谈电子创新设计.docx

谈电子创新设计.docx

《谈电子创新设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《谈电子创新设计.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

谈电子创新设计

1.1谈电子创新设计

正确入门，塌实前进，重在坚持

——阿迪老师浅谈电子创新设计

电子创新设计的过程是一个充满乐趣和挑战的过程，作为电子类专业大学生，掌握相关的电子设计知识对自身的发展有着莫大的促进作用，通过电子设计，可以在学习理论知识的同时，将理论和实践结合起来，实现两方面的融合。

一．充分认识，增强兴趣

俗话说得好，兴趣是最好的老师，想要好好的干一件事情，首先应该建立起对它的兴趣，才能在进行的过程中充满激情，全力以赴。

电子设计也一样，单从表面上看，很多人认为电子设计过程是一个枯燥乏味的过程，要不断的和很多元气件接触，以及相关电路的设计，焊接，调试等工作。

实际上并不是这样，只有充分认识到电子设计的本质内涵，就会发现，这个过程是一个知识积累的过程，是一个充满挑战的过程，如果你深入研究，你会发现，这个领域的知识博大精深，这个设计完成的过程充满着对自身能力的检验以及提高。

对电路的设计，对元件的选择，对电路的焊接以及调试都是一个充满乐趣的过程。

当然，对于初次接触电子设计类的同学来说，要想建立起浓厚的兴趣，也不是一朝一夕的事情，需要慢慢的深入了解，慢慢的去体会其中的滋味。

要想真正的进行电子创新设计，就需要有意识的去认识电子设计，可以多去了解其他同学的电子创新成果，有意识的培养自己在这方面的兴趣，才能使自己在学习的过程中不至于乏味而放弃，避免出现半途而废的情况。

二．正确入门，打好基础

或许大家知道，很多事情入门是一个比较难跨越的过程，对于电子类专业大学生以及其他电子设计爱好者来说，实现电子创新设计的入门过程也是这样的，从无到有，从不了解到深入掌握的过程，总是要经历入门这个过程。

对于电子设计，初学者往往不知道在何时开始进行相关知识的学习，不知道该如何去学习，不知道该掌握哪方面的知识，总觉得无从下手。

有的人盲目学习，可能选择学习的内容并不适合初学者；有的人着重学习理论方面的知识积累，很难将理论的知识转化到实际的硬件电路上来；甚至有的人学习的内容广而浅，总希望什么都学习到……，其实任何知识都是一个循序渐进的过程，不可能在同一时间掌握很多知识。

因此，正确入门，是掌握电子创新设计技术的关键一步。

电子设计方面的知识博大精深，需要学习的内容也十分广泛，对于初学者学习，在我看来，应该是一个由点到面、由简单到复杂的过程。

这个“点”，就是学习的内容集中在一个较小的范围，比如模拟电路的放大器部分，包括分立元件构成的放大器和集成电路构成的放大器，可以先选择较为简单的放大电路，通过实物路制作、调试，用示波器等仪器直观的看到放大电路的效果，对于在制作的过程中遇到的问题，可以请教有设计经验的同学，也可以有针对性的进行学习。

这个“面”，就是在完成对点的知识积累后，可以逐步的扩大学习的内容，同样以放大电路为例，当我们实现了硬件电路，看到实物效果，就可以结合理论的知识，详细学习相关参数的知识，以及一些改进型电路等方面的内容。

在这个点到面的过程中，知识就实现了积累。

我们可以将电路分为模拟电路和数字电路，同时，电路又包括硬件和软件部分。

任何电子系统都是电路综合的结果，一般来说，一个电子系统既包括模拟电路和数字电路，同时又包含对应的硬件和软件部分，对于电子爱好者或者专业设计人员来说，这些知识都应该掌握。

在我看来，模拟电路中的放大电路设计和数字电路中单片机的知识，又是初学者入门的必修课程。

对于没有模拟电子基础理论知识的同学，又可以选择先进行单片机的学习。

我们可以将单片机的电路看着数字电路，它的本质就是“0”和“1”，因为单片机硬件和软件的设计都是基于电平来说的，这方面的知识学习不需要太多的基础理论，只要针对一款单片机来用模块化的思想来学习，就可以很快的掌握单片机的基本知识。

