Ｐｒｏｔｅｌ實踐性教學探討

摘要：對Protel這門專業性和實踐性都很強的工程類課程，文章從加強基本概念的教學、培養嚴謹的設計風格和規范的設計操作，教學與實踐相結合等方面進行了探討。

關鍵詞：元件；圖紙；設計；SCH；PCB；流程；規范

0 引言

電子電路設計(Protel 99SE電子電路設計)是一門專業性和實踐性都很強的工程類課程。從計算機應用軟件的角度，Protel與其他圖形設計視窗軟件的操作和界面相似，學會Protel軟件的應用和操作可以說并不難。但是，Protel是有關電子電路工程設計方面的軟件，教材中包含很多有關工程、電子電路方面的專業知識和概念，印刷電路板生產工藝方面的專業知識和專業術語，這些專業知識和專業術語令不少初涉此領域的就學者迷惑。

一名合格的工程技術人員不僅需要具有豐富的專業知識，還需要具有嚴謹而又靈活的設計思想，規范的設計風格以及熟練的繪圖技能和繪圖技巧。設計師應掌握并熟悉工程技術方面的基本概念；熟悉所設計產品的生產工藝和生產流程。為此，筆者在講授Protel這門工程設計類的課程時，緊緊抓住并突出了以下幾個方面的教學內容。

1 強調基本概念和規范化設計

學習任何一門科學，其基本概念的掌握都是重中之重，電子電路設計的學習也不例外。

1．1 強調基本概念

Protel中有關工程方面的基本概念對從校門到校門的學生們來說是完全新穎的，如圖紙、工程、工程文件、圖層、絲印層、封裝、網絡表、焊盤、飛線、過孔，覆銅、包地、淚滴焊等。對這些專業術語和基本概念，我們對學生進行了細致的講解：

圖紙 以標準的圖文符號表達的設計思想和設計理念。

工程 設計思想和設計理念的實施。SCH(原理圖)設計中，每一個電路原理圖的設計均可視為一個工程(Project)。

工程文件 根據項目(工程)的需要和相應的技術規范，設計人員以標準的圖文方式表達的設計思想和設計理念，并由此形成的文檔或電子文檔即稱為工程文件。

圖層 字處理軟件和繪圖類軟件為了實現圖、文、色彩等的嵌套而設置的具有虛擬意義的投影合成。印刷電路板設計中的“層”，一般則指PCB板的各銅箔層，這些銅箔層是為完成并簡化復雜電路板的電氣電路走線(布線)而設；PCB板的絲印層(Overlay)則是為方便板上電子元件的安裝和印刷電路板電路的維修，在板的頂層或底層表面印制標志圖案、文字符號等而形成的標識層。

封裝 表示元器件的外形、尺寸、引腳距離和引腳順序的參數信息。

網絡表 構成電路的所有元件及其電氣連接關系(網絡)的概要一覽表。網絡表是SCH與PCB(印刷電路板)設計之間的接口。

焊盤(Pad) PCB板上元件引腳的襯墊，用于放置焊錫以及連接導線。焊盤類型的選擇，要綜合考慮所屬元件的形狀、大小、布置形式、振動和受熱情況、受力方向等因素。

過孔(Via) 用于連接PCB板的不同信號層。

飛線 又稱預拉線。在印刷電路板的設計中，Protel用以指示元件引腳之間連接關系的線，當元件之間的布線完成以后飛線將自動被導線覆蓋。使用“Show”命令可以看到布局下網絡連線的交叉狀況，設計過程中應調整元件的方向和位置，以減少仍至避免飛線的交叉，為方便布線并保證布線的布通率。

淚滴焊 主要應用于高頻電路布線。在較細銅膜走線與較大焊盤的連接處，以及為防止焊盤孔和導孔在鉆孔時可能出現的斷線，向這樣的連接處添加形似水滴或淚滴狀的銅膜走線，即稱之為淚滴焊。

