电路板设计十篇

电路板设计篇1

1 关于布局

RF电路布局的原则是RF信号尽量短，且输入远离输出，RF线路最好呈一字排布，其次可以L型排布，也可呈大于90度的钝角（如135度角）排布，还有U型布局，主要取决空间和走线需要，U型布局是条件实在受限时使用，并控制两条平行线间距离至少要2mm。滤波器等高敏感器件需要加金属屏蔽罩，微带线进出屏蔽罩的地方要开槽。RF区域和其他区域（如稳压块区域，数控区域）要分开布局；高功率放大器、低噪音放大器、频率综合器等都需要分开布局，且要用挡墙将它们隔离开来。

2 关于阻抗

与阻抗相关的因素有线宽，介质板厚度，介质板介电常数，铜皮厚度等。射频中经常是用50欧姆作为阻抗匹配的标准，射频介质板选材通常用罗杰斯系列板材，如罗杰斯4350材质的板材，假设我们选择0.254mm厚度的，那么根据仿真，线宽0.55mm，铜皮厚度选择0.5OZ，此时可以控制阻抗为50欧姆。对于其他型号，其他厚度的板材可根据其介电常数及厚度进行仿真，推荐大家使用Polar SI8000阻抗计算工具进行计算，简单便捷。

3 关于层叠结构

RF板顶层一般摆放器件和走微带线，第二层要大面积铺地网络铜皮，底层也要是完整地平面铺铜直接接触腔体平面，中间层走信号线，如果线路复杂，中间需要多层信号线层，那么相邻的信号线层间应添加地平面，且两个信号线层应该垂直走线，即一层线路以横向为主，另外一层以纵向为主，射频电路板由于不能使用非地网络通孔，所以除了地孔外其他网络要使用盲孔设计，如果八层板，为了有效利用叠层，第七层最好为信号线层，这样就会出现大量1到7盲孔，在实际加工中，这样的盲孔设计会造成电路板严重翘曲，解决的办法是使用背钻，即将盲孔按照通孔制作，然后从底部向上控深掏掉此金属化孔的孔铜至第七八层之间，不要掏到第七层，为了性能更加稳定，排除不确定性，可将掏空部分用树脂填塞

4 关于电路板设计中注意事项

1）双工器、混频器和中频放大器总是有多个RF、IF信号相互干扰，因此必须将干扰减到最小。RF与IF走线应尽可能走十字交叉，并尽可能在它们之间隔一块接地铜皮，并多打接地过孔。

2）射频板的微带线的2倍线宽范围内尽量少放置非地过孔，且过孔尺寸要尽量小，不仅可以减少路径电感，这样主接地平面的铺铜会尽量完整，并放置射频信号能量藉由过孔穿递出去，造成泄漏

3）射频板的微带线上要开窗处理，即不要绿油阻焊，实测显示，对射频电路性能有改善效果

4）射频信号的边缘要在平行于射频线1.5倍线宽的距离两边分别放置一排地孔，此距离不能过近，仿真显示铺地若离微带线过近，一部分RF能量就会耦合到地上，会造成一定的损耗，地孔要小而密，直径一般0.2mm到0.3mm，距离一般为0.6mm到1mm，此铺地孔可以抑制微带线间的串扰，实际布线中，由于有些电路板内层中有信号线，且线路错综复杂，经常会有很多地方不能放置隔离孔，那么解决的办法是，将会碰到信号线的接地地孔改为1到2盲孔形式，这样就大大的保留了地孔的完整性，串扰得到有效抑制

5 关于包边

电路板的包边处理，射频电路板的四周地网络金属化包边处理可以减少射频信号的损耗，由于电路板在实际的制作过程中是拼板制作，而对板边的金属化制作要求需要包金属边处的外形在过孔沉铜前就切开，而此时电路板还没有制作结束，所以板与板之间必须要通过一些连接带连在一起，因此不能全部切开，一般我们会将这些连接带放置于远离RF区域，且尽量的短，一般板厂会要求每边要有两处连接带，且不短于5mm，一般RF输入输出之处的微带线都是要顶到板边的，在此位置我们都会要求板厂包边完整，由于包边是和大地同网络，这样就会和微带线短路，那么就要求我们的电路板在回到我公司工艺装配部门后，要用手术刀对其轻轻刮开一道口，与地网络分开，我们之所以这样做是为了包边尽量的完整，连接带远离RF区

6 关于射频电路电源的处理

众所周知，电路的电源需要去耦电容对电源进行滤波，去除干扰，RF芯片对电源更加敏感，需要用去耦电容和隔离电感滤电源部分的噪声干扰，射频电路的电源应该在引入电路板后立刻进行滤波，经稳压块分配给电路中各个部分，为了减少电流损耗及产生压降，电源最好经由内层由盲孔传递给需要的器件，RF电路的电源一般不需要分割平面，整块的电源平面会与RF信号互相干扰，因此只需满足电流要求在内层通过线的形式供电，但为了避免压降，电源线要尽量不要绕来绕去，要尽量短，并且不能和微带线重叠走线，还要避免环路，另外芯片周围的去耦电源引入电源及接地焊盘上的过孔放置要距离电容焊盘尽量近，并且电容的接地焊盘需要大面积铺设铜皮，此处应该注意过孔应该根据电流大小选择孔径及数量。

电路板设计篇2

关键词: protel dxp; 印制电路板;设计;制版

电路设计的最终目的是生产制作 电子 产品,各种电子产品的使用功能与物理结构都是通过印制电路板来实现的。印制电路板(pcb)是电子设备中的重要部件之一,其设计和制造是影响电子设备的质量、成本的基本因素之一。因此,印制电路板(pcb)设计质量直接影响着电子产品的性能。2002年7月底由altium公司的protel dxp电路设计软件,由于其良好的操作性等优点已成为电路设计者的新宠[1]。本文以protel dxp为设计平台对pcb板主要设计步骤及其内容进行了分析,以提高电路板备板的制作效率及可靠性。

一.原理图设计

原理图设计是整个protel工程的开始,是pcb文档设计乃至最后制版的基础。一般设计程序是:首先根据实际电路的复杂程度确定图纸的大小,即建立工作平面;然后从元器件库中取出所需元件放到工作面上,并给它们编号、对其封装进行定义和设定;最后利用protel dxp提供的工具指令进行布线,将工作平面上的元器件用具有电气意义的导线、符号连接起来,对整个电路进行信号完整性分析,确保整个电路无误。

1. 电路板规划

电路板规划的主要目的是确定其工作层结构,包括信号层、内部电源/接地层、机械层等。通过执行菜单命令design\board layers,在打开的对话框中可以控制各层的显示与否,以及层的颜色等属性设置。如果不是利用pcb向导来创建一个电路板文件的话,就要自己定义pcb的形状和尺寸。绘制时需单击工作窗口底部的层标签,再由place\keepout 命令来单独定义。该操作步骤实际上就是在keep out layer(禁止布线层)上用走线绘制出一个封闭的多边形,而所绘多边形的大小一般都可以看作是实际印制电路板的大小。

2. 元器件的选择

对元器件的选择要严格遵循设计要求。在protel dxp软件中,常用的分立元件和接插件都在软件分目录library 下miscellaneous device. intlib和miscellaneous connectors. intlib 两个集成元件库中。其它的元件主要按元器件生产厂商进行分类,提供了型号丰富的集成库。但是有时候出于个人设计的需要,设计者无法在库文件中找到完全匹配的元器件,此时就只有通过制作工具绘制所需元器件。需要注意的是,绘制元件时一般元件均放置在第四象限,象限交点即为元件基准点。

3.元器件的布局

protel dxp 提供了强大的自动布局功能,在预放置元件锁定的情况下,可用自动布局放置其他元件。执行命令tools\auto placement\auto placer,在auto place 对话框中选择自动布局器。protel dxp提供两种自动布局工具:cluster placer 自动布局器使用元件簇算法,将元件依据连接分为簇,考虑元件的几何形状,用几何学方法布放簇,这种算法适用于少于100 个元件的情况;global placer 自动元件布局器使用基于人工智能的模拟退火算法,分析整个设计图形,考虑线长、连线密度等,采用统 计算 法,适用于更多元件数量的板图。自动布局较方便,但产生的板并不是最佳方案,仍需要手工调整。

