Ｐｒｏｔｅｌ實(shí)踐性教學(xué)探討

摘要：對(duì)Protel這門專業(yè)性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的工程類課程，文章從加強(qiáng)基本概念的教學(xué)、培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)風(fēng)格和規(guī)范的設(shè)計(jì)操作，教學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合等方面進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：元件；圖紙；設(shè)計(jì)；SCH；PCB；流程；規(guī)范

0 引言

電子電路設(shè)計(jì)(Protel 99SE電子電路設(shè)計(jì))是一門專業(yè)性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的工程類課程。從計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件的角度，Protel與其他圖形設(shè)計(jì)視窗軟件的操作和界面相似，學(xué)會(huì)Protel軟件的應(yīng)用和操作可以說并不難。但是，Protel是有關(guān)電子電路工程設(shè)計(jì)方面的軟件，教材中包含很多有關(guān)工程、電子電路方面的專業(yè)知識(shí)和概念，印刷電路板生產(chǎn)工藝方面的專業(yè)知識(shí)和專業(yè)術(shù)語，這些專業(yè)知識(shí)和專業(yè)術(shù)語令不少初涉此領(lǐng)域的就學(xué)者迷惑。

一名合格的工程技術(shù)人員不僅需要具有豐富的專業(yè)知識(shí)，還需要具有嚴(yán)謹(jǐn)而又靈活的設(shè)計(jì)思想，規(guī)范的設(shè)計(jì)風(fēng)格以及熟練的繪圖技能和繪圖技巧。設(shè)計(jì)師應(yīng)掌握并熟悉工程技術(shù)方面的基本概念；熟悉所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)流程。為此，筆者在講授Protel這門工程設(shè)計(jì)類的課程時(shí)，緊緊抓住并突出了以下幾個(gè)方面的教學(xué)內(nèi)容。

1 強(qiáng)調(diào)基本概念和規(guī)范化設(shè)計(jì)

學(xué)習(xí)任何一門科學(xué)，其基本概念的掌握都是重中之重，電子電路設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)也不例外。

1．1 強(qiáng)調(diào)基本概念

Protel中有關(guān)工程方面的基本概念對(duì)從校門到校門的學(xué)生們來說是完全新穎的，如圖紙、工程、工程文件、圖層、絲印層、封裝、網(wǎng)絡(luò)表、焊盤、飛線、過孔，覆銅、包地、淚滴焊等。對(duì)這些專業(yè)術(shù)語和基本概念，我們對(duì)學(xué)生進(jìn)行了細(xì)致的講解：

圖紙 以標(biāo)準(zhǔn)的圖文符號(hào)表達(dá)的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)理念。

工程 設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)理念的實(shí)施。SCH(原理圖)設(shè)計(jì)中，每一個(gè)電路原理圖的設(shè)計(jì)均可視為一個(gè)工程(Project)。

工程文件 根據(jù)項(xiàng)目(工程)的需要和相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范，設(shè)計(jì)人員以標(biāo)準(zhǔn)的圖文方式表達(dá)的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)理念，并由此形成的文檔或電子文檔即稱為工程文件。

圖層 字處理軟件和繪圖類軟件為了實(shí)現(xiàn)圖、文、色彩等的嵌套而設(shè)置的具有虛擬意義的投影合成。印刷電路板設(shè)計(jì)中的“層”，一般則指PCB板的各銅箔層，這些銅箔層是為完成并簡化復(fù)雜電路板的電氣電路走線(布線)而設(shè)；PCB板的絲印層(Overlay)則是為方便板上電子元件的安裝和印刷電路板電路的維修，在板的頂層或底層表面印制標(biāo)志圖案、文字符號(hào)等而形成的標(biāo)識(shí)層。

封裝 表示元器件的外形、尺寸、引腳距離和引腳順序的參數(shù)信息。

網(wǎng)絡(luò)表 構(gòu)成電路的所有元件及其電氣連接關(guān)系(網(wǎng)絡(luò))的概要一覽表。網(wǎng)絡(luò)表是SCH與PCB(印刷電路板)設(shè)計(jì)之間的接口。

焊盤(Pad) PCB板上元件引腳的襯墊，用于放置焊錫以及連接導(dǎo)線。焊盤類型的選擇，要綜合考慮所屬元件的形狀、大小、布置形式、振動(dòng)和受熱情況、受力方向等因素。

