廣東文理職業(yè)學院 陳彥霖

1.引言

電子線路板又被稱為印制電路板（Printed Circuit Board,PCB），能夠選擇部署導電圖形和連通孔，利用印刷法形成一個元器件連接導電圖，可以實現(xiàn)各個信號在板層之間進行有效的傳輸。目前，經(jīng)過多年的發(fā)展和改進，電子線路板已經(jīng)成為電子設備、電子儀器、電子計算機中不可缺少重要組件。電子技術的迅速發(fā)展導致電子產(chǎn)品的集成度越來越高，承載的功能也越來越復雜，電子線路板的制造質(zhì)量直接影響電子儀器設備的可靠性、穩(wěn)定性。目前，電子線路板制造技術也從原來的單面板發(fā)展到了雙面板、多層板、高密度互連板等，在促進電子產(chǎn)品想著微型化、輕量化、高可靠的趨勢發(fā)展的同時，電子線路板設計越來越困難。

因此，電子線路板設計成為眾多硬件公司的研發(fā)熱點，經(jīng)過多年的研究，電子線路板從傳統(tǒng)的人工設計模式已經(jīng)發(fā)展到了自動化設計，誕生了許多的設計工具，比如Mentor、Zuken、Allegro、Protel等。Zuken屬于高端的電子線路板設計工具，用戶較少，市場普及的也少；Allegro是一種高端工具，在許多專業(yè)的公司中得到了廣泛應用，適用于多媒體等芯片產(chǎn)品的研發(fā)，Protel是一個大眾化的設計工具，能夠設計簡單的多層板，運行速度非常慢。因此，電子線路板設計時，不僅需要掌握以上設計工具，同時還要結(jié)合當前電子芯片的發(fā)展方向，引入機器學習、分布計算等技術，提高電子線路板的設計效率、準確度和可靠性。

2.新時期電子線路板設計方法

目前，電子線路板經(jīng)過多年普及，已經(jīng)具有高密度化、高可靠性、可設計性、可生產(chǎn)性、可維護性等特點，以便滿足電子產(chǎn)品對PCB的各種要求，通過設計標準化、規(guī)范化、自動化可以高效率的設計PCB。目前，電子線路板（PCB）設計已經(jīng)進入到了自動化、集成化、工具化時代，為了提高電子線路板的設計效率、準確度，許多公司研制了先進的設計工具，常見的工具包括Altium Designer、PROTEL和Allegro等[1]。

PROTEL是Altium公司研發(fā)的一個電子線路板設計軟件，也是應用最為廣泛的工具之一，在許多的電子芯片設計公司應用。PROTEL運行于DOS系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)線路板自動布線，對運行環(huán)境的硬件要求很低，目前最為先進的PROTEL軟件為DSP2004，能夠運行于Windows95環(huán)境下，包含了電路原理圖繪制、模數(shù)電路混合信仿真、多次印制電路板設計，能夠生成電子表格，支持宏操作，具有客戶機/服務器架構(gòu)，同時還可以兼容Excel、OrCAD、PSPIC等軟件，主要適用于單層板、多層板，但是運行速度也非常慢。PROTEL99SE是新一代的PCB設計工具，其擁有強大的、智能化的自動布線能力，大大提高了電路板印制效率，降低了設計人員的工作強度，操作簡單方便，容易學習和掌握，普及程度也非常廣泛[2]。

Altium Designer是Altium公司推出的一體化電子產(chǎn)品開工工具，該工具主要部署于Windows操作系統(tǒng)，能夠?qū)⒃韴D設計、電路仿真、拓撲邏輯自動布線、PCB繪制編輯、信號完整性分析、設計輸出等技術完美的結(jié)合在一起，為設計者提供全新的設計解決方案，同時更加輕松的設計一個電子線路板。目前，Altium Designer已經(jīng)成為電子行業(yè)知名度最高的工具之一，也是電子線路板設計師的得力工具，是電子芯片產(chǎn)品設計、實驗、測試、定型過程中不可缺少的設計工具[3]。

Allegro是Cadence公司研發(fā)的一個電子線路板設計布線工具，能夠為設計師提供良好的交互接口，具有一個強大的、完善的功能，可以與前端產(chǎn)品Capture等結(jié)合在一起，為高速、高密度、多層次的PCB設計提供完美的布線方案。Allegro為用戶提供了簡潔明了的接口，能夠設計電子線路板的規(guī)則數(shù)據(jù)，自動的擺放零部件，按照布線規(guī)則處理、檢查數(shù)據(jù)，重復使用相同性質(zhì)的電子線路板。

