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EETChttps:www.eet-china.com印刷線路板(PCB)是所有電子元器件、芯片、機電部件以及嵌入式軟件的載體。幾乎所有的電子產品都包含一個或多個PCB板，特別是現今日益復雜的智能設備和系統，可以說PCB是現在和未來智能設備的核心。全球PCB行業也是一個很大且持續增長的市場。2017年，全球PCB行業產值為588.4億美元，2018年達到635.5億美元。預計2019年將增加到658億美元，到2020年將達到718億美元，2024年將超越750億美元。此外，全球PCB產業也不斷向亞洲，特別是中國轉移。中國PCB行業產值占比已超過一半，而且還會不斷提升。epIEETC-電子工程專輯epIEETC-電子工程專輯epIEETC-電子工程專輯PCB板上各種器件之間的電氣連接是通過導電走線、焊盤和其它特性對象實現（基本上都是銅皮層的疊加，每個銅皮層包含成千上萬的復雜走線）。PCB設計越來越復雜，這就需要更復雜的電子設計自動化軟件來支持。目前主流的PCB設計工具包括：MentorXpedition和PADS，AltiumDesigner和CadenceAllegro等。根據2018年全球PCB設計工具市場調查數據，市占率最高的是Mentor（37%），其次分別是Cadence（19%）、Zuken（17%）、Altium（10%）、Ansys（7%），以及其它（10%）。epIEETC-電子工程專輯流行好用且功能強大才是硬標準從電子系統廠商和PCB設計工程師的角度來看，市場占有率是衡量一個軟件優劣的重要標準之一，也就是它的普及和流行程度。Protel系列在高校很流行，因為很多高校都開設相關課程。但是，Protel在PCB設計工具中是最低端的軟件之一，很少有企業使用。MentorPADS就是以前的PowerPCB／PowerLogic系列，是低端PCB軟件中最優秀的一款，其界面友好、容易上手且功能強大，因而深受中小企業的青睞，在中小企業用戶中占有很大的市場份額，據說PADS是深圳市場最流行的PCB設計工具。epIEETC-電子工程專輯在企業級的高端PCB軟件中，CadenceAllegro、MentorXpedition和MentorXpeditionVX都是很好的選擇，也受到大型公司的青睞。MentorXpedition是拉線最順暢的軟件，被譽為拉線之王，它的自動布線功能非常強大，布線規則設計非常專業。Xpedition平臺的數據管理方案可實現單一環境下的高效設計協作和項目管理，特別適合在全球多個地區設有分部的跨國企業。最近，全球領先的空調廠商DAIKIN就從傳統的電子線路系統設計平臺轉移到MentorXpedition，在其全球多個設計中心部署Xpedition系統，以實現跨區域的并行設計流程，提高設計效率和產品面市時間。epIEETC-電子工程專輯遠程協作畫PCB不是夢在最近舉辦的MentorPCB行業方案論壇上，一位來自邁瑞醫療的工程設計負責人分享了PCB設計的經驗，也給出了選擇PCB設計工具的客觀建議。其中最吸引人的是他對設計團隊進行遠程協作來加速PCB設計流程和產品面市時間的構想。目前北上廣深一線城市的生活成本很高，很多技術類職業開始往二三線城市流動，而PCB設計工程師這一工作似乎也適合這種遠程協作辦公潮流，如果有合適的PCB設計工具和系統平臺的話。epIEETC-電子工程專輯從技術上來說，這已經不是問題，像MentorXpedition這類平臺就可以支持企業多分部跨區域的遠程協作。如果管理得當的話，不但不會降低工作效率，還可以充分利用不同地區的分布式優勢而提高設計流程效率。比如，分布在不同時區的設計團隊通過云平臺或企業內部網絡來同步設計流程，可以做到同一個設計項目實現一天24小時不間斷進行，自然設計周期可以大大縮短，而達到企業的產品面市時間要求。epIEETC-電子工程專輯對于國內企業而言，問題不在于技術實現難度，而是企業文化和管理制度是否鼓勵這種遠程協作。在電子系統復雜程度越來越高、市場競爭越來越激烈的多重壓力下，相信會有創新性的公司嘗試這種遠程協作，一部分設計團隊成員居住在二三線城市，與位于一線城市的設計總部協調一致，這個夢想是可以實現的。一個生活在成都的PCB設計工程師與生活在深圳的同事協作辦公，為公司創造同樣的價值，享受著同樣的工資待遇，但其生活質量要比深圳的同事好很多。epIEETC-電子工程專輯產品面市時間與設計項目反復的尷尬從公司的角度出發，在購買PCB設計工具和聘用有經驗的設計師時，除了成本考慮外，設計效率是主要因素，因為產品面市壓力大，客戶投訴和售后維護成本高，對PCB設計的要求不但要快速，而且要一次性正確。然而，電子產品的設計很難做到一次性正確且按期完成。根據市調公司LifecycleInsights在2018年9月做的一項調查，只有25%的設計項目能夠做到按時完成，且沒有花費額外的人力和財務資源。而58%的項目都不能如期交付，或需要花費額外的資源才能按期完成。一個設計項目平均要經歷2.9次設計反復，而一個設計反復平均需要額外8.5天，發生的額外成本大約為4.4萬美元。這意味著平均下來，一個PCB設計項目要比原定計劃多花25天，額外花費13萬美元才能完成。