過孔(Via) 用于連接PCB板的不同信號(hào)層。

飛線 又稱預(yù)拉線。在印刷電路板的設(shè)計(jì)中，Protel用以指示元件引腳之間連接關(guān)系的線，當(dāng)元件之間的布線完成以后飛線將自動(dòng)被導(dǎo)線覆蓋。使用“Show”命令可以看到布局下網(wǎng)絡(luò)連線的交叉狀況，設(shè)計(jì)過程中應(yīng)調(diào)整元件的方向和位置，以減少仍至避免飛線的交叉，為方便布線并保證布線的布通率。

淚滴焊 主要應(yīng)用于高頻電路布線。在較細(xì)銅膜走線與較大焊盤的連接處，以及為防止焊盤孔和導(dǎo)孔在鉆孔時(shí)可能出現(xiàn)的斷線，向這樣的連接處添加形似水滴或淚滴狀的銅膜走線，即稱之為淚滴焊。

絲印層(Overlay) 為了方便電路的安裝和維修而印制在印刷電路板的頂層和底層表面的標(biāo)志圖案和文字符號(hào)等。

1．2 強(qiáng)調(diào)嚴(yán)謹(jǐn)設(shè)計(jì)風(fēng)格和規(guī)范設(shè)計(jì)操作的培養(yǎng)

從一份圖紙能夠看出其設(shè)計(jì)者、繪圖者是否具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)風(fēng)格，是否經(jīng)過了規(guī)范設(shè)計(jì)的訓(xùn)練。我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐中，十分強(qiáng)調(diào)嚴(yán)謹(jǐn)設(shè)計(jì)風(fēng)格和規(guī)范設(shè)計(jì)操作的培養(yǎng)。

規(guī)范的設(shè)計(jì)操作 進(jìn)入SCH編輯窗口，首先應(yīng)根據(jù)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，選擇并設(shè)置合適的圖紙版面，認(rèn)真填寫好圖紙標(biāo)題欄，然后進(jìn)入設(shè)計(jì)與繪圖的操作。

版面 圖紙版面的布局應(yīng)占據(jù)版芯居中稍偏上的位置。

元件的布局 數(shù)字器件和模擬器件分開放置，去耦電容盡量靠近器件的VCC；元件的放置應(yīng)疏密有序，排列整齊，熱敏元件與發(fā)熱元件之間保持有適當(dāng)?shù)木嚯x；要保證PCB板上的元件在二維、三維空間無沖突；元件的放置要考慮并照顧到設(shè)備的安裝和今后的維修，要保證維修時(shí)焊接操作的可行性。

布線 信號(hào)線的走線應(yīng)避免走直角，不允許出現(xiàn)銳角；上下層之間走線的方向應(yīng)相互垂直；一條銅膜導(dǎo)線繪制時(shí)應(yīng)一筆畫通，不要中途折斷。全板的布線合理、美觀，走線均勻。

線寬 應(yīng)滿足地線＞電源線＞信號(hào)線的要求。

邊界設(shè)計(jì) 所設(shè)計(jì)的電子電路板要做到電氣邊界小于物理邊界。

ERC檢查 對(duì)設(shè)計(jì)并繪制好的原理圖進(jìn)行ERC檢查，應(yīng)確保所設(shè)計(jì)的電路沒有違背電氣規(guī)范方面的錯(cuò)誤。

DRC檢查 完成PCB的設(shè)計(jì)和電路圖的繪制后進(jìn)行DRC檢查，要確保所完成的設(shè)計(jì)沒有設(shè)計(jì)規(guī)則方面的錯(cuò)誤。

應(yīng)當(dāng)說，有完成相應(yīng)設(shè)計(jì)步驟后的ERC檢查和DRC檢查的習(xí)慣，是電子電路設(shè)計(jì)者具有嚴(yán)謹(jǐn)設(shè)計(jì)風(fēng)格的表現(xiàn)之一。

2 了解PCB的生產(chǎn)工藝流程

為了讓學(xué)生對(duì)印刷電路板的制作工藝和生產(chǎn)流程有一個(gè)感性認(rèn)識(shí)，筆者在講授PCB設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)安排時(shí)間組織學(xué)生到當(dāng)?shù)氐碾娮影鍙S參觀學(xué)習(xí)。在生產(chǎn)第一線，讓工廠的工程技術(shù)人員向我們的學(xué)生介紹印刷電路板的生產(chǎn)制作(單面板)流程：