3.元器件的连线

连线很讲究原则和技巧,走线应尽量美观、简洁。一些设计人员在初期使用protel dxp进行设计时,只在表象上将元件连起,而出现“虚点”。导致在生成 网络 报表时出错。好的设计习惯是打开电气网络,使连线可以轻松连接到一个不在捕获网络上的实体;打开在线drc,监控布线过程,违反规则的设计被立即显示出来。完成预布线后,为了在自动布线时保持不变,需要对预布线锁定。打开菜单edit\find similar objects,选择要锁定的对象。自动布线与交互式布线相结合可以很好地提高布线成功率和效率。自动布线的结果为手工调整提供 参考 。

二.电路仿真分析

所谓仿真是指在 计算 机上通过软件来模拟具体电路的实际工作过程,并计算出在给定条件下电路中各关键点的输出波形。电路的仿真是否成功取决于电路原理图、元器件模型的仿真属性、电路的网表结构以及仿真设置等因素。仿真时首先通过analyses setup对话框设置仿真方式并制定要显示的数据。该软件提供了解种分析仿真方式,包括直流工作点、直流扫描、交流小信号、瞬态过程、噪声、传输函数、参数扫描等。设置好仿真环境后单击ok按钮,系统自动进行电路仿真并显示分析结果。通过对仿真结果的分析,设计者可以对电路进行合理的调整,直到完全满意。最后将设计好的原理图通过打印输出,以供制版使用。

三.制版工艺流程

1.双面制板工艺流程(简述)

电路设计覆箔板下料表面处理打印电路图热转印补缺 腐刻(浸泡在1:4fecl3溶液中腐刻)去膜涂助焊、防氧化剂 钻孔焊接元件检查调试 检验包装成品。

2.双面制板工艺流程(简述)

双面覆铜板下料裁板数控钻导通孔检验、去毛刺刷洗化学镀(导通孔金属化) (全板电镀薄铜) 检验刷洗网印负性电路图形、固化(干膜或湿膜、曝光、显影) 检验、修板线路图形电镀电镀锡(抗蚀镍/金) 去印料(感光膜) 蚀刻铜(退锡) 清洁刷洗网印阻焊图形常用热固化绿油(贴感光干膜或湿膜、曝光、显影、热固化,常用感光热固化绿油) 清洗、干燥网印标记字符图形、固化(喷锡或有机保焊膜) 外形加工清洗、干燥电气通断检测检验包装成品。其详细说明这里不再赘述。

3.需要注意的问题

在初次表面处理时,需要用p240-320之间的水沙纸打磨覆铜表面,去除表面的氧化层。并且用5%fecl3溶液浸泡1分钟,以增强印墨的粘敷力。腐刻溶液的温度最好在25℃左右。助防氧化剂是把松香按照:10的体积比,放入95%的酒精中浸泡24h以上形成的。钻孔时,按所装元件脚的直径φ+0.2mm,选择最接近标称值的钻头。

四.结束语

在集成电路不断 发展 的时代,计算机辅助技术(cad)突飞猛进。熟练掌握protel dxp软件,将极大提高 电子 线路的设计质量和效率。但要设计和制作出一块优良的pbc板,还需要不断的学习和实践。因此,广大电子工程设计人员要在不断的实践中去体会,通过 总结 经验努力提高设计和制作水平。

参考 文献 :

[1] 王廷才,王崇文. 电子线路计算机辅助设计protel 2004[m]. 北京: 高等 教育 出版社,2006.

电路板设计篇3

【关键词】PCB；电磁兼容性；抑制对策

在信息化技术不断发展的今天，电子产品的功能、种类、构造等都越发复杂，促使PCB设计逐渐多层次化和高密度化，PCB设计里的电磁兼容性问题也备受重视与关注。电磁兼容性（EMC）设计不仅能确保PCB板上所有电路均正常、稳定工作，不相互干扰，还能有效降低PCB对外的辐射发射以及传导发射，确保PCB电路不受外部辐射与传导干扰。故研究基于PCB设计的电磁兼容性十分重要。

1、PCB干扰种类

PCB干扰主要有三种，一是布局类干扰，通常是PCB板上元件放置位置不合适产生的干扰；二是板层类干扰，通常是由于不科学设置造成的噪声干扰；三是走线类干扰，通常是PCB信号线、电源线以及地线的线距离或是线宽度设置不合理或是PCB布线方法不当等造成的干扰。就PCB干扰类型来说，可分别采取布局规则、分层对策、走线规则抑制措施，削弱甚至是消除PCB设计受干扰的影响，确保符合电磁兼容性设计标准。

2、PCB干扰种类的对应抑制对策

2.1布局类干扰的抑制对策

要抑制布局类干扰必须确保PCB布局合理，PCB布局应遵循以下六点：一是根据信号流通位置合理设置每个功能模块的电路位置，尽量确保方向一致；二是布局中心锁定为模块电路的核心元件，尽可能缩减各个元器件间尤其是高频器件之间的引线；三是集成热敏元件、芯片等的时候必须远离发热元件；四是结合PCB板上元器件的位置确定连接器位置，尽量将连接器放置在PCB板一侧，防止电缆从两侧引出，降低共模电流辐射；五是I/O驱动器要和连接器紧紧靠在一起，防止板上I/O信号长距离走线；六是如若是敏感元器件则不能靠太近，输出和输入元件要远离。

2.2板层类干扰的抑制对策

首先，应掌握电路板设计信息，综合考虑信号线密集程度、电源和地种类等因素，以此确定保障电路功能需要的电源和布线层数。分层对策的好坏对接地层或是电源层的瞬态电压以及电源与信号的电磁场屏蔽有重要影响。根据实践经验给出总分层对策，接地层和电源层应相邻且两者间距尽量小，信号层要紧挨接地层或是电源层使用一层或多层。在设计单双层板的时候要重点设计电源线与信号线。为缩减电源电流的回路面积，地线和电源线间要紧邻且保持平行。就单层板来说，应在重要信号线两边设置保卫地线，一来缩减信号回路面积，二来避免信号线和与信号线间出现串扰。就双层板来说，也可以设置保卫地线，或是在重要信号线的投影平面上进行大面积铺地。单双层板的制造和装配调试虽然简单方便，但若是如 数字电路以及数模混合电路等较复杂的PCB是不适合使用的。因为缺乏参考平面，辐射会随着环路面积的增加而增强，平行走线也很难避免。

如若成本足够，建议采用多层板。在设计多层板时要遵循三点：一是如总线、时钟线等辐射强或是敏感度高的重要信号线，布线最好在两地层间或是和地层紧邻的信号层，布线接近地平面便于缩减信号回路面积，减小辐射强度，强化抗干扰能力。二是确保边缘辐射得到有效控制，与相邻地平面相比电源平面需要向内缩减5到20H（H为介质厚度）；三是如果底层和顶层有高频信号线，需要把高频信号线走在顶层和地层之间，抑制高频信号线对空间的辐射。

2.3走线类干扰的抑制措施

PCB走线需要遵循六点原则：一是输出端和输入端导线要尽可能防止相邻长距离平行，可通过在走线间插地线或是增加线条间距的方式降低平行串扰；二是不能突然改变走线宽度，如若要拐角，拐弯的地方通常走圆弧或是135°；三是载流回路对外辐射随着环路面积、通过电流以及信号频率的增加（减少）而增加（减少），故应缩减电流流通时的导线环路面积；四是缩短导线长度增加其宽度，便于降低导线阻抗；五是为保同层相邻线路间的噪声耦合以及串扰达到最小，需在线间做隔离处理，确保布线分离；六是设置分流隔离关键信号，设置保护路线保护关键信号。此外，信号线、电源线和地线走线的时候，不仅要遵循走线准则，还要结合自身特点和功能实施布线。

（1）公共地线尽可能在PCB板边缘布置，最好呈网状或是环状；接地线要尽可能粗，地线要多使用铜箔，强化屏蔽效果；模拟地要和数字地分离，模拟地理的低频地要多使用单点开联，具体布线有问题时可以考虑部分串联然后再并联，高频地最好使用多点串联。（2）尽可能增加电源线宽度，削弱环路电阻，确保地线和电源线走向同数据传递走向保持一致。如若是多层PCB，要缩减电源线到地层或是电源层的长度。尽量让电源给各个功能单元单独供电，由公共电源供电的电路尽量做到彼此接近和互相兼容。（3）信号线尽可能短，确保削弱干扰信号耦合路径。应先布置时钟信号线和敏感信号线，接着布置高速信号线，最后再布置非重要信号线。如若信号线之间不相容，就应做隔离处理，防止形成耦合干扰。关键信号线走线时不能跨越分隔区，即便是焊盘和过孔造成的参考平面间隙也不行，不然会增加信号回路面积。同时，为抑制边缘辐射，关键信号线距离参考平面边沿的距离不能小于3H（H表示关键信号线距离参考平面的高度）。敏感及强辐射信号线应距离接口外出信号线较远，防止信号线之间形成耦合干扰，减少系统误操作以及向外辐射。差分信号线长度要一样，处于同一层，并行走线，确保阻抗一样，线之间不存在其他走线，保证共模阻抗一样，强化其抗干扰性能。

