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从小白到PCB登党入室

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   不知不觉,毕业已经八年了,从大二选择专业电子信息科学与技术,踏入电子嵌入式行业已经十年。十年,听起来很漫长,但是仿佛就在昨天,借Altium征文之际,高中学习的物理学习的一部分就是电子学,回想一下高中物理真是包罗万千啊,从牛顿万有引力到闭合电路欧姆定律。高中,大学到研究生就是把学业读专一的过程。术业有专攻。有的博士一辈子研究一个氨基酸,研究一个微观粒子。学历越高,研究面越窄越深入。如果说初中高中研究的是电阻,电容,电感,大学本科再加入二极管,三极管,场效应管,逻辑集成电路。大二开始学习模电数电,接触电路板,看到电路板觉得好神奇啊。觉得一个芯片怎么可能控制这么大的设备。觉得相当不可思议。从这时起,接触Altium的前Protel99se。
   因为热爱,加入学院电子创新实验室。业余时间,没有风花雪月,只有电路作伴。一个小白,学生又多,接触老师的机会太少了。基本都是自己钻研。学习原理图设计,学习封装设计。从最简单的三极管开关放大电路,RC滤波电路,二极管桥式整流电路学习做原理图设计。当时觉得protel软件很娇嫩的,觉得设计不对把软件搞坏了咋办?于是先在草纸上反复演算做好,再打开软件一个个元器件的找。 Protel99是我接触的第一个PCB设计软件,界面简洁,功能强大。对一个小白来说,学习还是有些困难,学习PCB需要强大的内功基底。这个底子就是扎实的电子电路基本知识。从简单的小电路开始学习软件的原理图设计,当时觉得最难的还是制作元件库。启动库编辑器SCHLIB,从最简单的三极管封装开始练习到设计多PIN芯片。到PCB封装设计。

   从最贱的原理图设计,起初先看看DEMO板子的,看看别人是怎么画图的,然后就是临摹。感觉PCB设计跟学习画画一样,在指导老师的指引和同学的讨论之下,在电子创新实验室慢慢摸索了一个月,就可以独立设计简单的应用Protel99se进行PCB了。感觉有点当堂入室的感觉。当时进行模拟电子课程设计,课程要求用Protel99se设计一款PCB。很多同学都是懵懂的,他们都跟我请教软件用法,我一个个指导他们。感觉自己相当有成就感。参加学院组织的运算放大电路设计竞赛,做出了第一个属于自己的PCB作品,从元件采购到PCB打样,到焊接,都是自己完成的,获得了一等奖,一千元奖品。这是相当有成就感的。花了三百请室友和实验室同学庆祝。感觉Protel99se就是自己的一个老伙计,从此结下了不解之缘。
   毕业之后,在老师的推荐之下,来到上海一家韩资企业。是个做显示器件的公司。公司用的韩国的一个EDA软件CSIEDA。因为有根基,上手很快。但是这个软件BUG很多的,不能兼容新版的错做系统。只能在最古老的XP上运行。后来这公司转型,完全变成国内民企。产品随时需要客户要求进行升级迭代。CSIEDA由于版本老旧,新设迁移到Altium Designer 上进行,Altium Designer对企业不是免费的,尊重知识产权,支持正版,公司花费巨资引进Altium Designer正版化。因为有Protel99se基础。学习Altium Designer毫不费力,信手拈来。由于产品复杂,种类繁多。便于后续升级,在我的带领下。几个电子工程师花费几个月完成CSIEDA设计到Altium Designer迁移。统一原理图库,PCB库,模块化设计,做到每个设计者设计兼容。原理图设计也从单个做到层次原理图设计,单层板到四层板子和多层板的叠层设计。Altium Designer功能强大,版本也在升级,越来越贴近实际项目需求,解决一个个开发设计者的痛点。在PCB设计过程总,规则设定很重要。Altium Designer提出3W/20H原则,所谓的3W规则就是,为了减少线宽间串扰,应保证线间距足够大,如果线中心距离不少于3倍线宽时,则可保持70%的线间电场不互相干扰,如果达到98%电场不互相干扰,可使用10W规则。这就是PCB设计的黄金法则。

   随这产品的迭代,从简单的8位单片机到32位单片机,到ARM9核心架构复杂产品。有人说Altium Designer不适合高速布线,那是因为没有学到Altium Designer的精髓。Altium Designer从Protel99se开始就有高速布线的基因。所谓高速信号就是从 10%上升到 90%时间小于 6 倍导线延时。 接触ARM9项目,就开始学习BGA封装设计,蛇形线等长设计,DDR等长分组,到等长的拓扑结构设计。这里结合自己的经验总结了一下,希望对大家的工作有帮助。

1) 3 点以上连线,尽量让线依次通过各点,便于测试,线长尽量短。

2)引脚之间尽量不要放线,特别是集成电路引脚之间和周围。

3)不同层之间的线尽量不要平行,以免形成实际上的电容。

4)布线尽量是直线,或 45 度折线, 避免产生电磁辐射。

5)地线,电源线至少 10-15mil 以上(对逻辑电路)。

6)尽量让铺地多义线连在一起,增大接地面积。线与线之间尽量整齐。

7)注意元件排放均匀,以便安装插件焊接操作。文字排放在当前字符层,位置合理,注意朝向,避免被遮挡,便于生产。

8)元件排放多考虑结构,贴片元件有正负极应在封装和最后标明,避免空间冲突。

9)目前印制板可作 4—5mil 的布线,但通常作 6mil 线宽, 8mil 线距, 12/20mil 焊盘。布线应考虑灌入电流等的影响。

10)功能块元件尽量放在一起,斑马条等 LCD 附近元件不能靠之太近。

11)过孔要涂绿油(置为负一倍值)。

12)电池座下最好不要放置焊盘,过空等, PAD 和 VIL 尺寸合理。

13)布线完成后要仔细检查每一个联线(包括 NETLABLE)是否真的连接上(可用点亮法)。

14)振荡电路元件尽量靠近 IC,振荡电路尽量远离天线等易受干扰区。晶振下要放接地焊盘。

15)多考虑加固,挖空放元件等多种方式,避免辐射源过多。

16)设计流程: A:设计原理图; B:确认原理; C:检查电器连接是否完全; D:检查是否封装所有元件,是否尺寸正确; E:放置元件; F:检查元件位置是否合理; G:可先布地线和电源线;H:检查有无飞线(可关掉除飞线层外其他层); I:优化布线; J:再检查布线完整性; K:比较网络表,查有无遗漏; L:规则校验,有无不应该的错误标号; M:文字说明整理; N:添加制板标志性文字说明;O:综合性检查。

    Altium Designer推出功能强大的物料清单管理器AciveBOM,BOM 表可以包含元器件名称、编码、规格、用量、价格、库存等信息,同时Excel 格式的BOM表可以实现定制化输出,为器件采购,装配提供数据支撑。非常适合管理物料,还包含供应链的信息,避免买到假货,保证物料采购及时不浪费。非常适合工厂大规模生产,也很容易介入到ERP金蝶K/3供应链管理系统中。
   Altium Designer市场做的活动也很好,在总部举办很多讲座。每年也举行客户答谢活动。上午研讨会,学习新技巧,结识了很多同行,中午还有丰富自助,由于疫情原因,Altium坚持每周做直播活动,交流学习,都是很不错的。


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