)各成員能夠在統(tǒng)一界面看到設(shè)計(jì)成果，這對(duì)數(shù)據(jù)承載能力有很高的要求。通過(guò)云擴(kuò)展，OrCAD X可在單一界面內(nèi)實(shí)現(xiàn)完整的部件創(chuàng)作，無(wú)需手動(dòng)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(guò)驗(yàn)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(biāo)共享工作區(qū)，團(tuán)隊(duì)成員就可以基于最新版本的庫(kù)進(jìn)行高效溝通，同時(shí)處理同一個(gè)layout設(shè)計(jì)。

OrCAD X云連接功能

第二大功能特性是高效設(shè)計(jì)的能力。比如在布局布線方面，通過(guò)種類更加豐富的電氣約束，靈活的手動(dòng)和輔助布線切換，可視化圖形能力，OrCAD X讓布局布線對(duì)于設(shè)計(jì)者而言，變得非常有趣且高效；在扇出設(shè)計(jì)方面，可以通過(guò)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(jì)難度大大降低；在高頻信號(hào)管理方面，通過(guò)可視化圖形和過(guò)孔位置預(yù)覽功能，可以幫助設(shè)計(jì)者在管理高頻信號(hào)完整性時(shí)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(huà)布上進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)，不僅功能單調(diào)且?guī)缀鯖](méi)有定制性可言。OrCAD X簡(jiǎn)化并重建了設(shè)計(jì)工作區(qū)，合并了許多界面，設(shè)計(jì)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(jì)變得井井有條且非常舒服。

第四大功能特性是更強(qiáng)的可視化能力。在檢測(cè)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(jì)中的一些問(wèn)題，比如元器件擺放問(wèn)題，以及板上元素是否沖突，OrCAD X提供交互式3D畫(huà)布，并可以根據(jù)設(shè)定的規(guī)則快速實(shí)現(xiàn)3D DRC(設(shè)計(jì)規(guī)則檢查)，極大地提升檢測(cè)和解決問(wèn)題的效率。用戶可以通過(guò)AssignColor功能來(lái)快速區(qū)分網(wǎng)絡(luò)和PIN腳，從而增強(qiáng)對(duì)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(jì)和編輯器。OrCAD X簡(jiǎn)化了PCB編輯器，摒棄了繁瑣的多菜單、手動(dòng)設(shè)置和模式修改流程，讓設(shè)計(jì)可以非常絲滑；秉持高效設(shè)計(jì)的理念，OrCAD X提供全新的用戶界面，提供設(shè)計(jì)向?qū)А椭崾?、基于原理圖的電路分組以及反饋功能。 通過(guò)這五大創(chuàng)新功能，我們發(fā)現(xiàn)無(wú)論是PCB設(shè)計(jì)上遇到的挑戰(zhàn)，還是項(xiàng)目協(xié)同方面的問(wèn)題，都會(huì)迎刃而解，從而讓整個(gè)PCB設(shè)計(jì)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(mén)針對(duì)個(gè)人設(shè)計(jì)者、中小型企業(yè)進(jìn)行優(yōu)化的設(shè)計(jì)利器，其中OrCAD X標(biāo)準(zhǔn)版面向個(gè)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(yǔ)

不難發(fā)現(xiàn)，OrCAD X是一款能夠從時(shí)間和空間維度全面賦能個(gè)人設(shè)計(jì)者和中小型企業(yè)用戶的PCB設(shè)計(jì)利器。在時(shí)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(jì)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(lái)了更強(qiáng)的3D可視化能力，加上100多個(gè)必要的約束檢查，可以清晰找到設(shè)計(jì)上的一些問(wèn)題，避免出現(xiàn)昂貴的設(shè)計(jì)返工。

在創(chuàng)新技術(shù)的利用上，OrCAD X平臺(tái)是基于云計(jì)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(jì)不再乏味枯燥，而是妙趣橫生。作為PCB設(shè)計(jì)者的你是否已經(jīng)迫不及待，現(xiàn)在機(jī)會(huì)來(lái)啦！ 面向?qū)I(yè)用戶、中小型企業(yè)和團(tuán)隊(duì)的OrCAD X 23.1專業(yè)版正式開(kāi)啟免費(fèi)試用，識(shí)別下圖二維碼或點(diǎn)擊下方“閱讀原文”鏈接，一鍵直達(dá)PCB設(shè)計(jì)新天地！