3、结语

综上所述，结合电磁兼容预测分析得出的结论，对于不同种类的干扰应采取相应的技术措施进行抑制，才能有效提升PCB的设计质量和水平。刚开始设计产品的时候就使用仿真软件对PCB实施电磁兼容预测分析，基本上能分析出PCB设计的电磁兼容性能，便于后续PCB设计的科学分层、适当布局以及合理走线。总之，基于PCB的电磁兼容性设计是一项技术性和实践性都很强的工作，在具体设计时必须综合考虑性能指标要求、功能模块分布等多方面因素，同时做好预测分析和相应抑制对策，这样才能有效保障设计质量。

参考文献

电路板设计篇4

随着IC输出开关速度的提高，不管信号周期如何，几乎所有设计都遇到了信号完整性问题。即使过去你没有遇到SI问题，但是随着电路工作频率的提高，今后一定会遇到信号完整性问题。

信号完整性问题主要指信号的过冲和阻尼振荡现象，它们主要是IC驱动幅度和跳变时间的函数。也就是说，即使布线拓扑结构没有变化，只要芯片速度变得足够快，现有设计也将处于临界状态或者停止工作。我们用两个实例来说明信号完整性设计是不可避免的。

在通信领域，前沿的电信公司正为语音和数据交换生产高速电路板(高于500MHz)，此时成本并不特别重要，因而可以尽量采用多层板。这样的电路板可以实现充分接地并容易构成电源回路，也可以根据需要采用大量离散的端接器件，但是设计必须正确，不能处于临界状态。

SI和EMC专家在布线之前要进行仿真和计算，然后，电路板设计就可以遵循一系列非常严格的设计规则，在有疑问的地方，可以增加端接器件，从而获得尽可能多的SI安全裕量。电路板实际工作过程中，总会出现一些问题，为此，通过采用可控阻抗端接线，可以避免出现SI问题。简而言之，超标准设计可以解决SI问题。

下面介绍设计过程通用的SI设计准则。

2设计前的准备工作

在设计开始之前，必须先行思考并确定设计策略，这样才能指导诸如元器件的选择、工艺选择和电路板生产成本控制等工作。就SI而言，要预先进行调研以形成规划或者设计准则，从而确保设计结果不出现明显的SI问题、串扰或者时序问题。有些设计准则可以由IC制造商提供，然而，芯片供货商提供的准则(或者你自己设计的准则)存在一定的局限性，按照这样的准则可能根本设计不了满足SI要求的电路板。如果设计规则很容易，也就不需要设计工程师了。

在实际布线之前，首先要解决下列问题，在多数情况下，这些问题会影响你正在设计(或者正在考虑设计)的电路板，如果电路板的数量很大，这项工作就是有价值的。

3电路板的层叠

某些项目组对PCB层数的确定有很大的自，而另外一些项目组却没有这种自，因此，了解你所处的位置很重要。与制造和成本分析工程师交流可以确定电路板的层叠误差，这时还是发现电路板制造公差的良机。比如，如果你指定某一层是50Ω阻抗控制，制造商怎样测量并确保这个数值呢？

其它的重要问题包括︰预期的制造公差是多少？在电路板上预期的绝缘常数是多少？线宽和间距的允许误差是多少？接地层和信号层的厚度和间距的允许误差是多少？所有这些信息可以在预布线阶段使用。

根据上述数据，你就可以选择层叠了。注意，几乎每一个插入其它电路板或者背板的PCB都有厚度要求，而且多数电路板制造商对其可制造的不同类型的层有固定的厚度要求，这将会极大地约束最终层叠的数目。你可能很想与制造商紧密合作来定义层叠的数目。应该采用阻抗控制工具为不同层生成目标阻抗范围，务必要考虑到制造商提供的制造允许误差和邻近布线的影响。

在信号完整的理想情况下，所有高速节点应该布线在阻抗控制内层(例如带状线)，但是实际上，工程师必须经常使用外层进行所有或者部分高速节点的布线。要使SI最佳并保持电路板去耦，就应该尽可能将接地层/电源层成对布放。如果只能有一对接地层/电源层，你就只有将就了。如果根本就没有电源层，根据定义你可能会遇到SI问题。你还可能遇到这样的情况，即在未定义信号的返回通路之前很难仿真或者仿真电路板的性能。

4串扰和阻抗控制

来自邻近信号线的耦合将导致串扰并改变信号线的阻抗。相邻平行信号线的耦合分析可能决定信号线之间或者各类信号线之间的“安全”或预期间距(或者平行布线长度)。比如，欲将时钟到数据信号节点的串扰限制在100mV以内，却要信号走线保持平行，你就可以通过计算或仿真，找到在任何给定布线层上信号之间的最小允许间距。同时，如果设计中包含阻抗重要的节点(或者是时钟或者专用高速内存架构)，你就必须将布线放置在一层(或若干层)上以得到想要的阻抗。

5重要的高速节点

延迟和时滞是时钟布线必须考虑的关键因素。因为时序要求严格，这种节点通常必须采用端接器件才能达到最佳SI质量。要预先确定这些节点，同时将调节元器件放置和布线所需要的时间加以计划，以便调整信号完整性设计的指针。

6技术选择

不同的驱动技术适于不同的任务。信号是点对点的还是一点对多抽头的？信号是从电路板输出还是留在相同的电路板上？允许的时滞和噪声裕量是多少？作为信号完整性设计的通用准则，转换速度越慢，信号完整性越好。50MHZ时钟采用500PS上升时间是没有理由的。一个2-3NS的摆率控制器件速度要足够快，才能保证SI的品质，并有助于解决象输出同步交换(SSO)和电磁兼容(EMC)等问题。

在新型FPGA可编程技术或者用户定义ASIC中，可以找到驱动技术的优越性。采用这些定制(或者半定制)器件，你就有很大的余地选定驱动幅度和速度。设计初期，要满足FPGA(或ASIC)设计时间的要求并确定恰当的输出选择，如果可能的话，还要包括引脚选择。

在这个设计阶段，要从IC供货商那里获得合适的仿真模型。为了有效的覆盖SI仿真，你将需要一个SI仿真程序和相应的仿真模型(可能是IBIS模型)。

最后，在预布线和布线阶段你应该建立一系列设计指南，它们包括：目标层阻抗、布线间距、倾向采用的器件工艺、重要节点拓扑和端接规划。

7预布线阶段

预布线SI规划的基本过程是首先定义输入参数范围(驱动幅度、阻抗、跟踪速度)和可能的拓扑范围(最小/最大长度、短线长度等)，然后运行每一个可能的仿真组合，分析时序和SI仿真结果，最后找到可以接受的数值范围。

接着，将工作范围解释为PCB布线的布线约束条件。可以采用不同软件工具执行这种类型的“清扫”准备工作，布线程序能够自动处理这类布线约束条件。对多数用户而言，时序信息实际上比SI结果更为重要，互连仿真的结果可以改变布线，从而调整信号通路的时序。

在其它应用中，这个过程可以用来确定与系统时序指针不兼容的引脚或者器件的布局。此时，有可能完全确定需要手工布线的节点或者不需要端接的节点。对于可编程器件和ASIC来说，此时还可以调整输出驱动的选择，以便改进SI设计或避免采用离散端接器件。

8布线后SI仿真

一般来说，SI设计指导规则很难保证实际布线完成之后不出现SI或时序问题。即使设计是在指南的引导下进行，除非你能够持续自动检查设计，否则，根本无法保证设计完全遵守准则，因而难免出现问题。布线后SI仿真检查将允许有计划地打破(或者改变)设计规则，但是这只是出于成本考虑或者严格的布线要求下所做的必要工作。

