簡介
想想組成人體的所有部位：腿、手、肺、骨骼、肌肉等等。但是，人類又不僅僅是些部位和器官，也不只是些材料和功能。我們是人。如果一個部位不能正常工作，所有部位都會受到影響。
電子產品創建也是如此。其不僅僅是各元件的累加。iPhone® 不只是一個觸控式螢幕、一些金屬和一堆元器件。它是 iPhone。同樣，PCB 設計人員和硬體工程師創建的並非只是簡單的原理圖和 PCB Layout。他們是在建產品：完整的產品，而不只是元件的累加。為確保所有元件可以協調工作，他們要使用一系列工具，而不只是原理圖與 PCB 設計工具。當今的電子產品需要一個產品創建平臺。
背景
電子產品設計領域現已發生了井噴式創新，不斷擴展了我們熟悉的界限和可能性。設計已經從公司內部設計和製造轉變為專業化設計任務和製造的外包，開創了整合、兼併和收購的時代。
設計隊伍也在不斷發展。原先只是專注於 Layout 任務的個體 PCB 設計人員以及依靠專家解決信號和電源完整性等重點問題的設計工程師，現在必須考慮產品設計的各個方面，因為他們自己必須為設計的性能負責。
這些工程師需要獲取比以往更多的資訊和工具。為適應形勢，IT 基礎設施也發生了顯著改變，從大型電腦逐步改為 Unix® 工作站、桌上型電腦，最後發展為存儲資料和基於雲的應用的虛擬伺服器場。設計和設計方法也在不斷變化。我們用電子電路取代了幾乎所有用品中的耐用機械產品。針對模擬、協作和生產，我們不再使用紅膜和膠帶，取而代之的是電腦化工具。
IoT（物聯網）已無處不在。隨著越來越多的設備和產品彼此連接，為新公司、新概念和新想法帶來了許多機會。加速器、孵化器和創業課程隨處可見，以便促進和加快概念和想法到現實的轉變。
產品創建：關鍵問題
創建新產品需要考慮諸多問題和主題：
要製造什麼樣的產品？這是最根本的問題，是其他一切的基礎。
競爭產品有哪些？如何創造具有競爭優勢的產品，使其脫穎而出？是否可以添加獨有功能？如何降低成本？如何縮小包裝？許多項目都可以打造差異化競爭。
成本目標是什麼？最終產品的成本可以推動其他決策。創建的產品是否針對成本作為關鍵驅動因素的消費者市場？產品是否會通過大批量生產來獲得良好的規模經濟效應？
設定產品的產品成本目標後，則還會有其他問題：如何降低產品成本？設計作品發送給服務機構還是直接交付製造？可以使用什麼材料和元器件來控制成本？如何縮短設計階段，以盡減少開發成本？
產品的平均故障間隔時間 (MTBF) 是多少？消費類電子產品的“預期使用壽命”低於衛星或軍用產品。許多設計決策都考慮了這一問題。
在什麼環境下運行？是在辦公室內的室溫下運行的產品？還是必須在零重力和零下溫度下運行的航空航太產品？此時，產品可靠性就是關鍵所在。
有哪些方法可以將風險降到最低？應該用什麼設計方法減輕產品風險？
毛利率是多少？這個問題非常關鍵！如此方能設計正確產品、抓住上市機遇並降低成本。
設計完成日期是什麼時候？是否需要抓住上市機遇和截止時間？是否需要將產品投入量產，以趕上聖誕購物旺季？是否必須構建原型以便在關鍵的行業展會上向買家介紹產品？如何確保能趕上進度？
在產品創建過程中，必須考慮並回答上述所有問題。
後續步驟：克服設計挑戰
在產品設計過程中出現的所有問題都可能會影響產品的成功。放著不管可能導致產品故障、降低使用壽命、增加現場退貨率等問題。以下列出了必須進行管理以確保產品成功的部分技術挑戰：
找到合適的元器件。這通常是一個新設計的關鍵挑戰。智慧搜索、篩選和尋找符合技術規格和成本目標的元件極為耗時。
元器件與元件管理。是否需要連接到企業資料庫以訪問最新元件成本和庫存量，從而確保設計採用的是首選元器件？現代設計可能要使用數百個不同的元器件。關鍵資料的輸入需要做到快速、準確且方便。在整個設計過程中也應可靠無誤地管理這些元器件。
