尽管集成电路（IC）设计师取得了很大业绩，但是印制电路板设计师将结构设计应用在制作方法之中已经有很多年了，而IC设计师仅仅才开始采用。
要点
● IC设计师现在才采用的一种设计方法，印制电路板设计师业已使用了很多年。
● 尽管公司合并和收购削弱了这一领域，但工程师在选用印制电路板设计工具时仍有很多选择。
● 系统验证是设计过程中要求严格的阶段。
● 印制电路板设计师面临的主要挑战是信号完整性、功耗和热辐射。
设计自动化会议（DAC）是EDA（电子设计自动化）行业的主要活动。这是制造商展出其产品、设计师纵览技术、所有行业参与者学习和讨论设计方法的机会。在其存在的大部分时间里，DAC一直专注用于IC开发的工具和方法。你可以找到印制电路板设计工具，不过它们属于少数，而且在提供IC和印制电路板两类工具的制造商的展台上处于次要地位。似乎IC设计方法和工具引导着EDA的进展，而印制电路板设计在产品的技术方案中虽是必不可少的，但却是起着低级功能。
对电子系统设计的一次更深入的考察表明，情况正好相反。IC设计师只是现在才开始尝试结构设计、分层开发和DFM（可制造设计）三种方法，而印制电路板设计师采用这三种技术已经有一段时间了。IC设计师仅仅是现在才开始试图模仿印制电路板设计师多年来所做的事情。在设计一块印制电路板时，工程师根据电气和电子设计规则选择经过验证的功能模块并将其连接起来。在使用分立元件时，设计师进行模拟设计，而制造问题和测试问题则始终是印制电路板设计师考虑的重点。
在开发一块印制电路板时，设计师通常遵循以下的四步流程：系统设计、系统验证、布局和制作数据生成（图1）。其中每一步都可能涉及到许多工具和规则。特别是工程师不得不扩大系统验证的范围，将诸如信号完整性、高速设计、电源要求与分配以及射频（RF）设计等问题包含在内。另一个需要注意的方面是连接器和电缆的设计和布局，尤其在印制电路板是较大系统中的一个组件，而该系统要在没有公共底板的各种印制电路板之间传送数据时更是如此。

图1，设计师在开发印制电路板时遵循分层方法。
系统设计涉及到绘制电路原理图。原理图不仅是印制电路板的逻辑表示，而且还在设计过程中演变成印制电路板技术规范。工程师利用计算机辅助的原理图编辑器输入设计的逻辑功能和连接性。他们还输入许多封装特性、指导布线程序的设计规则和指导分析引擎的电气规则。设计输入驱动所有其它应用程序。
系统验证使工程师能够验证封装和印制线两者的功能、连接性和物理特性的选择是否满足技术规范。根据所要解决的问题，设计师在验证中使用多种工具。一般而言，工程师需要验证时序、信号完整性、电磁干扰、电源以及发热等问题（图2）。在布局期间，工程师放置并连接他们在原理图中示出的封装和器件。完成这项任务的主要工具是以全自动模式或交互模式工作的布线程序。通常情况下，设计师利用一个交互式布线程序来人工完成关键的布局与连接功能。他们一旦完成并验证了这部分设计，自动布线程序就可以处理剩下的布局布线功能。由于布线程序无法全部完成电路板布局，某些设计需要终的交互式对话。交互式布局布线是一个严格而又乏味的过程。成品的质量常常是进行布局的工程师经验的直接结果。工程师一旦完成了电路板设计，就必须给出制造所需的各种文件和文档。很多印制电路板制造商都提供按所需格式输出信息的工具。

