電子設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢 — 開源PCB設(shè)計(jì)

　　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)。

　　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)知識的機(jī)會，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。若工程師無法了解設(shè)計(jì)的基本原理知識，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。

　　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。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)知識的絕好機(jī)會，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，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。