EDA实践教学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

EDA实践教学清华大学电子实习基地第1页课程背景一EDAEDA技术技术(电子设计自动化电子设计自动化-ElectronicDesign-ElectronicDesignAutomation)Automation)是电子信息技术发展出色结果是电子信息技术发展出色结果,它它发展与应用引发了一场工业设计和制造领域革发展与应用引发了一场工业设计和制造领域革命。给企业带来了巨大经济效益。命。给企业带来了巨大经济效益。EDAEDA技术是技术是以计算硬件和系统软件为基本工作平台以计算硬件和系统软件为基本工作平台,继承继承和借鉴了前人在电路、图论与拓扑逻辑和优化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最新科技结果，它意在助电子设理论等多学科最新科技结果，它意在助电子设计工程师开发新电子系统与电路、计工程师开发新电子系统与电路、ICIC以及以及PCBPCB产品时，利用计算机进行设计、分析、仿真、产品时，利用计算机进行设计、分析、仿真、制造等工作，最大程度地降低成本、节约时间制造等工作，最大程度地降低成本、节约时间以及提升可靠性。所以以及提升可靠性。所以EDAEDA技术已成为理工科技术已成为理工科专业学生必备技能之一。专业学生必备技能之一。第2页EDA技术能够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培养。板级EDA技术国内院校（包含本单位）普通以PROTEL软件为基础讲授印刷电路板计算机辅助设计，国际上也类似只是所使用软件有所不一样。而对于板级EDA技术全程训练，限于课时和设备，仅有部分专业课程设计有所包括，未能面向全体理工科专业学生，需要加以处理。课程背景二第3页可编程器件技术发展19951995第4页印制板实物图第5页印制板多层板组成第6页电子产品设计流程(1)第7页电子产品设计流程(2)第8页EDA实践课目标目标：经过EDA实践实践全程训练过程，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、调试产品设计制造全过程，到达培养同学们创新精神和工程实践能力目标。第9页EDA实践课内容简明介绍简明介绍EWBEWB系列使用，主要由学生利用教材和教学站点系列使用，主要由学生利用教材和教学站点上资料自学；布置试验任务并介绍要求电路，但提议学生上资料自学；布置试验任务并介绍要求电路，但提议学生经过实际产品完成全程训练参加竞赛。经过实际产品完成全程训练参加竞赛。利用利用MultisimMultisim电路仿真软件由学生输入要求或选作电路原电路仿真软件由学生输入要求或选作电路原理图。理图。利用利用MultisimMultisim电路仿真软件虚拟仪器等仿真功效自行判断电路仿真软件虚拟仪器等仿真功效自行判断电路正确性。电路正确性。利用利用MultisimMultisim传送功效，传送网络表至传送功效，传送网络表至UltiboardUltiboard。原课程。原课程网络表由教师提供。网络表由教师提供。利用利用UltiboardUltiboard软件完成印刷电路板布局、布线等工作。软件完成印刷电路板布局、布线等工作。经过网络上传作业至教学网站。经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。重点在开放教学和全程训练。第10页教材教材电脑辅助电路设计-Multisim电路试验与分析测量：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-多用充电器第11页机器猫制板一第12页机器猫制板二第13页机器猫印制板参考图第14页印制电路板布局设计普通标准 布局应能满足整机机械（外形尺寸等）和电气性能要求。布局应能满足整机机械（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，尽可能使元器件质量重心位于板中元器件分布均匀、排列整齐美观，尽可能使元器件质量重心位于板中心；心；印制线路板上元器件放置通常次序：放置与结构有紧密配合固定位置印制线路板上元器件放置通常次序：放置与结构有紧密配合固定位置元器件，如电源插座、指示灯、开关、连接件之类；放置线路上特殊元器件，如电源插座、指示灯、开关、连接件之类；放置线路上特殊元件和大元器件，如发烧元件、变压器、元件和大元器件，如发烧元件、变压器、ICIC等；放置小器件。等；放置小器件。布局采取分区摆放和关键外围基本标准，同一电路单元元器件应相对布局采取分区摆放和关键外围基本标准，同一电路单元元器件应相对集中排列，方便于调试和维修；有相互连线元器件应相对靠近排列，集中排列，方便于调试和维修；有相互连线元器件应相对靠近排列，以利于提升布线密度和走线距离最短。以利于提升布线密度和走线距离最短。