建议大家选择51内核单片机来学习，因为该类型单片机较为简单，学习起来十分容易。

选择好入门的“点”以后，应该在这个过程认真的学习积累，打好基础，充分掌握好基础知识，为以后的更大进步作好奠基。

比如放大电路的学习，放大电路包含很多种类型，其工作状态也有很多情况，在进行相关的学习过程中，就应该逐步完成各个常用类型的电路的学习和设计，这样，在以后的设计中就会轻松很多。

当完成由点到面，由简单到复杂的过程，也就完成了入门的过程。

三．塌实前进，重在坚持

完成入门的过程以后，就应该学习将前期的知识结合起来，逐步开时对综合电路的学习，这个过程应该是一个塌实学习和坚持的过程。

当在进行某个知识点的学习的时候，应该塌实的学习，达到真正掌握的境界，如果遇到问题，应该认真解决，不能有想当然的思想，甚至不理会的思想，只有走好每一步，掌握好每一个知识点，才能再后续的学习中走得更远，做得更好。

尽管电子设计的过程充满乐趣，但也不是一件娱乐性的活动，这个过程包含智慧与意志的结合，知识的积累不可能完全是一帆风顺的，在学习过程中，或多或少我们都会遇到问题，甚至有的问题会困扰很长时间，如果不能坚持不懈的努力解决问题，很有可能就会出现放弃的思想，因此说来，整个学习的过程也是一个意志考验与磨练的过程。

其实学习的过程就是不断冲破阻挠的过程，只有不断的遇到问题，再解决问题，才能更深刻的掌握好知识。

同时，知识学习和积累的过程大多是一个艰苦的过程，这种艰苦不一定是体力上的艰苦，而是一种脑力的艰苦以及对时间的投入。

想要真正成为一个电子设计高手，需要投入大量的时间，进行大量的学习，这样就会失去很多娱乐的时间，对于当代大学生，确实需要有坚持不懈的精神才可以实现的。

相信正确的方法加上不断的坚持，初学者也可以很快掌握一定程度的电子设计知识。

四．增强交流，扩大视野

电子设计知识的积累不一定是完全***一个人来完成的，在学习的同时，应该加强同“同行”们的交流，在交流的过程中吸取他们好的经验，结合自身的特点，尽快的进步。

相信每个从事电子设计的人员都有他自己对电子设计独特的认识和相关知识的积累，通过交流，我们可以很好的扩大自己的视野，比如单片机，单片机的类型有很多种，包括通用型和专用型，不同种类的单片机的功能和特点不同，其应用场合也不同，不同设计方向的电子设计人员，基本上会根据其要求选择单片机，通过交流，我们可以掌握自己不曾使用过的单片机使用概况，从而增加了对其他单片机的了解，扩大了自己的知识面，为以后的设计提供了更加广的选择空间。

在不断的学习过程中，不断的进行交流，往往还会是我们的学习达到事半功倍的效果。

电子设计知识的学习过程实际是一个逐步进行积累的过程，任何电子设计高手都不是一夜之间铸就的，都有一个学习的过程，当我们实现了知识入门、稳步积累、不断坚持的过程，不久的将来，就能完成由简单电路系统到复杂电路系统设计的过渡，从而到达较高的水平。

一、电路板设计步骤

　　一般而言，设计电路板最基本的过程可以分为三大步骤。

（1）.电路原理图的设计:

电路原理图的设计主要是PROTEL099的原理图设计系统（AdvancedSchematic）来绘制一张电路原理图。

在这一过程中，要充分利用PROTEL99所提供的各种原理图绘图工具、各种编辑功能，来实现我们的目的，即得到一张正确、精美的电路原理图。

（2）.产生网络表:

网络表是电路原理图设计（SCH）与印制电路板设计（PCB）之间的一座桥梁，它是电路板自动的灵魂。

网络表可以从电路原理图中获得，也可从印制电路板中提取出来。

　　（3）.印制电路板的设计:

印制电路板的设计主要是针对PROTEL99的另外一个重要的部分PCB而言的，在这个过程中，我们借助PROTEL99提供的强大功能实现电路板的版面设计，完成高难度的等工作。

　　二、绘制简单电路图

　　2.1原理图设计过程原理图的设计可按下面过程来完成。

（1）设计图纸大小　Protel99/Schematic后，首先要构思好零件图，设计好图纸大小。

图纸大小是根据电路图的规模和复杂程度而定的，设置合适的图纸大小是设计好原理图的第一步。

（2）设置Protel99/Schematic设计环境　设置Protel99/Schematic设计环境，包括设置格点大小和类型，光标类型等等，大多数参数也可以使用系统默认值。

　　（3）旋转零件　用户根据电路图的需要，将零件从零件库里取出放置到图纸上，并对放置零件的序号、零件封装进行定义和设定等工作。

　　（4）有原理图布线　利用Protel99/Schematic提供的各种工具，将图纸上的元件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构成一个完整的原理图。

　　（5）调整线路　将初步绘制好的电路图作进一步的调整和修改，使得原理图更加美观。

　　（6）报表输出　通过Protel99/Schematic提供的各种报表工具生成各种报表,其中最重要的报表是网络表,通过网络表为后续的电路板设计作准备。

　　（7）文件保存及打印输出　最后的步骤是文件保存及打印输出。

　　单片机控制板的设计原则需要遵循的原则如下：

（1）在元器件的布局方面，应该把相互有关的元件尽量放得*近一些，例如，时钟发生器、晶振、CPU的时钟输入端都易产生噪声，在放置的时候应把它们近些。

对于那些易产生噪声的器件、小电流电路、大电流电路开关电路等，应尽量使其远离单片机的逻辑控制电路和存储电路（ROM、RAM），如果可能的话，可以将这些电路另外制成电路板，这样有利于抗干扰，提高电路工作的可*性。

（2）尽量在关键元件，如ROM、RAM等芯片旁边安装去耦电容。

实际上，印制电路板走线、引脚连线和接线等都可能含有较大的电感效应。

大的电感可能会在Vcc走线上引起严重的开关噪声尖峰。

防止Vcc走线上开关噪声尖峰的唯一方法，是在VCC与电源地之间安放一个0.1uF的电子去耦电容。

如果电路板上使用的是表面贴装元件，可以用片状电容直接紧*着元件，在Vcc引脚上固定。

最好是使用瓷片电容，这是因为这种电容具有较低的静电损耗（ESL）和高频阻抗，另外这种电容温度和时间上的介质稳定性也很不错。

尽量不要使用钽电容，因为在高频下它的阻抗较高。

在安放去耦电容时需要注意以下几点：

　　在印制电路板的电源输入端跨接100uF左右的电解电容，如果体积允许的话，电容量大一些则更好。

原则上每个集成电路芯片的旁边都需要放置一个0.01uF的瓷片电容，如果电路板的空隙太小而放置不下时，可以每10个芯片左右放置一个1～10的钽电容。

对于抗干扰能力弱、关断时电流变化大的元件和RAM、ROM等存储元件，应该在电源线（Vcc）和地线之间接入去耦电容。

电容的引线不要太长，特别是高频旁路电容不能带引线。

　　（3）在单片机控制系统中，地线的种类有很多，有系统地、屏蔽地、逻辑地、模拟地等，地线是否布局合理，将决定电路板的抗干扰能力。

在设计地线和接地点的时候，应该考虑以下问题：

　　逻辑地和模拟地要分开布线，不能合用，将它们各自的地线分别与相应的电源地线相连。

在设计时，模拟地线应尽量加粗，而且尽量加大引出端的接地面积。

一般来讲，对于输入输出的模拟信号，与单片机电路之间最好通过光耦进行隔离。

在设计逻辑电路的印制电路版时，其地线应构成闭环形式，提高电路的抗干扰能力。

地线应尽量的粗。

如果地线很细的话，则地线电阻将会较大，造成接地电位随电流的变化而变化，致使信号电平不稳，导致电路的抗干扰能力下降。

在布线空间允许的情况下，要保证主要地线的宽度至少在2～3mm以上，元件引脚上的接地线应该在1.5mm左右。

用PROTEL99制作印刷电路版的基本流程

　　一、电路版设计的先期工作

　　1、利用原理图设计工具绘制原理图，并且生成对应的网络表。

当然，有些特殊情况下，如电路版比较简单，已经有了网络表等情况下也可以不进行原理图的设计，直接进入PCB设计系统，在PCB设计系统中，可以直接取用零件封装，人工生成网络表。