9后制造阶段

采取上述措施可以确保电路板的SI设计品质，在电路板装配完成之后，仍然有必要将电路板放在测试平台上，利用示波器或者TDR(时域反射计)测量，将真实电路板和仿真预期结果进行比较。这些测量数据可以帮助你改进模型和制造参数，以便你在下一次预设计调研工作中做出更佳的(更少的约束条件)决策。

电路板设计篇5

【关键词】电路板；功能测试；PXI总线；虚拟仪器；VISA库；数据采集；交换机；调度机

1.引言

随着电子技术的飞速发展，产品的开发周期不断加快，因此对自动测量测试系统的要求也随之不断提高。测试平台必须能够进行快速修改和扩展，以测试新的功能，适应快速的产品开发流程。

FAST电路板功能测试系统（Circuit Boards Functional At Speed Tester，简称FAST）设备主要为交换机、调度机、应急通信系统的电路板提供板级功能测试，可以共用相同的测试平成ALU（Analog Line Unit，模拟用户单元）、DTMF（Dual-tone Multi-frequency，双音多频）、DTU（Digital Trunk Unit，数字中继单元）等多达60余种不同的电路板的功能测试；支持自动和手动测试模式，提供自测、故障定位和校准功能，具有强大的综合测试能力。

FAST电路板测试系统基于PXI（PCI eXtensions for Instrumentation，面向仪器系统的PCI扩展）总线技术的设计使其具有开放的系统架构，易于系统集成和扩展，可以很好地满足不断更新的测试需求。

对于各种电路板的功能测试所需要的各项参数或功能如电压、电流、传输噪声、传输衰减、频率响应等，都是通过虚拟仪器的技术设计实现，不再需要单独配备相应的传统测试仪器，这样大幅度降低了系统的成本而不减少测试功能。

2.系统概述

FAST电路板功能测试系统的组成包括主控计算机硬件、测试仪器硬件、操作系统、VISA（Virtual Instrument Software Architecture，虚拟仪器软件体系）库、仪器驱动器和应用软件开发平台，以及测试应用程序，组成一套完整的从底层到顶层的纵向结构[1]。系统组成的结构如图1所示。

2.1 PXI总线

PXI总线是美国国家仪器公司NI与其他厂商合作推出的专为测试任务而优化的Compact PCI总线，其核心就是一个高性能的数据传输总线，此外还结合了PCI的电气总线特性与Compact PCI的坚固性、模块化及欧式卡机械封装的特性。数据传输速率133MB/s以上，远远高于GPIB（General Purpose Interface Bus，通用接口总线）和VXI（VME bus eXtensions for Instrumentation）总线。PXI已成为成长最快的标准化技术，PXI具有开放性、模块化、高性能、低成本等特点，越来越多的项目转向PXI解决方案。

2.2 虚拟仪器

虚拟仪器（Virtual Instrument，VI）是基于计算机的仪器，利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量。不管是传统的还是虚拟的仪器，它们的功能都是相同的：采集数据，对采集来的数据进行分析处理，然后显示处理的结果。它们之间的不同主要体现在灵活性方面。虚拟仪器由用户自己定义，这意味着可以自由地组合计算机平台、硬件、软件、以及各种完成应用系统所需要的附件。而这种灵活性在由供应商定义、功能固定、独立的传统仪器上是达不到的。

例如对于常用的传输噪声电平的测试可以通过虚拟仪器完成，其流程如下：被测试电路板的信号经过信号调理单元被数据采集模块连续采样，然后对采样到的信号进行数字滤波，抑制带外信号，然后通过波形测量VI中的FFT Power Spectrum Density函数计算信号的功率谱密度，在这个函数中对输入的噪声信号采取平均处理的方法，进一步消除信号中的周期噪声。最后对功率谱密度函数的输出进行积分得到信号的平均功率。把平均功率进行单位换算得到噪声的功率电平。

3.系统硬件

FAST电路板功能测试系统采用基于PXI总线技术的NI65xxHSDIO模式发生器和PXI 62xx多功能数据采集卡作为测试平台的核心仪器，与主控制计算机、12种专用测试硬件单元共同组成FAST的系统硬件，系统硬件框图如图2所示。

3.1 主控制计算机

主控制计算机的控制方式有GPIO（General Purpose Input Output，通用输入输出）方式、PCI-MXI-PXI（Multisystem eXtension Interface，多系统扩展接口）方式、GPIB三种方式。

3.2 专用测试硬件单元

FAST系统共包括背板单元、测量单元、接口单元、子板单元、TSIU单元、Term-U单元、PCE电路板、信号调理单元、夹具单元等共12种硬件电路板单元。

测量单元提供了功能、指标测试所需的各种接口和控制功能，并且提供了测量设备到音频总线的接口和控制，包括GPIO接口，铃流产生和控制，用户线和中继线测量接口，保持线圈，TIMS（Transmission Impairment Measurement Set，传输衰减测量设置）接口，成环控制，A/D电平转换，呼叫进程等功能。

接口单元的主要功能：DTMF成环铃流检测、串行接口转换、提供了控制分系统和远端分系统之间的命令总线和音频总线的内部连接。还包含内置测试继电器和器件，用于提供对控制、远端分系统中的音频总线进行完全的自动诊断。

信号调理单元，用于DAQ和TR线的接口。为数据采集卡PXI62xx和TERM、MEASURE单元提供接口，完成相关信号的数据采集。

PCE（PCM Exchange，PCM交换）单元，与HSDIO（High Speed Digital Input Output，高速数字输入输出）的接口，完成UUT（Unit Under Test，被测单元）测试信号的转接；PCM选定两个时隙的交换；HSDIO部分的驱动和缓冲。

子板单元包括：Measure Connect Sub-plane-MC SUB、Term Shelf Sub-plane-TS SUB、DAQ、HSDIO共四种电路板。子板是背板信号的扩展板，通过背板-子板接口与背板相连接。

TSIU（Term Shelf Interface Unit，项目机架接口单元）单元，用于接收通过子板从控制分系统GPIO上送来的控制信息，并上报相应的状态信息。

Term-U（Term Unit，项目单元）单元提供16路电话所需要的继电器开关电路，用于提供从远端分系统公共音频总线到外部被测试设备的连接。

夹具单元提供了和UUT之间的接口。

4.系统软件

测试软件是测试系统的运行核心，软件功能的完备性、易用性、软件结构的先进性、可扩展性以及软件系统运行的安全性、可靠性，是测试系统成功与否的重要标志。

4.1 测试程序框架

FAST的测试程序用LabWINDOWS/CVI和LABVIEW编写。为保证各个测试程序的一致性和兼容性，FAST的测试程序有一个相对统一的用户界面，测试过程的控制、文件输入输出、数据和信息显示、数据和状态记录等功能，通过统一的测试程序框架提供[1，2，3]。其测试程序框架按功能分包括：源代码文件结构、主界面及操作、软件平台通信、测试仪器通信、数据显示与记录、故障诊断等。

4.2 多线程和测试流程

由于在测试过程中随时接收操作者的命令，所以FAST整个软件采用多线程方式。测试线程在后台运行，主线程接收操作者的命令。每种板型的后台程序都是线程。线程在main中创建，是一个while（1）结构，在exe文件关闭后删除，所以任何时候，只有一个线程在运行。

在FAST项目中，涉及到对模块的操作，可以使用对I/O的操作来实现，涉及到对PXI总线的操作，则调用labVIEW生成的DLL（Dynamic Link Library，动态链接库）文件，最重要的是必须能控制测试结构，即安排好程序模块的组织。公共测试流程如图3所示：

从图3可以看出，测试程序包括以下接口：和DLL文件的接口。要求DLL函数必须返回测量值或给指针赋值，不管正确与否；和模块的接口，直接使用LabCVI提供的OUTP或其他系统功能函数；和文件的接口。得到待测板型的各种指标，从而进行比较。应用到的技术包括：project的建立、控件的使用、定时器的使用、EXE文件的生成、DLL文件的调用、对I/O的操作、对文件的操作。

5.结语

FAST作为一个专用的自动测试系统，用于对各种电路板板件进行功能测试，从而评定整个板件功能与指标是否合格。这一步骤是生产、开发环节中不可或缺的一项。

FAST电路板功能测试系统对60多种功能不同的电路板单元的功能测试可以共用相同的测试平台，易于扩展升级，实现了特定电路板功能测试的专用性和基于PXI总线技术和虚拟仪器技术的自动测试测量系统的先进性与通用性良好地融合，具有强大的快速综合测试能力，在实际应用中取得了良好的效果。

参考文献

[1]李行善，左毅，孙杰.自动测试系统集成技术[M].北京：电子工业出版社，2004.

