【導讀】現在，PCB的設計越來越復雜，所需的工具也越精細。在電子產品的開發方法上，許多人已經走在了前頭。通過采用設計自動化工具，能大幅度提高工程師的設計效率。那么，PCB的電子設計和機械設計究竟是怎樣呢？
一直以來，我們有一種共識，即制造業通常都會向成本最低的國家自然遷移，而發達國家在這個過程中會吃虧。然而，另一種觀點則認為，通過外包可重復的工作，先前從事低價值工作那部分資源會面臨更大的機遇。設計也是如此，通過采用設計自動化工具，工程師能夠提高其設計效率。很難想象如今的工程師會不采用計算機的方法來設計PCB，盡管有的時候完全可以這樣做。
正如經濟必須要適應全球條件的變化一樣，我們鼓勵工程師團隊使用任何高效的設計工具。對于電子設計工程師而言，使用EDA工具可以極大地改進設計過程，包括從元器件到最終產品。隨著設計過程得到加速，我們現在可以在采購任何一個元器件之前，就實現對于電子設計每一個細節的模擬或仿真。例如，在集成電路開發領域，長期的、高成本的設計過程的最后一個步驟才是將設計提交或‘試產’成為硅片。制造集成電路這個步驟會花費巨大的成本，而且這個成本只有在未來這個集成電路得到大批量的出售才能夠收回。當然，并非所有的電子產品研發都是如此，大部分電子產品重復制造的工程成本可能不高，但對于機械設計而言，由于外殼與內部PCB板之間的間隙問題而導致重新制造，那么將需要高額的成本。
EDA工具所取得的進步意味著，在制造產品之前可以對產品的構成和功能進行仿真變得更加容易。即便如此，與IC設計仍然有所不同是，電子產品領域的設計自動化工具的發展曾經特別注重于特定領域應用的小眾市場。PCB設計工具就是一個例子。有許多低成本PCB設計工具都能夠用于設計簡單的、單面或雙面的板子，但是能夠處理高速信號和混合信號的多層PCB的工具則比較少，而提供可以完善解決信號完整性問題的PCB工具更是鳳毛麟角。
對于有這些需要的設計而言，設計工具是至關重要的。它們提供了唯一可行的解決方案，幫助我們過上了今天的數碼生活。例如，若沒有精細的EDA工具，就不可能實現移動通信；工具幫助天才工程師們開發出實現3G網絡和智能電話所需的復雜混合信號設備與系統。
相關的例子有很多，但基本的趨勢可以歸納為，設計越復雜，工具就需要越精細。但是，設計工具總歸是要用于開發產品的，而無論產品的功能復雜性或最終市場價值。
交叉設計領域
電子與機械設計的一體化是必然的。絕大多數的PCB設計不僅要受到安裝在上面的元器件的影響，而且也會受到它可以占據的空間的影響。如今的許多產品中只有一塊PCB板，在這些情況下，PCB的尺寸和形狀很少由其功能性決定，而是主要由包裝它的外殼影響。事實在某些情況下，尤其是消費類產品中，最終產品的形狀和尺寸也就確定了PCB及其上面所有元器件的可用空間。在這種情況下，機械設計將主導這兩個領域的設計，然而目前機械CAD工具和電子CAD工具之間的交互是非常有限的。
電子設計工具的供應商更加專注于電子設計復雜性，而他們的同行——機械工具供應商也在努力改進機械設計工具，他們充分利用最新PC及臺式計算機的處理和圖形功能。如今，對于機械設計工程師來說，利用三維來展示他們的設計、實時渲染是司空見慣的事情。作為一種提高設計效率的手段，我們無法否認在工程師設計的產品在3D環境下顯示所呈現出來的價值，而且這樣的顯示還支持實時的觀察角度的切換。
另外，在IC持續縮減尺寸時，其它支持的元器件很難或無法縮減尺寸。具體來說，基本原理限定了變壓器、電阻器、電容器和電感器等被動元器件的物理尺寸。現在電子設備中已經不再大量使用的接插件，它們同樣受到了很多物理限制，比如尺寸可以縮減到何種程度，必須置于電路板的哪個位置等。我們可以獲益的是，現今存在許多被動元器件和連接器等標準元器件的3D模型，這些模型可以在數量日益增長的CAD軟件包中使用。