　　2、手工更改网络表将一些元件的固定用脚等原理图上没有的焊盘定义到与它相通的网络上，没任何物理连接的可定义到地或保护地等。

将一些原理图和PCB封装库中引脚名称不一致的器件引脚名称改成和PCB封装库中的一致，特别是二、三极管等。

　　二、画出自己定义的非标准器件的封装库

　　建议将自己所画的器件都放入一个自己建立的PCB库专用设计文件。

　　三、设置PCB设计环境和绘制印刷电路的版框含中间的镂空等

　　1、进入PCB系统后的第一步就是设置PCB设计环境，包括设置格点大小和类型，光标类型，版层参数，布线参数等等。

大多数参数都可以用系统默认值，而且这些参数经过设置之后，符合个人的习惯，以后无须再去修改。

　　2、规划电路版，主要是确定电路版的边框，包括电路版的尺寸大小等等。

在需要放置固定孔的地方放上适当大小的焊盘。

对于3mm的螺丝可用6.5~8mm的外径和3.2~3.5mm内径的焊盘对于标准板可从其它板或PCBizard中调入。

　　注意：

在绘制电路版地边框前，一定要将当前层设置成KeepOut层，即禁止布线层。

　　四、打开所有要用到的PCB库文件后，调入网络表文件和修改零件封装

　　这一步是非常重要的一个环节，网络表是PCB自动布线的灵魂，也是原理图设计与印象电路版设计的接口，只有将网络表装入后，才能进行电路版的布线。

　　在原理图设计的过程中，ERC检查不会涉及到零件的封装问题。

因此，原理图设计时，零件的封装可能被遗忘，在引进网络表时可以根据设计情况来修改或补充零件的封装。

　　当然，可以直接在PCB内人工生成网络表，并且指定零件封装。

　　五、布置零件封装的位置，也称零件布局

　　PROTEL99可以进行自动布局,也可以进行手动布局。

如果进行自动布局，运行"Tools"下面的"AutoPlace",用这个命令，你需要有足够的耐心。

布线的关键是布局，多数设计者采用手动布局的形式。

用鼠标选中一个元件，按住鼠标左键不放，拖住这个元件到达目的地，放开左键，将该元件固定。

PROTEL99在布局方面新增加了一些技巧。

新的交互式布局选项包含自动选择和自动对齐。

使用自动选择方式可以很快地收集相似封装的元件，然后旋转、展开和整理成组，就可以移动到板上所需位置上了。

当简易的布局完成后，使用自动对齐方式整齐地展开或缩紧一组封装相似的元件。

　　提示：

在自动选择时，使用Shift+X或Y和CTRL+X或Y可展开和缩紧选定组件的X、Y方向。

　　注意：

零件布局，应当从机械结构散热、电磁干扰、将来布线的方便性等方面综合考虑。

先布置与机械尺寸有关的器件，并锁定这些器件，然后是大的占位置的器件和电路的核心元件，再是外围的小元件。

　　六、根据情况再作适当调整然后将全部器件锁定

　　假如板上空间允许则可在板上放上一些类似于实验板的布线区。

对于大板子，应在中间多加固定螺丝孔。

板上有重的器件或较大的接插件等受力器件边上也应加固定螺丝孔，有需要的话可在适当位置放上一些测试用焊盘，最好在原理图中就加上。

将过小的焊盘过孔改大，将所有固定螺丝孔焊盘的网络定义到地或保护地等。

　　放好后用VIEW3D功能察看一下实际效果，存盘。

七、布线规则设置

　　布线规则是设置布线的各个规范（象使用层面、各组线宽、过孔间距、布线的拓朴结构等部分规则，可通过Design-Rules的Menu处从其它板导出后，再导入这块板）这个步骤不必每次都要设置，按个人的习惯，设定一次就可以。

