电路设计技巧

PCB中进行多板设计会是怎样的体验?

现代工程比以往任何时候,都有更多的机会,将多个印刷电路板和多个子系统集成在一起。直白点说就是,你一个稍微复杂点的电子产品或系统,都不可能只有一块电路板。一个完整的电子产品大体都需要好几块PCB板,比如电源板,信号输入模块板,中央处理单元模块板,核心控制板,信号输出放大板,驱动板,模拟信号部分板,数字信号部分板……等等等等五花八门。咱一个电子工程师做这么多事情容易吗我?!

先小小嘚瑟一下。

本篇开头这张图片里,大概包含哪些东东?

●  上面一块PCB板
●  下面一块PCB板
●  板与板之间的连接器件
●  板下面的基座
●  板上面的外壳

这些你眼中所见,所有的东西都是在一个项目里的!一个项目里的!一个项目里的!

PCB设计常规的现状是怎样的?

从若干年前到现在,我经常会收到来自客户的问题:你们的一个项目只能对应一块PCB板吗?可不可以把原理图不同的部分分别导入到不同的PCB板中?

每次我都回答:对不起,一个项目只能对应一块PCB板,不管你的原理图有多少张图纸,只能全部一股脑儿导入到一个PCB中。然后心里就有点愧疚,没有能解决到客户的需求,帮到客户从繁琐的操作步骤中尽量解脱出来,而将设计灵感专注于开发本身。

众所周知,Altium向来就一直以解决客户手头的烦恼,帮客户把精力转向完美设计本身,推出客户满意的作品为己任。几十年如一日地全方位收集客户提出的各种要求,对软件工具进行打造升级,力图使得Altium Designer成为广大工程师在设计之路上的顶级装备和得力工具。

简单一些的应用情况

那么,PCB设计常规的现状是这样的。

比如要做的是一个WIFI连接的物联网小产品,智能插座。可以用手机对家中的该插座进行远程控制,进而遥控家中的空调,洗衣机,电视,电饭锅,烤箱等等家用电器。

所以对于简单点的应用场合,或一人能独挡一面的情况下,下面的流程您一定很熟悉。

到这里,整个电子产品的电子部分基本上做完了。接下来设计插座的外壳机械部分。将设计好的外壳机械部分拿去加工,检查配合度。如下图所示。

然后将智能插座这款小产品的机械外壳部分与电子组合部分进行装配。没有一次就完美匹配的,总会出现这样那样的问题。比如下图所示,机械外壳部分本来做了两个感光头塑料件,在安装的过程中,下面的感光头OK,但上面那个被里面的电路板部分挤断了!挤断了!挤断了!

复杂系统的应用情况

简单的系统,一般是同一个人来经手,自己心里对每块板的要求都有数,虽然要一块一块地设计,打样,装贴,测试,再配合,但毕竟每块板之间怎样配合的沟通环节可以省掉。

但对于复杂系统的应用情况,就又会多加了各个PCB之间各个板的连接情况的沟通。板与板之间用什么方式连接?用哪种连接器连接?这些数据如果不依靠软件而是人力沟通的话,很容易出现信息的碰撞和错漏,从而导致不断改版改方案的情况发生。

比如下面的例子,关于电器设备在物联网应用中的解决方案(厨房电器项目)。我们要做的项目致力于打造智能物联网连接的厨房电器设备。将厨房智能料理机连接到物联网平台,用户可以通过手机,Ipad等智能电子终端甚至是网页来对机器进行控制,操作和信息管理。

该项目解决方案整合以下五大部分的技术为一体:

●  控制面板硬件PCB设计、
●  Wifi通信接入模块设计、
●  嵌入式软件开发、
●  智能终端安卓系统和IOS系统APP设计、
●  云端服务器平台应用开发

机器的大概构造如下:

需要设计的与电子相关的硬件部分大致有:

●  人机接口板(机械部分,需ECAD-MCAD协作)
●  电源供应PCB板(Power Board)
●  控制主板PCB(Control Panel)
●  Wifi接口板(Wifi Board)

然后分工合作,一部分机械工程师设计人机控制界面板的机械部分,该板的按键位置,LCD显示位置等等都要与控制主板PCB一一对应。

以下是有人在忙人机接口板(机械部分,需ECAD-MCAD协作)

有人在忙电源供应PCB板(Power Board)

有人在忙控制主板PCB(Control Panel)

有人在忙Wifi接口板(Wifi Board)

然后各自完成自己的模块之后,在往一起整合的时候,问题来了。

●  控制主板PCB与电源供应PCB板(Power Board)之间的接口怎么接?
●  Wifi接口板(Wifi Board)与控制主板PCB之间的接口怎么接?
●  Wifi接口板(Wifi Board)与控制主板PCB之间的信号通信怎么工作?
●  控制主板PCB需要电源板哪里改一下,或电源板需要控制板哪里改一下?
●  Wifi接口板(Wifi Board)与控制主板之间的软件firmware需要协调?
●  人机接口板与控制面板之间的机电ECAD-MCAD配合总是出问题?

接下来各位看官可以欣赏一下各设计模块负责人之间的沟通协作的部分工作。

这些调试用的板间接插件,要在各板之间仔细定义好,标出来,以免出错!

然后在各板之间打样,调试,联调的过程中,我要改这个,你要改那个,来来回回的电话邮件沟通。截取一部分邮件内容如下:

然后是文件发来发去,外加各种解释,提出要求,互相沟通,并协调各部分相关设计人员,保持信息的共享与一致性。

如下所示为某一个问题来来回回邮件多达30几封,消耗大量的时间进行沟通,更新和迭代过程。

等到项目中各部分PCB板功能都调试完成之后(往往需要多次打样,调试,多次更改替换),还需要将产品设计的电子部分放到机器中进行机电配合和测试。

下面是放的电源板在机器中,各种乱,排线,接头眼花缭乱!!!

下面是在配合控制主板PCB(Control Panel)与机器之间的连接。

综上所述,这一系列的问题和困扰,都是各个独立PCB板之间需要沟通,整合,联合调试等带来的时间和精力上的巨大耗费。那么,如果所有这些各个分立的PCB板(包括各板的原理图设计文件,PCB文件),以及各PCB与PCB板之间的连接情况的管理都在同一个项目中,会是怎样的体验?打开Altium Designer18,你会发现世界真的变化太快。。。。。。

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