綜合實驗中PCB的可制造性仿真系統的研究

田磊 王利 弓楠 張琦

【摘 要】針對綜合實驗電路設計中印刷電路板設計與制造的脫節問題，提出在實驗板的設計階段進行可制造性設計型仿真的方法，結合相關項目實踐，介紹了一種EDA軟件的仿真模型系統。實驗結果表明，利用印制電路板的可制造性仿真系統可以提高綜合實驗電路設計中印制電路板的設計水平，滿足高質量、低成本的教學科研要求。

【關鍵詞】綜合實驗；印制電路板；表貼技術；實踐教學

中圖分類號： TS802.3 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）01-0054-002

【Abstract】In order to solve the problem of disconnection between design and manufacture of printed circuit board （PCB） in integrated circuit design， this paper proposes a method of simulability design for manufacturing design in the design phase of the experiment board. Combined with related project practice， a simulation model system . The experimental results show that using the manufacturability simulation system of printed circuit board can improve the design level of printed circuit board in the integrated experimental circuit design to meet the teaching and research requirements of high quality and low cost.

【Key words】Comprehensive experiment； Printed circuit board； Surface mount technology； Practical teaching

0 引言

目前，基于高校實踐類綜合實驗印刷電路板（Printed Circuit Board，PCB）組件的設計與制造還沒有統一的數據交換標準和設計流程[1]，在實際制造階段需要接受不同的CAD輸出文件格式[2]，這就造成了標準不統一，制造周期延長的弊端。

基于此，本文針對電子設計自動化（EDA）軟件所設計出的印制電路板[3]，設計可適應不同EDA軟件的數據接口，經過*.cad文件轉換后得到專用離線編程軟件的輸入文件，進行離線編程。通過對PCB組件對象的詳細分析，設計一套針對高校綜合電類實驗的數據結構，建立一個比較實用的貼裝仿真系統，實現貼裝工藝流程的可視化動態仿真，同時得出對PCB軟件的分析結果以及錯誤提示。

1 PCB可制造性總體設計方案

PCB的可制造性設計仿真是對PCB真實貼裝生產在計算機上的動態模擬。以設計工程師提供的PCB設計文件為驅動，經過系統的分析驗證和信息的提取實現三維仿真結果的輸出，從而為PCB設計數據的修改達到設計最優提供直觀依據。

PCB的可制造性設計仿真系統主要包括EDA文件格式轉換、*.cad文件生成、數據庫維護、仿真輸出模塊以及錯誤提示與輸出模塊，系統的整體框架如圖1所示。

2 PCB的SMT設計仿真實現

為了對設備的實時運行狀態、故障、維修、任務及其它制造信息進行靈活的統計、分析和查詢，對采集到的制造數據用統計、可視化等技術進行處理，將其轉換成圖形、圖表及動畫等，實現設備信息更深層次的分析，加強生產過程管理力度，提高對生產過程的監控能力。為此，將整個軟件系統分為三個模塊，即采集數據、離線分析、查詢數據三部分，如圖2所示。

采集數據模塊由客戶端發出操作指令，設定采集數據的頻率，從數據采集系統獲得相關設備的重要參數及生產中的半成品的實時信息，包括生產中的警告信息，在客戶端顯示出來，并把數據保存到服務器的數據庫中。離線分析模塊由客戶端發出操作指令，在服務器端的數據庫中對設備、產品性能以及錯誤警告進行離線分析，并把分析結果在客戶端顯示出來。查詢數據模塊由客戶端輸入想要查詢數據的種類、具體發生時間，在服務器端的數據庫中查詢相應的信息，并在客戶端顯示出來。

3 SMT仿真系統的實現與測試

3.1 SMT系統數據處理與焊接

本系統利用Microsoft公司推出的Visual C++6.0可視化集成開發環境進行程序設計，并通過SQL Server 2000，實現客戶機-服務器之間的工作模式，并與Internet連接，具備很強的可伸縮性和可用性，同時還具備企業級數據庫、數據倉庫功能。

通過本系統可以實現SMT關鍵設備制造數據的可視化顯示、信息統計、分析查詢等處理功能。當PCB進入SMT機器時，需要進行設備參數設置以及機器文件的讀取。在正確讀取PCB板以及SMT文件的相關信息后，系統即可進入焊接程序，為了降低焊接成本并提高焊接效率，此處選取回流焊完成PCB器件的焊接工作

3.2 可視化系統測試的實現

在制造測試PCB的系統中需要及時對PCB的電氣特性進行飛針測試，通常使用四到八個獨立控制的探針，移動到測試中的元件。測試探針通過多路傳輸系統連接至電源、信號源、萬用表以及頻率計等儀器上來測試待測單元上的元件。當一個元件正在測試的時候，該單元的其它元件通過探針器在電氣上屏蔽以防止讀數干擾。飛針測試的目標是將飛針測試出來的短路、開路以及不符合要求的器件提取出來，與所有進行測試的器件進行對比和統計，得出設計制造該PCB的質量。

3.3 測試結果對比

測試結果記錄在*.ter文件中，此處保存著未通過的器件名稱。比如，一個.ter文件的內容如下：

C40 R1 Q103 ZNR2 U4 SHORT 51-98 K1 R45//C36

該文件中C40、 R1、Q103、ZNR2、U4、K1、R45//C36均為未通過測試的器件名稱，而語句SHORT 51-98表示通道51和98之間短路。

所以，可制造性設計系統通過自身的糾錯的功能對設計文件中出現的錯誤進行標記，并將結果形成報告提交給用戶。

4 結論

本文借助于計算機仿真技術，利用可適應不同EDA軟件的數據接口，通過對PCB組件對象的分析，建立了一套適合綜合實驗電路設計的貼裝仿真系統，利用該系統對設計制造過程中的有用數據進行提取、檢測、查詢、分析、可視化處理等，盡早發現電路設計和生產中的問題，提高設計的可靠性及合格率。

【參考文獻】

[1]Blanco D， Rajo-Iglesias E， Montesano Benito A et al. Leaky-Wave Thinned Phased Array in PCB Technology for Telecommunication Applications[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation， 2016， 64（10）：4288-4296.

[2]Maktoomi M A，Akbarpour M，Hashmi M S et al.A Theorem for Multi-Frequency DC-Feed Network Design[J].IEEE Microwave and Wireless Components Letters， 2016， 26（9）：648-650.

[3]章超，易志強，李蕓，等.EDA創新性實驗項目-16位CPU設計[J].高校實驗室工作研究，2017，8（02）：26-29.