信號完整性 (SI) 問題。很多時候，要等到 PCB Layout 完成後甚至更晚，才能確定 SI 問題。如能在Layout 開始前確定設計的靈敏區域，即可通過減少 Layout 影響、加快設計流程以及消除電路板改版來增加設計成功率。
DDR 匯流排時序。分析 DDR 通道中所有信號之間的時序關係並非易事。通道可嵌入單板或跨過數個電路板，這在 DIMM 設計中很常見。較新的微控制器、微處理器、DSP、SoC 和 FPGA 只支援 DDR 記憶體。DDR 介面包括數個高速平行介面（資料和位址）及大量控制信號。依託傳統的批量模式或交互IBIS 模擬會非常繁瑣且容易出錯。成功的 DDR 設計除傳統 SI 分析外還要求深入時序分析。
電壓降。開發 PDN（供電網路）來獲得最佳性能也存在難度。工程師設計的設備涵蓋低功耗可穿戴設備到包含高功耗處理器的產品。現代設備配有多個電源，這就意味著要分析更多的電源軌。無視跨平面和走線的電源壓降可能導致設計無法工作或難以調試。
電路可靠性。構建電路前，工程師需深入瞭解電路設計，並應能在設計完成後調試電路。模擬提供的環境可在創建最終設計原理圖前執行假設分析試驗、分析靈敏度以及預測電路性能。
熱設計。設計差不多已經完成並且滿足所有高速設計、SI 和製造約束與規則，但是否達到了系統熱分佈要求？隨著電子設備的尺寸越來越小，速度越來越快，封裝密度越來越高，電氣工程師必須慎重考慮熱分析問題，才能做出優質的產品設計。純粹依賴物理測試的工程師會因超出時限、可靠性下降和／或產品成本增加等問題而以失敗告終。
設計規則違規。另一個設計挑戰則是確定 Layout 中可能影響信號完整性的電氣規則違規。走線佈線存有空隙或在回流平面有分割時，忽視此類基本 Layout 原則將會導致許多信號完整性錯誤。相比傳統 SI 分析，使用基於規則的檢查來確定這些錯誤可以減少設計週期，簡化驗證。
原理圖設計。無論是簡單的單頁原理圖還是多頁設計，都應能輕鬆無誤地捕獲設計。使用正確的工具可以減少這一任務的繁瑣程度，並能創建可輕鬆進行驗證和管理的簡明設計。智慧處理匯流排、選擇適當的端接、複用、元件屬性和支援原理圖／Layout 之間的智慧性，這些都至關重要。
約束。原理圖輸入和 PCB Layout 擁有一個共用的集成式約束定義和管理環境，這個環境對於最終電路板裝配的成敗非常重要。所有設計，無論是普通的專案還是最前沿的創新，都需要正確的電氣約束，如此方能使最終產品成型後正確工作。
PCB Layout。大多數設計工程師都非常熟悉其設計的邏輯創建和分析。但 PCB 設計的物理實施對他們來說可能是挑戰。為最大限度地提升效率和生產率，則需尋找易學易用（即使是生手）、能夠提供高品質結果的直觀工具。
佈線。PCB Layout 是一門藝術，更是一個流程。如何使佈線達到最佳效果？設計是否過度約束？在Layout 階段，走線自動交互佈線有助於快速探索“假設分析”情境，並提高生產率。
外形和裝配。大多數電氣設計需放入機械外殼中。若要確保電氣設計能夠貼合地放入外殼中，其沒有干擾、間隙或可用性問題，那麼就需要電氣和機械工程師進行三維協作。
設計複用。為什麼會重複無用功或引入風險？複製現有設計中已設計和調試的功能是一種很好的做法。某電路或物理設計模組已經過測試和驗證，您希望將來可以複用。這對於具有多通道的設計尤為重要。
射頻電路。射頻設計採用特殊 Layout 原理和特定設計項目，例如射頻形狀和過孔遮罩，來確保在 PCB上的高頻工作。如果在特定領域創建最終射頻 Layout，微波感知工具（需導入）可快速無誤地進入現有 PCB Layout，同時保持電氣連接。另外，如果射頻 Layout 需要修正或更改，則修改的部分必須可以智慧更新，而不是通過盲目導入傳統“黑匣子”流程中。
