隨著電子產品功能變得越來越復雜，性能越來越高，印刷電路板的密度和相關設備的頻率不斷提高，工程師面臨的挑戰也越來越多高密度PCB設計正在增加。
除了眾所周知的信號完整性（SI）問題外，高速PCB技術的下一個熱點應該是電源完整性（PI），EMC / EMI和熱分析。
而且隨著競爭的日益激烈，制造商面臨著產品時間的壓力，如何使用先進的EDA工具和優化方法和工藝，高質量，高效率地完成設計，已成為系統制造商和設計工程師不得不面對的問題。
熱點：從信號完整性轉換到電源完整性在高速設計方面，人們首先考慮的是信號完整性問題。信號完整性主要是指信號線上傳輸信號的質量，當電路中的信號能夠以所需的時間序列，持續時間和電壓幅度到達接收芯片引腳時，電路具有良好的信號完整性。當信號無法正常響應或信號質量不能使系統長時間穩定工作時，會出現信號完整性問題，信號完整性主要體現在延遲，反射，串擾，時序，振蕩等方面。等等。通常認為，當系統工作在50MHz時，將出現信號完整性問題，并且隨著系統和設備的頻率持續攀升，信號完整性的問題變得越來越突出。
元件和PCB板參數，PCB板布局上的元件，高速信號布線等問題都會導致信號完整性問題，導致系統工作不穩定，甚至完全無法正常工作。經過幾十年的信號完整性技術的發展，其理論和分析方法已經比較成熟。對于信號完整性問題，信號完整性不是一個人的問題，它涉及設計鏈的各個方面，不僅要考慮系統設計工程師，硬件工程師，PCB工程師，甚至在制造中也不容忽視。
為了解決信號完整性問題，有必要使用先進的仿真工具。電源Integrity是一種相對于信號完整性相對較新的技術，它被認為是當今高速，高密度PCB設計的最大挑戰之一。電源完整性意味著在高速系統中，電力傳輸系統（PDS電力傳輸系統）在不同頻率下具有不同的阻抗特性，因此電路板與PCB板上的層之間的電壓因電路板而異。導致電源不連續，電源噪聲，使芯片不能正常工作，而且由于高頻輻射，電源完整性問題也會帶來EMC / EMI問題。
如果電源完整性問題解決不好，將嚴重影響系統的正常運行。通常，電源完整性問題以兩種方式解決：優化電路板的層壓設計和布局，以及增加去耦電容。當系統頻率低于400MHz時，去耦電容可以起到抑制頻率，濾波和阻抗控制的作用，將適當的去耦電容放在正確的位置有助于減少系統電源完整性的問題。 。然而，當系統的頻率較高時，去耦電容器的效果非常小。
在這種情況下，電源完整性問題只能通過優化電路板的層間距設計，以及布局布線或其他降低電源和接地噪聲的方法（例如適當匹配以減少反射問題）來解決。 （電力傳輸系統），同時抑制EMC / EMI。對于信號完整性和電源完整性之間的關系，“信號完整性是時域的概念，更好的理解，電源完整性是頻域的概念，難度大于信號完整性，但在某些方面和信號完整性和那里有相似之處。“電源完整性對工程師有更高的技能要求，是高速設計的新挑戰。它不僅涉及板級，還涉及芯片和封裝級別。建議從事高速電路板設計的工程師在解決信號完整性的基礎上進行電源完整性。
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通過模擬“軟”您的設計模擬是對虛擬原型的測試，其考慮了問題的所有方面。
隨著設計變得越來越復雜，它是不可能的或工程師實施每個方案，此時只能通過使用先進的模擬而不是實驗來判斷它們。今天的系統設計，除了面對高速高密度電路板帶來的挑戰外，產品壓力的快速引入也是使仿真成為系統設計不可或缺的手段。
設計人員希望使用先進的仿真工具，在設計階段識別問題，從而高效，高質量地完成系統設計。傳統的電路板設計，工程師很少使用模擬手段。往往，上游芯片制造商提供參考設計和設計指南（即白皮書），結合工程師的實際經驗進行設計，然后設計原型機進行反復測試，識別問題，修改設計，使循環，直到問題基本完全解決。即時和偶爾使用模擬工具進行設計，但也僅限于本地電路。
修改電路意味著延遲時間，這在產品快速出來的壓力下是不可接受的，特別是對于大型系統，小修改可能需要推翻整個設計，就是所謂的“拉動”，損失它給制造商帶來了無法估量的。產品質量難以保證，開發周期不可控，工程師過度依賴的經驗......這些因素使這些設計方法難以應對日益復雜的高速，高密度PCB設計所帶來的挑戰。必須借助高級仿真工具解決。 “上游芯片制造商給出的設計是基于他們自己的模型，而系統制造商的產品和上游廠商的模型不能完全相同;同時，一個芯片設計要求可能與另一個相矛盾，然后必須通過模擬確定設計。
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從某種意義上說，仿真是一種更“軟”且更經濟的功能評估解決方案，它允許在通過測試物理原型完成之前在虛擬原型上完成軟件。但是，高速高密度電路板的仿真與傳統仿真不同。 Mentor Graphics，技術工程師Yulife說：“傳統的模擬是用于原理圖，它只是添加激勵，看輸出，從而確定功能是否正確，而高速模擬是正確的功能在此前提下，看一下設計的性能，它不僅僅是用于原理圖，還用于PCB設計。“ “使用模擬工具，您可以確定哪種情況更接近實際需求，確定哪種情況更便宜，并根據會議性能要求在性能設計和系統成本之間找到平衡點。” Yulife說：“使用模擬工具，可以判斷系統改進的方向是否正確，為設計指明方向，提高板的成功率，使產品更快地推向市場。”但是，無論模擬結果與測試結果有多接近，它都不能替代實際的測試系統。
