高職PCB設計課程教學探討

作者 / 石英春，湖南信息職業技術學院電子工程學院

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高職PCB設計課程教學探討

作者 / 石英春，湖南信息職業技術學院電子工程學院

本文對PCB設計課程在教學改革中如何引導選用設計軟件、如何開展PCB教學、如何加強PCB設計的整體考慮等難題進行了探討。實踐表明，重構項目教學內容、實施深入的項目教學是高職電子類專業提高畢業競爭優勢的有效措施。

電路板設計；教學改革；提高競爭優勢

前言

印制電路板（PCB）設計以電路原理圖為根據，實現電路設計者所需要的功能。 根據有關報告資料顯示，中國內地依然是世界PCB產值最大、增長速度最快的地區［1］。因此，PCB電路設計成為了電子類以及信息相關專業學生的一門重要課程，筆者根據多年PCB電路設計過程的體會，就此課程的以下3個關鍵難題進行探討。

1.三種PCB設計軟件的比較

（1）protel是最早接觸的PCB板件設計軟件，現在學習PROTEL是學習高端PCB軟件的基礎。 經過20來年的發展，如今已經發展到Altium Designer系列，它是個強大的電子設計軟件，兼容了板件設計的功能，它包含電路原理圖繪制、多層印制電路板設計（包含印制電路板自動布線）、模擬電路與數字電路混合信號仿真、可編程邏輯器件設計、原理圖和PCB庫函數生成、元器件清單生成等功能，此軟件作為學校的PCB入門級教材，應用廣泛。

（2）Cadence（Cadence Design Systems）是一個專門從事電子設計自動化（EDA）的軟件公司，其解決方案旨在提升和監控半導體、計算機系統以及其它各類型電子產品的設計。產品涵蓋了電子設計的整個流程，包括系統級設計，功能驗證，全定制集成電路設計，IC物理驗證，PCB設計和硬件仿真建模、IC綜合及布局布線，模擬、混合信號及射頻IC設計，等，此軟件功能強大，軟件使用要求嚴謹。

（3） PowerPCB（PADSLayout）是設計較復雜的、高速印制電路板的設計環境。它是一個強有力的基于形狀化、規則驅動的布局布線設計解決方案，兼容了自動和交互式走線方式，有機地集成了前后端的設計工具，包括最終的測試、準備和生產制造過程。它提供了與其他PCB設計軟件、CAM加工軟件、機械設計軟件的接口，方便了不同設計環境下的數據轉換，便于在不同設計環境下的改進工作。

筆者通過在研發企業設計產品的經驗認為，Altium Designer 軟件，在企業中的應用最為廣泛，特別是一些低端、較簡單的產品，在高校中特別是職業院校學習是很有必要的；cadence軟件作為一款功能強大的EDA軟件，它要求的起點比較高，特別是4層以上板件使用此軟件的企業較多，可以作為高端設計學習的首選。

2.PCB設計教學方法分析

教學方法是提高教學質量的保證，PCB設計的教學是一門應用軟件學習，它具有較強的應用性［2～3］。教師如果按照常規方式，照本宣科地教學過程很難收到好的教學效果，所以，我們應該采取項目教學的方式（它以模擬企業中實際的項目為標準）。只有明確項目任務，才能保證項目的最終完成，并取得良好的效果。

PCB設計課程僅靠課上時間的學習是遠遠不夠的，因此，對Protel 2004軟件的學習，要求學生在課上被引導學習的基礎上，通過實際案例，自主摸索學習的方式完成。教師可以引導學生掌握自主學習的基本方法。自主學習是內因，它好比是汽車的發動機，學生要有明確的學習目標，并按照計劃去按時按量實施，對自己的學習效果展開客觀、實事求是的評價。其優點在于培養了學生的自主學習能力，同時，以學生為導向的教學理念，容易使師生之間形成默契，建立良好的平等協作關系。通過自主學習與老師引導完成項目是項目教學法的重點，當教師下達了項目任務后，學生需要通過多種途徑、方法和手段去完成項目任務。對于一些問題的分析與解決，學生可以先查閱有關的教材、網絡資料等，在實踐中逐步地理解、模仿、增強實戰的經驗。并鼓勵大家共享資料、相互討論、交流，相互的取長補短。在此基礎上，教師通過查閱學生項目，找出內部的問題點，給出合理化的建議，使學生在制作項目的過程中不斷提高。

筆者認為，通過教師采取項目的教學模式和學生自主學習的方式，可以激發學生的學習興趣，提高學生的積極主動性，便于學生的消化和吸收，達到教學目標的目的。

3.加強PCB設計的整體考慮

PCB設計的主要目的是實現電路設計者所需要的功能，也就是說使制作的PCB設計文件可以拿到制板廠家批量生產。所以，需要加強學生對元器件的布局、布線和工

藝方面的考慮，提高一次性成功的概率［4］。

1）元器件的布局：元器件的布局是PCB設計好壞的關鍵，也是走線是否順暢的重要環節。在繪制復雜電路板時，自動布局的效果將很難達到實用的需要，必須經過手動布局才能達到設計效果，在手工布局時，要同時考慮到功能、性能、安裝方面的要求。

2）PCB板的布線 ：PCB板的布線是PCB設計功能能否實現的關鍵，是PCB設計最重要的環節。在學習過程中，很多學生樂意采用自動布線的方式，但如果在設計正式產品時，自動布線是很難達到實際效果的，所以，建議在學習布線時，采用手工布線的方式為主。同時在布線方面還需考慮：布信號線的優先次序、走線的方向、阻抗匹配、走線長度控制、電容器件去耦工作控制等方面。

3）工藝設計要求 ：合理的工藝結構，既可消除因布線不當而產生的噪聲干擾，同時便于生產中的安裝、調試與維修，提高產品的可制造性能力等。對于工藝方面需考慮利于機器焊接（包括貼片焊接和插件焊接的要求）、方便測試、便于識別絲印和版本號、便于散熱等要求內容。

4.結論

總之，對于高職類學生來說，實際操作能力更加的重用，更貼近于實際的需要。通過“PC B設計”課程的改革使課程內容更加符合設計型公司的實際應用，課程體系更加健全和完善。在教學方式上不斷的改進，強化理論與實踐相結合，采取實踐為主、理論為輔的方式。通過實際驗證表明，重構項目教學內容、實施更加具體深入的教學是高職電子類專業學生提高畢業競爭力的有效教學措施。

＊ ［1］楊宏強.全球PCB產業發展近況［J］.印制電路信息，2008（12）.9～16

＊ ［2］ 喻小燕 ， 譚立新 . 高職院校專業建設哲理分析、系統設計與智慧落實 ［M］. 北京 ： 北京理工大學出版社 ，2014

＊ ［3］及力，劉江，羅慧欣等.Protel DXP2004 SP2實用設計教程［M］.電子工業出版社，2009

＊ ［4］謝如元，施佳林.PCB板時電路的電磁兼容設計［J］.現代電子技術，2012（2）.142～147