陳新兵，謝斌盛，朱 靜，鄧文婷

(廣州大學(xué) 實驗中心，廣州 510006)

·軟件開發(fā)與應(yīng)用·

Altium Designer在生產(chǎn)實習(xí)改革中的應(yīng)用

陳新兵，謝斌盛，朱 靜，鄧文婷

(廣州大學(xué) 實驗中心，廣州 510006)

生產(chǎn)實習(xí)是高校電類專業(yè)人才培養(yǎng)的一個重要環(huán)節(jié)。針對一般企業(yè)不提供短期硬件設(shè)計開發(fā)類崗位，專業(yè)實踐效果欠佳的現(xiàn)狀，介紹了如何利用行業(yè)主流軟件Altium Designer，進行電子產(chǎn)品開發(fā)的具體流程，并結(jié)合實踐介紹了以工程師培養(yǎng)為目標(biāo)的生產(chǎn)實習(xí)教學(xué)改革，通過提升學(xué)生的開發(fā)能力和設(shè)計效率，培養(yǎng)適合業(yè)界的創(chuàng)新型工程人才。

生產(chǎn)實習(xí)；教學(xué)改革；設(shè)計開發(fā)；人才培養(yǎng)

生產(chǎn)實習(xí)作為電類學(xué)科必修的集中性實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是工程師初步培養(yǎng)的關(guān)鍵，在人才培養(yǎng)中占有重要地位。然而，由于一般企業(yè)不提供短期硬件設(shè)計開發(fā)類崗位，導(dǎo)致當(dāng)前的實訓(xùn)效果欠佳，對學(xué)生的工程能力與創(chuàng)新能力培養(yǎng)滯后[1-2]，不能滿足國家發(fā)展轉(zhuǎn)型需要。因此，研究國內(nèi)外工程教育先進理念，以電子產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)為主線，探索貫通式實習(xí)教學(xué)改革，培養(yǎng)與國際接軌的工程技術(shù)人才，已成為各高校生產(chǎn)實習(xí)改革的重要趨勢[3-4]。

Altium Designer是Altium公司推出的一體化電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，融合原理圖設(shè)計、PCB布線、元器件庫編輯、3D PCB編輯、電路仿真和信號完整性分析等工具，提供了最完整的電子設(shè)計解決方案，大大提高了開發(fā)效率[5]。通過Altium Designer提高學(xué)生的設(shè)計開發(fā)能力，是生產(chǎn)實習(xí)改革的重要內(nèi)容。

1 開發(fā)思路

逆向工程是電子產(chǎn)品研發(fā)的快速解決方案，根據(jù)樣品了解參考原型設(shè)計，分析電路原理，借助電子設(shè)計軟件，改進并重繪電路原理圖，重新設(shè)計印刷電路板，確保機電匹配后打印制板，最終完成電子產(chǎn)品制作。在整個開發(fā)過程中，電子設(shè)計軟件Altium Designer起線索和核心作用。下面以LED節(jié)能燈驅(qū)動設(shè)計為例，介紹電子產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的完整過程，重點講述設(shè)計要點和設(shè)計效率，主要步驟有工程管理、原理圖繪制、電路板設(shè)計和雙面板打印設(shè)置工作。

1.1 建立工程

將用到的元件/封裝庫文件復(fù)制到指定文件夾，建立PCB工程，依次添加原理圖、PCB和庫文件，另存工程到該文件夾，完成工程創(chuàng)建，所有文件通過工程文件(*.PrjPCB)關(guān)聯(lián)。

通過工程文件打開、管理和編輯其他文件，以便相關(guān)修改可以聯(lián)動生效，提高設(shè)計與后續(xù)修改效率，在復(fù)雜電路板設(shè)計中尤為重要，有助于學(xué)生建立起科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。

1.2 原理圖繪制

原理圖繪制是Altium Designer進行電子產(chǎn)品設(shè)計的基礎(chǔ)，應(yīng)簡潔易讀，注重效率。

在原理圖紙中，根據(jù)先放核心IC，其他元件依連接關(guān)系就近布局原則，完成所有元器件的放置。選取元件時先進行預(yù)覽，確定好封裝類型；放置元件時，元件，尤其同類元件的名稱、參數(shù)和方向設(shè)置，在懸浮狀態(tài)下利用Tab或Space快捷鍵一次完成，必要時利用place part，快速放置最近使用過的同類型元件，自動編號無須人工干預(yù)。連線交叉或線太長、太密時，靈活運用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號或總線能使原理圖更簡潔，太復(fù)雜的多模塊電路可以采用層次原理圖設(shè)計。原理圖的設(shè)計應(yīng)簡潔易讀，必要時修改元件引腳位置，在確保電路連接正確的情況下提高設(shè)計效率，盡量一次完成不返工，如圖1所示。