PADS是一款由MentorGraphics公司研發(fā)的、設計PCB板的軟件工具，其主要包括四個關鍵組成部分，分別是PADS Logic、PADS Layout和PADS Router，能夠?qū)崿F(xiàn)CAM加工軟件、機械設計軟件和PCB設計之間的接口，為不同的PCB板設計提供了強大的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和傳輸通道。目前，PADS經(jīng)過多年的普及和使用，已經(jīng)誕生了很多的版本，這些版本包括定義設計、版本配置、電路設計等功能，同時增加了類比模擬、信號整合功能，PADS還可以為PCB設計提供一個可以參考的數(shù)據(jù)資料庫，能夠讓使用者安裝產(chǎn)品，開始快速的設計和開發(fā)，不需要花費更多的時間浪費在資料查找上，提高了PCB設計的成效[4]。

3.未來電子線路板設計發(fā)展趨勢

隨著電子線路板的發(fā)展，其承載的功能越來越多，同時也會誕生很多的新型需求，呈現(xiàn)出新型特點，為了提高電子線路板設計的準確度，提高電子線路板設計師的工作效率，本文基于筆者的多年實踐，針對電子線路板未來設計方法進行了展望，比如可以引入機器學習技術，提高設計工具的智能化程度。

（1）引入互補對稱設計理念

由于電子線路板執(zhí)行的操作多屬于底層功能，因此很多的功能均相同，在設計電子線路板的時候僅僅位置不同，因此可以引入互補對稱設計理念。傳統(tǒng)電子線路板設計時，具有互不對稱功能的電路元件都采用逐一繪制模式，繪制的時間非常長，元件需要按照順序進行編號，不能夠從元件上判斷與誰互補。為了提高印制時間，引入互不對稱理念，從功能層判斷對稱位置，實現(xiàn)信息加工和處理。

（2）引入機器學習技術改進設計工具智能性

目前，機器學習作為人工智能的一個重要技術，已經(jīng)在多個領域得到廣泛普及和使用，取得了顯著的應用成效。電子線路板設計工具經(jīng)過多年的運行積累了海量數(shù)據(jù)，為了提高設計效率、準確度，可以采用機器學習技術挖掘已有的設計數(shù)據(jù)，從這些數(shù)據(jù)中發(fā)掘潛在的有價值信息，進一步提高電子線路板設計效率。目前，常用的機器學習技術很多，比如BP神經(jīng)網(wǎng)絡算法、支持向量機算法、K均值算法等。BP神經(jīng)網(wǎng)絡可以模仿人的大腦神經(jīng)系統(tǒng)，建立一個有規(guī)律的信息計算處理模式，引入深度學習規(guī)則，深度學習規(guī)則作為一個多層次的感知神經(jīng)網(wǎng)絡，利用強度值向量、矩陣向量等特征的數(shù)據(jù)進行深度學習，能夠更加有效的實現(xiàn)特征識別和提取。支持向量機可以實現(xiàn)分類和回歸分析，給定一組數(shù)據(jù)樣本，建立訓練學習模型，分配新的實例，將其劃分為非概率的二元線性分類，支持向量機引入了自適應共振理論，進一步利用數(shù)據(jù)中隱含的有價值信息，根據(jù)這些信息進行挖掘和分類操作，從不同的角度進行分類，提高數(shù)據(jù)處理的準確度。

4.結(jié)束語

電子線路板作為電子產(chǎn)品元器件的重要支撐件，可以為電路元件、器件之間提供信號連接通道和載體，保證電子產(chǎn)品的準確、可靠運行。因此，利用Altium Designer、PROTEL和Allegro等工具可以快速、準確的設計電子線路板，能夠保證電子設備的結(jié)構(gòu)更加合理緊湊，提高電子產(chǎn)品的整機性能指標，降低設計師的勞動強度。同時，未來隨著電子設計技術的改進和提升，電子線路板設計方法將會引入更加先進的理念和技術，比如機器學習、數(shù)據(jù)挖掘等，提高電子線路板設計的準確度。

[1]劉光濤.Altium Designer在《電子線路CAD》課程教學中的應用[J].湖北成人教育學院學報,2017,23(1)：75-77.

[2]熊麗萍,朱彩蓮,楊潤豐.基于《電子線路板設計與制作》教學的“數(shù)字鐘”單面板設計--以Protel DXP 2004SP2為設計軟件[J].電子世界,2014(21)：199-200.

[3]朱鄭喆,吳明贊,江蒙南,等.基于Allegro PCB SI的DSP最小系統(tǒng)板信號完整性仿真分析[J].科技創(chuàng)新導報,2015(24)：70-71.

[4]唐贛.MentorGraphiCS宣布PADS創(chuàng)新平臺又添壓降分析和電子散熱等新功能[J].中國集成電路,2016(6)：6-7.