這些3D模型的廣泛創建表明供應商對電子設計與機械設計集成所作出的新努力。業內也有許多人認為這樣的集成會持續下去，將會使兩個領域的工程師顯著提高設計效率。
也許實現完全集成的過程中最顯著的進步是引入了電子設計和機械設計工具供應商均可自信采用的設計交互協議。雖然，過去這兩大領域進行了多次整合嘗試，但都由于供應商之間缺少合作而受到阻礙，導致復雜程度有增無減。但是，隨著STEP（產品模型數據交互標準）的引入，尤其是在版本AP214中定義了3D模型，設計數據的交換已變得簡單。MCAD領域已迅速將STEP AP214模型植入到他們的工具中，但E-CAD領域尚未如此。但是，來自Altium的統一設計環境Altium Designer可以真正地支持STEP文件的導入/導出及生成。并結合它的全面的PCB設計功能，Altium Designer可以將所有電子工程師的設計效率提高到一個新的水平。
PCB空間中的3D功能
現在許多機械設計工具已經能夠支持由第三方工具創建的PCB中的3D模型，但是除了提供PCB板與外殼裝配結果的可視化外，并不能為PCB設計人員提供臨界尺寸、間隙或其他空間合規性問題的反饋。此外，機械設計工程師往往無法滿足特定元器件的定位需求，尤其是在高速、混合信號或高壓信號出現的情況下。
Altium Designer采用STEP格式，克服了這些限制。它不僅可使工程師利用外殼的3D模型呈現產品的最終狀況，而且也為工程師們提供了三維方法設計方法。
AP214文件格式中內嵌入了足夠的數據，工程師能夠真正地利用導入的外殼模型來確定PCB的尺寸。徹底解決了以往采用手動方式將關鍵數據從一個領域傳送至另一個領域帶來的問題。通過將機械設計與電子設計過程緊密聯系起來，電子設計工程師在為制造而進行設計方面向前邁進了一大步。
另外，在3D格式內定義間隙的功能意味著，機械和電子這兩大領域的工程師可以立即看到設計更改的影響。通過在Altium Designer中將外殼與PCB模型相結合，工程師可以生成產品的3D展示以及測量它們之間的間隙。這項前所未有的功能意味著，電子工程師可以充滿自信地把他們的設計交給制造廠商。
為了使這個過程的效率更高，可以使用鏈接模型方式。這樣在其中一個領域所做出的更改，能夠可靠地反映在另一個領域中。這就意味著，電子工程師能夠看見外殼的任何更改，同樣地，對PCB或者元器件所做的任何改變也將被機械工程師看到。
這個功能的關鍵在于，不僅要能夠生成單一的3D模型，而且要能夠以參考點為基準在3D空間內建立各個模型的坐標。通過精確地定位外殼及PCB部件的模型，設計工程師可以驗證它們之間間隙，以確保PCB是否能夠裝進外殼或者是否增加強筋以及固定裝置，同時又保持了產品的整體市場目標。
在虛擬世界工作的另一好處在于，工程師可以在不耗費成本的情況下進行各種嘗試。例如，使用三個參考點對齊某一元器件時，很可能會出現一個元器件穿過另一個元器件的情況。請試想一下，PCB調整時穿過外殼的情況。這看似不符合常規，但是它為可以解決設計中存在的瓶頸問題提供了線索。用真實模型達到這種效果將會耗時、耗錢，但在虛擬領域卻如更改單一的參考點那樣簡單。只有使用STEP格式，電子領域與機械領域之間的密切交互才成為可能。在PCB設計環境中包含STEP格式標志著，我們向創建統一的電子產品開發方法方面已取得了巨大成效。
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