開源PCB設(shè)計(jì)成電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域一大趨勢

電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一大趨勢是開源硬件及其配套的開源原理圖和PCB布局圖的使用。使用開源硬件及其配套資源意味著工程師可以方便地使用現(xiàn)有設(shè)計(jì)方案，從而提高效率并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。隨著工程師更加深入地了解傳統(tǒng)PCB與開源PCB設(shè)計(jì)之間的區(qū)別，該趨勢將極有可能獲得進(jìn)一步增長。

開源PCB設(shè)計(jì)較傳統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)具有幾大優(yōu)勢，其中包括電源和數(shù)字部分以及高速數(shù)據(jù)部分的重復(fù)可用性，這使得工程師更加青睞于開源PCB設(shè)計(jì)。在以往的設(shè)計(jì)過程中，工程師就一直面臨著電源布局的問題，而在開源設(shè)計(jì)中，電路板變得更加高速且配置了RF架構(gòu)，這就導(dǎo)致電源布局變得更加復(fù)雜，工程師必須更加密切關(guān)注電路板的線寬、線距以及通孔。在開源PCB設(shè)計(jì)環(huán)境中，只要是證明有效的布局就可復(fù)制使用，無需從頭開始重新設(shè)計(jì)。

圖一：電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一大發(fā)展趨勢：開源硬件及其配套的開源原理圖和PCB布局圖的使用(圖為BeagleBone Black開發(fā)板)

增長趨勢

在進(jìn)行更高速的電路板布局(或相似性能的布局)設(shè)計(jì)時(shí)，許多工程師一般都習(xí)慣參考應(yīng)用筆記或向制造商尋求幫助，甚至使用電路板PDF版本在紙上按比例測量布線。因此，面對涉及多樣復(fù)雜布局的應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí)，工程師更青睞于開源PCB。開源設(shè)計(jì)易于使用，工程師無需成為“布局專家”即可完成PCB設(shè)計(jì)流程的所有模塊設(shè)計(jì)，尤其是在遇到特別的難題時(shí)，工程師將明顯感覺毫無布局壓力。例如：就傳統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)中較難的電源模塊來說，若使用現(xiàn)有的開源設(shè)計(jì)方案，其布局將變得更加簡單。電源、高速接口及線路，甚至阻抗匹配線路布局等復(fù)雜的PCB設(shè)計(jì)布局均可通過開放源碼簡單快速地進(jìn)行重復(fù)使用或者復(fù)制。

挑戰(zhàn)與優(yōu)勢

開源設(shè)計(jì)的整合面臨幾個(gè)挑戰(zhàn)，例如更多噪音問題。當(dāng)電路板使用大電流開關(guān)時(shí)，噪音便會(huì)散射到其他線路中。但開源設(shè)計(jì)面臨的最大且最首要的挑戰(zhàn)可能是學(xué)習(xí)曲線的變化。舉個(gè)簡單的例子，雖然工程師可以將開源布局輕松地進(jìn)行復(fù)制、粘貼，但他們同時(shí)可能失去學(xué)習(xí)完整設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)的機(jī)會(huì)，包括設(shè)定間距、必要線寬、阻抗匹配等。

這無疑使工程師陷入了兩難之境：不使用開源設(shè)計(jì)將在設(shè)計(jì)流程中遇到某些元件設(shè)計(jì)難題，使用開源設(shè)計(jì)則有可能無法學(xué)習(xí)到深層次的設(shè)計(jì)知識(shí)。若工程師無法了解設(shè)計(jì)的基本原理知識(shí)，他們將難以應(yīng)對未來的獨(dú)特設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

另一方面，使用開源設(shè)計(jì)可為工程師提供一個(gè)觀看PCB設(shè)計(jì)流程的全新角度。也就是說，若方法得當(dāng)，使用開源設(shè)計(jì)造成的學(xué)習(xí)障礙便可轉(zhuǎn)化為一個(gè)真正學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。

使用開源設(shè)計(jì)可為工程師學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)提供一個(gè)起點(diǎn)。若工程師將開源布局視為參考點(diǎn)，那么他們就可以深入學(xué)習(xí)PCB設(shè)計(jì)知識(shí)。從這個(gè)參考點(diǎn)出發(fā)，工程師可以逆向思考以便更好地理解為什么某些布局會(huì)采取某種特定布局方式，這便為工程師創(chuàng)造了一種傳統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)模式無法提供的從現(xiàn)有設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)的新方法。

回到之前提及的電源設(shè)計(jì)，若工程師在設(shè)計(jì)過程中使用了開源布局，那么就可根據(jù)電源設(shè)計(jì)所采用的特定元件、線距以及銅線數(shù)量從結(jié)果逆向分析設(shè)計(jì)過程，這為工程師提供了一個(gè)從實(shí)踐學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)的絕好機(jī)會(huì)，包括熱管理、阻抗匹配、電源布局等。

一些小提示

工程師必須謹(jǐn)慎決定是否選擇使用開源設(shè)計(jì)，因?yàn)椴⒉皇撬械拈_源設(shè)計(jì)都確實(shí)是“經(jīng)過驗(yàn)證的”。例如，有的工程師在創(chuàng)建開源布局時(shí)可能沒有充分考慮它是否適用于其他工程師的設(shè)計(jì)布局。就拿開源設(shè)計(jì)中的熱管理來說，若工程師沒有完全理解設(shè)計(jì)方案之間的區(qū)別，那么其設(shè)計(jì)就可能失敗。簡單地說，有時(shí)候我們并不知道所使用的開源布局來源何處，因此很難預(yù)測其可靠性。

再拿基于開源布局的電源模塊設(shè)計(jì)來說，起初工程師可能認(rèn)為電路板運(yùn)行良好就把它集成到設(shè)計(jì)當(dāng)中。但當(dāng)進(jìn)入測試階段時(shí)，可能才發(fā)現(xiàn)初始設(shè)計(jì)并沒有進(jìn)行全面測試以滿足特定規(guī)范或要求，例如來自輻射或傳導(dǎo)造成的電磁干擾(EMI)。

幸運(yùn)的是，首次使用開源布局進(jìn)行設(shè)計(jì)的工程師可以參考以下幾項(xiàng)預(yù)防措施。來源于半導(dǎo)體供應(yīng)商的PCB布局相對于來自在線公告、網(wǎng)站或論壇的布局可能更加穩(wěn)健、可靠。正如e絡(luò)盟開源討論群中的工程師喜歡聚集在e絡(luò)盟平臺(tái)討論，其他同行業(yè)PCB設(shè)計(jì)工程師則將論壇視為討論特定開源布局成功與失敗應(yīng)用案例的渠道之一。隨著PCB設(shè)計(jì)方式逐漸向開源模式轉(zhuǎn)變，我們必須清楚地了解開源PCB設(shè)計(jì)所帶來的挑戰(zhàn)、優(yōu)勢以及獨(dú)特學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，這不僅有益于工程師及制造商，也將有力地推動(dòng)整個(gè)PCB行業(yè)的發(fā)展。