作者 / 石英春，湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程學(xué)院

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高職PCB設(shè)計課程教學(xué)探討

作者 / 石英春，湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程學(xué)院

本文對PCB設(shè)計課程在教學(xué)改革中如何引導(dǎo)選用設(shè)計軟件、如何開展PCB教學(xué)、如何加強(qiáng)PCB設(shè)計的整體考慮等難題進(jìn)行了探討。實(shí)踐表明，重構(gòu)項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容、實(shí)施深入的項(xiàng)目教學(xué)是高職電子類專業(yè)提高畢業(yè)競爭優(yōu)勢的有效措施。

電路板設(shè)計；教學(xué)改革；提高競爭優(yōu)勢

前言

印制電路板（PCB）設(shè)計以電路原理圖為根據(jù)，實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計者所需要的功能。 根據(jù)有關(guān)報告資料顯示，中國內(nèi)地依然是世界PCB產(chǎn)值最大、增長速度最快的地區(qū)［1］。因此，PCB電路設(shè)計成為了電子類以及信息相關(guān)專業(yè)學(xué)生的一門重要課程，筆者根據(jù)多年P(guān)CB電路設(shè)計過程的體會，就此課程的以下3個關(guān)鍵難題進(jìn)行探討。

1.三種PCB設(shè)計軟件的比較

（1）protel是最早接觸的PCB板件設(shè)計軟件，現(xiàn)在學(xué)習(xí)PROTEL是學(xué)習(xí)高端PCB軟件的基礎(chǔ)。 經(jīng)過20來年的發(fā)展，如今已經(jīng)發(fā)展到Altium Designer系列，它是個強(qiáng)大的電子設(shè)計軟件，兼容了板件設(shè)計的功能，它包含電路原理圖繪制、多層印制電路板設(shè)計（包含印制電路板自動布線）、模擬電路與數(shù)字電路混合信號仿真、可編程邏輯器件設(shè)計、原理圖和PCB庫函數(shù)生成、元器件清單生成等功能，此軟件作為學(xué)校的PCB入門級教材，應(yīng)用廣泛。

（2）Cadence（Cadence Design Systems）是一個專門從事電子設(shè)計自動化（EDA）的軟件公司，其解決方案旨在提升和監(jiān)控半導(dǎo)體、計算機(jī)系統(tǒng)以及其它各類型電子產(chǎn)品的設(shè)計。產(chǎn)品涵蓋了電子設(shè)計的整個流程，包括系統(tǒng)級設(shè)計，功能驗(yàn)證，全定制集成電路設(shè)計，IC物理驗(yàn)證，PCB設(shè)計和硬件仿真建模、IC綜合及布局布線，模擬、混合信號及射頻IC設(shè)計，等，此軟件功能強(qiáng)大，軟件使用要求嚴(yán)謹(jǐn)。

（3） PowerPCB（PADSLayout）是設(shè)計較復(fù)雜的、高速印制電路板的設(shè)計環(huán)境。它是一個強(qiáng)有力的基于形狀化、規(guī)則驅(qū)動的布局布線設(shè)計解決方案，兼容了自動和交互式走線方式，有機(jī)地集成了前后端的設(shè)計工具，包括最終的測試、準(zhǔn)備和生產(chǎn)制造過程。它提供了與其他PCB設(shè)計軟件、CAM加工軟件、機(jī)械設(shè)計軟件的接口，方便了不同設(shè)計環(huán)境下的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，便于在不同設(shè)計環(huán)境下的改進(jìn)工作。

筆者通過在研發(fā)企業(yè)設(shè)計產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，Altium Designer 軟件，在企業(yè)中的應(yīng)用最為廣泛，特別是一些低端、較簡單的產(chǎn)品，在高校中特別是職業(yè)院校學(xué)習(xí)是很有必要的；cadence軟件作為一款功能強(qiáng)大的EDA軟件，它要求的起點(diǎn)比較高，特別是4層以上板件使用此軟件的企業(yè)較多，可以作為高端設(shè)計學(xué)習(xí)的首選。

2.PCB設(shè)計教學(xué)方法分析

教學(xué)方法是提高教學(xué)質(zhì)量的保證，PCB設(shè)計的教學(xué)是一門應(yīng)用軟件學(xué)習(xí)，它具有較強(qiáng)的應(yīng)用性［2～3］。教師如果按照常規(guī)方式，照本宣科地教學(xué)過程很難收到好的教學(xué)效果，所以，我們應(yīng)該采取項(xiàng)目教學(xué)的方式（它以模擬企業(yè)中實(shí)際的項(xiàng)目為標(biāo)準(zhǔn)）。只有明確項(xiàng)目任務(wù)，才能保證項(xiàng)目的最終完成，并取得良好的效果。