[2]秦红磊.自动测试系统[M].北京：高等教育出版社，2007.

电路板设计篇6

【关键词】断路器板；设计

引言

断路器板是飞机上普遍使用的为用电设备供电、保护用电设备线路的组件。它是用电设备与供电系统的纽带。在集中式配电方式中，各个用电设备都是通过断路器板的正常工作而获得电能进行运转的。一旦断路器板出现故障会影响到飞机用电设备的正常工作，严重情况会导致灾难的后果。因此，如何合理的、安全的、美观的设计断路器板就是本文的主要研究内容。

1、断路器板在飞机上位置选择、安装与形状

断路器板的位置选择需要本着下面几个原则：

1.1易可达原则

易可达性指的是如果飞行员在飞行过程中需要对断路器板进行操作，那么断路器板所在的位置应该可以让飞行员的视线清晰的看到上面标牌的字母拼写，并且可以较轻易的触摸到断路器板上任何一个断路器。这样，当出现用电设备出现故障断路器跳起，对飞行有安全有影响时，飞行员可以及时查找到跳起的断路器进行复位，防止因设备失电引发飞机安全事故。

1.2易维修原则

为了尽可能的提高飞机的持续飞行能力，提高运营效率，就要求飞机有故障时，尽可能缩短维修时间，那么就要将飞机上的断路器板设计的易于拆卸，方便更换断路器板上断路器、汇流条等航线可更换设备。在断路器板的安装上最好可以采用快卸锁等易于拆卸的安装方式。

1.3断路器板的划分原则

由于集中式配电断路器数量很多，一般需要分几块板分别进行布置，设计时可以按飞机的通道和功能对断路器板进行划分。目前根据适航要求，喷气式客机设计为双通道飞机。通俗的说双通道飞机可以保证两个通道的设备同时工作，或者当影响飞机安全的一个通道用电设备失效时，另一个通道设备正常工作。按照这个思路，可以将断路器板划分为左、右通道两个断路器板；有些用电设备安全等级定义为重要，也就是说一旦该设备失效后果将是灾难级的，那么可以将这些设备单独列出，安放在顶部开关板上正、副驾驶员均能方便操作的位置上；有些设备是在地面时才使用的设备，因此可以将这些设备列出，单独布置到一块板上。总之，断路器板的划分原则就是要让飞行员和维修人员方便了解每块断路器板的设备情况，用较快的速度查找断路器。

1.4美观原则

根据不同飞机上用电设备的多少不同，断路器的使用数量也有所不同，那么对断路器板的布置也不同，一般断路器板最好采用对称的图形，比如长方形、正方形、菱形等。如果因为空间问题无法布置成规则图形，则只能按照所规定的空间进行规则布置。

2、断路器板上断路器的布局

在集中式配电方式中，断路器数量较多，断路器板的布局的合理性是飞行员可以迅速定位的关键。因此在断路器板确定安装位置后，要按照下面提及的几方面进行断路器板的布置。

2.1先直流后交流或先交流再直流

在断路器板上布置断路器首先要划分出直流设备断路器与交流设备断路器。然后按照从左到右，从上倒下的顺序分配断路器。先布置直流设备断路器，后布置交流设备断路器，或者先布置交流设备断路器后布置直流设备断路器。且不可交叉布置。因为交流设备断路器与直流设备断路器交叉布置不但会使断路器板杂乱无序，不方便查找，而且会使后续的汇流条选择困难增加、布线工作变得繁琐。

2.2按照设备功能分类以及准确定位断路器

按照功能分类是指在分好直流设备断路器和交流设备断路器后，要将功能相同、章节号相同的断路器布置在一起。然后我们在断路器板上进行准确定位设计。从左到右按照阿拉伯数字1、2、3、4……粘贴列标牌，从上到下按照英文字母A、B、C、D……粘贴行标牌。这样，有了横纵坐标就可以按照坐标进行准确定位断路器的位置。

2.3预留位置

在最初断路器板设计时，各个用电系统的状态在后续设计中会出现断路器的增加减少、位置变化等更改。因此在断路器板上必须要预留出比断路器的个数多出30%-40%的位置以便对断路器板上的断路器进行调整。

2.4不能将功能相同设备的断路器或同一设备的两个断路器安装较近

出于安全性考虑，一旦断路器板某部位失火，或者某区域汇流条失电，为了确保尽可能多的“重要”、“关键”的设备正常运行，必须把两个断路器分开安装，其目的是防止相同功能断路器同时着火或者同时失电，以达到最大限度的降低断电设备数量的目的，尽可能保证飞机的飞行安全。

3、断路器的选择

首先，根据被保护电路和设备的工作情况和在故障的模式下是否仍需要工作的情况，确定是否需要强迫接通功能。可以将断路器分为两类：第一类为trip free形式的断路器，该类断路器应使用于在故障情况下可以暂时不需接通，且不会影响飞行安全的用电设备上；第二类为非trip free形式的断路器，该类断路器应使用于在飞机上设备等级为重要，在故障情况下必须强迫接通的用电设备上。其次，根据设备需求，确定使用三相还是单相断路器。最后，根据被保护用电设备起动电流大小和启动时间，参考断路器的过载曲线即安-秒特性曲线确定断路器的额定值。

4、汇流条的选用

用电设备所获得电能都是由汇流条直接提供的。飞机上常用的汇流条是柔性汇流条和刚性汇流条。柔性汇流条主要用于断路器的连接，选用时应注意的相关参数包括：端子尺寸代号、导线线规、螺孔尺寸以及端子尺寸。在这里需要强调的是，所选择的汇流条螺孔尺寸与断路器型号必须匹配，尺寸过小无法安装在断路器上，尺寸过大，会因为接触不充分产生电弧，发生事故。刚性汇流条在选用时应注意的相关参数包括：规格与镀层代号、螺栓规格、螺孔数量、汇流条尺寸以及最大承受电流。由于刚性汇流条不能在外，因此还需要给其选用尺寸相应的接线板与接线盖板。

5、总结

以上简单介绍了民用飞机采用集中式配电设计方案时，断路器板的设计方法、所需要遵循的原则以及设计时需要注意的问题。文中已经将适航较为抽象的配电设计规定，融入在具体的设计方法与步骤当中，为今后的民用飞机断路器板的设计提供经验与思路。

参考文献

[1] CCAR-25-R4《运输类飞机适航标准》第25.1353条、第25.1355条、第25.1357条

电路板设计篇7

【文章编号】0450-9889（2017）05B-0049-02

印制电路板设计与制作课程是信息工程技术专业当中一门主要的科目，对于学生的技术能力培养和专业素质的提升具有重要的意义。因此，在教学中一定要对印制电路板设计与制作课程进行积极深入的研究，找到最为合理的教学对策，以提升学生积极性，达到强化教学质量的目的。本文对印制电路板设计与制作课程的改进对策进行分析，希望为课堂教学改革提供一些有益的建议。

一、当前印制电路板设计与制作教学中存在的问题

（一）教学内容不合理。在传统教学中，任课教师需要根据教材内容来进行课程安排，并制订相应的课程计划表，对教学内容进行详细安排，并在教学中逐步实施。这种教学方式使得教学内容受到限制，导致在教学中缺少工程应用意识，对软件的绘制和标准性的线路制作等方面均重视度不足。虽然学生能学会基础的 Protel DXP 2004 软件的基本操作知识，但事实上对原理图和电路板等方面的知识掌握得不是很好，或者在设计中出现不合理现象，导致设计的印制电路板无法在实际中应用。

（二）教学方法比较落后。在以往的教学方法中，主要以教材为主导按照教材顺序来进行授课。通常来说，教师会在课堂中利用计算机实验室进行部分课程的讲解，然后再让学生进行上机练习。但由于实训课程课时比较少，在课程安排上受到限制，因此在教学中，学生往往只能学会基础的绘制电路原理图、印刷电路板，无法实际制作印制电路板。这样的教学方式势必会给学生的实践能力造成不良影响，导致学生主动性也受到阻碍。

