立创EDA在高校电子类创新实验室的应用

叶成彬， 陈贤钰， 陈凌峰

(广州城市理工学院，电气工程学院，广东，广州 510800)

0 引言

印刷电路板(PCB)设计是高校电子类创新实验室基础培训项目之一，目前国内电路板设计行业主流软件主要有Altium Designer、PADS Layout、Candence SPB 3种，其中AltiumDesigner软件易于上手在教育行业应用比较广泛，其已成为部分高等院校电类专业的技术基础课程[1-2]，而PADS Layout和Candence SPB软件使用难度稍大，适合更为专业的人员使用，因此这两款软件是国内一些中小型电子产品开发企业首选软件[3-5]。立创EDA是2017年推向市场的一款集网页和客户端的在线设计、在线仿真、项目管理、PCB定制、项目开源社区等功能的国产EDA软件，在教育行业、中小型企业以及个人制作得到广泛的应用[6-7]。

1 立创EDA简介

立创EDA是一款由立创商城自主开发的国产EDA工具，用户可随时、随地、随设备在浏览器登录网页即可进入EDA设计界面，选用平台提供或个人元件库里的电子元器件符号和封装文件进行电路原理图和PCB图设计，设计过程文件实时保存到云端服务器，在线创建团队，邀请项目成员协同设计工程等[8]。同时用户可在本地计算机安装立创EDA客户端，该客户端默认为协作版即工程文件存放到云端服务器，可设置为工程离线版将工程文件保存在本地计算机，库文件保存在云端服务器。

1.1 丰富的元件库

在标准模式设计环境下，立创EDA平台为用户提供常见电子元器件的基础符号库、原理图库、PCB封装库、仿真符号库、原理图模块、PCB模块和PCB 3D库。除了基础符号库之外，用户在其它库搜索相关元器件文件时均可通过用户个人库、立创商城、嘉立创贴片、EDA系统库、关注的用户和其它用户分享渠道进行筛选。以线性稳压芯片LM317T为例，在元件库进行搜索该芯片元件符号结果如图1所示，从中可得知该芯片在各类渠道数量、零件名称、封装名称、制造商、销售价格、原厂提供的用户手册等信息。

图1 元件库搜索LM317T元器件符号结果

立创EDA允许用户创建个人原理图库、PCB封装库、PCB 3D库和导入AltiumDesigner软件的库文件，由于电子设计行业缺乏统一标准，许多电子工程师对各类库文件命名五花八门，特别是初学者更是按照自己喜好进行命名，导致自身对专业认知不够，因此立创EDA编辑了元件封装命名参考规范手册供用户使用，部分命名规范内容如图2所示。

图2 元件封装命名参考规范手册部分内容

1.2 团队/班级创建和管理

立创EDA个人版本仅有个人工作台，能提供强大的团队管理功能，创建者创建一个团队后可通过搜索用户名称、链接邀请和邮箱邀请3种方式加入团队成员，同时可对成员设置相应的角色以授予团队工程项目权限，实现多人共同设计同一工程，做到分工协作，提高工程设计效率，团队成员添加方式如图3所示。

图3 立创EDA个人版团队成员添加方式

团队管理中成员角色及权限，可分为以下几种。

(1)所有者：个人工程的所有者，对工程有全部的操作权限。

(2)管理者：拥有工程文档、设置和工程成员的操作权限。

(3)开发者：拥有工程文档，附件创建编辑权限。

(4)成员：拥有对工程文档，附件查看权限。

立创EDA教育版同时拥有个人版工作平台和学校组织平台，两者之间可自由切换，教师在学校组织的工作台里面可分别创建和管理多个班级，通过班内发布设计工程描述、任务文档、附件文件等资料，学生在班里新建工程，查看班里所有学生的工程详情(原理图和PCB)和操作日志，实时掌握学生工程设计进度。

1.3 开源资源

立创EDA默认为协作模式，用户创建的工程可设置为私有或公有，私有则仅团队成员可见和编辑，公有则表示向平台所有用户进行开源，任何人可见且能进行拷贝编辑。该平台所有用户创建的原理图库和PCB库均为开源，因此用户间可互相借鉴或使用对方元件库。

立创EDA关联的立创开源硬件平台(OShowHub)如图4所示。该平台开源渠道分有官方认证开源和技术达人开源2大类，开源的工程需有作品功能描述、样品实物图、样品演示视频、原理图、PCB、程序代码、元器件清单(BOM)等。立创EDA用户对开源工程的相关资料拥有最高权限，原理图和PCB等设计文档支持一键关联到立创EDA中打开，可在评论区与作者交流设计心得等。

图4 立创开源硬件平台(OShowHub)

2 立创EDA应用培训

某高校电工电子创新实验室每年向新招大一、大二成员普及部分电子设计基础知识，以承担后期科研工作任务或相关学术竞赛，在寒假期间组织新招成员开展为期两周的PCB培训，培训内容涵括电子元器件焊接技术、电子元器件识别、立创EDA绘制作品原理图和PCB以及作品焊接测试等。

