【摘 要】本文主要介绍了在电子CAD课程教学中关于PCB设计的电子产品的几个实用性技巧分析，对传统的教学内容进行了相应改革，增加了可制造性分析，使得电子CAD课程的教与学有质的提高，达到了培养学生的课程职业目标要求。
【关键词】PCB；布局；布线；可制造性
0 引言
《电子电路设计与仿真》课程是一门理论与实际结合性很强，极具实践性的新兴课程，是电气类专业的核心技能课程之一。在近年来高职院校的项目教学改革中发现，在对这门课程的教学过程中，往往只是将重点放在对电子电路CAD应用软件的熟练操作上，却忽视了对PCB板设计的一些技巧应用，特别是对设计出来的产品在可制造性上与企业的生产实践脱节，这样设计出来的产品如果走上生产环节，要么会大大提高了生产成本，要么是不符合生产实践。那么如何在这门课程的教学中实现与生产的联接，将是本文将要探讨的问题。
实践证明，对电子产品设计师尤其是线路板设计人员来说，即使电路原理图设计正确，可是如果印制电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。同时产品的可制造性（工艺性）也是一个必须要考虑的因素，如果线路板设计不符合可制造性（工艺性）要求，将大大降低产品的生产效率，提高了生产成本，在严重的情况中甚至会导致所设计的产品根本无法制造出来。因此，在设计印制电路板的时候，应学会掌握各种电路设计技巧，注意采用正确的设计方法。为此，我们在《电子CAD》课程的教学内容方面做了全面的创新，增加了PCB设计技巧及可制造性应用技能，充分提高了课程的教学质量，增强了技能课程的实践性。
1 PCB布局技巧
在设计中，布局是一个重要的环节。布局结果的好坏将直接影响布线的效果，所以合理的布局是PCB设计成功的第一步。
考虑整体美观，一个产品的成功与否，一是要注重内在质量，二是兼顾整体的美观，这样两者都较完美才能认为该产品是成功的。同时我们还要注意一些问题如：
1）布局的首要原则是保证布线的布通率，移动器件时注意飞线的连接，把有连线关系的器件放在一起 ，避免走线太长；
2）数字器件和模拟器件要分开，尽量远离，避免干扰；
3）去耦电容尽量靠近器件的VCC；
4）放置器件时要考虑以后的焊接，同时还有散热，不要太密集；
5）多使用软件提供的Array和Union功能，提高布局的效率。
2 PCB布线技巧
一般来讲PCB设计软件提供的手工布线功能十分强大，包括自动推挤、在线设计规则检查（DRC），自动布线由Specctra的布线引擎进行，通常这两种方法配合使用，常用的步骤是手工―自动―手工。
2.1 布线是PCB设计过程中的一个重要环节，所有的前期准备工作都是为它而做的，而在整个PCB设计过程中，就属布线的设计过程技巧最细、限定最高。PCB布线有单面、双面及多层布线，方式有两种：自动及交互式布线，在自动布线之前，可预先用交互式对要求比较高的线进行布线，输入端与输出端的边线不应相邻平行，这样可避免产生反射干扰。在必要时，可加地线进行隔离，且两相邻层的布线要互相垂直，因为平行比较容易产生寄生耦合。
2.2 电源、地线的处理。即使在整个PCB板中的布线完成得都很好，但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，有时甚至影响到产品的成功率。每个从事电子产品设计的工程师都明白，为何会产生电源线与地线之间的干扰，现只对降低式抑制干扰作以表述。要在电源、地线之间加上去耦电容。尽量加宽电源及地线，最好是地线比电源线宽，其关系为：地线>电源线>信号线。因此对电源、地线的布线要认真对待，把电源、地线所产生的噪音干扰降到最低限度，以保证产品的质量。
使用大面积铜层作地线，在印制板上把没被使用的地方都与地相连，作地线使用或是做成多层板，电源，地线各占用一层。
2.3 数字电路与模拟电路的共地处理。现在大部分的PCB不再是单一功能电路（数字或模拟电路），而是由数字电路和模拟电路两种电路构成的。因此在布线时就需要考虑这两种电路之间互相干扰问题，特别是地线上的噪音干扰。
3 可制造性分析
现代电子电路产品的生产基本都是依靠SMT，因此我们在设计的时候就必须要考虑SMT的制造过程，这样我们设计出来的产品才能符合生产的要求，在这里我以一个多功能灯为例。
多功能灯组成结构分析
多功能灯的主要组成有：LED灯头、螺旋钢管灯头支臂、三防外壳、带导线充电电池（MiNMaX LICI8650）、电源插座（DC-005 2.1MM内芯）、按钮、主控板（50mm*32mm）。