　　选Design-Rules一般需要重新设置以下几点:

　　1、安全间距（Routing标签的ClearanceConstraint）

　　它规定了板上不同网络的走线焊盘过孔等之间必须保持的距离。

一般板子可设为0.254mm，较空的板子可设为0.3mm，较密的贴片板子可设为0.2-0.22mm，极少数印板加工厂家的生产能力在0.1-0.15mm，假如能征得他们同意你就能设成此值。

0.1mm以下是绝对禁止的。

　　2、走线层面和方向（Routing标签的RoutingLayers）

　　此处可设置使用的走线层和每层的主要走线方向。

请注意贴片的单面板只用顶层，直插型的单面板只用底层，但是多层板的电源层不是在这里设置的（可以在Design-LayerStackManager中，点顶层或底层后，用AddPlane添加，用鼠标左键双击后设置，点中本层后用Delete删除），机械层也不是在这里设置的（可以在Design-MechanicalLayer中选择所要用到的机械层，并选择是否可视和是否同时在单层显示模式下显示）。

　　机械层1　一般用于画板子的边框；

　　机械层3　一般用于画板子上的挡条等机械结构件；

　　机械层4　一般用于画标尺和注释等，具体可自己用PCBWizard中导出一个PCAT结构的板子看一下

　　3、过孔形状（Routing标签的RoutingViaStyle）

　　它规定了手工和自动布线时自动产生的过孔的内、外径，均分为最小、最大和首选值，其中首选值是最重要的，下同。

　　4、走线线宽（Routing标签的WidthConstraint）

　　它规定了手工和自动布线时走线的宽度。

整个板范围的首选项一般取0.2-0.6mm，另添加一些网络或网络组（NetClass）的线宽设置，如地线、+5伏电源线、交流电源输入线、功率输出线和电源组等。

网络组可以事先在Design-NetlistManager中定义好，地线一般可选1mm宽度，各种电源线一般可选0.5-1mm宽度，印板上线宽和电流的关系大约是每毫米线宽允许通过1安培的电流，具体可参看有关资料。

当线径首选值太大使得SMD焊盘在自动布线无法走通时，它会在进入到SMD焊盘处自动缩小成最小宽度和焊盘的宽度之间的一段走线，其中Board为对整个板的线宽约束，它的优先级最低，即布线时首先满足网络和网络组等的线宽约束条件。

下图为一个实例

　　5、敷铜连接形状的设置（Manufacturing标签的PolygonConnectStyle）

　　建议用ReliefConnect方式导线宽度ConductorWidth取0.3-0.5mm4根导线45或90度。

　　其余各项一般可用它原先的缺省值，而象布线的拓朴结构、电源层的间距和连接形状匹配的网络长度等项可根据需要设置。

　　选Tools-Preferences，其中Options栏的InteractiveRouting处选PushObstacle（遇到不同网络的走线时推挤其它的走线，IgnoreObstacle为穿过，AvoidObstacle为拦断）模式并选中AutomaticallyRemove（自动删除多余的走线）。

