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沒(méi)什么能比具有爭議性的問(wèn)題更能激發(fā)各種觀(guān)點(diǎn)和討論。 了解電路板布線(xiàn)專(zhuān)業(yè)人員的未來(lái)本身就是一個(gè)重要的問(wèn)題，但如果是暗示這些設計工程師需要“繼續前進(jìn)”，則是另外一回事。這其實(shí)是指一個(gè)正在收縮的設計領(lǐng)域，而在一個(gè)快速發(fā)展的技術(shù)產(chǎn)業(yè)中，說(shuō)起熵的概念總是讓人心煩意亂。 請注意問(wèn)題里面說(shuō)的是“專(zhuān)業(yè)人員”，而且要明確的是，這關(guān)系到對本專(zhuān)業(yè)目前的觀(guān)點(diǎn)以及需要進(jìn)行怎樣的改革。因此，這里真正值得關(guān)心的，是工作在孤立設計環(huán)境中的專(zhuān)家級電子產(chǎn)品設計人員未來(lái)的可持續發(fā)展，特別是那些專(zhuān)門(mén)從事 PCB 設計的人員。 當從整體上把握行業(yè)以及其發(fā)展方向的時(shí)候，這個(gè)概念就不像是第一眼看到的那樣了。隨著(zhù)技術(shù)飛速的發(fā)展，工程師的工作方式以及他們使用的工具正在努力與毫不妥協(xié)的變革保持步伐的一致。正是這些技術(shù)的發(fā)展以及那些使用電子產(chǎn)品人員的各種需求，制定了如何完成設計的時(shí)間表，并確定了未來(lái)的發(fā)展方向。 對板級設計工程師而言，這條路主要是由圍繞 PCB 的技術(shù)發(fā)展來(lái)決定的。這可最終決定電路板設計的功能及物理特性，以及用來(lái)實(shí)現這些屬性所需要的材料、技術(shù)與設計工具。如果 PCB 的目標和格式有所改變，它們的設計方法也必將改變。 PCB 的發(fā)展方向？ 目前從狹義角度上講，PCB 設計與構造的大多數根本趨勢還必將持續下去。 消費與工業(yè)行業(yè)將繼續推動(dòng)對更智能以及更小巧產(chǎn)品的需求。那些產(chǎn)品中使用的電子器件將在提供更多高級功能的同時(shí)，變得更加小巧。用來(lái)連接這些部件的 PCB 也將不斷變小，以便從整體上調節緊湊型用戶(hù)功能外殼的容量。 這里不會(huì )有太多的驚喜，而且這些趨勢可對高級 PCB 技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生直接影響，比如柔性板、微孔、高密度互連系統以及高密度布線(xiàn)。僅此而言，似乎 PCB 專(zhuān)業(yè)人員的未來(lái)就是進(jìn)一步提高他們的技能，掌握新的電路板設計技術(shù)及工藝。這和以電路板為重點(diǎn)的老路沒(méi)有什么兩樣。 然而，當你退后一步，用更加宏觀(guān)的視角來(lái)審視這些變革的時(shí)候，就會(huì )覺(jué)得更為現實(shí)了。這種觀(guān)點(diǎn)就是考慮整個(gè)產(chǎn)品的設計，而并非僅僅延續電路板設計的傳統思維，不再是通過(guò)局限在 PCB 上的觀(guān)點(diǎn)來(lái)審視整個(gè)電子產(chǎn)品的發(fā)展。 比如，實(shí)現更小型產(chǎn)品的變革主要是由半導體技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)的，而 PCB 技術(shù)和工藝只是進(jìn)行了相應的適應性發(fā)展。采用高密度封裝的大規模器件會(huì )繼續在提供更多功能的同時(shí)，減少對芯片支持的要求，進(jìn)而減少器件數以及板級連接的數量。從這種意義上講，PCB 設計將日益簡(jiǎn)化。 如 FPGA 等可編程器件帶來(lái)的革命引入了“軟”硬件設計以及可編程 SoC 方法，將這場(chǎng)變革推向了新的高度。這種變革可降低非重復性工程 (NRE) 成本，并提高設計的靈活性，由于將大量物理硬件轉移到了可編程邏輯的“軟”領(lǐng)域中，因而還可進(jìn)一步降低電路板的復雜性。 可編程器件的推廣，以及對軟件定義設計 IP 的的重視度不斷提高，全面轉向軟設計的狀況已經(jīng)日益凸顯。其結果是硬件將不再擔任產(chǎn)品設計中的主導因素。板級設計正日益簡(jiǎn)化，并更加模塊化，同時(shí)物理配置、連接性以及構造也可由其它設計因素來(lái)主導。 其它因素的一個(gè)影響實(shí)例是 FPGA 的連接性。FPGA 的一個(gè)獨特之處是器件引腳配置本身就具有可編程性。從傳統意義上講，這正是讓電路板布線(xiàn)工程師煩惱之處。