在SMT生产工艺流程中，通常把SMT分为挂胶制程（波峰焊）和锡膏制程（回流焊）。它们的主要区别为：贴片前的工艺不同，前者使用贴片胶，后者使用焊锡膏。贴片后的工艺不同，前者过回流炉只起固定作用、还须过波峰焊，后者过回流炉起焊接作用。那么在设计和选择主控板的的时候除了考虑以上特点，我们就要考虑下面的几个问题：
1）拼板是否用阴阳板及各自优缺点；2）是否采用拼板及拼板的个数。
根据实际生产情况分析得出，多功能灯的主控板采用：双面锡膏回流焊接工艺。因此我们选择多功能灯的主控板元件配置图top层 和bot层将设计出对应的拼版图，最终设计拼版方案A和方案B如下图。
论证：主控板正面元件较多，而背面元件较少，照成了元件极度分布不均；元件集中的区域吸热多，散热不良，温度较高，这样容易造成主控板在进入回流焊接时板子的翘曲。方案A和方案B比较，后者较前者的合理性更好，故选择方案B。
采取此种拼版形式的原因：一是可以充分利用SMT长线的优势，以达到更高的打件效率；二是节省网板；三是此板若（下转第76页）（上接第89页）做单面板，要采用手工焊接元器件，降低了生产效率。
采用此种拼版形式的优点：
1）降低了生产成本。
2）采用阴阳板，在开始编制程序的时候就可以节省优化程序的时间。采用阴阳板，也就是将两面的程序合成一个程序来做，这样只要针对一个程序来考虑优化条件。
3）采用阴阳板，在附加工具和辅料方面也会有很大的节省（针对部分产品来说）。比如，钢网就可以少做一片，如果需要托盘的话，那么节省的物料就会更多。
4）在生产效率上面来说，可以提高产量。原因是在生产过程中不需要换产，那么这部分时间就会多生产产品。还有就是由于阴阳板是一个贴装程序，这样在生产的时候就比两面程序，减少了一半的基板搬运时间，这部分时间又可以多生产产品。
这些PCB技巧在我们的平时课堂教学及高职教材上面总是容易被忽视，可是对PCB专业人员来说却是必需掌握的。因此，在本门课程教学上，我们增加了这些PCB设计技巧及可制造性分析，达到了对课程改革的职业目标要求。
【参考文献】
[1]比秀梅周南权.电子线路板设计项目化教程[M].化学工业出版社，2010.
[2]王国玉.电子线路CAD基本功[M].北京：中国邮电出版社，2009.
[3]王炳艳.电子CAD课程教学方法改革[J].科教文汇，2011（10）.
[责任编辑：陈双芹]
【摘 要】本文主要介绍了在电子CAD课程教学中关于PCB设计的电子产品的几个实用性技巧分析，对传统的教学内容进行了相应改革，增加了可制造性分析，使得电子CAD课程的教与学有质的提高，达到了培养学生的课程职业目标要求。
【关键词】PCB；布局；布线；可制造性
0 引言
《电子电路设计与仿真》课程是一门理论与实际结合性很强，极具实践性的新兴课程，是电气类专业的核心技能课程之一。在近年来高职院校的项目教学改革中发现，在对这门课程的教学过程中，往往只是将重点放在对电子电路CAD应用软件的熟练操作上，却忽视了对PCB板设计的一些技巧应用，特别是对设计出来的产品在可制造性上与企业的生产实践脱节，这样设计出来的产品如果走上生产环节，要么会大大提高了生产成本，要么是不符合生产实践。那么如何在这门课程的教学中实现与生产的联接，将是本文将要探讨的问题。
实践证明，对电子产品设计师尤其是线路板设计人员来说，即使电路原理图设计正确，可是如果印制电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。同时产品的可制造性（工艺性）也是一个必须要考虑的因素，如果线路板设计不符合可制造性（工艺性）要求，将大大降低产品的生产效率，提高了生产成本，在严重的情况中甚至会导致所设计的产品根本无法制造出来。因此，在设计印制电路板的时候，应学会掌握各种电路设计技巧，注意采用正确的设计方法。为此，我们在《电子CAD》课程的教学内容方面做了全面的创新，增加了PCB设计技巧及可制造性应用技能，充分提高了课程的教学质量，增强了技能课程的实践性。
1 PCB布局技巧
在设计中，布局是一个重要的环节。布局结果的好坏将直接影响布线的效果，所以合理的布局是PCB设计成功的第一步。
考虑整体美观，一个产品的成功与否，一是要注重内在质量，二是兼顾整体的美观，这样两者都较完美才能认为该产品是成功的。同时我们还要注意一些问题如：
1）布局的首要原则是保证布线的布通率，移动器件时注意飞线的连接，把有连线关系的器件放在一起 ，避免走线太长；
2）数字器件和模拟器件要分开，尽量远离，避免干扰；
3）去耦电容尽量靠近器件的VCC；
4）放置器件时要考虑以后的焊接，同时还有散热，不要太密集；
