Altium Designer在生产实习改革中的应用

陈新兵，谢斌盛，朱 静，邓文婷

(广州大学 实验中心，广州 510006)

·软件开发与应用·

Altium Designer在生产实习改革中的应用

陈新兵，谢斌盛，朱 静，邓文婷

(广州大学 实验中心，广州 510006)

生产实习是高校电类专业人才培养的一个重要环节。针对一般企业不提供短期硬件设计开发类岗位，专业实践效果欠佳的现状，介绍了如何利用行业主流软件Altium Designer，进行电子产品开发的具体流程，并结合实践介绍了以工程师培养为目标的生产实习教学改革，通过提升学生的开发能力和设计效率，培养适合业界的创新型工程人才。

生产实习；教学改革；设计开发；人才培养

生产实习作为电类学科必修的集中性实践教学环节，是工程师初步培养的关键，在人才培养中占有重要地位。然而，由于一般企业不提供短期硬件设计开发类岗位，导致当前的实训效果欠佳，对学生的工程能力与创新能力培养滞后[1-2]，不能满足国家发展转型需要。因此，研究国内外工程教育先进理念，以电子产品设计开发为主线，探索贯通式实习教学改革，培养与国际接轨的工程技术人才，已成为各高校生产实习改革的重要趋势[3-4]。

Altium Designer是Altium公司推出的一体化电子产品开发系统，融合原理图设计、PCB布线、元器件库编辑、3D PCB编辑、电路仿真和信号完整性分析等工具，提供了最完整的电子设计解决方案，大大提高了开发效率[5]。通过Altium Designer提高学生的设计开发能力，是生产实习改革的重要内容。

1 开发思路

逆向工程是电子产品研发的快速解决方案，根据样品了解参考原型设计，分析电路原理，借助电子设计软件，改进并重绘电路原理图，重新设计印刷电路板，确保机电匹配后打印制板，最终完成电子产品制作。在整个开发过程中，电子设计软件Altium Designer起线索和核心作用。下面以LED节能灯驱动设计为例，介绍电子产品设计开发的完整过程，重点讲述设计要点和设计效率，主要步骤有工程管理、原理图绘制、电路板设计和双面板打印设置工作。

1.1 建立工程

将用到的元件/封装库文件复制到指定文件夹，建立PCB工程，依次添加原理图、PCB和库文件，另存工程到该文件夹，完成工程创建，所有文件通过工程文件(*.PrjPCB)关联。

通过工程文件打开、管理和编辑其他文件，以便相关修改可以联动生效，提高设计与后续修改效率，在复杂电路板设计中尤为重要，有助于学生建立起科学严谨的工作作风。

1.2 原理图绘制

原理图绘制是Altium Designer进行电子产品设计的基础，应简洁易读，注重效率。

在原理图纸中，根据先放核心IC，其他元件依连接关系就近布局原则，完成所有元器件的放置。选取元件时先进行预览，确定好封装类型；放置元件时，元件，尤其同类元件的名称、参数和方向设置，在悬浮状态下利用Tab或Space快捷键一次完成，必要时利用place part，快速放置最近使用过的同类型元件，自动编号无须人工干预。连线交叉或线太长、太密时，灵活运用网络标号或总线能使原理图更简洁，太复杂的多模块电路可以采用层次原理图设计。原理图的设计应简洁易读，必要时修改元件引脚位置，在确保电路连接正确的情况下提高设计效率，尽量一次完成不返工，如图1所示。

图1 原理图绘制

1.3 电路板设计

电路板设计是Altium Designer进行电子产品设计的关键，网络连接、布局原则、布线规则、布线技巧、机电匹配和批量生产都很重要[6]，最终设计应符合核心IC的PCB设计指南，兼顾简洁性和合理性，在此前提下提升观感和效率中图2所示。

Altium Designer绘制好原理图后，执行Update PCB Document命令，进入PCB设计，有以下要点。

1)检查网络连接的正确性，特别是三极管、电位器等多引脚元件与其封装的一致性，必要时双击焊盘更改映射次序或者直接修改封装。

2)根据产品外壳尺寸画好电气边界，确保机电匹配[7]，将生成的网络拖至电气边界内。

3)将核心IC大致居中，其他元件参考原理图连接关系就近摆放完成PCB初始布局，合适条件下同类型元件就近摆放整齐。

4)先设定规则后布线，GND、VCC和信号线线宽依次递减，走线时尽量内收。走线太长、绕线过远、有交叉或电路复杂时，善用过孔或焊盘跳转到另一层使走线最短(若是单面板善用电阻封装做跳线)。

5)局部PCB出现S型时，元件方向需要调整，最后微调时可沿线滑动元件找到最佳位置，完成最终布线，一些功耗大的元件引脚处可铺铜辅助散热，必要时添加泪滴增强可靠性。

6)例如焊盘大小和线宽等共性问题，可通过Find similar objects批量修改提高效率。

7)添加定位孔和MARK点，分别用于锡膏印刷机的板子固定和自动贴片机的位置识别，必须批量贴片。

图2 电路板设计

1.4 双面板打印设置

双面板打印设置是Altium Designer进行电子产品设计的最终工作。双面板制作的要点是顶层和底层的转印对齐工作，最好通过Altium Designer软件操作，直接一次打印出对齐后的图纸，减少后期误差。在Altium Designer里，采用中线法操作，即可一次完成打印和对齐，提高双面板制作精度与效率。设计好PCB后，进入如图3所示的Altium Designer打印设置，主要步骤如下：