設(shè)計(jì)圖紙打印→照像制板→銅膜板材下料→絲網(wǎng)漏印→酸洗蝕刻→去抗蝕印料(去抗蝕刻油膜)、干燥→銅膜印板刷洗、干燥→鉆孔(鉆焊盤孔、過孔)→印標(biāo)記(加印絲印層)→涂阻焊劑(上綠油)、UV固化→涂助焊劑(防氧化劑)→干燥整平(噴錫熱風(fēng)整平)→完成PCB板制作。

經(jīng)過工廠的實(shí)地參觀學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)印刷電路板有了第一手的認(rèn)識(shí)。他們紛紛表示，對(duì)PCB板的“層”這個(gè)概念的理解清晰了，學(xué)習(xí)以及做PCB設(shè)計(jì)時(shí)不再有盲目的感覺了。認(rèn)識(shí)到并理解PCB設(shè)計(jì)中結(jié)合印刷電路板的生產(chǎn)工藝完成設(shè)計(jì)的重要性，這樣的認(rèn)識(shí)和理解是單純課堂教學(xué)所難以達(dá)到的。

同時(shí)，實(shí)踐還使學(xué)生深深地感受到作為一個(gè)工程技術(shù)人員的自豪和責(zé)任的重大。

3 繪制工程圖紙

進(jìn)一步，我們還將學(xué)得好的學(xué)生向廠家舉薦，讓他們承接廠家的設(shè)計(jì)繪圖任務(wù)，給他們創(chuàng)造在實(shí)踐中學(xué)習(xí)和鍛煉的機(jī)會(huì)。學(xué)生們都很認(rèn)真負(fù)責(zé)地對(duì)待所接受的設(shè)計(jì)任務(wù)，為按時(shí)完成這些設(shè)計(jì)、繪圖的任務(wù)，常常干到半夜2、3點(diǎn)鐘。還利用暑假，由廠家介紹安排學(xué)生到廣州的電子板廠實(shí)習(xí)。這一系列的舉措，有的學(xué)生的設(shè)計(jì)繪圖水平已達(dá)到生產(chǎn)實(shí)用的要求，并完成了多項(xiàng)廠家交給的設(shè)計(jì)繪圖任務(wù)。

經(jīng)過實(shí)踐鍛煉的學(xué)生則把自己對(duì)Protel和工程設(shè)計(jì)的體會(huì)和理解，以及廠家對(duì)Protel設(shè)計(jì)和應(yīng)用需求的信息向我們作了反饋。本著教學(xué)為生產(chǎn)服務(wù)的原則，針對(duì)生產(chǎn)第一線來的信息，特別是廠家對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容的需求反饋信息，我們立即對(duì)Protel的教學(xué)以及教學(xué)內(nèi)容作了相應(yīng)的改進(jìn)和調(diào)整。如，大部分中小印刷電路板生產(chǎn)廠家的技術(shù)人員通常不從設(shè)計(jì)、繪制電路原理圖開始，由原理圖生成網(wǎng)絡(luò)表，再通過網(wǎng)絡(luò)表生成PCB圖的設(shè)計(jì)流程，他們一般直接對(duì)著PCB的產(chǎn)品或PCB圖紙繪制(仿制)印刷電路板圖。針對(duì)廠家和產(chǎn)生上的需求，我們對(duì)后續(xù)的班級(jí)加強(qiáng)了PCB設(shè)計(jì)、PCB布線及PCB繪圖等內(nèi)容的教學(xué)，增加了對(duì)照PCB的產(chǎn)品或PCB的圖紙，繪制(仿制)印刷電路板圖紙的教學(xué)內(nèi)容，即進(jìn)一步補(bǔ)充和加強(qiáng)了實(shí)用技能的教學(xué)。

4 結(jié)束語

在Protel的教學(xué)實(shí)踐中，我們進(jìn)行了上述教學(xué)嘗試。取得了一定的成效。今后還將進(jìn)一步探索，更好的體現(xiàn)實(shí)踐性課程的教學(xué)效果。