（三）考试方法不合理。在以往的考试中，几乎都是通过计算机方式进行开卷考试，所测评的内容也基本上都是教师在课堂中所讲述的内容，与学生的实践和理论知识的结合性考虑得比较少。没有与实践基础相联系，学生将在日后工作中难以应用自身所学知识。

二、印制电路板设计与制作课程教学改进策略

（一）以工作过程为导向进行教学。在日常教学中，教师应当认识到学生参与实践的重要性，并以工作过程为主要导向进行教学设计，从而对教学模式进行整体性的优化。同时，要将学生放在主体位置上，将学生看作独立的个体，通过理实一体化的方式和针对性的教学方式指导和帮助每一个学生，从而突出学生的个性化特点，促使他们在日常的学习中能更加积极主动，提升教学的有效性。比如在设计和制作贴片式收音机电路板的过程中，教师需要加强在原理图绘制、单面板设计方面的指导，让学生把握整个流程，从而更好地制作相应的作品。

（二）以职业技术为导向进行教学。信息技术工程类学生日后的工作多数为实践性比较强的工作，因此在教学中应当建立起以课程为指导、以实践为支撑的教育平台。印刷电路板设计与制作中需要选取数控直流稳压电源、功率放大器和电子钟等作为代表性的项目充当重要教学载体，并将以前所学习的知识融入其中。对此，在教学中教师不仅要让学生对课本中的知识有全面的掌握，同时还需要在实践中促使学生能对此有正确的认识和理解，为日后的学习提供可靠的技术支持。比如在设计和制作可调稳压电源电路板的过程中，教师需要联系教材讲解设计自制封装和自制元件的方法，而后为学生演示热转移法制作单面板的操作流程。其次，在课程中如果涉及电子技术知识和软件操作知识，为了避免学生忽视电路涉及操作的问题，在进行教学设计的过程中可以适当地融入电路板的板材选择内容和电路板制作工艺等相关知识，促使学生能及时地将设计知识与工艺要求等联系起来，从而在整体上把握所学知识。

（三）以工作项目为导向开展教学。在教学中教师可以采取“项目驱动”教学模式，按照难度或者其他形式将教学内容划分为不同的部分，以工作项目为导向进行学习，让学生在实践锻炼中掌握知识和技能。教师要建立能力培养目标，让学生掌握企业中常用的基本电路设计与制作，将培养学生的实践能力放在首要位置上，从而培养技术型人才。为了提升学生的实践操作能力，教师可以指导学生设置和制作多功能信号发生器电路板，让学生在实践中掌握复杂双面板的修改和设计能力以及提高其实际操作水平。同时，教师要对学生的能力进行拓展培养，根据产品来模仿电路设计，并鼓励学生参与到企业的一些实践项目中去，提高他们的能力。在知识性能力培养上，主要以电子线路板的设计能力为核心，与社会中一些企业进行合作，实施校园与企业的联合计划，将学生引入项目当中去，模拟电路，并进行相应的技术练习，提升学生的电路板设计和制作能力。

（四）为学生创设学习情境。在教学改革中，教师需要适当地采取一些灵活的教学方式，如采取情境设计的方式来实施教学，保证每一个教学情境都能与企业的实际情况相统一，从而构建一个完整的工作过程。在情境设计中，教师应当有一两个情境设计是为学生提供基础能力培养的。有三四个情境则是拓展性的训练内容的。每一个不同的情境都是一个完整的学习过程，将这些情境进行统一就能形成一个完整的教学模式。在良好的学习环境下，教师可以更好地开展教学，学生也能提升自身的学习效率；在生动的学习情境中，学生能更好地掌握相应的实用知识内容，并且能够在实践中进行灵活的应用，具有较高的价值。因此，在当前的硬质电路板设计与制作教学中，教师必须重视创设学习情境。

（五）改革实践教学。首先在印制电路板设计与制作教学中，应当尽量地安排成为全面的计算机教学，做到“教学做”一体化。这样的教学模式将比以往的多媒体教学和理论知识教学所产生的效果更加明显，不仅可以改善教学效果，同时也能有效地提升教学实践力度，将教学与实践之间充分地结合起来，提升教学质量。对此，可以在教学中采取项目教学法。比如，教师可以组织学生完成设计复杂电路板的设计和制作项目，包括激光发生器设计制作项目、超声波测距器设计和制作项目以及模拟烘手器设计制作项目，这些项目能够锻炼和考核学生设计复杂双面板、制作双面板以及电路仿真方面的综合能力水平。在熟悉设计环境和完成简单的原理图以后，以工程项目为中心，完成设计过程的操作。在这个过程中，应当注意布线的调整和电路当中的原件位置安排，从而提升设计实践的效果。此外，教师应当加强学生工程实践和系统观念的培养，让学生在整个操作过程中能更好地熟悉印制电路板的整理流程和细节内容，从而强化学生的积极性。

（六）完善当前的教学考核。在印制电路板设计与制作当中，教师不能仅以期末考试成绩来评价学生。在日常教学中，教师应当在每一节课上都设置相应的实践内容，根据学生所完成的任务、速度和质量等对学生进行评价，并在期末考试中按照考试项目对学生进行综合评价。将日常考核与期末考试结合在一起才能促使学生更好地掌握基础知识，使对学生的评价更加中肯，从而达到提升学生积极性、强化教学效果的目的。

电路板设计篇8

关键词 PCB板 可制造性 可测试性 校企合作 实践能力

中图分类号：G424 文献标识码：A

"Electronic Circuit Board Design" Course Practical Ability

Training Based on School-enterprise Cooperation

PENG Yuanfang， HUANG Xiaofeng

（Advanced Vocational Technical College， Shanghai University of Engineering Science， Shanghai 200437）

Abstract "Electronic circuit board design" course has a strong practical， practicality， for the teaching learning process focused on the neglect of EDA software PCB design reliability， manufacturability and testability， and many other issues raised by school-enterprise cooperation a number of recommendations to enhance the ability of teaching practice， and strive to provide a complete experience working process of learning opportunities for students to enhance students 'ability to adapt to their actual work environment and comprehensive problem solving， students' practical ability， self-discipline and teamwork.

Key words PCB board； manufacturability； testability； school-enterprise cooperation； practice ability

1 课程性质及教学中存在的问题

“电子线路板设计”课程是高职电子信息类专业的核心课程，具有明确的职业岗位指向――即在电子信息企业从事PCB板设计、生产、制造及电子产品生产工艺、产品维修服务等工作。课程的主要内容包括――原理图绘制、PCB板设计以及信号完整性分析，其中核心内容是PCB板设计，即根据原理图设计PCB板并确保设计的可靠性、规范性、可测试性及可制造性。该课程的先修课程为电子技术、集成电路应用、高频电子技术、单片机技术等。在PCB板设计类课程教学中，普遍存在注重CAD软件的具体操作而忽视PCB板设计的规范性、可测试性及可制造性等技术规范要求，设计的PCB板大多不符合电子产品制造工艺规范，课程教学效果与职业岗位能力要求之间还有很大差距，在“电子线路板设计”课程中提升学生的实践能力，已成为当务之急。

2 校企合作推进课程教学改革

当前“电子线路板设计”类课程由于PCB板设计与制造企业，多以Cadence、Protel系列软件为平台，遵循PCB设计规范，根据硬件设计、电磁兼容和结构设计的要求，完成高密度、高速、多层的复杂PCB设计，而从事者多为有着丰富PCB板开发经验的资深工程师，尽管电子信息类专业的大专院校毕业生多学过此类课程，但所学知识与企业里的新知识、新技术存在一定差距，很难达到企业的岗位要求。鉴于此，校企合作已成为提高教学实践能力的最有效的途径，合作方式主要包括以下内容。

2.1 校企合作共同制定课程教学大纲

高等职业教育的职业性特征决定了高职课程的建设与改革，必须在市场化的运行机制保障下走校企合作之路。而高职技术应用类课程教学大纲的制定，应由企业相关工作部门提出职业岗位的总体目标和各项技能要求，学校在课程决策中的任务则是根据教育科学的原理，把职业目标合理地转化为课程教学大纲，将课程教学内容与企业技术培训项目有机结合，以满足特定职业岗位的针对性技术培养目标，并根据行业企业发展适时调整并更新教学内容，以保持课程内容与技术进步的同步。