PCB設(shè)計課程僅靠課上時間的學(xué)習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因此，對Protel 2004軟件的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生在課上被引導(dǎo)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過實(shí)際案例，自主摸索學(xué)習(xí)的方式完成。教師可以引導(dǎo)學(xué)生掌握自主學(xué)習(xí)的基本方法。自主學(xué)習(xí)是內(nèi)因，它好比是汽車的發(fā)動機(jī)，學(xué)生要有明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，并按照計劃去按時按量實(shí)施，對自己的學(xué)習(xí)效果展開客觀、實(shí)事求是的評價。其優(yōu)點(diǎn)在于培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，同時，以學(xué)生為導(dǎo)向的教學(xué)理念，容易使師生之間形成默契，建立良好的平等協(xié)作關(guān)系。通過自主學(xué)習(xí)與老師引導(dǎo)完成項(xiàng)目是項(xiàng)目教學(xué)法的重點(diǎn)，當(dāng)教師下達(dá)了項(xiàng)目任務(wù)后，學(xué)生需要通過多種途徑、方法和手段去完成項(xiàng)目任務(wù)。對于一些問題的分析與解決，學(xué)生可以先查閱有關(guān)的教材、網(wǎng)絡(luò)資料等，在實(shí)踐中逐步地理解、模仿、增強(qiáng)實(shí)戰(zhàn)的經(jīng)驗(yàn)。并鼓勵大家共享資料、相互討論、交流，相互的取長補(bǔ)短。在此基礎(chǔ)上，教師通過查閱學(xué)生項(xiàng)目，找出內(nèi)部的問題點(diǎn)，給出合理化的建議，使學(xué)生在制作項(xiàng)目的過程中不斷提高。

筆者認(rèn)為，通過教師采取項(xiàng)目的教學(xué)模式和學(xué)生自主學(xué)習(xí)的方式，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的積極主動性，便于學(xué)生的消化和吸收，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的目的。

3.加強(qiáng)PCB設(shè)計的整體考慮

PCB設(shè)計的主要目的是實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計者所需要的功能，也就是說使制作的PCB設(shè)計文件可以拿到制板廠家批量生產(chǎn)。所以，需要加強(qiáng)學(xué)生對元器件的布局、布線和工

藝方面的考慮，提高一次性成功的概率［4］。

1）元器件的布局：元器件的布局是PCB設(shè)計好壞的關(guān)鍵，也是走線是否順暢的重要環(huán)節(jié)。在繪制復(fù)雜電路板時，自動布局的效果將很難達(dá)到實(shí)用的需要，必須經(jīng)過手動布局才能達(dá)到設(shè)計效果，在手工布局時，要同時考慮到功能、性能、安裝方面的要求。

2）PCB板的布線 ：PCB板的布線是PCB設(shè)計功能能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，是PCB設(shè)計最重要的環(huán)節(jié)。在學(xué)習(xí)過程中，很多學(xué)生樂意采用自動布線的方式，但如果在設(shè)計正式產(chǎn)品時，自動布線是很難達(dá)到實(shí)際效果的，所以，建議在學(xué)習(xí)布線時，采用手工布線的方式為主。同時在布線方面還需考慮：布信號線的優(yōu)先次序、走線的方向、阻抗匹配、走線長度控制、電容器件去耦工作控制等方面。

3）工藝設(shè)計要求 ：合理的工藝結(jié)構(gòu)，既可消除因布線不當(dāng)而產(chǎn)生的噪聲干擾，同時便于生產(chǎn)中的安裝、調(diào)試與維修，提高產(chǎn)品的可制造性能力等。對于工藝方面需考慮利于機(jī)器焊接（包括貼片焊接和插件焊接的要求）、方便測試、便于識別絲印和版本號、便于散熱等要求內(nèi)容。

4.結(jié)論

總之，對于高職類學(xué)生來說，實(shí)際操作能力更加的重用，更貼近于實(shí)際的需要。通過“PC B設(shè)計”課程的改革使課程內(nèi)容更加符合設(shè)計型公司的實(shí)際應(yīng)用，課程體系更加健全和完善。在教學(xué)方式上不斷的改進(jìn)，強(qiáng)化理論與實(shí)踐相結(jié)合，采取實(shí)踐為主、理論為輔的方式。通過實(shí)際驗(yàn)證表明，重構(gòu)項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容、實(shí)施更加具體深入的教學(xué)是高職電子類專業(yè)學(xué)生提高畢業(yè)競爭力的有效教學(xué)措施。

＊ ［1］楊宏強(qiáng).全球PCB產(chǎn)業(yè)發(fā)展近況［J］.印制電路信息，2008（12）.9～16

＊ ［2］ 喻小燕 ， 譚立新 . 高職院校專業(yè)建設(shè)哲理分析、系統(tǒng)設(shè)計與智慧落實(shí) ［M］. 北京 ： 北京理工大學(xué)出版社 ，2014

＊ ［3］及力，劉江，羅慧欣等.Protel DXP2004 SP2實(shí)用設(shè)計教程［M］.電子工業(yè)出版社，2009

＊ ［4］謝如元，施佳林.PCB板時電路的電磁兼容設(shè)計［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2012（2）.142～147