电子设计发展趋势—开源PCB设计

    【电子设 计领域的一大趋势是开源硬件及其配套的开源原理图和PCB布局图的使用。使用开源硬件及其配套资源意味着工程师可以方便地使用现有设计方案,从而提高效率 并缩短产品上市时间。随着工程师更加深入地了解传统PCB与开源Pcb设计之间的区别,该趋势将极有可能获得进一步增长。

    开源PCB设计较传统PCB设计具有几大优势,其中包括电源和数字部分以及高速数据部分的重复可用性,这使得工程师更加青睐于开源PCB设计。在以往的设计过程中,工程师就一直面临着电源布局的问题,而在开源设计中,电路板变得更加高速且配置了RF架构,这就导致电源布局变得更加复杂,工程师必须更加密切关注电路板的线宽、线距以及通孔。在开源PCB设计环境中,只要是证明有效的布局就可复制使用,无需从头开始重新设计。

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    图一:电子设计领域的一大发展趋势:开源硬件及其配套的开源原理图和PCB布局图的使用(图为BeagleBoneBlack开发板)

    增长趋势

    在进行更高速的电路板布局(或相似性能的布局)设计时,许多工程师一般都习惯参考应用笔记或向制造商寻求帮助,甚至使用电路板 PDF版本在纸上按比例测量布线。因此,面对涉及多样复杂布局的应用设计时,工程师更青睐于开源PCB。开源设计易于使用,工程师无需成为“布局专家”即 可完成PCB设计流程的所有模块设计,尤其是在遇到特别的难题时,工程师将明显感觉毫无布局压力。例如:就传统PCB设计中较难的电源模块来说,若使用现 有的开源设计方案,其布局将变得更加简单。电源、高速接口及线路,甚至阻抗匹配线路布局等复杂的PCB设计布局均可通过开放源码简单快速地进行重复使用或 者复制。

    挑战与优势

    开源设计的整合面临几个挑战,例如更多噪音问题。当电路板使用大电流开关时,噪音便会散射到其他线路中。但开源设计面临的最大且最 首要的挑战可能是学习曲线的变化。举个简单的例子,虽然工程师可以将开源布局轻松地进行复制、粘贴,但他们同时可能失去学习完整设计基础知识的机会,包括 设定间距、必要线宽、阻抗匹配等。

    这无疑使工程师陷入了两难之境:不使用开源设计将在设计流程中遇到某些元件设计难题,使用开源设计则有可能无法学习到深层次的设计知识。若工程师无法了解设计的基本原理知识,他们将难以应对未来的独特设计挑战。

    另一方面,使用开源设计可为工程师提供一个观看PCB设计流程的全新角度。也就是说,若方法得当,使用开源设计造成的学习障碍便可转化为一个真正学习的机会。

    使用开源设计可为工程师学习设计提供一个起点。若工程师将开源布局视为参考点,那么他们就可以深入学习PCB设计知识。从这个参考 点出发,工程师可以逆向思考以便更好地理解为什么某些布局会采取某种特定布局方式,这便为工程师创造了一种传统PCB设计模式无法提供的从现有设计学习的 新方法。

    回到之前提及的电源设计,若工程师在设计过程中使用了开源布局,那么就可根据电源设计所采用的特定元件、线距以及铜线数量从结果逆向分析设计过程,这为工程师提供了一个从实践学习设计基础知识的绝好机会,包括热管理、阻抗匹配、电源布局等。

    一些小提示

    工程师必须谨慎决定是否选择使用开源设计,因为并不是所有的开源设计都确实是“经过验证的”。例如,有的工程师在创建开源布局时可 能没有充分考虑它是否适用于其他工程师的设计布局。就拿开源设计中的热管理来说,若工程师没有完全理解设计方案之间的区别,那么其设计就可能失败。简单地 说,有时候我们并不知道所使用的开源布局来源何处,因此很难预测其可靠性。

    再拿基于开源布局的电源模块设计来说,起初工程师可能认为电路板运行良好就把它集成到设计当中。但当进入测试阶段时,可能才发现初始设计并没有进行全面测试以满足特定规范或要求,例如来自辐射或传导造成的电磁干扰(EMI)。

    幸运的是,首次使用开源布局进行设计的工程师可以参考以下几项预防措施。来源于半导体供应商的PCB布局相对于来自在线公告、网站 或论坛的布局可能更加稳健、可靠。正如e络盟开源讨论群中的工程师喜欢聚集在e络盟平台讨论,其他同行业PCB设计工程师则将论坛视为讨论特定开源布局成 功与失败应用案例的渠道之一。随着PCB设计方式逐渐向开源模式转变,我们必须清楚地了解开源PCB设计所带来的挑战、优势以及独特学习机会,这不仅有益 于工程师及制造商,也将有力地推动整个PCB行业的发展。

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