2.2 校企合作共同设计开发项目化教材

在制定符合企业岗位需求的课程教学大纲后，结合课程涉及的实际工作背景，课程组教师与企业资深PCB设计工程师共同开发课程教材。由于企业的产品技术难度较大，电子线路板结构较为复杂，并广泛使用表面粘贴技术，将企业产品案例化整为零，以企业岗位能力需求为切入点，引进职业鉴定考核标准，将企业电子线路板设计工程化的理念以及严格的线路板工艺管理规范引入到教材开发中。如引入企业PCB板工艺规范标准，教材设计中将学习过程与工作过程结合，以实现学有所用，提高就业上岗能力，使学生具备再学习、再提高的能力，以适应行业企业技术的发展变化。

2.3 校企合作共同承担授课任务

采用项目驱动法实施课程教学，由企业资深PCB设计工程师和科研能力强的专业教师联合授课，并组织本专业青年教师跟班学习并参与对学生的指导。项目案例的选取以企业真实产品为载体，由此将缩短教学与行业、企业的距离。整个课程教学由5个项目案例组成，均包含项目功能剖析、原理图绘制、PCB板设计以及信号完整性分析。其中PCB板设计是核心，主要包括PCB结构设计元件封装库建立PCB板布局布线及优化丝印网络与DRC检查制版。

企业资深PCB设计工程师参与课堂教学，使得项目教学过程均有相关企业技术标准和规范可循，从工程实例出发，针对不同的项目案例，逐一引入典型“布线”标准与规范，使得繁琐、抽象的问题具体化、规则化，提高了课程教学的实用性和技术性，使课程内容更具职业教育特色，青年教师也迅速成长。

2.4 校企合作完成课程教学考核

改革课程的考核评价方法，打破以书面考试评价方式、书面考试成绩判定学生学业水平为主的传统评价，以职业能力标准作为测试学生最终成绩水平的基准，逐步实现课程考核方式的“职业化”。课程考核由企业PCB设计工程师和校内教师及学生共同参与的综合评价方式，考核内容主要包括专业能力（80%）、社会能力（10%）和工作态度（10%）。

专业技术能力评价由企业工程师和专业教师评价共同完成，主要包括原理图绘制、元器件符号创建、元器件封装创建、PCB板设计、网络与DRC检查等，如在PCB板设计中对“布线”能力的考核主要包括三方面内容――“通、达、律”，“通”是指布线要布通，“达”即指要满足电气性能要求，“律”则是走线要规范便于测试和维修；社会能力和工作态度由项目学习小组评价，社会能力方面，考察学生在完成项目过程中的沟通、交流、协作，侧重于学生的学习能力、学习行为及协作精神是否具有示范性。工作态度主要包括学习态度、安全意识和自律精神。专业能力考核形式以口头与书面问答、技能测试、课程实践、大作业等为主要形式，社会能力和工作态度则偏重于学生学习过程的考核，使课程考核更具有职业指向性和实效性。

3 结束语

高等职业教育的职业性特征决定了高职课程的建设与改革，必须在市场化的运行机制保障下，走校企合作之路。通过校企合作，努力为学生提供体验完整工作过程的学习机会，由企业资深工程师参与授课，强调直接经验的获取，增强学生适应企业实际工作环境和解决综合问题的能力。同时注重引入企业文化、企业管理制度及职业特殊要求，把职业能力培养与职业道德培养紧密结合起来，培养学生的实践能力、专业技能、敬业精神和协作精神，使毕业生能顺利地就业上岗，成为真正受企业欢迎的高技能人才。

参考文献

[1] 张伟贤.校企合作背景下的高职课程改革的实践与思考[J].教育与职业，2011（21）.

[2] 关艳阁.协同创新：高职课程改革的新视角[J].广东教育（职教版），2013（9）.

电路板设计篇9

关键词：地线；印刷板；环路；总线；控制

中图分类号：TP336文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)26-6379-02

Research On Improving the Performance Index of PCB

LIU Shuang-qing, XIE Bao-ling

(The Basis of the Department of Computing in the Army Officer Academy, Heifei 230031, China)

Abstract: This paper starts from the detailed design of printing circuit boards,standardizes the ground wire’s design and optimiz? es the design of electromagnetic compatibility thermal effect and layout,thus improves the reliability and stability of printing cir? cuit.

Key words: ground wire; PCB; loop; bus; control

目前各类电子设备上的电子元器都是以印刷电路板为基体，通过焊接固定在PCB板上。电子产品在实际使用过程中会出现一些无法预知的问题，有时问题与PCB板电路原理图的设计没任何关系，也就是说原理图是正确的。通过试验分析，PCB板设计不当，会影响电子设备的可靠性。为了提高PCB板的可靠性和稳定性，在设计过程中必须采用正确的设计步骤和方法。

1 PCB板器件布置

PCB板大小要根据元器件的多少来确定，面积过大会增加覆铜线的长度，引起阻抗增大，抗噪声能力下降，成本也得到相应的提高；如果设计过小，会影响散热，同时会受到临近线条的干扰。

在器件整体布置时，应把与该器件相关的电路尽量放在一块，这样会提高PCB板的抗噪声效果。如图1所示。CPU附近的晶振、时钟发生器很容易产生噪声，在设计时把它们放在一块。噪音较大的元器件、大电流电路应尽量远离逻辑电路，如果不影响产品的封装，可以考虑另做电路板，这一点至关重要。

2配置去耦电容

在以直流为电源的回路中，所带负载大小的变化会产生电源噪声。数字电路中高低电平的转换会引起很大的尖峰电流，产生瞬变的噪声电压。合理的配置去耦电容会降低负载变化所影起的噪声，具体配置如下：

1)采用10～100uF的电解电容器跨接在电源的输入端，如果PCB板尺寸足够大，为了提高抗干扰性能，在电源端接100uF的电解电容器。

2）为了减少电源对集成电路的影响，在其电源端接上一独石电容或瓷片电容，电容大小为0.01uF。有时在设计PCB板时，为了降低成本，将多片集成芯片紧挨在一起。不可能给每一芯片接上一电容，通常将几个芯片分成一组，以组为单位接上一个容量为10uF的钽电解电容器。

3）ROM、RAM等存储型器件关断时电流变化大，抗噪声能力弱，用一个去耦电容直接接在电源和地之间。

4）设计去耦电容时，引脚越短越好，尤其是在设计高频电路时，最后采用贴片电容。

3电磁兼容性设计

电磁兼容性是指电子设备抗电磁干扰的一个重要指标。为了提高电子设备对外界的抗干扰能力，确保其在特定的电磁环境中工作正常，减小对其它设备的电磁干扰而采取的一个设计方法。

3.1导线宽度

PCB板中的导线具有一定的电感量，这个电感量的大小与其宽度成反比，与导线的长度成正比。在实际电路中的时钟引线、总线常常会产生很大的瞬变电流，这种导线要尽可能的短。1.5mm左右的印刷导线完全可以满足分立元件电路的要求；0.2～1.0mm之间印刷导线可以满足集成电路要求。

3.2布线策略

为了减少导线电感量，设计时可以采用平行走线，但这样设计会增加分布电容。具体设计时在PCB板的一面横向布线，另一面纵向布线，在交叉位置用过孔相连。设计时避免长距离的平行走线，这样会减小PCB板中导线与导线之间的干扰，在设计时让线与线之间保持足够大的距离，条件允许的情况下，在敏感的信号线之间增加一条接地线，信号线与电源线做到不交叉，这样会减小电源对信号的影响。

4地线设计

地线的设计和电源一样重要，合理安排接地方式和接地点的位置。把不同电气特性的地分开设计，在设计地线时应注意以下几点：

1）分开设计数字电路和模拟电路，在实际设计PCB板时往往会有高速逻辑电路和低速的线性电路，尽可能的将它们分开设计，逻辑电路应该接逻辑地，线性电路应该接电源地，必须强制将它们分开接地。电源地线上的电流大，为了减小接地电阻，尽可能的加粗电源的地线。

2）在不影响设计器件布局的情况下，地线尽可能的加粗。地线设计过细，地线的电阻会变的很大，地线上的压降和电流成正比，点与点之间的电位发生改变。特别是对时钟信号影响最大，在对时钟周期要求较高的数字电路中，有可能影响电路的正常工作，电路的抗噪能力差。因此在设计PCB板的地线时应加大接地线面积，使它能通过PCB板3倍的允许电流，设计的地线应大于3mm。