“測試是對包含所有真實環境因素的系統性能的真實判斷，但模擬是虛擬原型的”測試“，具體條件，沒有工具可以考慮所有現實條件并模擬它們一切都在同一時間。然而，隨著技術的發展和工具的不斷改進，仿真結果和實際測試結果的近似值越來越高，設計的指導意義越來越重要，但與此同時，它也越來越重要。對工程師提出了更高的要求 - 盡管這些工具越來越容易使用，
然而，模擬結果的判斷和改進方法取決于工程師的技術水平和理論基礎。目前，在高速PCB模擬中，最不令人滿意的效果是EMC / EMI。這是因為對于高速系統，由于穿孔效應的影響，有必要對系統進行三維建模，以便有效地模擬真實環境。然而，對于諸如PCB的大而復雜的系統，很難對其進行三維建模。
據Yulife介紹，目前，主要采用專家檢測的方式，不僅按照國際標準將EMC / EMI問題轉化為PCB布局布線規則。
此外，在三維分析方面，Ansoft和Apsim等公司可以提供可與Cadence和Mentor Graphics系統工具結合使用的專用工具和方法。
效率選擇：自動布線和并行設計
原理圖設計不僅要“草圖”電路，還有許多其他要求，原理圖設計工具應該能夠將這些要求帶到下一個環節，支持自動布線，功能仿真等。為了找到更高效的設計路徑，解決產品推出的時間壓力，產品迅速推向市場，自動布線和并行設計技術應運而生。“如果你能充分利用自動布線技術，你可以減少繪圖板時間，并將PCB設計效率提高一倍以上。”
“但是，為了實現自動布線，有必要使用規則管理器的電氣化，系統設計工程師和硬件設計工程師將電路設計要求傳遞給PCB工程師。”對于更早，更簡單的系統，硬件工程師通常會記下設計要求并告訴PCB設計工程師如何做到這一點。但對于復雜的系統，面對成千上萬的連接，無數的要求，硬件工程師無法記錄這些規則，PCB設計工程師無法對其進行檢查和實施。
此時，需要電氣化的規則管理器管理各種設計要求，硬件工程師和PCB設計工程師可以在同一規則管理器上協同工作。對于自動布線技術，“如果公司技術沒有得到很好的掌握，信號完整性問題就無法很好地解決，建議不要使用自動布線。”因為如果您無法定義好規則，則無法正確驅動自動布線。 “無論這種工具有多開發，計算機都不可能完全取代人類的大腦行為，因此不會有100％的自動接線。”
正如我們之前所說，自動布線實際上是一種交互式自動布線，需要人們參與：自動布線之前還需要手動進一步確定一些規則;完成后的自動接線需要工程師驗證和修改。對于傳統的，相對低速的系統設計，許多工程師可能已經有過這樣的經驗，用Cadence OrCAD繪制原理圖，然后用Mentor PowerPCB做布局布線。但這種方法不再適用于高速設計領域。 “不能在不同供應商的工具之間完全轉換數據，例如傳統的讀取Web表的方法，這使得無法將原理圖中的某些電氣特性和要求帶入PCB設計，因此不適合高速度設計。
“除了自動布線，對于大型系統，并行設計也是提高設計效率的有效方法。并行設計，即協同設計，是將電路板分成幾個部分，由幾個人同時設計。據Yulife介紹，目前，Mentor Graphics工具可以在并行設計中完成，如果在磁盤上設計一臺機器，可以立即看到另一臺機器，并且可以將兩側之間的連接自動鏈接在一起，從而可以減少整合不同的設計任務。 Yulife說：“到今年晚些時候，Mentor Graphics公司的全動態并行設計工具extremePCB可以推向市場，那么工程師可以像網絡一樣在完全實時的并行設計中發揮CS，也就是說，彼此的設計可以另一方面可以實時看到，這可以促進異地工程師之間的合作。“對于并行設計，它不僅需要良好的設計工具，還需要良好的設計方法。”
平行設計不宜過薄，過寬，2~3人比較合理，否則理念過于分散，但不利于設計。
超越PCB：高速問題的系統級考慮當系統從數百萬到數十個，芯片設計，封裝設計，系統設計不再單獨考慮時。
對于高端產品，在設計芯片時應考慮封裝設計和系統設計。
在消除了軟件本身的問題后，如何簡化流程，減少工程師從流程中的錯誤，使工程師投入更多精力進行設計，使產品盡快進入市場，成為EDA制造商正在考慮內容。通常，系統上的電纜從芯片（硅）的I / O開始，穿過封裝（封裝）凸塊和基板，到達封裝的引腳，然后穿過PCB，到達另一個封裝的引腳，基板，凸塊和芯片的I / O.芯片，封裝，電路板，這是三個不同的領域，以前的工程師在設計中不會綜合考慮，沒有辦法知道其他工程師的想法。但是，隨著設計頻率的提高，芯片面積的縮小和設計周期的縮短，制造商在制作芯片設計時應考慮封裝設計和PCB設計，這樣三者才能有效結合。 “此時，無論是在信號完整性還是在設計周期方面，我們都應該同時考慮硅封裝板的設計并協調它們的相互關聯。例如，有時在PCB上會有困難解決時間問題，在包ca很容易解決。”
