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EDA实践教学 清华大学电子工艺教研组
课程背景一 • EDA技术(电子设计自动化-Electronic Design Automation)是电子信息技术发展的杰出成果,它的发展与应用引发了一场工业设计和制造领域的革命。给企业带来了巨大经济效益。EDA 技术是以计算硬件和系统软件为基本工作平台, 继承和借鉴了前人在电路、图论与拓扑逻辑和优化理论等多学科的最新科技的成果，它旨在助电子设计工程师开发新的电子系统与电路、IC以及PCB产品时，利用计算机进行设计、分析、仿真、制造等工作，最大限度地降低成本、节省时间以及提高可靠性。因此EDA技术已成为理工科专业学生必备技能之一。
课程背景二 • EDA技术可以简单划分板级和芯片级，芯片级国内现阶段以FPGA/CPLD为主，着眼点在于微电子人才的培养。板级EDA技术国内院校一般以PROTEL等软件为基础讲授印刷电路板的计算机辅助设计，国际上也类似只是所使用的软件有所不同。而对于板级EDA技术全程训练，限于学时和设备，仅有部分专业课程设计有所涉及，未能面向全体理工科专业学生，需要加以解决。
可编程器件技术的发展 199520022004
EDA实践课的目标 • 目标：通过EDA实践的全程训练过程，由学生完成从电路原理仿真验证、印制电路板设计制造直到元器件检测、焊接、安装、调试的产品设计制造全过程，达到培养同学们创新精神和工程实践能力的目的。
EDA实践课的内容 • 简要介绍EWB系列的使用，主要由学生利用教材和教学站点上的资料自学；布置实验任务并介绍规定电路，但建议学生通过实际产品完成全程训练参加竞赛。 • 利用Multisim电路仿真软件由学生输入规定或选作电路原理图。 • 利用Multisim电路仿真软件的虚拟仪器等仿真功能自行判断电路的正确性。 • 利用Multisim的传送功能，传送网络表至Ultiboard。原课程网络表由教师提供。 • 利用Ultiboard软件完成印刷电路板布局、布线等工作。 • 通过网络上传作业至教学网站。 • 自制印制电路板或使用标准板进行焊接、安装、调试 。 • 重点在开放教学和全程训练。
教材 • 《电脑辅助电路设计--Multisim2001电路实验与分析测量》：2002年7月，〈中国铁道出版社〉，EDA实践课教材。纸质版208千字，电子版506页(759千字)。 • 电子工艺实习指导书(p62-67) • 内部教材：EDA实践补充教材-机器猫 • 内部教材：EDA实践补充教材-多用充电器
印制电路板布局设计一般原则 • 布局应能满足整机的机械（外形尺寸等）和电气性能要求。 • 元器件分布均匀、排列整齐美观，尽量使元器件的质量重心位于板的中心； • 印制线路板上的元器件放置的通常顺序：放置与结构有紧密配合的固定位置的元器件，如电源插座、指示灯、开关、连接件之类；放置线路上的特殊元件和大的元器件，如发热元件、变压器、IC 等；放置小器件。 • 布局采用分区摆放和核心外围的基本原则，同一电路单元的元器件应相对集中排列，以便于调试和维修；有相互连线的元器件应相对靠近排列，以利于提高布线密度和走线距离最短。 • 对热敏感的元器件，应远离发热量大的元器件布置； • 相互可能有电磁干扰的元器件，应采取屏蔽或隔离措施； • 质量过重的器件（大功率变压器、继电器等），不应布设在板上；
印制电路板布线设计一般原则 • 在满足使用要求的前提下，选择布线的顺序为：单层、双层和多层布线。 • 印制导线的布设应尽可能的短，在高频回路中更应如此；印制导线的拐弯应成圆角；当两面板布线时，两面的导线宜相互垂直、斜交、或弯曲走线。 • 印制导线的宽度：导线宽度应以能满足电气性能要求而又便于生产为宜，它的最小值以承受的电流大小而定，但最小不宜小于0.2mm，在高密度、高精度的印制线路中，导线宽度和间距一般可取0.3mm；导线宽度在大电流情况下还要考虑其温升。 • 在DIP封装的IC脚间走线，可应用10－10与12－12原则，即当两脚间通过2根线时，焊盘直径可设为50mil、线宽与线距都为10mil，当两脚间只通过1根线时，焊盘直径可设为64mil、线宽与线距都为12mil。
印制电路板布线设计一般原则 • 印制导线的间距：相邻导线间距必须能满足电气安全要求，而且为了便于操作和生产，间距也应尽量宽些。最小间距至少要能适合承受的电压。这个电压一般包括工作电压、附加波动电压以及其它原因引起的峰值电压。在布线密度较低时，信号线的间距可适当地加大，对高、低电平悬殊的信号线应尽可能地短且加大间距。 • 双面板上的公共电源线和接地线，尽量布设在靠近板的边缘，并且分布在板的两面。多层板可在内层设置电源层和地线层，通过金属化孔与各层的电源线和接地线连接。 • 大面积敷铜：印制线路板上的大面积敷铜常用于两种作用，一种是散热，一种用于屏蔽来减小干扰，初学者设计印制线路板时常犯的一个错误是大面积敷铜上没有开窗口，而由于印制线路板板材的基板与铜箔间的粘合剂在浸焊或长时间受热时，会产生挥发性气体无法排除，热量不易散发，以致产生铜箔膨胀，脱落现象。因此在使用大面积敷铜时，应将其开窗口设计成网状。
