高職PCB設計課程教學探討

作者 / 石英春，湖南信息職業(yè)技術學院電子工程學院

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高職PCB設計課程教學探討

作者 / 石英春，湖南信息職業(yè)技術學院電子工程學院

本文對PCB設計課程在教學改革中如何引導選用設計軟件、如何開展PCB教學、如何加強PCB設計的整體考慮等難題進行了探討。實踐表明，重構項目教學內(nèi)容、實施深入的項目教學是高職電子類專業(yè)提高畢業(yè)競爭優(yōu)勢的有效措施。

電路板設計；教學改革；提高競爭優(yōu)勢

前言

印制電路板（PCB）設計以電路原理圖為根據(jù)，實現(xiàn)電路設計者所需要的功能。 根據(jù)有關報告資料顯示，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電路設計成為了電子類以及信息相關專業(yè)學生的一門重要課程，筆者根據(jù)多年PCB電路設計過程的體會，就此課程的以下3個關鍵難題進行探討。

1.三種PCB設計軟件的比較

（1）protel是最早接觸的PCB板件設計軟件，現(xiàn)在學習PROTEL是學習高端PCB軟件的基礎。 經(jīng)過20來年的發(fā)展，如今已經(jīng)發(fā)展到Altium Designer系列，它是個強大的電子設計軟件，兼容了板件設計的功能，它包含電路原理圖繪制、多層印制電路板設計（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，此軟件作為學校的PCB入門級教材，應用廣泛。

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

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

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

2.PCB設計教學方法分析

教學方法是提高教學質(zhì)量的保證，PCB設計的教學是一門應用軟件學習，它具有較強的應用性［2～3］。教師如果按照常規(guī)方式，照本宣科地教學過程很難收到好的教學效果，所以，我們應該采取項目教學的方式（它以模擬企業(yè)中實際的項目為標準）。只有明確項目任務，才能保證項目的最終完成，并取得良好的效果。

PCB設計課程僅靠課上時間的學習是遠遠不夠的，因此，對Protel 2004軟件的學習，要求學生在課上被引導學習的基礎上，通過實際案例，自主摸索學習的方式完成。教師可以引導學生掌握自主學習的基本方法。自主學習是內(nèi)因，它好比是汽車的發(fā)動機，學生要有明確的學習目標，并按照計劃去按時按量實施，對自己的學習效果展開客觀、實事求是的評價。其優(yōu)點在于培養(yǎng)了學生的自主學習能力，同時，以學生為導向的教學理念，容易使師生之間形成默契，建立良好的平等協(xié)作關系。通過自主學習與老師引導完成項目是項目教學法的重點，當教師下達了項目任務后，學生需要通過多種途徑、方法和手段去完成項目任務。對于一些問題的分析與解決，學生可以先查閱有關的教材、網(wǎng)絡資料等，在實踐中逐步地理解、模仿、增強實戰(zhàn)的經(jīng)驗。并鼓勵大家共享資料、相互討論、交流，相互的取長補短。在此基礎上，教師通過查閱學生項目，找出內(nèi)部的問題點，給出合理化的建議，使學生在制作項目的過程中不斷提高。

筆者認為，通過教師采取項目的教學模式和學生自主學習的方式，可以激發(fā)學生的學習興趣，提高學生的積極主動性，便于學生的消化和吸收，達到教學目標的目的。

3.加強PCB設計的整體考慮

PCB設計的主要目的是實現(xiàn)電路設計者所需要的功能，也就是說使制作的PCB設計文件可以拿到制板廠家批量生產(chǎn)。所以，需要加強學生對元器件的布局、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設計好壞的關鍵，也是走線是否順暢的重要環(huán)節(jié)。在繪制復雜電路板時，自動布局的效果將很難達到實用的需要，必須經(jīng)過手動布局才能達到設計效果，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設計功能能否實現(xiàn)的關鍵，是PCB設計最重要的環(huán)節(jié)。在學習過程中，很多學生樂意采用自動布線的方式，但如果在設計正式產(chǎn)品時，自動布線是很難達到實際效果的，所以，建議在學習布線時，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）工藝設計要求 ：合理的工藝結構，既可消除因布線不當而產(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.結論

總之，對于高職類學生來說，實際操作能力更加的重用，更貼近于實際的需要。通過“PC B設計”課程的改革使課程內(nèi)容更加符合設計型公司的實際應用，課程體系更加健全和完善。在教學方式上不斷的改進，強化理論與實踐相結合，采取實踐為主、理論為輔的方式。通過實際驗證表明，重構項目教學內(nèi)容、實施更加具體深入的教學是高職電子類專業(yè)學生提高畢業(yè)競爭力的有效教學措施。

＊ ［1］楊宏強.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)建設哲理分析、系統(tǒng)設計與智慧落實 ［M］. 北京 ： 北京理工大學出版社 ，2014

＊ ［3］及力，劉江，羅慧欣等.Protel DXP2004 SP2實用設計教程［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計［J］.現(xiàn)代電子技術，2012（2）.142～147