圖1 原理圖繪制

1.3 電路板設(shè)計

電路板設(shè)計是Altium Designer進行電子產(chǎn)品設(shè)計的關(guān)鍵，網(wǎng)絡(luò)連接、布局原則、布線規(guī)則、布線技巧、機電匹配和批量生產(chǎn)都很重要[6]，最終設(shè)計應(yīng)符合核心IC的PCB設(shè)計指南，兼顧簡潔性和合理性，在此前提下提升觀感和效率中圖2所示。

Altium Designer繪制好原理圖后，執(zhí)行Update PCB Document命令，進入PCB設(shè)計，有以下要點。

1)檢查網(wǎng)絡(luò)連接的正確性，特別是三極管、電位器等多引腳元件與其封裝的一致性，必要時雙擊焊盤更改映射次序或者直接修改封裝。

2)根據(jù)產(chǎn)品外殼尺寸畫好電氣邊界，確保機電匹配[7]，將生成的網(wǎng)絡(luò)拖至電氣邊界內(nèi)。

3)將核心IC大致居中，其他元件參考原理圖連接關(guān)系就近擺放完成PCB初始布局，合適條件下同類型元件就近擺放整齊。

4)先設(shè)定規(guī)則后布線，GND、VCC和信號線線寬依次遞減，走線時盡量內(nèi)收。走線太長、繞線過遠、有交叉或電路復(fù)雜時，善用過孔或焊盤跳轉(zhuǎn)到另一層使走線最短(若是單面板善用電阻封裝做跳線)。

5)局部PCB出現(xiàn)S型時，元件方向需要調(diào)整，最后微調(diào)時可沿線滑動元件找到最佳位置，完成最終布線，一些功耗大的元件引腳處可鋪銅輔助散熱，必要時添加淚滴增強可靠性。

6)例如焊盤大小和線寬等共性問題，可通過Find similar objects批量修改提高效率。

7)添加定位孔和MARK點，分別用于錫膏印刷機的板子固定和自動貼片機的位置識別，必須批量貼片。

圖2 電路板設(shè)計

1.4 雙面板打印設(shè)置

雙面板打印設(shè)置是Altium Designer進行電子產(chǎn)品設(shè)計的最終工作。雙面板制作的要點是頂層和底層的轉(zhuǎn)印對齊工作，最好通過Altium Designer軟件操作，直接一次打印出對齊后的圖紙，減少后期誤差。在Altium Designer里，采用中線法操作，即可一次完成打印和對齊，提高雙面板制作精度與效率。設(shè)計好PCB后，進入如圖3所示的Altium Designer打印設(shè)置，主要步驟如下：

1)重設(shè)PCB跳轉(zhuǎn)網(wǎng)格為5 mm，作對齊基準(zhǔn)；

2)沿網(wǎng)格重繪電氣邊界，方角，長寬各占偶數(shù)個網(wǎng)格；

3)復(fù)制一份PCB，使用特殊粘貼放在原圖正下方10 mm處，保持標(biāo)號不變；

4)畫條中線，分隔兩圖，線寬1 mm，長出5 mm；

5)依次翻轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)PCB副本，確保兩圖沿中線對折后完全重合；

6)以打印底層PCB的方法，設(shè)定Altium Designer選項，一次打印好原PCB頂層和底層；

7)沿中線對折打印好的熱轉(zhuǎn)印紙，插入雙面覆銅板，對齊四角，即可一次完成熱轉(zhuǎn)印。

圖3 雙面板打印設(shè)置

2 成效

生產(chǎn)實習(xí)旨在幫助學(xué)生適應(yīng)業(yè)界需求并向工程師角色轉(zhuǎn)變，在電類專業(yè)人才培養(yǎng)中占有重要地位。為滿足硬件開發(fā)類工程師培養(yǎng)需求，電子實習(xí)中心根據(jù)現(xiàn)代教育理念改革人才培養(yǎng)模式，通過校企合作，穩(wěn)步提升學(xué)生的設(shè)計開發(fā)能力[8-9]，先后建成了產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)與測試環(huán)境、快速電路板制作系統(tǒng)、THT手動插裝線、SMT自動貼片生產(chǎn)線和電子產(chǎn)品檢測線。

