高职PCB设计课程教学探讨

作者 / 石英春，湖南信息职业技术学院电子工程学院



高职PCB设计课程教学探讨

作者 / 石英春，湖南信息职业技术学院电子工程学院

本文对PCB设计课程在教学改革中如何引导选用设计软件、如何开展PCB教学、如何加强PCB设计的整体考虑等难题进行了探讨。实践表明，重构项目教学内容、实施深入的项目教学是高职电子类专业提高毕业竞争优势的有效措施。

电路板设计；教学改革；提高竞争优势

前言

印制电路板（PCB）设计以电路原理图为根据，实现电路设计者所需要的功能。 根据有关报告资料显示，中国内地依然是世界PCB产值最大、增长速度最快的地区［1］。因此，PCB电路设计成为了电子类以及信息相关专业学生的一门重要课程，笔者根据多年PCB电路设计过程的体会，就此课程的以下3个关键难题进行探讨。

1.三种PCB设计软件的比较

（1）protel是最早接触的PCB板件设计软件，现在学习PROTEL是学习高端PCB软件的基础。 经过20来年的发展，如今已经发展到Altium Designer系列，它是个强大的电子设计软件，兼容了板件设计的功能，它包含电路原理图绘制、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、模拟电路与数字电路混合信号仿真、可编程逻辑器件设计、原理图和PCB库函数生成、元器件清单生成等功能，此软件作为学校的PCB入门级教材，应用广泛。

（2）Cadence（Cadence Design Systems）是一个专门从事电子设计自动化（EDA）的软件公司，其解决方案旨在提升和监控半导体、计算机系统以及其它各类型电子产品的设计。产品涵盖了电子设计的整个流程，包括系统级设计，功能验证，全定制集成电路设计，IC物理验证，PCB设计和硬件仿真建模、IC综合及布局布线，模拟、混合信号及射频IC设计，等，此软件功能强大，软件使用要求严谨。

（3） PowerPCB（PADSLayout）是设计较复杂的、高速印制电路板的设计环境。它是一个强有力的基于形状化、规则驱动的布局布线设计解决方案，兼容了自动和交互式走线方式，有机地集成了前后端的设计工具，包括最终的测试、准备和生产制造过程。它提供了与其他PCB设计软件、CAM加工软件、机械设计软件的接口，方便了不同设计环境下的数据转换，便于在不同设计环境下的改进工作。

笔者通过在研发企业设计产品的经验认为，Altium Designer 软件，在企业中的应用最为广泛，特别是一些低端、较简单的产品，在高校中特别是职业院校学习是很有必要的；cadence软件作为一款功能强大的EDA软件，它要求的起点比较高，特别是4层以上板件使用此软件的企业较多，可以作为高端设计学习的首选。

2.PCB设计教学方法分析

教学方法是提高教学质量的保证，PCB设计的教学是一门应用软件学习，它具有较强的应用性［2～3］。教师如果按照常规方式，照本宣科地教学过程很难收到好的教学效果，所以，我们应该采取项目教学的方式（它以模拟企业中实际的项目为标准）。只有明确项目任务，才能保证项目的最终完成，并取得良好的效果。

PCB设计课程仅靠课上时间的学习是远远不够的，因此，对Protel 2004软件的学习，要求学生在课上被引导学习的基础上，通过实际案例，自主摸索学习的方式完成。教师可以引导学生掌握自主学习的基本方法。自主学习是内因，它好比是汽车的发动机，学生要有明确的学习目标，并按照计划去按时按量实施，对自己的学习效果展开客观、实事求是的评价。其优点在于培养了学生的自主学习能力，同时，以学生为导向的教学理念，容易使师生之间形成默契，建立良好的平等协作关系。通过自主学习与老师引导完成项目是项目教学法的重点，当教师下达了项目任务后，学生需要通过多种途径、方法和手段去完成项目任务。对于一些问题的分析与解决，学生可以先查阅有关的教材、网络资料等，在实践中逐步地理解、模仿、增强实战的经验。并鼓励大家共享资料、相互讨论、交流，相互的取长补短。在此基础上，教师通过查阅学生项目，找出内部的问题点，给出合理化的建议，使学生在制作项目的过程中不断提高。

笔者认为，通过教师采取项目的教学模式和学生自主学习的方式，可以激发学生的学习兴趣，提高学生的积极主动性，便于学生的消化和吸收，达到教学目标的目的。

3.加强PCB设计的整体考虑

PCB设计的主要目的是实现电路设计者所需要的功能，也就是说使制作的PCB设计文件可以拿到制板厂家批量生产。所以，需要加强学生对元器件的布局、布线和工

艺方面的考虑，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设计好坏的关键，也是走线是否顺畅的重要环节。在绘制复杂电路板时，自动布局的效果将很难达到实用的需要，必须经过手动布局才能达到设计效果，在手工布局时，要同时考虑到功能、性能、安装方面的要求。

2）PCB板的布线 ：PCB板的布线是PCB设计功能能否实现的关键，是PCB设计最重要的环节。在学习过程中，很多学生乐意采用自动布线的方式，但如果在设计正式产品时，自动布线是很难达到实际效果的，所以，建议在学习布线时，采用手工布线的方式为主。同时在布线方面还需考虑：布信号线的优先次序、走线的方向、阻抗匹配、走线长度控制、电容器件去耦工作控制等方面。

3）工艺设计要求 ：合理的工艺结构，既可消除因布线不当而产生的噪声干扰，同时便于生产中的安装、调试与维修，提高产品的可制造性能力等。对于工艺方面需考虑利于机器焊接（包括贴片焊接和插件焊接的要求）、方便测试、便于识别丝印和版本号、便于散热等要求内容。

4.结论

总之，对于高职类学生来说，实际操作能力更加的重用，更贴近于实际的需要。通过“PC B设计”课程的改革使课程内容更加符合设计型公司的实际应用，课程体系更加健全和完善。在教学方式上不断的改进，强化理论与实践相结合，采取实践为主、理论为辅的方式。通过实际验证表明，重构项目教学内容、实施更加具体深入的教学是高职电子类专业学生提高毕业竞争力的有效教学措施。

＊ ［1］杨宏强.全球PCB产业发展近况［J］.印制电路信息，2008（12）.9～16

＊ ［2］ 喻小燕 ， 谭立新 . 高职院校专业建设哲理分析、系统设计与智慧落实 ［M］. 北京 ： 北京理工大学出版社 ，2014

＊ ［3］及力，刘江，罗慧欣等.Protel DXP2004 SP2实用设计教程［M］.电子工业出版社，2009

＊ ［4］谢如元，施佳林.PCB板时电路的电磁兼容设计［J］.现代电子技术，2012（2）.142～147