浅析EDA类课程教学中需要注意的问题

摘要：本文从教学实际出发，介绍了EDA类课程中，教学的方法、考核的形式和学生实践中的薄弱环节，阐述了布局布线等设计中应该注意的问题，对如何提高该课程的教学效果进行了一定的探讨。

关键词：项目式教学;元器件布局;布线

电子设计自动化EDA（Electronic Design Automation）类课程是电子信息、通信工程等专业的专业核心课程，是实践性非常强的一门课程，与电子产品设计每个环节息息相关，在以就业为导向的高职高专教学中占据重要地位。在我校，该类课程以设计电路原理图、印制电路板PCB为主，课程开设的目的是使学生熟悉电路板设计全过程，为将来进一步设计电路打好坚实的基础。在进行该类课程教学的时候，可以注意以下几个方面。

一、项目式教学

传统教学模式以理论一节课，实践一节课为主，容易造成学生理论实际脱钩，理论能听懂，实践难动手的局面。所以，该类课程最好采用基于工作过程为导向的浸入式教学法[1]，首先在课程初始用一个简单的案例，将电路设计的全过程给学生讲解一遍，便于从整体上对整个过程有一定的了解。然后基于对外面公司调研的结果，将课程模拟为项目的设计开发过程，将所学理论与动手操作部分有机融合，在动手时加深对理论的理解，通过对理论的理解又进一步强化对实操的指导。做到你中有我，我中有你。最后做一个综合型的实例，培养学生综合的分析思考能力和动手能力。

二、抓住主干，先骨后肉

对于软件类学习，学生有一个通病，就是将软件的每一个功能依次学习。这样容易分不清主次，在一段时间后，对知识点混淆，甚至最后不知道如何真正设计一个电路。所以在教学时，我们需注意脉络清晰，先骨后肉。例如印制电路板设计的几个步骤：原理图的设计，导入PCB，pcb尺寸形状规划，布局，布线，EDC检查等步骤，每次按这个步骤完整设计一次，强化学生对整体设计的把握。

三、电路板设计中应该注意的问题

印刷电路图的设计需要掌握一定的设计规则，既有经验又要灵活，所以学生容易存在比较多的问题，老师一定要将电路板设计的经验及时提点学生。通过反复实践，多次优化，得到最佳的设计成果。

1元器件布局

元器件布局，是指印制电路板上的电子元件及各附属配件的位置及排列。布局是印制电路板设计的重要环节，直接决定后期的布线以及电磁干扰问题。首先，布局必须依据该电路板要求的尺寸及形状，要做到摆放既符合电路板设计规则，又美观整齐，疏密有致。

在布局时，可以以原理图为基础，低频电路和高频电路分开布局，模拟电路和数字电路分开布局。模拟电源部分及芯片电源引脚需要加退耦电容。退耦电容位于电路正负极之间，可防止电路电流大小变化时，在供电电路中所形成的电流波动对电路的正常工作产生影响，消除电路之间的寄生耦合。

核心器件置于较中间的位置，周围器件的摆放要注意器件的尺寸、重量、电气上及散热效果等。经常插拔的接口及需要旋转拨动的器件需留够足够的位置，也可考虑放在较为靠外的位置。会大量散热的大功率器件，要注意周围是否留够位置，是否远离了容易被干扰的器件，是否添加了散热或冷却装置等。对于一些需要在检测中测试电流的线路应提前留好缺口。一些特殊器件的摆放位置要符合自身的规律，例如晶振内部存在石英晶体，受到外力时易造成石英晶体断裂破损，因此位置不能靠近边缘，要尽量靠近微控制单元MCU。耦合电容要尽量靠近晶振电源管脚。晶振周围尽可能没有其他元件，以避免影响时钟信号。元器件尽量安排在同一面上，电气连接相邻的同类元器件尽可能放在一起，且同向整齐排列。元器件上的标识等都应放在明显的位置，不能放在焊盘、通孔上，以免焊接后无法看到标号。印刷电路板的四周应留出一定空间，并可打上安装孔等。以上几点学生都极易犯错，需要多加提点。

