【PCB设计】全自动化原理图验证

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挑战：消除原理图设计错误
原理图是每个PCB设计的控制文件。它控制着设计目的，驱动着下游工艺流程，包括仿真、分析、布局、制造和组装。因此，原理图非常关键，它要准确反映出产品的电了要求和技术规格。

在过去，验证原理图是否正确地传达了设计意图的所有关键任务是由一名或多名硬件工程师手动完成的。这种验证方式通常是每次检验一张表或一个区块，过程中会采用一些自动化技术辅助完成验证，例如将物料清单和/或网表导出到文本文件或电子表格。

原理图验证是硬件工程师的一项常规职责，这就如同PCB布局验证是PCB设计师的一项工作职责。但随着如今的电路设计变得越来越复杂，对原理图进行手动验证，这种耗时的方法已经不再可行。手动验证复杂的电路会带来很大的风险，因为人工无法检测出的原理图设计错误，随后可能会进入下游工艺流程，最终会影响到成品线路板。其后果就是重新设计，导致成本增加、上市时间延长。

最近，一项由Aberdeen集团完成的调查表明，65%的受访公司认为不断增加的产品复杂程度已经成为PCB设计的主要挑战。

Aberdeen Group的调查结果强调了确保原理图设计在整个产品开发过程中零错误的重要性。本文将探讨一个高效的全自动原理图审查流程如何帮助设计团队消除原理图设计错误，从而减少费用高昂的重新设计，并缩短上市时间。

手动审查原理图：已经被淘汰
原理图输入一定不是产品开发过程中最令人激动或最令人向往的任务。实际上，很多硬件工程师会把这个任务委托给团队中的技术人员去做，他们给技术人员提供电路的手绘图或PPT演示说明，方便技术人员解译并输入。通过这种委托方式，硬件工程师可以把精力集中在其他任务上，例如电路优化或实验室测试，但适当验证原理图是否正确输入也随之变得越来越重要。

正如在不牢固的地基上建造不出高大的建筑一样，基于一个有缺陷的原理图也设计不出杰出的产品。随着设计的复杂程度不断增加、产品开发时长不断缩短，对全自动化原理图验证的需求变得越来越重要。如果没有对原理图进行适当地验证，那么硬件重新设计、上市时间延长、现场退货增加、产品质量下降的可能性就会大大增加

对原理图手动审查的过程中，团队通常只关注最常见的设计问题，其中包括：
- 元件没有与电源和/或地适当连接
- 电源缺失
- 二极管方向错误
- 网没有接收端
- 引脚电压不匹配（不同电压阈值）
- 板对板连接器有误
- 因一些细小问题导致不必要的延迟、成本和风险

虽然这些都不是复杂的问题，但在一个复杂设计中用肉眼找到所有的这些问题也很难（如果不是不可能）。而这些仅仅是最常见的原理图问题，还有更多潜在的问题是人工所无法审查到的。

全自动化原理图验证
ECAD验证工具一直以来都只针对设计的布局和制造方面，而不针对原理图。假设有78%的项目会经历2次或2次以上的重新设计，而在多数情况下导致重新设计的根本原因都会追溯到原理图设计错误，现在轮到全自动化原理图验证登场了。消除原理图错误不仅可以节省大量的时间和成本，还可以缩短上市时间，提升产品质量，降低风险

在原理图输入过程中（而不是之后）进行全自动化原理图验证，开发过程会左移，从而产生经证实的益处，如生产周期缩短、成本降低、消除了重新设计。

利用Xpedition的原理图完整性分析，工程师可以使用预先定义的检查和广泛的智能模型元件库对原理图中所有的网进行全面审查。设计团队不再需要进行目视检查和实验室调试，这种自动化原理图分析帮他们节省了大量时间。检查与原理图输入同步快速进行，如此一来就可以最大程度地确保布局首次通过率。超过125项专有的原理图完整性分析检查不仅详细而且快速，而且具备功率和技术意识。它们的设计可鉴别参数错误和不良设计操作，并且可与所有主要的PCB设计工具匹配。

Xpedition的原理图完整性分析对每个设计会平均进行400,000次检查。图5展示的对原理图进行Xpedition原理图完整性分析后所得出的结果。

应用
Xpedition的原理图分析技术适用于一个工程团队内设计操作的多种需求。尽管本文用了大量篇幅强调新产品设计过程中原理图验证的重要性，但其他的应用还包括：

现有产品设计:维持现有的电子设计会给产品设计团队带来很大压力，尤其是当现场性能与业务目标及预期不相符的时候。可以在产品上市之后对其进行原理图完整性分析，从而改善电子设计质量、增加良率并减少产品退货。原理图分析可以快速对问题产品进行评估，这些产品具有不理想的特征，会对生产良率、保修期内失效率（平均无故障时间）、无故障发现率以及安装/调试成功率造成负面影响。潜在设计缺陷的出现以及现场发布产品的边缘性会使产品运行性能退化，导致设计团队无法找到隐藏在问题背后的根本原因。这种诊断调查通常会花费数周时间，而通过对设计完整性的筛查可节省很多时间。通过给问题产品建模，原理图分析可以系统性地鉴别出隐藏缺陷和边缘问题，为设计团队提供了一个全面的概况，指导他们在正确的位置诊断出限制性能表现的问题，可谓事半功倍。

原始设计与制造布局：原理图完整性仿真作为新设计验收的过滤器，为那些重视上市时间的OEM提供了一种速度快、性价比高的方式以确保来自ODM和设计服务合作伙伴的设计是前后一致并且可靠的。系统性地揭示缺陷和边缘性问题为新设计能否达到性能目标提供了一个客观且全面的衡量指标。与CAD无关的功能可直接与客户的ODM合作，从而建立在线分析支持，与他们独特的设计流程完全兼容，确保设计的首次通过率得到优化。

总结
任何产品开发团队的主要目标之一就是在产品上市之前减少重新设计的次数。鉴于导致重新设计的根本原因通常是由于原理图设计错误而导致的，所以需要一个包含了全自动化原理图验证功能的流程来解决这个问题，它可以大幅减少出现这种高昂代价问题的机率。Xpedition的原理图完整性分析可以让工程师通过使用预先定义的检查和广泛的智能模型元件库对原理图中所有的网进行全面审查。

可以为新设计建模并不断进行分析，以确保最新的设计变化已经得到充分评估。来自多个不同线路板设计的数据也可以集成起来进行系统级的验证。此外，可以在电子设计上市之后对其进行原理图完整性分析，从而改善电子设计的质量、增加良率并减少产品退货。

原理图的人工审查和验证已经不再适用于当今日益复杂的设计。