淺析EDA類課程教學中需要注意的問題

摘要：本文從教學實際出發(fā)，介紹了EDA類課程中，教學的方法、考核的形式和學生實踐中的薄弱環(huán)節(jié)，闡述了布局布線等設計中應該注意的問題，對如何提高該課程的教學效果進行了一定的探討。

關鍵詞：項目式教學;元器件布局;布線

電子設計自動化EDA（Electronic Design Automation）類課程是電子信息、通信工程等專業(yè)的專業(yè)核心課程，是實踐性非常強的一門課程，與電子產品設計每個環(huán)節(jié)息息相關，在以就業(yè)為導向的高職高專教學中占據重要地位。在我校，該類課程以設計電路原理圖、印制電路板PCB為主，課程開設的目的是使學生熟悉電路板設計全過程，為將來進一步設計電路打好堅實的基礎。在進行該類課程教學的時候，可以注意以下幾個方面。

一、項目式教學

傳統教學模式以理論一節(jié)課，實踐一節(jié)課為主，容易造成學生理論實際脫鉤，理論能聽懂，實踐難動手的局面。所以，該類課程最好采用基于工作過程為導向的浸入式教學法[1]，首先在課程初始用一個簡單的案例，將電路設計的全過程給學生講解一遍，便于從整體上對整個過程有一定的了解。然后基于對外面公司調研的結果，將課程模擬為項目的設計開發(fā)過程，將所學理論與動手操作部分有機融合，在動手時加深對理論的理解，通過對理論的理解又進一步強化對實操的指導。做到你中有我，我中有你。最后做一個綜合型的實例，培養(yǎng)學生綜合的分析思考能力和動手能力。

二、抓住主干，先骨后肉

對于軟件類學習，學生有一個通病，就是將軟件的每一個功能依次學習。這樣容易分不清主次，在一段時間后，對知識點混淆，甚至最后不知道如何真正設計一個電路。所以在教學時，我們需注意脈絡清晰，先骨后肉。例如印制電路板設計的幾個步驟：原理圖的設計，導入PCB，pcb尺寸形狀規(guī)劃，布局，布線，EDC檢查等步驟，每次按這個步驟完整設計一次，強化學生對整體設計的把握。

三、電路板設計中應該注意的問題

印刷電路圖的設計需要掌握一定的設計規(guī)則，既有經驗又要靈活，所以學生容易存在比較多的問題，老師一定要將電路板設計的經驗及時提點學生。通過反復實踐，多次優(yōu)化，得到最佳的設計成果。

1元器件布局

元器件布局，是指印制電路板上的電子元件及各附屬配件的位置及排列。布局是印制電路板設計的重要環(huán)節(jié)，直接決定后期的布線以及電磁干擾問題。首先，布局必須依據該電路板要求的尺寸及形狀，要做到擺放既符合電路板設計規(guī)則，又美觀整齊，疏密有致。

在布局時，可以以原理圖為基礎，低頻電路和高頻電路分開布局，模擬電路和數字電路分開布局。模擬電源部分及芯片電源引腳需要加退耦電容。退耦電容位于電路正負極之間，可防止電路電流大小變化時，在供電電路中所形成的電流波動對電路的正常工作產生影響，消除電路之間的寄生耦合。

核心器件置于較中間的位置，周圍器件的擺放要注意器件的尺寸、重量、電氣上及散熱效果等。經常插拔的接口及需要旋轉撥動的器件需留夠足夠的位置，也可考慮放在較為靠外的位置。會大量散熱的大功率器件，要注意周圍是否留夠位置，是否遠離了容易被干擾的器件，是否添加了散熱或冷卻裝置等。對于一些需要在檢測中測試電流的線路應提前留好缺口。一些特殊器件的擺放位置要符合自身的規(guī)律，例如晶振內部存在石英晶體，受到外力時易造成石英晶體斷裂破損，因此位置不能靠近邊緣，要盡量靠近微控制單元MCU。耦合電容要盡量靠近晶振電源管腳。晶振周圍盡可能沒有其他元件，以避免影響時鐘信號。元器件盡量安排在同一面上，電氣連接相鄰的同類元器件盡可能放在一起，且同向整齊排列。元器件上的標識等都應放在明顯的位置，不能放在焊盤、通孔上，以免焊接后無法看到標號。印刷電路板的四周應留出一定空間，并可打上安裝孔等。以上幾點學生都極易犯錯，需要多加提點。