Altium Designer作為電子行業(yè)主流的設(shè)計軟件，大大提高了開發(fā)效率，是生產(chǎn)實習(xí)提高設(shè)計開發(fā)能力的理想教學(xué)工具。推廣一年來，中心以Altium Designer進行產(chǎn)品開發(fā)為主線，通過開發(fā)一個完整的電子產(chǎn)品，使學(xué)生體驗到電子企業(yè)規(guī)范的產(chǎn)品設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)與測試流程，具備工程師的綜合素養(yǎng)[10]?，F(xiàn)有實習(xí)內(nèi)容有產(chǎn)品分析(電路分析、工藝分析)，指標(biāo)測試(測試指標(biāo)、測試方法)，設(shè)計開發(fā)(電子設(shè)計技術(shù)、產(chǎn)品工藝技術(shù))，生產(chǎn)與檢測(SMT生產(chǎn)線、產(chǎn)品測試)等。

目前，電信、電氣專業(yè)選取開關(guān)電源類產(chǎn)品作為實訓(xùn)案例，提升了學(xué)生的設(shè)計開發(fā)能力，滿足了業(yè)界需求。此外，此類產(chǎn)品應(yīng)用普遍、成本不高，有較好的工程應(yīng)用和理論研究價值，對學(xué)生將來的工作和進一步深造都有幫助，相關(guān)內(nèi)容已被中心列為省應(yīng)用型人才培養(yǎng)建設(shè)項目和省電工電子實驗教學(xué)示范中心重點建設(shè)內(nèi)容。

3 結(jié)束語

現(xiàn)代工程教育理念下的生產(chǎn)實習(xí)改革，引入電子設(shè)計軟件Altium Designer，成功提升了學(xué)生的設(shè)計開發(fā)能力，適應(yīng)了業(yè)界需求，為高校生產(chǎn)實習(xí)教學(xué)改革提供了參考案例。然而，為每個專業(yè)開發(fā)幾個具有專業(yè)特色的電子產(chǎn)品，并保持一定的先進性，長期投入相當(dāng)大，需要繼續(xù)探索校企共建共享的方式，解決運營成本高的問題，為學(xué)生提供更多機會，才能培養(yǎng)出更多與國際接軌的工程人才。

[1]王貴春.工科大學(xué)生生產(chǎn)實習(xí)存在的問題與改進措施[J].人才資源開發(fā),2013(12):26-27.

[2]李磊.電子信息類專業(yè)生產(chǎn)實習(xí)現(xiàn)狀及對策研究[J].教育教學(xué)論壇,2014(1):225-226.

[3]高林.以工程應(yīng)用能力為主導(dǎo) 提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量[J].中國大學(xué)教學(xué),2013(1):27-29.

[4]劉妮,趙敬德,李奇波.中美未來工程師培養(yǎng)計劃和工程教育的對比分析[J].中國電力教育,2013(14):23-27.

[5]叢秋波.Altium：一體化電子產(chǎn)品開發(fā)平臺支持工程師創(chuàng)新設(shè)計[J].電子設(shè)計技術(shù),2008(9):38-39.

[6]牛耀國,朱朝霞,芮新芳.Altium Designer軟件在印刷電路板設(shè)計中的應(yīng)用[J].電子科技,2011,8(24):128-130.

[7]華文龍.Altium Designer中的機電一體化設(shè)計[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化,2009(10):30-33.

[8]王紅強,朱慧杰.工科高校依托校企合作培養(yǎng)卓越工程師的思考[J].中國電力教育,2013(5):27-28.

[9]張顯,曹全喜.生產(chǎn)實習(xí)模式的探索與實踐[J].實驗科學(xué)與技術(shù),2011,9(2):151-154.

[10]李志輝,張國棟,李婷.卓越工程師培養(yǎng)與實習(xí)基地建設(shè)的研究[J].實驗技術(shù)與管理,2013,30(3):169-171.

Application of Altium Designer in the Production Practical Teaching Reform

CHEN Xinbing, XIE Binsheng, ZHU Jing, DENG Wenting

(Lab Center, Guangzhou University, Guangzhou 510006, China)

The production practice is an important part of undergraduate teaching and engineering talent cultivating for electrics-related specialties in most universities.However,most companies don’t provide short-term practical offers in hardware development so that current production practice can’t achieve its aims well.How to promote students’ design and development capability by Altium Designer is introduced in details, which derives from PCB design, and provides all the tools for electronic product development in a single application.Furthermore, the whole production practical reform is mentioned under modern engineering education concepts, which promotes students’ development capability and efficiency so that more innovative engineering talents are cultivated with international standards.

production practice; teaching reform;design and development；talents training

2014-05-20；修改日期:2015-01-19

2013年度廣東省級高等學(xué)校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程立項課題；廣州市教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題(2013A051)；2013年廣州大學(xué)教研課題(JYY201318)。

陳新兵(1978-)，男，碩士，實驗師，主要從事電工電子類實踐課程的教學(xué)、建設(shè)與管理工作。

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.06.015