他們不僅要扇出數以百計的高密度封裝器件的引腳，而且還要處理在獨立 FPGA 設計領(lǐng)域中確定（和改變）的數以百計的引腳分配。 從單純的 PCB 設計角度來(lái)看，這可提高設計復雜性。不過(guò)從更加全面的視角來(lái)看，當 PCB 與 FPGA 設計協(xié)同工作時(shí)，可變器件引腳也可成為一種優(yōu)勢。更具體地說(shuō)，PCB 設計人員可以重新布置 FPGA 引腳配置，簡(jiǎn)化布線(xiàn)，而且這些變更可直接反映到 FPGA 設計領(lǐng)域，布局布線(xiàn)工具可自動(dòng)重構 FPGA，以便與之匹配。 電路板的設計再度得到簡(jiǎn)化，在這種情況下又牽扯到另一個(gè)領(lǐng)域。在完全連接的 PCB-FPGA 設計環(huán)境中，這個(gè)過(guò)程是可以變化的，在該環(huán)境下甚至可通過(guò)移動(dòng) FPGA 可編程結構中有問(wèn)題的布線(xiàn)路徑，將這項工作推向新高。FPGA 布置及布線(xiàn)工具可解決電路板布線(xiàn)的各種技術(shù)難題，但只有 在PCB-FPGA 開(kāi)發(fā)工作處于同一設計環(huán)境中，并使用統一共享設計數據模型的時(shí)候才可實(shí)現。 雖然這些概念已極具吸引力，可編程邏輯所提供的革命性機遇還將隨著(zhù)技術(shù)專(zhuān)利的到期而進(jìn)一步拓展。請設想一下當處理器等硬件器件在其結構中整合了一定程度的可編程邏輯的設計可能性。 這樣一來(lái)，現在就可通過(guò)編程來(lái)決定如何將處理器與設計的其它部分進(jìn)行連接與接口連接。通過(guò)對該器件進(jìn)行編程，可以根據您的具體應用需要，納入支持器件與外設，并與傳統 FPGA 一樣，可針對電路板布線(xiàn)對引腳配置進(jìn)行優(yōu)化，從而可減少電路板上的部件數，簡(jiǎn)化互連路徑。 不用花太多的功夫，就可將這個(gè)概念帶入一個(gè)應用環(huán)節，在該環(huán)節上，可對設計中的每個(gè)器件進(jìn)行配置，使其與其它器件實(shí)現接口連接。這樣就只需要簡(jiǎn)單、直接的電氣互連，以及器件高效地接插就可以了 —— 或許甚至能更直接。 當從邏輯上走到這個(gè)極端時(shí)，電路板設計就可恢復到實(shí)施對電子器件與機械部件的物理支持。電路板上的電氣路徑數量將寥寥可數，其屬性與外形將完全由機械考慮因素來(lái)決定。未來(lái)“電路”板可能會(huì )在 MCAD 空間中輕松地進(jìn)行設計。 未來(lái)其他方面的發(fā)展也必將促使具有大量連接的 PCB 的傳統觀(guān)點(diǎn)的消亡。諸如 LCD 屏、嵌入到產(chǎn)品外殼上的按鈕、可配置導電塑料，乃至負責所有布線(xiàn)工作的專(zhuān)用可編程器件等電子組件，很可能會(huì )降低“純”電路板設計的重要性。 敢于接受變革 您可以看到這一切是在向哪個(gè)方向發(fā)展。未來(lái)產(chǎn)品的電路板將以各種陌生的形式出現，可能會(huì )消除大量的連接，但其開(kāi)發(fā)肯定會(huì )從根本上受到其他領(lǐng)域的影響，甚至被其他領(lǐng)域主導。 向可編程邏輯的轉變簡(jiǎn)化了電路板設計，使得電路板的外形交由產(chǎn)品的機械設計決定，并將電氣配置交由軟件開(kāi)發(fā)定義。物理電子硬件日益簡(jiǎn)化，不再決定產(chǎn)品設計的獨特與差異化因素。相反，應用軟件以及運行應用軟件的軟硬件將定義當前以及未來(lái)設計（獨特 IP）的核心部分。 總的來(lái)說(shuō)，隨著(zhù)設計專(zhuān)業(yè)的相互滲透與融合，高度專(zhuān)業(yè)化的孤立電子產(chǎn)品設計人員正迅速采用極其簡(jiǎn)便的通用設計方法。注意這里的重點(diǎn)是“孤立”。專(zhuān)業(yè)人員的技能是高價(jià)值的，但再也不能作為電子開(kāi)發(fā)中的孤島而存在了。電子設計不再沿著(zhù)這條路發(fā)展。 那么 PCB 設計本身會(huì )不復存在嗎？當然不會(huì )。但是，隨著(zhù)可編程部件的廣泛應用以及外部影響繼續主導電路板設計，它將發(fā)生根本性的變革。將這個(gè)工作當作獨立的工藝來(lái)對待并覺(jué)得這個(gè)領(lǐng)域應該自成一派的專(zhuān)業(yè)從事 PCB 設計的設計人員的未來(lái)就不敢保證了。 隨著(zhù)設計領(lǐng)域的傳統界限日漸模糊以及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)性質(zhì)的變化，應該將板級設計視為一體化的整體過(guò)程的組成部分，而不應自成一體。