综合实验中PCB的可制造性仿真系统的研究

田磊 王利 弓楠 张琦

【摘 要】针对综合实验电路设计中印刷电路板设计与制造的脱节问题，提出在实验板的设计阶段进行可制造性设计型仿真的方法，结合相关项目实践，介绍了一种EDA软件的仿真模型系统。实验结果表明，利用印制电路板的可制造性仿真系统可以提高综合实验电路设计中印制电路板的设计水平，满足高质量、低成本的教学科研要求。

【关键词】综合实验；印制电路板；表贴技术；实践教学

中图分类号： TS802.3 文献标识码： A 文章编号： 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，基于高校实践类综合实验印刷电路板（Printed Circuit Board，PCB）组件的设计与制造还没有统一的数据交换标准和设计流程[1]，在实际制造阶段需要接受不同的CAD输出文件格式[2]，这就造成了标准不统一，制造周期延长的弊端。

基于此，本文针对电子设计自动化（EDA）软件所设计出的印制电路板[3]，设计可适应不同EDA软件的数据接口，经过*.cad文件转换后得到专用离线编程软件的输入文件，进行离线编程。通过对PCB组件对象的详细分析，设计一套针对高校综合电类实验的数据结构，建立一个比较实用的贴装仿真系统，实现贴装工艺流程的可视化动态仿真，同时得出对PCB软件的分析结果以及错误提示。

1 PCB可制造性总体设计方案

PCB的可制造性设计仿真是对PCB真实贴装生产在计算机上的动态模拟。以设计工程师提供的PCB设计文件为驱动，经过系统的分析验证和信息的提取实现三维仿真结果的输出，从而为PCB设计数据的修改达到设计最优提供直观依据。

PCB的可制造性设计仿真系统主要包括EDA文件格式转换、*.cad文件生成、数据库维护、仿真输出模块以及错误提示与输出模块，系统的整体框架如图1所示。

2 PCB的SMT设计仿真实现

为了对设备的实时运行状态、故障、维修、任务及其它制造信息进行灵活的统计、分析和查询，对采集到的制造数据用统计、可视化等技术进行处理，将其转换成图形、图表及动画等，实现设备信息更深层次的分析，加强生产过程管理力度，提高对生产过程的监控能力。为此，将整个软件系统分为三个模块，即采集数据、离线分析、查询数据三部分，如图2所示。

采集数据模块由客户端发出操作指令，设定采集数据的频率，从数据采集系统获得相关设备的重要参数及生产中的半成品的实时信息，包括生产中的警告信息，在客户端显示出来，并把数据保存到服务器的数据库中。离线分析模块由客户端发出操作指令，在服务器端的数据库中对设备、产品性能以及错误警告进行离线分析，并把分析结果在客户端显示出来。查询数据模块由客户端输入想要查询数据的种类、具体发生时间，在服务器端的数据库中查询相应的信息，并在客户端显示出来。

3 SMT仿真系统的实现与测试

3.1 SMT系统数据处理与焊接

本系统利用Microsoft公司推出的Visual C++6.0可视化集成开发环境进行程序设计，并通过SQL Server 2000，實现客户机-服务器之间的工作模式，并与Internet连接，具备很强的可伸缩性和可用性，同时还具备企业级数据库、数据仓库功能。

通过本系统可以实现SMT关键设备制造数据的可视化显示、信息统计、分析查询等处理功能。当PCB进入SMT机器时，需要进行设备参数设置以及机器文件的读取。在正确读取PCB板以及SMT文件的相关信息后，系统即可进入焊接程序，为了降低焊接成本并提高焊接效率，此处选取回流焊完成PCB器件的焊接工作

3.2 可视化系统测试的实现

在制造测试PCB的系统中需要及时对PCB的电气特性进行飞针测试，通常使用四到八个独立控制的探针，移动到测试中的元件。测试探针通过多路传输系统连接至电源、信号源、万用表以及频率计等仪器上来测试待测单元上的元件。当一个元件正在测试的时候，该单元的其它元件通过探针器在电气上屏蔽以防止读数干扰。飞针测试的目标是将飞针测试出来的短路、开路以及不符合要求的器件提取出来，与所有进行测试的器件进行对比和统计，得出设计制造该PCB的质量。

3.3 测试结果对比

测试结果记录在*.ter文件中，此处保存着未通过的器件名称。比如，一个.ter文件的内容如下：

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

该文件中C40、 R1、Q103、ZNR2、U4、K1、R45//C36均为未通过测试的器件名称，而语句SHORT 51-98表示通道51和98之间短路。

所以，可制造性设计系统通过自身的纠错的功能对设计文件中出现的错误进行标记，并将结果形成报告提交给用户。

4 结论

本文借助于计算机仿真技术，利用可适应不同EDA软件的数据接口，通过对PCB组件对象的分析，建立了一套适合综合实验电路设计的贴装仿真系统，利用该系统对设计制造过程中的有用数据进行提取、检测、查询、分析、可视化处理等，尽早发现电路设计和生产中的问题，提高设计的可靠性及合格率。

【参考文献】

[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，易志强，李芸，等.EDA创新性实验项目-16位CPU设计[J].高校实验室工作研究，2017，8（02）：26-29.