epIEETC-電子工程專輯出于競爭和營銷的考慮，很多公司都會提前宣布新產品推向市場的時間。對企業和設計團隊來說，面市時間是不可更改的期限，設計必須在這個期限之前完成，這就要求設計項目盡量做到一次性正確。要保證這一點，傳統的做法是在每個設計步驟都要進行物理驗證，以確定每個階段都正確才能往下一階段進行。物理驗證成了設計流程的瓶頸，因為需要有經驗的主設計師或項目負責人人為把關和確認。那么，是否有符合驗證要求的自動驗證方法和工具呢？epIEETC-電子工程專輯左移(Shift-left)設計驗證方法論電子系統的復雜性與日俱增，PCB設計人員很難在設計開發的早期階段發現問題。傳統的設計驗證方法更多地依賴于人工檢查、物理原型和設計流程各個階段后的驗證，比如原理圖設計好后有一道驗證，布線后又有一道驗證，NPI之后再加一道驗證，而等實驗室物理原型建好后再進行可靠性檢查。如果能在各個階段將驗證自動集成進去，及早發現Bug，到最后出差的概率就大大降低，自然整個設計流程也更為順暢，效率大大提高。epIEETC-電子工程專輯基于這一需求和理念，Mentor提出了左移(Shift-left)的設計驗證方法論，意思就是盡量將驗證往設計流程的左側轉移，以便及早發現問題。Mentor根據這一方法論開發出一個Shift-Left主動集成驗證工具，工程師可以將其集成到現有設計環境中，在原理圖或布局布線階段即可及早發現問題。此外，這款工具是面向非專家級PCB工程師的，即便是初級設計人員也可以完成準確的并行設計分析和驗證，從而在提高產品質量的同時節省大量時間和成本。epIEETC-電子工程專輯epIEETC-電子工程專輯圖1：左移(Shift-left)設計驗證方法論的原理epIEETC-電子工程專輯這個左移(Shift-left)驗證工具具體可以實現哪些方面的驗證呢？如圖三所示，在原理圖設計階段，左移(Shift-left)可以進行多板邏輯原理驗證、模擬和混合信號分析(AMS)、可測試性設計(DFT)的約束定義、信號完整性(SI)和電源完整性(PI)的設計探索。而在布線階段，可以進行如下驗證：原理圖分析驗證（SchematicValydate）、SIPI、熱分析、振動和加速分析、電氣規則檢查(ERC)、可制造性設計(DFM)驗證，以及電磁干擾(EMI)驗證。epIEETC-電子工程專輯epIEETC-電子工程專輯圖2：左移(Shift-left)主動集成驗證工具可以完成的驗證功能epIEETC-電子工程專輯左移(Shift-left)主動集成驗證工具可以集成到設計人員或設計團隊所熟悉的MentorXpedition統一設計環境中，以完成早期的虛擬設計原型，這樣從概念設計到設計移交至生產部門，Xpedition平臺提供全設計過程的多維度集成。然而，這一驗證工具并不僅僅局限于Mentor的PCB設計系統，其它友商的平臺同樣可以集成。epIEETC-電子工程專輯四大主流應用將受益于左移(Shift-left)驗證在本次PCB行業方案論壇上，來自美國的Mentor電子系統部高級副總裁A.J.Incorvaia與300多位PCB設計相關領域的專業人士分享了當今電子系統設計的數字化轉型策略。四大主流應用的系統設計將率先受益于這種創新的左移(Shift-left)驗證方法和技術。epIEETC-電子工程專輯epIEETC-電子工程專輯圖3：Mentor電子系統部高級副總裁A.J.Incorvaia主題演講---電子革命時代需要數字化戰略epIEETC-電子工程專輯汽車電子：如何應對自動駕駛ADAS的新挑戰、車內電子系統規劃及設計管理、提高設計質量以符合ISO26262標準、汽車電子智能制造的數字化之路；5G通訊系統：通過虛擬驗證來保證5G通訊產品設計質量、數字化協作在通訊產品中的應用、數據同源以打造統一的設計流程，以及2.5D3D封裝在通信IC中的物理實現；新興消費電子：智慧家電重構系統設計方法學、利用上下游資料高效設計交付、智能制造下的研發數字化變革，以及驗證平臺的集成化大趨勢；工廠自動化：西門子與Mentor的整合為PCB制造商提供完整的設計和制造流程智能化解決方案。以景旺電子公司為例，其江西一期項目建設的一個傳統工廠，人均產值約70萬元。而江西二期項目投資建設智能化工廠，PCB生產效率大大提升，人均產值可達到150-200萬元。結語epIEETC-電子工程專輯PCB制造和PCB設計軟件都是比較成熟的行業，在PCB設計上也很難有創新性的突破。AI、5G和IoT的融合發展為電子產品和智能設備創造了前所未有的市場機會，但同時對PCB設計提出了更高的要求。除了機械、電氣和尺寸等物理設計要求外，加速產品面市時間和增強用戶體驗也從設計理念上提出了新的挑戰。業界唯有通過創新的設計理念和方法論才能滿足所有這些要求，而左移(Shift-left)主動集成驗證不失為一種有效的嘗試。通過將這種方法和工具集成進現有設計環境，系統廠商和PCB設計工程師可以大大提高設計效率，縮短設計流程周期，從而滿足市場和客戶的嚴格要求。epIEETC-電子工程專輯EETChttps:www.eet-china.com

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