各個(gè)專(zhuān)業(yè)之間高效、透明的設計協(xié)作目前來(lái)說(shuō)非常重要，但隨著(zhù)電子設計由零散逐步走向一體化，很快就會(huì )變得不可或缺。這就意味著(zhù)工程師需要技能，并能夠摸索和影響設計過(guò)程中的陌生環(huán)節，從一開(kāi)始就要考慮最終用戶(hù)體驗應該是什么樣子的。 通向未來(lái)的道路 那么，作為一名板級工程師，是不是就需要硬著(zhù)頭皮接受神秘難懂的硬件描述語(yǔ)言 (HDL) 的廣泛培訓，才能在設計中處理可編程硬件呢？當然不是。進(jìn)行新技能培訓，進(jìn)入其它設計領(lǐng)域，可能會(huì )令人望而生畏，覺(jué)得不符合實(shí)際，不過(guò)，只有當你以傳統的眼光看待這些領(lǐng)域，將其看作高度專(zhuān)業(yè)、獨立的工藝的時(shí)候才會(huì )是這樣的。 答案的關(guān)鍵就在于采用既可將設計工藝抽象到一個(gè)新的高度，同時(shí)又能自動(dòng)處理各底層復雜性工作的設計解決方案。當這些系統成為使用統一設計數據的一體化設計環(huán)境的組成部分時(shí)，進(jìn)入其它設計領(lǐng)域工作就將成為現實(shí)。 接下來(lái)設計工程師便可以充分發(fā)揮其現有的技能，以系統設計人員的身份進(jìn)行工作，而不再是自成一派的專(zhuān)家。以 FPGA 設計為例，使用電路原理圖輸入或者圖形信號流的高級設計流程可以幫助工程師使用他們現有的硬件技能來(lái)開(kāi)發(fā)或者修改嵌入式軟硬件。這是諸如整個(gè) PCB-FPGA 領(lǐng)域中 FPGA 引腳重新分配等合作過(guò)程的又一個(gè)新的發(fā)展階段。 此外，高級設計系統還可進(jìn)一步拓展應用軟件開(kāi)發(fā)人員的協(xié)作與影響。如果設計系統可提供用于處理嵌入在 FPGA 中的復雜底層硬件的軟件應用層與驅動(dòng)，軟件開(kāi)發(fā)人員便可使用普通硬件設計技能來(lái)創(chuàng )建運行其應用的整套 SoC 系統。 這里的主旨是：當先進(jìn)的高級設計流程存在于統一產(chǎn)品開(kāi)發(fā)環(huán)境中的時(shí)候，所有工程師均可拓展其現有的技能，輕松與過(guò)去不熟悉的設計領(lǐng)域協(xié)作并深入其中工作。然后可充分發(fā)揮并發(fā)展其現有工程設計天賦，幫助他們不斷朝著(zhù)基于一體化系統的電子產(chǎn)品設計方向發(fā)展。 要實(shí)現這個(gè)目標，關(guān)鍵在于設計環(huán)境要從根本上覆蓋所有的設計領(lǐng)域，并針對所有的設計數據使用統一模型。值得注意的是，這和僅僅通過(guò)彼此傳遞數據相互連接在一起的“集成”設計應用方式有著(zhù)本質(zhì)的區別。 采用常規方法，更高層次的設計抽象概念可能會(huì )使特定領(lǐng)域的設計更容易接受，但在將專(zhuān)業(yè)數據傳遞至其它領(lǐng)域的時(shí)候，只會(huì )增加總體設計的復雜性。因此，只有在采用統一設計數據，并能夠貫穿整個(gè)設計流程的情況下，高級設計系統才會(huì )變得實(shí)用。 簡(jiǎn)言之，有了合適的設計系統，所有的硬件級工程師都會(huì )擁有無(wú)限光明的前景，其中包括那些現在正專(zhuān)門(mén)從事 PCB 設計的專(zhuān)業(yè)人士。不過(guò)，這個(gè)“不過(guò)”很重要，只有在電子產(chǎn)品設計領(lǐng)域中的變革被認可、被接受的情況下，才會(huì )如此。這些變革預示著(zhù)一種根本性的變革方向：以“軟”為中心的設計、物理（與可編程相比）硬件重要性降低，同時(shí)所謂傳統設計領(lǐng)域的互動(dòng)性將顯著(zhù)提高。 通過(guò)在單一設計環(huán)境中采用可提升設計流程抽象水平的系統，工程師可擴展其現有的技能，以實(shí)現與其他工程師的協(xié)作，甚至可以深入對方領(lǐng)域中進(jìn)行工作。 至少，結果表明：一個(gè)真正的協(xié)作的設計環(huán)境能夠最大限度地提高工程設計天賦并可提升設計能力。從廣義上講，它可使專(zhuān)業(yè)級設計人員打破傳統孤立的樊籬，進(jìn)行創(chuàng )新。而正是這種能力才可實(shí)現創(chuàng )新，才能夠作為創(chuàng )新設計過(guò)程中的組成部分自由地“尋求生產(chǎn)力”，這種能力并將為傳統 PCB 設計專(zhuān)業(yè)人員的未來(lái)保駕護航。 |
