可编程器件推动软革命，PCB专业人员何去何从?

没什么能比具有争议性的问题更能激发各种观点和讨论。

了解电路板布线专业人员的未来本身就是一个重要的问题，但如果是暗示这些设计工程师需要“继续前进”，则是另外一回事。这其实是指一个正在收缩的设计领域，而在一个快速发展的技术产业中，说起熵的概念总是让人心烦意乱。

请注意问题里面说的是“专业人员”，而且要明确的是，这关系到对本专业目前的观点以及需要进行怎样的改革。因此，这里真正值得关心的，是工作在孤立设计环境中的专家级电子产品设计人员未来的可持续发展，特别是那些专门从事 PCB 设计的人员。

当从整体上把握行业以及其发展方向的时候，这个概念就不像是第一眼看到的那样了。随着技术飞速的发展，工程师的工作方式以及他们使用的工具正在努力与毫不妥协的变革保持步伐的一致。正是这些技术的发展以及那些使用电子产品人员的各种需求，制定了如何完成设计的时间表，并确定了未来的发展方向。

对板级设计工程师而言，这条路主要是由围绕 PCB 的技术发展来决定的。这可最终决定电路板设计的功能及物理特性，以及用来实现这些属性所需要的材料、技术与设计工具。如果 PCB 的目标和格式有所改变，它们的设计方法也必将改变。

PCB的发展方向？

目前从狭义角度上讲，PCB 设计与构造的大多数根本趋势还必将持续下去。

消费与工业行业将继续推动对更智能以及更小巧产品的需求。那些产品中使用的电子器件将在提供更多高级功能的同时，变得更加小巧。用来连接这些部件的 PCB 也将不断变小，以便从整体上调节紧凑型用户功能外壳的容量。

这里不会有太多的惊喜，而且这些趋势可对高级 PCB 技术的发展产生直接影响，比如柔性板、微孔、高密度互连系统以及高密度布线。仅此而言，似乎 PCB 专业人员的未来就是进一步提高他们的技能，掌握新的电路板设计技术及工艺。这和以电路板为重点的老路没有什么两样。

然而，当你退后一步，用更加宏观的视角来审视这些变革的时候，就会觉得更为现实了。这种观点就是考虑整个产品的设计，而并非仅仅延续电路板设计的传统思维，不再是通过局限在 PCB 上的观点来审视整个电子产品的发展。

比如，实现更小型产品的变革主要是由半导体技术的发展推动的，而 PCB 技术和工艺只是进行了相应的适应性发展。采用高密度封装的大规模器件会继续在提供更多功能的同时，减少对芯片支持的要求，进而减少器件数以及板级连接的数量。从这种意义上讲，PCB 设计将日益简化。

如 FPGA 等可编程器件带来的革命引入了“软”硬件设计以及可编程 SoC 方法，将这场变革推向了新的高度。这种变革可降低非重复性工程 (NRE) 成本，并提高设计的灵活性，由于将大量物理硬件转移到了可编程逻辑的“软”领域中，因而还可进一步降低电路板的复杂性。

可编程器件的推广，以及对软件定义设计 IP 的的重视度不断提高，全面转向软设计的状况已经日益凸显。其结果是硬件将不再担任产品设计中的主导因素。板级设计正日益简化，并更加模块化，同时物理配置、连接性以及构造也可由其它设计因素来主导。

其它因素的一个影响实例是 FPGA 的连接性。FPGA 的一个独特之处是器件引脚配置本身就具有可编程性。从传统意义上讲，这正是让电路板布线工程师烦恼之处。他们不仅要扇出数以百计的高密度封装器件的引脚，而且还要处理在独立 FPGA 设计领域中确定(和改变)的数以百计的引脚分配。

从单纯的 PCB 设计角度来看，这可提高设计复杂性。不过从更加全面的视角来看，当 PCB 与 FPGA 设计协同工作时，可变器件引脚也可成为一种优势。更具体地说，PCB 设计人员可以重新布置 FPGA 引脚配置，简化布线，而且这些变更可直接反映到 FPGA 设计领域，布局布线工具可自动重构 FPGA，以便与之匹配。

电路板的设计再度得到简化，在这种情况下又牵扯到另一个领域。在完全连接的 PCB-FPGA 设计环境中，这个过程是可以变化的，在该环境下甚至可通过移动 FPGA 可编程结构中有问题的布线路径，将这项工作推向新高。FPGA 布置及布线工具可解决电路板布线的各种技术难题，但只有 在PCB-FPGA 开发工作处于同一设计环境中，并使用统一共享设计数据模型的时候才可实现。

虽然这些概念已极具吸引力，可编程逻辑所提供的革命性机遇还将随着技术专利的到期而进一步拓展。请设想一下当处理器等硬件器件在其结构中整合了一定程度的可编程逻辑的设计可能性。

这样一来，现在就可通过编程来决定如何将处理器与设计的其它部分进行连接与接口连接。通过对该器件进行编程，可以根据您的具体应用需要，纳入支持器件与外设，并与传统 FPGA 一样，可针对电路板布线对引脚配置进行优化，从而可减少电路板上的部件数，简化互连路径。

不用花太多的功夫，就可将这个概念带入一个应用环节，在该环节上，可对设计中的每个器件进行配置，使其与其它器件实现接口连接。这样就只需要简单、直接的电气互连，以及器件高效地接插就可以了 —— 或许甚至能更直接。

当从逻辑上走到这个极端时，电路板设计就可恢复到实施对电子器件与机械部件的物理支持。电路板上的电气路径数量将寥寥可数，其属性与外形将完全由机械考虑因素来决定。未来“电路”板可能会在 MCAD 空间中轻松地进行设计。