1)重设PCB跳转网格为5 mm，作对齐基准；

2)沿网格重绘电气边界，方角，长宽各占偶数个网格；

3)复制一份PCB，使用特殊粘贴放在原图正下方10 mm处，保持标号不变；

4)画条中线，分隔两图，线宽1 mm，长出5 mm；

5)依次翻转、旋转PCB副本，确保两图沿中线对折后完全重合；

6)以打印底层PCB的方法，设定Altium Designer选项，一次打印好原PCB顶层和底层；

7)沿中线对折打印好的热转印纸，插入双面覆铜板，对齐四角，即可一次完成热转印。

图3 双面板打印设置

2 成效

生产实习旨在帮助学生适应业界需求并向工程师角色转变，在电类专业人才培养中占有重要地位。为满足硬件开发类工程师培养需求，电子实习中心根据现代教育理念改革人才培养模式，通过校企合作，稳步提升学生的设计开发能力[8-9]，先后建成了产品设计开发与测试环境、快速电路板制作系统、THT手动插装线、SMT自动贴片生产线和电子产品检测线。

Altium Designer作为电子行业主流的设计软件，大大提高了开发效率，是生产实习提高设计开发能力的理想教学工具。推广一年来，中心以Altium Designer进行产品开发为主线，通过开发一个完整的电子产品，使学生体验到电子企业规范的产品设计、开发、生产与测试流程，具备工程师的综合素养[10]。现有实习内容有产品分析(电路分析、工艺分析)，指标测试(测试指标、测试方法)，设计开发(电子设计技术、产品工艺技术)，生产与检测(SMT生产线、产品测试)等。

目前，电信、电气专业选取开关电源类产品作为实训案例，提升了学生的设计开发能力，满足了业界需求。此外，此类产品应用普遍、成本不高，有较好的工程应用和理论研究价值，对学生将来的工作和进一步深造都有帮助，相关内容已被中心列为省应用型人才培养建设项目和省电工电子实验教学示范中心重点建设内容。

3 结束语

现代工程教育理念下的生产实习改革，引入电子设计软件Altium Designer，成功提升了学生的设计开发能力，适应了业界需求，为高校生产实习教学改革提供了参考案例。然而，为每个专业开发几个具有专业特色的电子产品，并保持一定的先进性，长期投入相当大，需要继续探索校企共建共享的方式，解决运营成本高的问题，为学生提供更多机会，才能培养出更多与国际接轨的工程人才。

[1]王贵春.工科大学生生产实习存在的问题与改进措施[J].人才资源开发,2013(12):26-27.

[2]李磊.电子信息类专业生产实习现状及对策研究[J].教育教学论坛,2014(1):225-226.

[3]高林.以工程应用能力为主导 提高工程教育人才培养质量[J].中国大学教学,2013(1):27-29.

[4]刘妮,赵敬德,李奇波.中美未来工程师培养计划和工程教育的对比分析[J].中国电力教育,2013(14):23-27.

[5]丛秋波.Altium：一体化电子产品开发平台支持工程师创新设计[J].电子设计技术,2008(9):38-39.

[6]牛耀国,朱朝霞,芮新芳.Altium Designer软件在印刷电路板设计中的应用[J].电子科技,2011,8(24):128-130.

[7]华文龙.Altium Designer中的机电一体化设计[J].CAD/CAM与制造业信息化,2009(10):30-33.

[8]王红强,朱慧杰.工科高校依托校企合作培养卓越工程师的思考[J].中国电力教育,2013(5):27-28.

[9]张显,曹全喜.生产实习模式的探索与实践[J].实验科学与技术,2011,9(2):151-154.

[10]李志辉,张国栋,李婷.卓越工程师培养与实习基地建设的研究[J].实验技术与管理,2013,30(3):169-171.

Application of Altium Designer in the Production Practical Teaching Reform

CHEN Xinbing, XIE Binsheng, ZHU Jing, DENG Wenting

(Lab Center, Guangzhou University, Guangzhou 510006, China)

The production practice is an important part of undergraduate teaching and engineering talent cultivating for electrics-related specialties in most universities.However,most companies don’t provide short-term practical offers in hardware development so that current production practice can’t achieve its aims well.How to promote students’ design and development capability by Altium Designer is introduced in details, which derives from PCB design, and provides all the tools for electronic product development in a single application.Furthermore, the whole production practical reform is mentioned under modern engineering education concepts, which promotes students’ development capability and efficiency so that more innovative engineering talents are cultivated with international standards.

production practice; teaching reform;design and development；talents training

2014-05-20；修改日期:2015-01-19

2013年度广东省级高等学校教学质量与教学改革工程立项课题；广州市教育科学“十二五”规划课题(2013A051)；2013年广州大学教研课题(JYY201318)。

陈新兵(1978-)，男，硕士，实验师，主要从事电工电子类实践课程的教学、建设与管理工作。

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.06.015