3）设计数字地时，采用环形接地。随着集成电路的广泛应用，在设计时尽量使用集成电路，有时PCB上放置了很多集成芯片，这样空间有限，地线不能设计太粗。如果在它们周围有能耗高的元件时，地线上会产生很大的电位差，抗噪声能力降低。采用环形接地可以减小接地点的电位差，提高PCB板的抗噪声能力。

5热设计

元器件在PCB板合理安装能提高设计的散热能力，其器件在PCB板上的排列要科学合理，不能过于随意。

在放置集成芯片时，当电子设备采用空气对流散热时，在对集成芯片布局时采用纵向排列，如图2所示；当电子设备采用强制散热时，在对集成芯片布局时采用横向排列，如图3所示。PCB板上的元器件应根据其发热的高低和散热的程度分开排列。冷却气流的最上游放置发热量小或耐热性差的器件，冷却气流最下游放置发热量大或耐热性好的器件。

大功率器件水平排列时，将其设置在PCB板的边沿，以便缩短传热路径；在垂直排列时，将其设置在印制板上方，这样可以减小其温度对其它器件的影响。

温度比较敏感的器件应特别注意，器件的温度对它的电气性能影响较大，不能把它放置在发热器件的上端，如大功率电源器件上。

很多电子设备都是依靠空气的自然散热，采用强制散热的很少。在设计时，应分析设备中气流流动的路径，合理的安排器件的位置。PCB板在器件布局时不要留有较大的空域，这空域会减少空气的阻力，热气流增大，空域附近的元器件温度比其它地方的器件高，影响器件的稳定性。

大量实践经验表明，器件的排列方式影响印刷电路的温升，规划好器件的布局可以降低印刷电路的温度，降低设备的故障率。

6小结

通过优化印刷电路板的设计规则，改善了PCB板的可靠性和稳定性。但其性能也不同程度取决于具体电路，在设计中还需根据具体电路的功能、设备的使用环境等因素来综合考虑，才能最大程度地保证PCB板的可靠性和稳定性。

参考文献：

[1]余家春.Protel99SE电路设计实用教程[M].北京:中国铁道出版社,2003.

电路板设计篇10

【关键词】电子产品结构工艺 学做一体 设计 制作

《电子产品结构工艺》是一门综合性的应用型边缘学科，专业理论和实践性都很强。职高生学习有困难。在多年教学中，笔者尝试实行“学做一体”的教学模式，借助项目式教学，通过一套行之有效的教学方案，把课程各章节抽象的理论知识融合进实践项目的各个实施阶段。这样的优化设计降低了学习难度，提升了教学效果。

为了更好地从学生出发，优化教学过程和内容，由实践到理论，提高课堂教学有效性，本人设计了《电子产品设计与制作任务书》，以指导教学实践。

1.目的与要求

通过一个简单的电子产品的整机设计与制作，全面了解电子产品的开发与生产过程，巩固和提高学生的电路设计能力、PCB板设计和PCB板的制作能力，电子元器件的选择与检测能力，电路安装能力与电路的调试及检修能力等等，以检测学生知识的掌握程度和综合能力，同时也了培养适应电子企业相应岗位的能力。

2.任务：完成一个实用电子产品的PCB板设计与整机制作。

3.具体任务操作

（1）选定一个简单的电子线路。写出其性能指标及电路功能。

（2）按照元件清单，选择电子产品材料。

（3）设计PCB板。PCB板大小根据选定电路具体情况而定。要求打印出电子产品原理图、印制电路板图、元件清单，并有布局和布线说明、基本电气检测（ERC）及设计规则检测（DRC）结果说明。注意元件封装必须与实际元器件相符。

（4）PCB制作。要有制作过程说明。

（5）电路组装应符合工艺要求，既考虑电气性能要求又考虑美观要求。

（6）电路调试并写出调试报告。检测、调试的过程，方法及调试的结果。

4.组织方法

分组教学，3人一组，选定一个电路，每人独立完成PCB板的设计，选出设计最好的印制电路板制作出电子产品。

5.具体实施时间安排

6.考核评价（每个任务评价，老师与学生评分各占50%）

7.课题举例（学生可另选）

（1）直流稳压电源；

（2）闪光灯电路；

（3）晶闸管调光电路；

（4）晶体管延时电路。

8.课题报告（格式）

（1）封面。

（2）设计任务书。

（3）课题内容（包括课题目的、课题选用器材、设计总体方案、电路原理图、PCB设计图、PCB制作过程说明、整机调试原理、方法及性能指标、整机维修过程说明等）。

（4）整机特点、功能和使用说明。

（5）课题总结。

下面以《直流稳压电源印制电路板的制作及装配》为例，具体说明“边做边学、学做一体”的实施方法和过程。

1.课程设计思路

电源电路是一切电子设备的基础。由于电子技术的特性，为电子设备提供稳定的直流电能的直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。学生在之前的《电子线路》学习中已对直流稳压电源有所了解，加上直流稳压电路比较简单，便于实践操作，故将此电路作为学生学习《电子产品结构工艺》的实例。

2.课前准备工作

稳压电源散件一套、覆铜板一块、腐蚀液（三氯化铁水溶液）、烙铁一把、毛笔、电钻、装配工具等

3.预备知识：覆铜板

（1）覆铜板是制作PCB板的材料，一般选用的是1.5mm和2.0mm的覆铜板。

（2）根据覆铜面的不同又分为单面覆铜板、双面覆铜板、多层覆铜板。本课题只需采用单面板。

4.任务一：印制电路板的设计

（1）选择电路图及理论知识回顾：电路原理分析，计算输出电压的范围。

（2）绘制电路原理图（PROTEL DXP2004）

电路原理图、元件清单、ERC、DRC检测。

（3）绘制印制电路板（PCB）图。

①元件封装必须与实际元器件相符。

②合理安排电路中的元器件。

③选择合适的导线安全间距和走线宽度。

5.任务二：印制电路板的制作

（1）覆铜板的处理

根据电路选好一块大小合适的覆铜板，去掉氧化层，将覆铜板四周打磨平整。

（2）图形转印（由于实习条件的限制，我们采用手工描绘法）

具体操作：将设计好的PCB的图纸通过打印机按照1：1比例打印出来，然后通过复写纸印到覆铜板上。用耐水洗、抗腐蚀的油性记号笔涂描焊盘和印制导线。本环节要求线条清晰、无断线、无砂眼、无短接，且耐水洗、抗腐蚀。

（3）腐蚀、钻孔

将自配的三氯化铁水溶液（三氯化铁和水可按1：2配制）腐蚀液放入塑料盒中，将待腐蚀的PCB板线路朝上放入盒内，用长毛软刷往返均匀轻刷，待不需要的铜箔完全消除后取出，清洗并擦干，再用电钻将PCB板钻孔和进行防表面氧化处理即可。

通过任务一和任务二的实施，学生对电子设备的防护的基本知识有了简单直观的认识，并且结合课程第三章内容能对电路的元器件进行较为合理的布局，又动手DIY了一块由自己设计的印制电路板，同时也基本掌握了简单的印制电路板的设计及制作过程，对本课程第四章印制电路板的结构设计及制造工艺有一定的了解。感兴趣的学生在制作自己的电路板过程中也开始研究企业双面孔金属化印制板和常规多层板的制作工艺。

6.任务三：稳压电源的焊接装配与调试

注意元器件装配流程及元件安装技术要求。

7.任务四：调试与检测

（1）安装完毕，经检查无误后方可通电调试检测。

（2）电压测量：测量三极管各极电位并判断其工作状态、电路输出电压可调范围。

（3）调试：本环节意在让学生明白电路调试的内容，能选择正确的仪器仪表，分析调试中出现的问题并进行排故，对调试数据进行分析处理，作出产品是否合格的结论，也要提出电

路改进的意见。

实践证明，以《电子产品设计与制作任务书》来实施教学，可以优化教学内容与教学过程，提高教学效率。在教学实践中，教师要根据教学内容的需要，制定切实可行的实施方案，激发学生学习动力，发挥学生主体作用，进而提高教学效率。

【参考文献】

[1] 董成春、郭玲玲. 加强实践教学，突出技能培养，《中国校外教育・A》，2011年第1期.

[2] 廖芳 主编.《电子产品制造工艺》，电子工业出版社，2007年.

[3] 王卫平 主编.《电子产品制造技术》，清华大学出版社，2005年.

[4] 陈森 主编.《印制电路技术》，化学工业出版社，2008年.