派生設計定義和管理。設計人員通常需要對同一核心專案制定多個版本。這些派生設計可能是某元件的簡單更改、製造中填充完全不同的元件、或是涉及更複雜的變更。若要最終產品零缺陷，務必要能夠創建、管理和記錄該設計的不同版本。
文檔和 CAM 輸出。用於製造的電氣設計由許多設計方面組成，包括各 PCB 層的 Layout 資料、各過孔和孔洞的鑽孔資訊、絲印層圖形和阻焊層等。輕鬆無誤地生成這些輸出是確保電腦上的設計與實際製造和裝配的實物保持一致的關鍵所在。
信號完整性驗證。之前我們討論了在 Layout 開始前確定設計靈敏區域的重要性。電路板完成後確保其符合信號完整性參數同樣重要。振鈴、過沖和非單調性等 SI 挑戰只能在有最終 Layout 文件時解決。如果沒有正確的方法，錯過的信號可能導致最終產品出現問題，尤其是要驗證有數百或數千網路的電路板時。務必要在生產 PCB 前就解決這些問題。
可測試性設計。要驗證最終設計的連接和功能，PCB 製造廠和裝配廠需要 PCB 網路的電氣接入。在Layout 中手動添加測試點非常繁瑣而且容易出錯。自動化的可測試性設計可滿足 PCB Layout 流程中的測試策略和要求。
可製造性分析。專業的 PCB 設計專家對 PCB 的製造要求有深入瞭解，這是擔當這一角色的電氣工程師無法做到的。要與製造廠進行多少次電話溝通和反覆運算，才能解決製造問題？針對檢查設計是否符合工藝規則這一任務，他們有無收費？將 PCB 設計交付製造時，您需非常確信設計毫無缺陷。可製造性設計分析可高亮顯示在 Layout 中能解決的問題區域，而不是在設計構建完成後進行。
ECAD-MCAD 協作。電子產品創建涉及電氣和機械設計。為確保電氣元件位置正確且不會造成干擾或可用性問題，電子設計工具必須瞭解並與機械工具協作，然後瞭解其生成的二維和三維結果。ECAD和 MCAD 領域之間的即時通信和協作使設計團隊可在緊湊外形參數約束內優化電子設備，同時仍舊達到品質、可靠性和性能要求。
設計歸檔。設計完成後，所有相關檔和設計資料應正確編目。將來可能有各種原因需重溫已完成的設計檔，因此跟蹤所有資產和變化至關重要。在某些行業，強制要求進行文檔控制，且必須遵循記錄維護規定（如 ISO-9000）。有沒有一個可以創建、管理和保存設計和專案備份的高效自動化流程？
產品創建：從概念變為現實
願景是一回事，但現實取決於如何實現。確保一切正常，並協調合作。這樣創造的成果才不會只是各個元件的累加，而是電子產品創建的“格式塔”形態。忙於多個設計任務的同時確保一切同步並保持更新，是一項挑戰，需要數個功能強大的工具方能應對。現今的電子產品需要的不僅僅是原理圖與 PCB 設計工具，而是包含所有功能的產品創建平臺，如此方能實現電子產品概念。問題是，你有沒有這種工具集？正確的工具集？
MENTOR GRAPHICS 有何助益
Mentor Graphics 具有其獨特的市場定位，無論是最小型的初創公司還是最大型的跨國企業，我們致力於為任何環境中的設計師提供一流的電子產品創建解決方案。通過 Xpedition®、HyperLynx®、PADS 和 Valor®產品組合，Mentor 可提供其他供應商做不到的整合、集成且技術先進的解決方案。
Mentor Graphics 可為各種類型的客戶提供 PCB 解決方案。對於不是在大型企業基礎設施工作的個體工程師和小型團隊來說，PADS 是首選平臺。隨著技術和／或基礎設施需求的變化，PADS 解決方案可擴展至Xpedition Enterprise，將協同高生產率技術用於公司基礎設施。
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