立創EDA在高校電子類創新實驗室的應用

葉成彬， 陳賢鈺， 陳凌峰

(廣州城市理工學院，電氣工程學院，廣東，廣州 510800)

0 引言

印刷電路板(PCB)設計是高校電子類創新實驗室基礎培訓項目之一，目前國內電路板設計行業主流軟件主要有Altium Designer、PADS Layout、Candence SPB 3種，其中AltiumDesigner軟件易于上手在教育行業應用比較廣泛，其已成為部分高等院校電類專業的技術基礎課程[1-2]，而PADS Layout和Candence SPB軟件使用難度稍大，適合更為專業的人員使用，因此這兩款軟件是國內一些中小型電子產品開發企業首選軟件[3-5]。立創EDA是2017年推向市場的一款集網頁和客戶端的在線設計、在線仿真、項目管理、PCB定制、項目開源社區等功能的國產EDA軟件，在教育行業、中小型企業以及個人制作得到廣泛的應用[6-7]。

1 立創EDA簡介

立創EDA是一款由立創商城自主開發的國產EDA工具，用戶可隨時、隨地、隨設備在瀏覽器登錄網頁即可進入EDA設計界面，選用平臺提供或個人元件庫里的電子元器件符號和封裝文件進行電路原理圖和PCB圖設計，設計過程文件實時保存到云端服務器，在線創建團隊，邀請項目成員協同設計工程等[8]。同時用戶可在本地計算機安裝立創EDA客戶端，該客戶端默認為協作版即工程文件存放到云端服務器，可設置為工程離線版將工程文件保存在本地計算機，庫文件保存在云端服務器。

1.1 豐富的元件庫

在標準模式設計環境下，立創EDA平臺為用戶提供常見電子元器件的基礎符號庫、原理圖庫、PCB封裝庫、仿真符號庫、原理圖模塊、PCB模塊和PCB 3D庫。除了基礎符號庫之外，用戶在其它庫搜索相關元器件文件時均可通過用戶個人庫、立創商城、嘉立創貼片、EDA系統庫、關注的用戶和其它用戶分享渠道進行篩選。以線性穩壓芯片LM317T為例，在元件庫進行搜索該芯片元件符號結果如圖1所示，從中可得知該芯片在各類渠道數量、零件名稱、封裝名稱、制造商、銷售價格、原廠提供的用戶手冊等信息。

圖1 元件庫搜索LM317T元器件符號結果

立創EDA允許用戶創建個人原理圖庫、PCB封裝庫、PCB 3D庫和導入AltiumDesigner軟件的庫文件，由于電子設計行業缺乏統一標準，許多電子工程師對各類庫文件命名五花八門，特別是初學者更是按照自己喜好進行命名，導致自身對專業認知不夠，因此立創EDA編輯了元件封裝命名參考規范手冊供用戶使用，部分命名規范內容如圖2所示。

圖2 元件封裝命名參考規范手冊部分內容

1.2 團隊/班級創建和管理

立創EDA個人版本僅有個人工作臺，能提供強大的團隊管理功能，創建者創建一個團隊后可通過搜索用戶名稱、鏈接邀請和郵箱邀請3種方式加入團隊成員，同時可對成員設置相應的角色以授予團隊工程項目權限，實現多人共同設計同一工程，做到分工協作，提高工程設計效率，團隊成員添加方式如圖3所示。

圖3 立創EDA個人版團隊成員添加方式

團隊管理中成員角色及權限，可分為以下幾種。

(1)所有者：個人工程的所有者，對工程有全部的操作權限。

(2)管理者：擁有工程文檔、設置和工程成員的操作權限。

(3)開發者：擁有工程文檔，附件創建編輯權限。

(4)成員：擁有對工程文檔，附件查看權限。

立創EDA教育版同時擁有個人版工作平臺和學校組織平臺，兩者之間可自由切換，教師在學校組織的工作臺里面可分別創建和管理多個班級，通過班內發布設計工程描述、任務文檔、附件文件等資料，學生在班里新建工程，查看班里所有學生的工程詳情(原理圖和PCB)和操作日志，實時掌握學生工程設計進度。

1.3 開源資源

立創EDA默認為協作模式，用戶創建的工程可設置為私有或公有，私有則僅團隊成員可見和編輯，公有則表示向平臺所有用戶進行開源，任何人可見且能進行拷貝編輯。該平臺所有用戶創建的原理圖庫和PCB庫均為開源，因此用戶間可互相借鑒或使用對方元件庫。

立創EDA關聯的立創開源硬件平臺(OShowHub)如圖4所示。該平臺開源渠道分有官方認證開源和技術達人開源2大類，開源的工程需有作品功能描述、樣品實物圖、樣品演示視頻、原理圖、PCB、程序代碼、元器件清單(BOM)等。立創EDA用戶對開源工程的相關資料擁有最高權限，原理圖和PCB等設計文檔支持一鍵關聯到立創EDA中打開，可在評論區與作者交流設計心得等。

圖4 立創開源硬件平臺(OShowHub)

2 立創EDA應用培訓

某高校電工電子創新實驗室每年向新招大一、大二成員普及部分電子設計基礎知識，以承擔后期科研工作任務或相關學術競賽，在寒假期間組織新招成員開展為期兩周的PCB培訓，培訓內容涵括電子元器件焊接技術、電子元器件識別、立創EDA繪制作品原理圖和PCB以及作品焊接測試等。