未来其他方面的发展也必将促使具有大量连接的 PCB 的传统观点的消亡。诸如 LCD 屏、嵌入到产品外壳上的按钮、可配置导电塑料，乃至负责所有布线工作的专用可编程器件等电子组件，很可能会降低“纯”电路板设计的重要性。

敢于接受变革

您可以看到这一切是在向哪个方向发展。未来产品的电路板将以各种陌生的形式出现，可能会消除大量的连接，但其开发肯定会从根本上受到其他领域的影响，甚至被其他领域主导。

向可编程逻辑的转变简化了电路板设计，使得电路板的外形交由产品的机械设计决定，并将电气配置交由软件开发定义。物理电子硬件日益简化，不再决定产品设计的独特与差异化因素。相反，应用软件以及运行应用软件的软硬件将定义当前以及未来设计(独特 IP)的核心部分。

总的来说，随着设计专业的相互渗透与融合，高度专业化的孤立电子产品设计人员正迅速采用极其简便的通用设计方法。注意这里的重点是“孤立”。专业人员的技能是高价值的，但再也不能作为电子开发中的孤岛而存在了。电子设计不再沿着这条路发展。

那么 PCB 设计本身会不复存在吗？当然不会。但是，随着可编程部件的广泛应用以及外部影响继续主导电路板设计，它将发生根本性的变革。将这个工作当作独立的工艺来对待并觉得这个领域应该自成一派的专业从事 PCB 设计的设计人员的未来就不敢保证了。

随着设计领域的传统界限日渐模糊以及产品开发性质的变化，应该将板级设计视为一体化的整体过程的组成部分，而不应自成一体。各个专业之间高效、透明的设计协作目前来说非常重要，但随着电子设计由零散逐步走向一体化，很快就会变得不可或缺。这就意味着工程师需要技能，并能够摸索和影响设计过程中的陌生环节，从一开始就要考虑最终用户体验应该是什么样子的。

通向未来的道路

那么，作为一名板级工程师，是不是就需要硬着头皮接受神秘难懂的硬件描述语言 (HDL) 的广泛培训，才能在设计中处理可编程硬件呢？当然不是。进行新技能培训，进入其它设计领域，可能会令人望而生畏，觉得不符合实际，不过，只有当你以传统的眼光看待这些领域，将其看作高度专业、独立的工艺的时候才会是这样的。

答案的关键就在于采用既可将设计工艺抽象到一个新的高度，同时又能自动处理各底层复杂性工作的设计解决方案。当这些系统成为使用统一设计数据的一体化设计环境的组成部分时，进入其它设计领域工作就将成为现实。

接下来设计工程师便可以充分发挥其现有的技能，以系统设计人员的身份进行工作，而不再是自成一派的专家。以 FPGA 设计为例，使用电路原理图输入或者图形信号流的高级设计流程可以帮助工程师使用他们现有的硬件技能来开发或者修改嵌入式软硬件。这是诸如整个 PCB-FPGA 领域中 FPGA 引脚重新分配等合作过程的又一个新的发展阶段。

此外，高级设计系统还可进一步拓展应用软件开发人员的协作与影响。如果设计系统可提供用于处理嵌入在 FPGA 中的复杂底层硬件的软件应用层与驱动，软件开发人员便可使用普通硬件设计技能来创建运行其应用的整套 SoC 系统。

这里的主旨是：当先进的高级设计流程存在于统一产品开发环境中的时候，所有工程师均可拓展其现有的技能，轻松与过去不熟悉的设计领域协作并深入其中工作。然后可充分发挥并发展其现有工程设计天赋，帮助他们不断朝着基于一体化系统的电子产品设计方向发展。

要实现这个目标，关键在于设计环境要从根本上覆盖所有的设计领域，并针对所有的设计数据使用统一模型。值得注意的是，这和仅仅通过彼此传递数据相互连接在一起的“集成”设计应用方式有着本质的区别。

采用常规方法，更高层次的设计抽象概念可能会使特定领域的设计更容易接受，但在将专业数据传递至其它领域的时候，只会增加总体设计的复杂性。因此，只有在采用统一设计数据，并能够贯穿整个设计流程的情况下，高级设计系统才会变得实用。

简言之，有了合适的设计系统，所有的硬件级工程师都会拥有无限光明的前景，其中包括那些现在正专门从事 PCB 设计的专业人士。不过，这个“不过”很重要，只有在电子产品设计领域中的变革被认可、被接受的情况下，才会如此。这些变革预示着一种根本性的变革方向：以 “软”为中心的设计、物理(与可编程相比)硬件重要性降低，同时所谓传统设计领域的互动性将显著提高。

通过在单一设计环境中采用可提升设计流程抽象水平的系统，工程师可扩展其现有的技能，以实现与其他工程师的协作，甚至可以深入对方领域中进行工作。

至少，结果表明：一个真正的协作的设计环境能够最大限度地提高工程设计天赋并可提升设计能力。从广义上讲，它可使专业级设计人员打破传统孤立的樊篱，进行创新。而正是这种能力才可实现创新，才能够作为创新设计过程中的组成部分自由地“寻求生产力”，这种能力并将为传统 PCB 设计专业人员的未来保驾护航。

作者：Rob Evans, Altium Limited技术编辑

Rob Evans 毕业于澳大利亚皇家墨尔本理工大学(RMIT)电子工程系。他曾经在Electronics Australia担任技术编辑很多年，在电子设计和出版领域有超过二十年的丰富经验。Rob Evans现任Altium Limited的技术编辑。