2電路板布線

在合理布局之后，電路板的布線也要遵循一定的規(guī)律，以減少不必要的電磁干擾[2]。布線分為兩種：自動布線和手動布線。自動布線是軟件根據設定好的規(guī)則，按照一定的算法自動連接所有器件。在實際操作中，運用該方法往往造成布線不合理，線程過長，未考慮一些電磁兼容的原則等，因此我們課程推薦學生采用手動布線，這也是工作后常采用的模式。布線要注意以下問題：

（1）導線寬度

在印制電路板中，走線的寬度越大，所允許通過的電流就越大。

印制電路板中線寬W的公式如下：

W：線寬，單位密耳（mil）

K：修正系數，覆銅線在外層，K為0.048;

T：最大溫升，單位是攝氏度℃;

A：覆銅截面積，單位為平方密耳（mil2）

I：走線允許通過的最大電流，單位為安培（A）。

D：印制電路板厚度，常見為0.035mm，即1.378mil

例如，當最大溫升為20℃，需要通過走線的電流為2安， 根據公式（2）

即當板厚為0.035mm時，通過2安的電流需要設計線寬為0.69mm以上。

（2）在轉角處，走線應該盡量避免形成銳角或直角。銳角或直角會使傳輸線的線寬發(fā)生變化，造成阻抗的不連續(xù)，信號發(fā)生反射，同時在PCB制作時，容易造成該處過刻蝕，造成線路續(xù)斷路。所以在走線時，銳角最差，其次依次是直角、鈍角、圓角，而走直線最好。

（3）避免長距離平行布線

在印制電路板設計中，數字信號與模擬信號、大電流信號與小電流信號、高速信號與低速信號等應間隔一定距離，以免相互產生干擾。印制電路板的布線應盡量不要長距離平行布線，兩根走線如果距離太近，容易因寄生電容而會產生信號波形的延遲，在傳輸線的終端形成反射噪聲。布線應盡可能的短，過長的布線會引起信號反射。研究表明，平行布線長度超過100mm時，容易發(fā)生串擾。所以在可以的情況下，應盡量增大平行線與線之間的距離，同時也要減小線長。設計雙面板時，頂層與底層的布線盡可能相互垂直，避免平行走線，減小寄生耦合。

（4）特殊布線規(guī)則：情況一，晶振。在電路系統中，晶振的高速時鐘信號線優(yōu)先級最高，一般在布線時，需要優(yōu)先考慮系統的主時鐘信號線。時鐘線是敏感信號，頻率越高，要求走線盡量的短，保證信號的失真度最小。晶振位置相對的其它層最好不要布線，防止晶振干擾其他布線和層的性能。情況二 數字地和模擬地。現在的PCB板大多是數?；旌?，首先在前期布局的時候就需要將電路板模擬部分和數字部分彼此分開，模數轉換電路跨區(qū)放置。在模擬部分和數字部分下面敷地，不進行分割。

（5）需要學生建立起概念，實際的物品不一定是采用默認的封裝，對于自帶庫里找不到的封裝，一定要買回實物后，用游標卡尺量出器件具體的尺寸，特別是引腳與引腳直接的距離，防止安裝不上器件的情況。

四、教學方法與考核

項目化教學中[3]，需要由教師將所學知識要點融合到一個完整項目中，然后將學生分成若干學習小組，小組成員彼此合作，分工協作完成器件參數手冊的查詢，原理圖、原理圖庫、PCB板、PCB庫的設計等工作。在完成項目后，小組代表對小組的設計思路進行闡述，小組之間彼此檢查，學習他人經驗，找出他人不足，共同進步。在此過程中可以培養(yǎng)團隊協作能力、提取信息以及表達能力等。最終的考核，主要體現在對過程和對項目完成情況的考核上，教師需要密切關注學生實踐的每個環(huán)節(jié)，進行細化打分，小組內部根據學生的參與度與完成度，有區(qū)別地打分，以提高學生的學習積極性。

五、結束語

本文從教學形式、教學方法、教學考核、重難點環(huán)節(jié)等，對EDA類課程教學中需要注意的問題進行了分析。根據以上經驗，我們在教學中不斷實踐，取得了一定的效果，但存在每個學生在小組中的積極性有差異等具體問題，在未來，還需要進一步探索與優(yōu)化。

參考文獻：

[1]姜大源.工作過程系統化：中國特色的現代職業(yè)教育課程開發(fā)[J]. 順德職業(yè)技術學院學報，2014，12（3）：1-12.

[2]馮波.印制電路板的設計及電磁兼容問題[J].電子制作，2020，2-3月：90-91.

[3]孫寶霞.項目式教學改革探索——基于“電子線路 CAD”課程[J].科技文匯，2019，12（中）：89-90.

作者簡介：倪明環(huán) 碩士 講師 四川文化產業(yè)職業(yè)學院大數據與互聯網學院