2.1 培訓目的

(1)熟悉一般電子元器件概念、分立與集成分類、直插式與表貼式封裝識別。

(2)熟悉常規直插式與表貼式電阻、電容、電感以及二極管等元器件分類、標稱值讀取、測量、查找查看原廠技術手冊等。

(3)了解電子類設計電路板設計流程：提出需求和功能→繪制元器件原理圖庫和封裝庫→繪制原理圖→繪制PCB(設定電路板邊框、布局、布線等)→導出電路板用于生產制造的Gerber文件和坐標文件→外發企業生產制造。

(4)熟練使用立創EDA設計電路板、掌握電路板焊接技巧、整板測試能力等。

2.2 電路板設計培訓內容

(1)組建培訓團隊

在立創EDA教育版學校組織平臺創建PCB培訓團隊，將添加成員邀請鏈接或二維碼發送給學生，學生自行接受成員添加邀請，教師在立創EDA后臺管理審核通過，即可完成團隊組建，同時可設置團隊成員為普通成員或管理者角色，以授予相應的權限。

(2)繪制元器件原理圖庫和PCB庫

立創EDA元件庫提供了囊括市場上大部分電子元器件的原理圖庫和PCB庫，種類齊全，如選擇立創商場提供的元件庫設計資料繪制原理圖，則可點擊立創EDA原理圖菜單的BOM(元器件清單)調轉至立創商場BOM智能配單系統，在此系統中可查詢相應元器件在立創商場的庫存或購買。

雖然電路板培訓課程中所需元器件均能在立創EDA元件庫中找到較為規范的元器件符號和封裝，但是作為新手學習電路板設計還需通過自行繪制元器件符號和封裝來深入了解一些常用的電子元器件特性。以線性穩壓芯片LM317T為例，學生通過立創EDA元件庫搜索LM317T在立創商場庫存并點擊查看規格書選項來下載和閱覽制造商提供的用戶手冊，以了解該電子元器件特征、引腳順序、引腳名稱、直插式和表貼式封裝名稱、典型應用電路、封裝尺寸圖、制造商等專業知識，培養學生查找和查看專業文檔習慣[9]。

(3)繪制原理圖和PCB

電工電子創新實驗室電路板設計主要以繪制呼吸燈和基于STC15W單片機最小系統2個作品的原理圖和PCB為主，從易到難，從模仿到自主創新。以繪制呼吸燈原理圖為例，學生根據原理圖所需元器件在個人庫預先繪制好的原理圖庫查找調取相應元器件符號放置于圖紙中，再通過編輯元器件符號名稱、編號、添加合適的封裝、連接導線以及放置網絡標簽等完成作品原理圖的繪制，呼吸燈部分原理圖如圖5所示。

圖5 呼吸燈部分原理圖

在完成呼吸燈原理圖工作之后，通過點選“更新PCB”將原理圖中的元器件之間電氣連接關系以及元器件封裝導入到PCB圖紙，設置PCB圖紙走線線寬、元器件封裝之間間距、過孔內外徑尺寸等設計規則，設定呼吸燈電路板物理邊框尺寸等。可通過原理圖中的“布局傳遞”功能將原理圖中的元器件位置布局相對應地傳遞到PCB中元器件封裝位置布局，以提高設計者擺放元器件封裝位置的效率。可視化的PCB層與元素懸浮窗，方便初學者理解當前編輯設計層及其意義，層與元素懸浮窗如圖6所示。呼吸燈PCB元器件部分擺放造型如圖7所示。

圖6 層與元素懸浮窗

a)閃電造型呼吸燈

(4)熟悉PCB制造工藝

PCB板在制造生產下單中需對PCB工藝進行選擇，如板子厚度、阻焊顏色、字符顏色、阻焊覆蓋類型、焊盤噴鍍工藝、銅厚等，熟悉PCB下單生產工藝信息也是繪制PCB設計工程師必備基礎知識，PCB下單生產工藝信息如圖8所示。同樣地，每家PCB制造商加工工藝要求略有不同，PCB設計工程師在工程設計之前必須熟悉目標生產廠商PCB工藝相關參數，如PCB加工層數、板材類型、最大生產尺寸、PCB成品內外層銅厚、鉆孔孔徑范圍、最小線寬值等[10]。因此在日常的電路板設計培訓中，不僅教授學生專業的PCB設計技術，還需增強學習實際生產加工能力、用戶使用體驗等方面知識能力，從而不斷優化PCB設計。

圖8 PCB工藝信息

3 總結

作為一款具有團隊管理、設計資源共享、工程文檔權限分配、線上服務器保存等功能的國產EDA軟件，在日常教育培訓中不僅優化了項目管理方式，還增強了學生之間技術交流和分享知識的意識。同時立創EDA融入電子元器件采購系統和PCB生產制造、加工焊接系統，更好地將項目“需求”“設計”“采購”“生產制造”“焊接”這一設計流程銜接起來[11]，讓學生從單一的電路板設計逐漸向完整的產品設計、生產制造流程體系進階，從而提高學生工程能力和實踐水平。