Defaults栏的Track和Via等也可改一下，一般不必去动它们。

　　在不希望有走线的区域内放置FILL填充层，如散热器和卧放的两脚晶振下方所在布线层，要上锡的在Top或BottomSOLDER相应处放FILL。

　　布线规则设置也是印刷电路版设计的关键之一，需要丰富的实践经验。

　　八、自动布线和手工调整

　　1、点击菜单命令AutoRoute/Setup对自动布线功能进行设置

　　选中除了AddTESTpoints以外的所有项，特别是选中其中的LockAllPre-Route选项，RoutingGrid可选1mil等。

自动布线开始前PROTEL会给你一个推荐值可不去理它或改为它的推荐值，此值越小板越容易100%布通，但布线难度和所花时间越大。

　　2、点击菜单命令AutoRoute/All开始自动布线

　　假如不能完全布通则可手工继续完成或UNDO一次（千万不要用撤消全部布线功能，它会删除所有的预布线和自由焊盘、过孔）后调整一下布局或布线规则，再重新布线。

完成后做一次DRC，有错则改正。

布局和布线过程中，若发现原理图有错则应及时更新原理图和网络表，手工更改网络表（同第一步），并重装网络表后再布。

　　3、对布线进行手工初步调整

　　需加粗的地线、电源线、功率输出线等加粗，某几根绕得太多的线重布一下，消除部分不必要的过孔，再次用VIEW3D功能察看实际效果。

手工调整中可选Tools-DensityMap查看布线密度，红色为最密，黄色次之，绿色为较松，看完后可按键盘上的End键刷新屏幕。

红色部分一般应将走线调整得松一些，直到变成黄色或绿色。

九、切换到单层显示模式下（点击菜单命令Tools/Preferences，选中对话框中DISPLAY栏的SINGLELayerMode）

　　将每个布线层的线拉整齐和美观。

手工调整时应经常做DRC，因为有时候有些线会断开而你可能会从它断开处中间走上好几根线，快完成时可将每个布线层单独打印出来，以方便改线时参考，其间也要经常用3D显示和密度图功能查看。

　　最后取消单层显示模式，存盘。

　　十、如果器件需要重新标注可点击菜单命令Tools/Re-Annotate并选择好方向后，按OK钮。

　　并回原理图中选Tools-BackAnnotate并选择好新生成的那个*.WAS文件后，按OK钮。

原理图中有些标号应重新拖放以求美观，全部调完并DRC通过后，拖放所有丝印层的字符到合适位置。

　　注意字符尽量不要放在元件下面或过孔焊盘上面。

对于过大的字符可适当缩小，DrillDrawing层可按需放上一些坐标（Place-Coordinate）和尺寸（（Place-Dimension）。

　　最后再放上印板名称、设计版本号、公司名称、文件首次加工日期、印板文件名、文件加工编号等信息（请参见第五步图中所示）。

并可用第三方提供的程序来加上图形和中文注释如BMP2PCB.EXE和宏势公司ROTEL99和PROTEL99SE专用PCB汉字输入程序包中的FONT.EXE等。

　　十一、对所有过孔和焊盘补泪滴

　　补泪滴可增加它们的牢度，但会使板上的线变得较难看。

顺序按下键盘的S和A键（全选），再选择Tools-Teardrops，选中General栏的前三个，并选Add和Track模式，如果你不需要把最终文件转为PROTEL的DOS版格式文件的话也可用其它模式，后按OK钮。

完成后顺序按下键盘的X和A键（全部不选中）。

对于贴片和单面板一定要加。

　　十二、放置覆铜区

　　将设计规则里的安全间距暂时改为0.5-1mm并清除错误标记，选Place-PolygonPlane在各布线层放置地线网络的覆铜（尽量用八角形，而不是用圆弧来包裹焊盘。

最终要转成DOS格式文件的话，一定要选择用八角形）。

下图即为一个在顶层放置覆铜的设置举例：

　　设置完成后，再按OK扭，画出需覆铜区域的边框，最后一条边可不画，直接按鼠标右键就可开始覆铜。

它缺省认为你的起点和终点之间始终用一条直线相连，电路频率较高时可选GridSIZE比TrackWidth大，覆出网格线。

　　相应放置其余几个布线层的覆铜，观察某一层上较大面积没有覆铜的地方，在其它层有覆铜处放一个过孔，双击覆铜区域内任一点并选择一个覆铜后，直接点OK，再点Yes便可更新这个覆铜。

几个覆铜多次反复几次直到每个覆铜层都较满为止。

将设计规则里的安全间距改回原值。

十三、最后再做一次DRC

　　选择其中ClearanceConstraintsMax/Min　WidthConstraintsSHORTCIRCUITConstraints和Un-RoutedNets　Constraints这几项，按RunDRC钮，有错则改正。

全部正确后存盘。

　　十四、对于支持PROTEL99SE格式（PCB4.0）加工的厂家可在观看文档目录情况下，将这个文件导出为一个*.PCB文件；对于支持PROTEL99格式（PCB3.0）加工的厂家，可将文件另存为PCB3.0二进制文件，做DRC。

通过后不存盘退出。

在观看文档目录情况下，将这个文