絲印層(Overlay) 為了方便電路的安裝和維修而印制在印刷電路板的頂層和底層表面的標志圖案和文字符號等。

1．2 強調嚴謹設計風格和規范設計操作的培養

從一份圖紙能夠看出其設計者、繪圖者是否具有嚴謹的設計風格，是否經過了規范設計的訓練。我們在教學實踐中，十分強調嚴謹設計風格和規范設計操作的培養。

規范的設計操作 進入SCH編輯窗口，首先應根據所設計的產品，選擇并設置合適的圖紙版面，認真填寫好圖紙標題欄，然后進入設計與繪圖的操作。

版面 圖紙版面的布局應占據版芯居中稍偏上的位置。

元件的布局 數字器件和模擬器件分開放置，去耦電容盡量靠近器件的VCC；元件的放置應疏密有序，排列整齊，熱敏元件與發熱元件之間保持有適當的距離；要保證PCB板上的元件在二維、三維空間無沖突；元件的放置要考慮并照顧到設備的安裝和今后的維修，要保證維修時焊接操作的可行性。

布線 信號線的走線應避免走直角，不允許出現銳角；上下層之間走線的方向應相互垂直；一條銅膜導線繪制時應一筆畫通，不要中途折斷。全板的布線合理、美觀，走線均勻。

線寬 應滿足地線＞電源線＞信號線的要求。

邊界設計 所設計的電子電路板要做到電氣邊界小于物理邊界。

ERC檢查 對設計并繪制好的原理圖進行ERC檢查，應確保所設計的電路沒有違背電氣規范方面的錯誤。

DRC檢查 完成PCB的設計和電路圖的繪制后進行DRC檢查，要確保所完成的設計沒有設計規則方面的錯誤。

應當說，有完成相應設計步驟后的ERC檢查和DRC檢查的習慣，是電子電路設計者具有嚴謹設計風格的表現之一。

2 了解PCB的生產工藝流程

為了讓學生對印刷電路板的制作工藝和生產流程有一個感性認識，筆者在講授PCB設計時，應安排時間組織學生到當地的電子板廠參觀學習。在生產第一線，讓工廠的工程技術人員向我們的學生介紹印刷電路板的生產制作(單面板)流程：

設計圖紙打印→照像制板→銅膜板材下料→絲網漏印→酸洗蝕刻→去抗蝕印料(去抗蝕刻油膜)、干燥→銅膜印板刷洗、干燥→鉆孔(鉆焊盤孔、過孔)→印標記(加印絲印層)→涂阻焊劑(上綠油)、UV固化→涂助焊劑(防氧化劑)→干燥整平(噴錫熱風整平)→完成PCB板制作。

經過工廠的實地參觀學習，學生對印刷電路板有了第一手的認識。他們紛紛表示，對PCB板的“層”這個概念的理解清晰了，學習以及做PCB設計時不再有盲目的感覺了。認識到并理解PCB設計中結合印刷電路板的生產工藝完成設計的重要性，這樣的認識和理解是單純課堂教學所難以達到的。

同時，實踐還使學生深深地感受到作為一個工程技術人員的自豪和責任的重大。

3 繪制工程圖紙

進一步，我們還將學得好的學生向廠家舉薦，讓他們承接廠家的設計繪圖任務，給他們創造在實踐中學習和鍛煉的機會。學生們都很認真負責地對待所接受的設計任務，為按時完成這些設計、繪圖的任務，常常干到半夜2、3點鐘。還利用暑假，由廠家介紹安排學生到廣州的電子板廠實習。這一系列的舉措，有的學生的設計繪圖水平已達到生產實用的要求，并完成了多項廠家交給的設計繪圖任務。

經過實踐鍛煉的學生則把自己對Protel和工程設計的體會和理解，以及廠家對Protel設計和應用需求的信息向我們作了反饋。本著教學為生產服務的原則，針對生產第一線來的信息，特別是廠家對課程教學內容的需求反饋信息，我們立即對Protel的教學以及教學內容作了相應的改進和調整。如，大部分中小印刷電路板生產廠家的技術人員通常不從設計、繪制電路原理圖開始，由原理圖生成網絡表，再通過網絡表生成PCB圖的設計流程，他們一般直接對著PCB的產品或PCB圖紙繪制(仿制)印刷電路板圖。針對廠家和產生上的需求，我們對后續的班級加強了PCB設計、PCB布線及PCB繪圖等內容的教學，增加了對照PCB的產品或PCB的圖紙，繪制(仿制)印刷電路板圖紙的教學內容，即進一步補充和加強了實用技能的教學。

4 結束語

在Protel的教學實踐中，我們進行了上述教學嘗試。取得了一定的成效。今后還將進一步探索，更好的體現實踐性課程的教學效果。