5）多使用软件提供的Array和Union功能，提高布局的效率。
2 PCB布线技巧
一般来讲PCB设计软件提供的手工布线功能十分强大，包括自动推挤、在线设计规则检查（DRC），自动布线由Specctra的布线引擎进行，通常这两种方法配合使用，常用的步骤是手工―自动―手工。
2.1 布线是PCB设计过程中的一个重要环节，所有的前期准备工作都是为它而做的，而在整个PCB设计过程中，就属布线的设计过程技巧最细、限定最高。PCB布线有单面、双面及多层布线，方式有两种：自动及交互式布线，在自动布线之前，可预先用交互式对要求比较高的线进行布线，输入端与输出端的边线不应相邻平行，这样可避免产生反射干扰。在必要时，可加地线进行隔离，且两相邻层的布线要互相垂直，因为平行比较容易产生寄生耦合。
2.2 电源、地线的处理。即使在整个PCB板中的布线完成得都很好，但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，有时甚至影响到产品的成功率。每个从事电子产品设计的工程师都明白，为何会产生电源线与地线之间的干扰，现只对降低式抑制干扰作以表述。要在电源、地线之间加上去耦电容。尽量加宽电源及地线，最好是地线比电源线宽，其关系为：地线>电源线>信号线。因此对电源、地线的布线要认真对待，把电源、地线所产生的噪音干扰降到最低限度，以保证产品的质量。
使用大面积铜层作地线，在印制板上把没被使用的地方都与地相连，作地线使用或是做成多层板，电源，地线各占用一层。
2.3 数字电路与模拟电路的共地处理。现在大部分的PCB不再是单一功能电路（数字或模拟电路），而是由数字电路和模拟电路两种电路构成的。因此在布线时就需要考虑这两种电路之间互相干扰问题，特别是地线上的噪音干扰。
3 可制造性分析
现代电子电路产品的生产基本都是依靠SMT，因此我们在设计的时候就必须要考虑SMT的制造过程，这样我们设计出来的产品才能符合生产的要求，在这里我以一个多功能灯为例。
多功能灯组成结构分析
多功能灯的主要组成有：LED灯头、螺旋钢管灯头支臂、三防外壳、带导线充电电池（MiNMaX LICI8650）、电源插座（DC-005 2.1MM内芯）、按钮、主控板（50mm*32mm）。
在SMT生产工艺流程中，通常把SMT分为挂胶制程（波峰焊）和锡膏制程（回流焊）。它们的主要区别为：贴片前的工艺不同，前者使用贴片胶，后者使用焊锡膏。贴片后的工艺不同，前者过回流炉只起固定作用、还须过波峰焊，后者过回流炉起焊接作用。那么在设计和选择主控板的的时候除了考虑以上特点，我们就要考虑下面的几个问题：
1）拼板是否用阴阳板及各自优缺点；2）是否采用拼板及拼板的个数。
根据实际生产情况分析得出，多功能灯的主控板采用：双面锡膏回流焊接工艺。因此我们选择多功能灯的主控板元件配置图top层 和bot层将设计出对应的拼版图，最终设计拼版方案A和方案B如下图。
论证：主控板正面元件较多，而背面元件较少，照成了元件极度分布不均；元件集中的区域吸热多，散热不良，温度较高，这样容易造成主控板在进入回流焊接时板子的翘曲。方案A和方案B比较，后者较前者的合理性更好，故选择方案B。
采取此种拼版形式的原因：一是可以充分利用SMT长线的优势，以达到更高的打件效率；二是节省网板；三是此板若（下转第76页）（上接第89页）做单面板，要采用手工焊接元器件，降低了生产效率。
采用此种拼版形式的优点：
1）降低了生产成本。
2）采用阴阳板，在开始编制程序的时候就可以节省优化程序的时间。采用阴阳板，也就是将两面的程序合成一个程序来做，这样只要针对一个程序来考虑优化条件。
3）采用阴阳板，在附加工具和辅料方面也会有很大的节省（针对部分产品来说）。比如，钢网就可以少做一片，如果需要托盘的话，那么节省的物料就会更多。
4）在生产效率上面来说，可以提高产量。原因是在生产过程中不需要换产，那么这部分时间就会多生产产品。还有就是由于阴阳板是一个贴装程序，这样在生产的时候就比两面程序，减少了一半的基板搬运时间，这部分时间又可以多生产产品。
这些PCB技巧在我们的平时课堂教学及高职教材上面总是容易被忽视，可是对PCB专业人员来说却是必需掌握的。因此，在本门课程教学上，我们增加了这些PCB设计技巧及可制造性分析，达到了对课程改革的职业目标要求。
【参考文献】
[1]比秀梅周南权.电子线路板设计项目化教程[M].化学工业出版社，2010.
[2]王国玉.电子线路CAD基本功[M].北京：中国邮电出版社，2009.
[3]王炳艳.电子CAD课程教学方法改革[J].科教文汇，2011（10）.
[责任编辑：陈双芹]