印制电路板布线设计一般原则 • 焊盘的直径和内孔尺寸：焊盘的内孔一般不小于0.6mm，通常情况下以金属引脚直径值加上0.2mm作为焊盘内孔直径，如电阻的金属引脚直径为0.5mm时，其焊盘内孔直径对应为0.7mm，焊盘直径取决于内孔直径 ，直径小于0.4mm的孔：D／d＝0.5～3；直径大于2mm的孔：D／d＝1.5～2 ；式中：（D－焊盘直径，d－内孔直径） 。 • 跨接线的使用：在单面的印制线路板设计中，有些线路无法连接时，常会用到跨接线，在初学者中，跨接线常是随意的，有长有短，这会给生产上带来不便。放置跨接线时，其种类越少越好，通常情况下只设6mm，8mm，10mm三种。
印制电路板布线设计一般原则 • 板材与板厚：印制线路板一般用覆箔层压板制成，常用的是覆铜箔层压板。板材选用时要从电气性能、可靠性、加工工艺要求、经济指标等方面考虑，常用的覆铜箔层压板有覆铜箔酚醛纸质层压板、覆铜箔环氧纸质层压板、覆铜箔环氧玻璃布层压板、覆铜箔环氧酚醛玻璃布层压板、覆铜箔聚四氟乙烯玻璃布层压板和多层印制线路板用环氧玻璃布等。 • 印制线路板的厚度应根据印制板的功能及所装元件的重量、印制板插座规格、印制板的外形尺寸和所承受的机械负荷来决定。多层印制板总厚度及各层间厚度的分配应根据电气和结构性能的需要以及覆箔板的标准规格来选取。常见的印制线路板厚度有0.5mm、1mm、1.5mm、2mm等。
信号完整性（SI）分析 • 随着主频的提高，布线密度的增加，以及大量数模混合电路的应用，对PCB设计的要求越来越高。高速数字和模拟电路的设计需要对信号失真给予特别的关注。反射、串扰、传输时延、地/电层噪声等，可以严重影响设计的功能正确性。此外，设计的复杂性和规模，如果不用EDA软件的帮助，对于工程师来说已经没有办法彻底解决信号完整性问题。传输时延、串扰噪声以及由阻抗失配引起的反射等问题，让设计人员非常头疼，并导致产品上市周期的延长和增加产品售后服务的费用。
电磁兼容性（EMI电磁干扰）分析 • 由于电子产品大量用于日常的计算、通信和娱乐，电磁兼容问题和电磁干扰问题已经得到广泛的重视。EMI可以严重影响设备的性能甚至可以使设备瘫痪。因此，许多电子产品必须符合EMI标准。由于很多无线和高频电子设备的应用，EMI问题将会越来越严重。
电磁兼容性（PI电源完整性）分析 • 随着PCB设计功能越来越多，复杂度越来越高，使用的频率也就越来越高。随着功能和速度的增加，瞬态电流也就增加。大面积的电源和地平面就是为了满足这个需要而设计的。但是由于设计的复杂性，例如多种电源和多种地需要同时使用，使得地电平面被分割而成为有缺陷的平面。由此可能会产生感应噪声，当这种噪声大到一定程度时，会影响集成电路的功能和性能。这种噪声是指Delta-I、地弹或瞬态交换噪声。
EWB系列软件介绍 • Multisim电路仿真器是一完整的系统设计工具，它结合SPICE、VHDL、Verilog共同进行模拟和数字电路仿真，并提供高阶RF设计功能以及利用VHDL或Verilog 设计与仿真FPGA/CPLD 组件合成，可以利用齐全的虚拟仪器对电路进行测试及分析。在《电路分析》、《模拟电路》、《数字电路》等电子实验课中充当虚拟实验平台，将电子实验搬到计算机屏幕上来做。同时由于Multisim和Ultiboard的有机结合，为在EDA实践课中进行从原理图设计到印制板制作的板级EDA全程训练提供了条件。 • 转Multisim和Ultiboard软件教学
机器猫印制板尺寸 • 印制板外形：82mm*55mm • 无定位孔 • 线宽12-30mil • 焊盘外径62-80mil
清华大学电子工艺资源站http://166.111.52.173/ • 概况：为了适应我校建成世界一流大学的长远发展方向，实现培养”高素质、高层次、多样化、创造性”人才的总体培养目标，增强和培养学生的工程实践能力、创新能力。清华大学电子工艺教 研组建立电子工艺教学资源站，充分发挥网络的优势，利用WEB、FTP、BBS等手段为学生提供从元器件资料、印制板的设计方法到制造工艺的大信息量资源，争取成为进行电子设计制造的工具性资源
网络教学-清华大学电子工艺资源站http://166.111.52.173/网络教学-清华大学电子工艺资源站http://166.111.52.173/ 内容： • 电子工艺课程和创新实验室介绍 • 电子工艺课程答疑及电子技术讨论区 • FTP下载站，为EDA实践课提供网上教学服务 • SMT工艺介绍 • 常用元器件查询库 • 著名元器件公司资料库 • 电子工艺和电子技术知识文章库
电子实践基地的多种教学模式 实践教学，适应新时期，学生主体 ▲每年2000人次以上学生参加各种科技活动、实验、SRT等项目。 ▲电子设计大赛 ▲服务：数字逻辑课等 ▲以项目为主体的研究生和本科生培养
学生电子实习创新实践平台---依托产学研一体优势开展电子实践教学（SRT/科级赛事/实践性选修课）学生电子实习创新实践平台---依托产学研一体优势开展电子实践教学（SRT/科级赛事/实践性选修课） • EDA应用技术实验室 • IPV6网络技术实验室 • 嵌入式系统应用实验室 • 蓝牙无线通信应用实验室 • PLC应用技术实验室 • 创新制作实验室 • SMT实验室 • 清华-NI虚拟仪器实验室 • 最新工业应用
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