2电路板布线

在合理布局之后，电路板的布线也要遵循一定的规律，以减少不必要的电磁干扰[2]。布线分为两种：自动布线和手动布线。自动布线是软件根据设定好的规则，按照一定的算法自动连接所有器件。在实际操作中，运用该方法往往造成布线不合理，线程过长，未考虑一些电磁兼容的原则等，因此我们课程推荐学生采用手动布线，这也是工作后常采用的模式。布线要注意以下问题：

（1）导线宽度

在印制电路板中，走線的宽度越大，所允许通过的电流就越大。

印制电路板中线宽W的公式如下：

W：线宽，单位密耳（mil）

K：修正系数，覆铜线在外层，K为0.048;

T：最大温升，单位是摄氏度℃;

A：覆铜截面积，单位为平方密耳（mil2）

I：走线允许通过的最大电流，单位为安培（A）。

D：印制电路板厚度，常见为0.035mm，即1.378mil

例如，当最大温升为20℃，需要通过走线的电流为2安， 根据公式（2）

即当板厚为0.035mm时，通过2安的电流需要设计线宽为0.69mm以上。

（2）在转角处，走线应该尽量避免形成锐角或直角。锐角或直角会使传输线的线宽发生变化，造成阻抗的不连续，信号发生反射，同时在PCB制作时，容易造成该处过刻蚀，造成线路续断路。所以在走线时，锐角最差，其次依次是直角、钝角、圆角，而走直线最好。

（3）避免长距离平行布线

在印制电路板设计中，数字信号与模拟信号、大电流信号与小电流信号、高速信号与低速信号等应间隔一定距离，以免相互产生干扰。印制电路板的布线应尽量不要长距离平行布线，两根走线如果距离太近，容易因寄生电容而会产生信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声。布线应尽可能的短，过长的布线会引起信号反射。研究表明，平行布线长度超过100mm时，容易发生串扰。所以在可以的情况下，应尽量增大平行线与线之间的距离，同时也要减小线长。设计双面板时，顶层与底层的布线尽可能相互垂直，避免平行走线，减小寄生耦合。

（4）特殊布线规则：情况一，晶振。在电路系统中，晶振的高速时钟信号线优先级最高，一般在布线时，需要优先考虑系统的主时钟信号线。时钟线是敏感信号，频率越高，要求走線尽量的短，保证信号的失真度最小。晶振位置相对的其它层最好不要布线，防止晶振干扰其他布线和层的性能。情况二 数字地和模拟地。现在的PCB板大多是数模混合，首先在前期布局的时候就需要将电路板模拟部分和数字部分彼此分开，模数转换电路跨区放置。在模拟部分和数字部分下面敷地，不进行分割。

（5）需要学生建立起概念，实际的物品不一定是采用默认的封装，对于自带库里找不到的封装，一定要买回实物后，用游标卡尺量出器件具体的尺寸，特别是引脚与引脚直接的距离，防止安装不上器件的情况。

四、教学方法与考核

项目化教学中[3]，需要由教师将所学知识要点融合到一个完整项目中，然后将学生分成若干学习小组，小组成员彼此合作，分工协作完成器件参数手册的查询，原理图、原理图库、PCB板、PCB库的设计等工作。在完成项目后，小组代表对小组的设计思路进行阐述，小组之间彼此检查，学习他人经验，找出他人不足，共同进步。在此过程中可以培养团队协作能力、提取信息以及表达能力等。最终的考核，主要体现在对过程和对项目完成情况的考核上，教师需要密切关注学生实践的每个环节，进行细化打分，小组内部根据学生的参与度与完成度，有区别地打分，以提高学生的学习积极性。

五、结束语

本文从教学形式、教学方法、教学考核、重难点环节等，对EDA类课程教学中需要注意的问题进行了分析。根据以上经验，我们在教学中不断实践，取得了一定的效果，但存在每个学生在小组中的积极性有差异等具体问题，在未来，还需要进一步探索与优化。

参考文献：

[1]姜大源.工作过程系统化：中国特色的现代职业教育课程开发[J]. 顺德职业技术学院学报，2014，12（3）：1-12.

[2]冯波.印制电路板的设计及电磁兼容问题[J].电子制作，2020，2-3月：90-91.

[3]孙宝霞.项目式教学改革探索——基于“电子线路 CAD”课程[J].科技文汇，2019，12（中）：89-90.

作者简介：倪明环 硕士 讲师 四川文化产业职业学院大数据与互联网学院