图2，大多数印制电路板设计师必须处理5个主要的系统验证领域。
可用的EDA工具
通过一系列公司的合并和收购，针对印制电路板应用的EDA市场在过去几年中已经成熟。Cadence公司和Mentor Graphics公司分别收购了历史悠久的Orcad公司和Pads公司。这些收购行动使得Cadence公司和Mentor公司能够采取双重定价结构来扩大其市场影响，并为其客户提供选择范围更宽的产品。这两家公司的年收入占印制电路板市场年收入的75%左右。Zuken公司和Electronics Workbench公司在该市场的几个领域中占有很大的份额，并在力争夺取印制电路板收入第三的位置。
系统验证重要性的不断提高已经为以前只专注于IC设计的公司打开了印制电路板的市场。信号完整性产品和热分析产品就是这种交叉的例子。其余的印制电路工具制造商满足于在该市场的几部分中得到认可，其中大多数公司的年收入低于1千万美元。表1列出了印制电路板工具制造商及其服务的应用系统。虽然本文不可能一一描述这些工具，但你可以在这些制造商的网站上找到所有的资料。Altium公司经销很多品牌工具，其中包括Protel、P-CAD、Nexar和nVisage。
在过去三年中，无线设备已成为EDA市场的主要推动力。因此，电磁分析的重要性业已提高。Agilent公司和Cadence公司在这个市场上处于地位。它们的实力来源于其在IC设计市场上同类设备的长期地位。今年四月，为了进一步加强在RF设计上的技术力量，Cadence公司宣布了收购Neolinear Technology 公司的意向。Agilent Eesoft公司在RF-IC设计市场上扮演了主要角色，它在这一市场上的地位同样也使它在印制电路板市场上成为举足轻重的角色。
大多数设计输入工具具有类似的功能，但价格更高的工具往往理所当然地具有更大的灵活性，并且支持更大更复杂的设计。布局布线产品也是如此，但Mentor Graphics公司似乎在这个领域具有优势。布线程序之间的主要差别就在于完全支持高速设计规则和模拟设计的能力。
FPGA器件的执行速度将加快，容量将增大。设计师在印制电路板设计中更加频繁地使用这些器件，因为它们不但是对胶合逻辑，而且也是设计师以前用ASIC芯片实现的重要功能模块的很好替代品。Mentor Graphics正在提供一种能使工程师同时开发FPGA和印制电路板的系统设计技术。FPGA BoardLink能自动完成电路板原理图内一个FPGA符号的放置和连线。它首先生成具有合适引出线的符号，并且在对印刷电路板或FPGA进行任何修改时保留所要求的连接性。将高速封装连接到印制电路板上也是一个日益复杂的问题。电气连接不当会产生信号完整性问题和电磁干扰问题。在高性能设计中，大型多层电路板、复杂的多端IC封装以及芯片上的三维无源结构变得越来越常见。包括符号间干扰和地电位跳动在内的常见失效模式需要电磁分析。此外，工程师常常进行频域功率完整性分析，而这在几年前是不需要进行的。标准元件制造商现在都提供IBIS（I/O缓冲器信息技术规范）模型，然而仅仅在5年之前，获得具有某一部件技术信息的IBIS模型还是很罕见的。
在高速差分或者源同步设计中，信号必须同时到达接收器。由于空间有限，封装中的大多数信号迹线具有不同的长度。设计师必须在印制电路板上补偿这些差别。当设计师因空间限制而必须引导信号绕很多弯和拐角时，就会缩短信号传播延迟，因而必须通过延长迹线来对此进行补偿。例如，在90°弯曲的情况下，信号就会“切割拐角”，而且每个拐角会加快0.1～0.5ps。尽管金属迁移问题在IC中更为普遍，但印制电路板和封装引脚之间的不良机械连接性也会存在这个问题。

图3，团队设计允许由分散在各地的工程师和在某个设计领域有专长的工程师同时进行设计。
讨论团队设计的工程师和分析师往往意指不同的事情。有些人描述的是一种把一个项目分配给许多工程师，并保持工作一致和同步的方法（图3），而另一些人描述的则是PLM（产品寿命管理）工具（图4）。

图4，电子设计数据管理是部件生命周期管理集的一个子集。
Mentor Graphics公司提供的TeamPCB能使一个设计小组并行地设计电路板。工程师（通常是项目带头人）将设计分成很多部分，每一位设计师完成自己那部分的工作，并能查看整块电路板。项目带头人虽然能根据诸如数字、模拟、电源等功能区域来划分电路板，但也能把这些部分在设计师之间划分。工程师可以利用自动数据库更新以设计人员对设计人员的方式共享进展，或者可以用他们的进展更新主数据库。当一家公司外购设计的某些部分或其设计小组分散在各地时，这种方法很适用。
通过与MatrixOne的新合作关系，Cadence公司支持另一种“团队设计”概念。随着电子系统变得越发复杂，合作的需求相应增加。在很多情况下，公司不再从头至尾开发一个系统。它们需要与擅长于某部分设计或者制造工艺的公司合作。此外，项目的复杂性还需要使用先进的项目管理工具。由于实现了支持链的印制电路板部分，Cadence公司开始支持PLM，并且计划支持整个电子子系统。与Cadence公司一起，Flomerics公司、Ohio-DA公司和Zuken公司也在提供对团队设计的支持。

图
随着电子系统日益复杂和越来越分散，工程师实现印制电路板之间的连接不仅需要利用底板，而且还要通过导线来进行并行的连接和高速串行连接。越来越重要的是，要能根据两个子系统的I/O描述，把两个子系统的部件综合在一起，由此来开发电缆和配线。Mentor Graphics公司已在一段时间内在这个市场上保持了地位，不过Zuken公司和新创办的TurboTools公司都推出了具有竞争力的产品。TurboTools公司刚刚与Orcad产品的美国国内经销商达成协议，其产品CablEquity可以通过EMA Design Automation公司（www.ema-eda.com）买到。
印制电路板应用领域也在应对与数字IC设计师面临的同样的问题，不过处理模拟设计的需求以及印制电路板设计固有的分层特性会增加这一复杂性。IC设计师应该考察印制电路板设计用来提高其DFM设计质量的方法。