2.1 培训目的

(1)熟悉一般电子元器件概念、分立与集成分类、直插式与表贴式封装识别。

(2)熟悉常规直插式与表贴式电阻、电容、电感以及二极管等元器件分类、标称值读取、测量、查找查看原厂技术手册等。

(3)了解电子类设计电路板设计流程：提出需求和功能→绘制元器件原理图库和封装库→绘制原理图→绘制PCB(设定电路板边框、布局、布线等)→导出电路板用于生产制造的Gerber文件和坐标文件→外发企业生产制造。

(4)熟练使用立创EDA设计电路板、掌握电路板焊接技巧、整板测试能力等。

2.2 电路板设计培训内容

(1)组建培训团队

在立创EDA教育版学校组织平台创建PCB培训团队，将添加成员邀请链接或二维码发送给学生，学生自行接受成员添加邀请，教师在立创EDA后台管理审核通过，即可完成团队组建，同时可设置团队成员为普通成员或管理者角色，以授予相应的权限。

(2)绘制元器件原理图库和PCB库

立创EDA元件库提供了囊括市场上大部分电子元器件的原理图库和PCB库，种类齐全，如选择立创商场提供的元件库设计资料绘制原理图，则可点击立创EDA原理图菜单的BOM(元器件清单)调转至立创商场BOM智能配单系统，在此系统中可查询相应元器件在立创商场的库存或购买。

虽然电路板培训课程中所需元器件均能在立创EDA元件库中找到较为规范的元器件符号和封装，但是作为新手学习电路板设计还需通过自行绘制元器件符号和封装来深入了解一些常用的电子元器件特性。以线性稳压芯片LM317T为例，学生通过立创EDA元件库搜索LM317T在立创商场库存并点击查看规格书选项来下载和阅览制造商提供的用户手册，以了解该电子元器件特征、引脚顺序、引脚名称、直插式和表贴式封装名称、典型应用电路、封装尺寸图、制造商等专业知识，培养学生查找和查看专业文档习惯[9]。

(3)绘制原理图和PCB

电工电子创新实验室电路板设计主要以绘制呼吸灯和基于STC15W单片机最小系统2个作品的原理图和PCB为主，从易到难，从模仿到自主创新。以绘制呼吸灯原理图为例，学生根据原理图所需元器件在个人库预先绘制好的原理图库查找调取相应元器件符号放置于图纸中，再通过编辑元器件符号名称、编号、添加合适的封装、连接导线以及放置网络标签等完成作品原理图的绘制，呼吸灯部分原理图如图5所示。

图5 呼吸灯部分原理图

在完成呼吸灯原理图工作之后，通过点选“更新PCB”将原理图中的元器件之间电气连接关系以及元器件封装导入到PCB图纸，设置PCB图纸走线线宽、元器件封装之间间距、过孔内外径尺寸等设计规则，设定呼吸灯电路板物理边框尺寸等。可通过原理图中的“布局传递”功能将原理图中的元器件位置布局相对应地传递到PCB中元器件封装位置布局，以提高设计者摆放元器件封装位置的效率。可视化的PCB层与元素悬浮窗，方便初学者理解当前编辑设计层及其意义，层与元素悬浮窗如图6所示。呼吸灯PCB元器件部分摆放造型如图7所示。

图6 层与元素悬浮窗

a)闪电造型呼吸灯

(4)熟悉PCB制造工艺

PCB板在制造生产下单中需对PCB工艺进行选择，如板子厚度、阻焊颜色、字符颜色、阻焊覆盖类型、焊盘喷镀工艺、铜厚等，熟悉PCB下单生产工艺信息也是绘制PCB设计工程师必备基础知识，PCB下单生产工艺信息如图8所示。同样地，每家PCB制造商加工工艺要求略有不同，PCB设计工程师在工程设计之前必须熟悉目标生产厂商PCB工艺相关参数，如PCB加工层数、板材类型、最大生产尺寸、PCB成品内外层铜厚、钻孔孔径范围、最小线宽值等[10]。因此在日常的电路板设计培训中，不仅教授学生专业的PCB设计技术，还需增强学习实际生产加工能力、用户使用体验等方面知识能力，从而不断优化PCB设计。

图8 PCB工艺信息

3 总结

作为一款具有团队管理、设计资源共享、工程文档权限分配、线上服务器保存等功能的国产EDA软件，在日常教育培训中不仅优化了项目管理方式，还增强了学生之间技术交流和分享知识的意识。同时立创EDA融入电子元器件采购系统和PCB生产制造、加工焊接系统，更好地将项目“需求”“设计”“采购”“生产制造”“焊接”这一设计流程衔接起来[11]，让学生从单一的电路板设计逐渐向完整的产品设计、生产制造流程体系进阶，从而提高学生工程能力和实践水平。