这对于设计工程师来说并不奇怪，现代电子产品已经变得远远比过去更加复杂。除了物联网(IoT)和工业物联网(IIoT)的兴起之外，消费者对现代电子产品的实用性、功能和兼容性的期望也比以往任何时候都高。
因此，为了保持竞争力，设计人员不得不在更小的空间内增加更多的功能、更多的电路，而用于开发和原型设计的时间却大大减少。
本文将讨论一些技术、工艺和工具，以帮助设计人员适应复杂性、微型化和设计周期缩短的新模式。
一个小型设计团队就能解决设计中的所有电路问题，并生产出真正独特的定制产品的时代已经一去不复返了。在竞争激烈的市场和应用中，现在有必要在电路中尽可能多的部分中使用商用货架产品(COTS)组件，以缩短设计时间。有鉴于此，许多芯片供应商甚至新公司都在设计和生产模块，旨在为特定功能提供完整的即插即用解决方案。
图1 Wi-Fi蓝牙组合模块现已成为物联网和其他通信设计的主流。来源：Skylab
例如，现在可以相对轻松地快速搜索并找到一长串用于蓝牙、Zigbee、Wi-Fi以及其他无线通信和传感应用的模块。因此，设计团队不再需要应对学习无线标准的挑战，他们只需学习如何对模块进行编程并为该模块提供中央处理硬件的接口即可。
此外，许多模块都针对某些标准进行了预认证，这样就省去了针对特定标准对产品进行认证的繁琐步骤。不过，EMC认证仍然必须申请，且通常建议对最终产品进行彻底测试，以确保其在标准限制范围内运行。
简而言之，现在比以往任何时候都更需要注重模块化设计。将电路设计为模块化使设计团队能够使用内部生成的IP，而不必在其他地方寻找该IP。通常，模块化设计方法在前期更加复杂且耗时。但是，当模块化电路集成到产品中时，它们可以节省大量的后端时间。
最后，片上系统(SoC)和多芯片模组(MCM)产品的种类也在不断增加，集成的功能也越来越丰富。尽管在设计中处理SoC/MCM可能是一项艰巨的任务，但从长远来看，如果可以从外部电路的角度显著简化设计，那么这是值得的。许多SoC现在还配备了仿真工具，可帮助设计模块和其他下游功能。
许多设计人员会将EMI分析和EMC预合规性测试留到设计周期的最后阶段。这可能是一个既费钱又费时的错误。与产品在生产前未能通过EMC测试所花费的时间和费用相比，拥有一支运转良好的EMI分析和EMC预合规性团队并在产品开发过程中进行定期测试所花费的时间和金钱通常只是九牛一毛。
图2 这是产品开发周期中预合规性测试的端到端视图。来源：Keysight
EMI/EMC预合规性测试的快速交互式反馈还有助于向设计团队提供有用的反馈，设计团队可以利用这些反馈稳步调整设计方法，以避免EMI/EMC问题。
越来越多的EDA软件工具提供混合解决方案或功能，用于仿真多个电气领域(例如模拟、射频、电源和数字)以及多物理领域(例如电气、机械和热)。在单个工具中执行多个电气或物理领域的仿真可以显著加快设计迭代速度，甚至可以开发出更具竞争力的产品。
图3 EDA工具可加速模拟设计评估。来源：Analog Devices
因此，某些设计变更的影响可以被准确地仿真甚至优化，而不是通过实验反复观察和改进。此外，与购买设备并培训技术人员或设计师团队使用所有设备进行冲击、振动和热循环测试相比，向仿真工具添加多物理场包通常更省钱省时。
许多经验丰富的设计师都避免使用高级自动化的工具。从过往来看，这些工具的首次成功率并不高，并且需要进行大量的调整才能从自动化工具中获得所需的结果。自动布线就是一个很好的例子，在某些关键布线仍然需要手动完成的领域中，通常甚至不会使用自动布线，例如射频和电源领域就是如此。
前些年，优化通常仅针对较小的子电路上的一小组变量进行，并且每次优化运行通常由不同的设计人员，或是在设计周期的不同时间完成。
然而，现在可以对各种变量执行芯片级或板级的优化，即使对于非常大和复杂的电路也是如此，因为云支持的仿真和高性能计算技术远比以前更加具有实用意义。使用这种方法使得“虚拟样机”的执行速度比物理样机制作快得多，而且在费用和时间上往往只需很小的成本。
图4 虚拟样机使设计工程师能够了解他们的设计在现实世界中的工作方式。来源：Hawk Ridge Systems
另一个值得注意的问题是，市场上可用的EDA/仿真工具越来越多。因此，不妨尝试使用其中一些新的工具，这些新工具是用更现代的算法或编码方法设计的，因此可能比传统工具会产生更好的结果。即使它们不具备许多传统软件工具的血统。
设计人员想要克服电路设计和电子设计日益复杂的问题，唯一真正的办法就是使用能降低复杂性的工具。这可能会让很多人觉得放弃了设计的控制权，事实上也确实如此。然而，伴随着现代电子设计的步伐，尽早熟悉这些工具可以为愿意接受更新的EDA/仿真技术的设计人员提供巨大的竞争力优势。
(原文刊登于EDN姊妹网站Planet Analog，参考链接：Four electronics design trends prominent in 2023，由Ricardo Xie编译。)
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