对热敏感元器件，应远离发烧量大元器件布置；对热敏感元器件，应远离发烧量大元器件布置；相互可能有电磁干扰元器件，应采取屏蔽或隔离办法；相互可能有电磁干扰元器件，应采取屏蔽或隔离办法；质量过重器件（大功率变压器、继电器等），不应布设在板上；质量过重器件（大功率变压器、继电器等），不应布设在板上；第15页印制电路板布线设计普通标准 在满足使用要求前提下，选择布线次序为：单层、双层和多层布线。在满足使用要求前提下，选择布线次序为：单层、双层和多层布线。印制导线布设应尽可能短，在高频回路中更应如此；印制导线拐弯应印制导线布设应尽可能短，在高频回路中更应如此；印制导线拐弯应成圆角；当两面板布线时，两面导线宜相互垂直、斜交、或弯曲走线。成圆角；当两面板布线时，两面导线宜相互垂直、斜交、或弯曲走线。印制导线宽度：导线宽度应以能满足电气性能要求而又便于生产为宜，印制导线宽度：导线宽度应以能满足电气性能要求而又便于生产为宜，它最小值以承受电流大小而定，但最小不宜小于它最小值以承受电流大小而定，但最小不宜小于0.2mm0.2mm，在高密度、，在高密度、高精度印制线路中，导线宽度和间距普通可取高精度印制线路中，导线宽度和间距普通可取0.3mm0.3mm；导线宽度在大；导线宽度在大电流情况下还要考虑其温升。电流情况下还要考虑其温升。在在DIPDIP封装封装ICIC脚间走线，可应用脚间走线，可应用10101010与与12121212标准，即当两脚间经标准，即当两脚间经过过2 2根线时，焊盘直径可设为根线时，焊盘直径可设为50mil50mil、线宽与线距都为、线宽与线距都为10mil10mil，当两脚间，当两脚间只经过只经过1 1根线时，焊盘直径可设为根线时，焊盘直径可设为64mil64mil、线宽与线距都为、线宽与线距都为12mil12mil。第16页印制电路板布线设计普通标准 印制导线间距：相邻导线间距必须能满足电气安全要求，而且为了便印制导线间距：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，间距也应尽可能宽些。最小间距最少要能适合承受电于操作和生产，间距也应尽可能宽些。最小间距最少要能适合承受电压。这个电压普通包含工作电压、附加波动电压以及其它原因引发峰压。这个电压普通包含工作电压、附加波动电压以及其它原因引发峰值电压。在布线密度较低时，信号线间距可适当地加大，对高、低电值电压。在布线密度较低时，信号线间距可适当地加大，对高、低电平悬殊信号线应尽可能地短且加大间距。平悬殊信号线应尽可能地短且加大间距。双面板上公共电源线和接地线，尽可能布设在靠近板边缘，而且分布双面板上公共电源线和接地线，尽可能布设在靠近板边缘，而且分布在板两面。多层板可在内层设置电源层和地线层，经过金属化孔与各在板两面。多层板可在内层设置电源层和地线层，经过金属化孔与各层电源线和接地线连接。层电源线和接地线连接。大面积敷铜：印制线路板上大面积敷铜惯用于两种作用，一个是散热，大面积敷铜：印制线路板上大面积敷铜惯用于两种作用，一个是散热，一个用于屏蔽来减小干扰，初学者设计印制线路板时常犯一个错误是一个用于屏蔽来减小干扰，初学者设计印制线路板时常犯一个错误是大面积敷铜上没有开窗口，而因为印制线路板板材基板与铜箔间粘合大面积敷铜上没有开窗口，而因为印制线路板板材基板与铜箔间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。所以在使用大面积敷铜时，应将发，以致产生铜箔膨胀，脱落现象。所以在使用大面积敷铜时，应将其开窗口设计成网状。其开窗口设计成网状。第17页印制电路板布线设计普通标准焊盘直径和内孔尺寸：焊盘内孔普通大于焊盘直径和内孔尺寸：焊盘内孔普通大于0.6mm0.6mm，通常情，通常情况下以金属引脚直径值加上况下以金属引脚直径值加上0.2mm0.2mm作为焊盘内孔直径，如作为焊盘内孔直径，如电阻金属引脚直径为电阻金属引脚直径为0.5mm0.5mm时，其焊盘内孔直径对应为时，其焊盘内孔直径对应为0.7mm0.7mm，焊盘直径取决于内孔直径，焊盘直径取决于内孔直径，直径小于，直径小于0.4mm0.4mm孔：孔：D Dd d0.50.53 3；直径大于；直径大于2mm2mm孔：孔：D Dd d1.51.522；式中：；式中：（D D焊盘直径，焊盘直径，d d内孔直径）内孔直径）。跨接线使用：在单面印制线路板设计中，有些线路无法连跨接线使用：在单面印制线路板设计中，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，接时，常会用到跨接线，在初学者中，跨接线常是随意，有长有短，这会给生产上带来不便。放置跨接线时，其种有长有短，这会给生产上带来不便。放置跨接线时，其种类越少越好，通常情况下只设类越少越好，通常情况下只设6mm6mm，8mm8mm，10mm10mm三种。三种。第18页印制电路板布线设计普通标准板材与板厚：印制线路板普通用覆箔层压板制成，惯用是板材与板厚：印制线路板普通用覆箔层压板制成，惯用是覆铜箔层压板。板材选取时要从电气性能、可靠性、加工覆铜箔层压板。板材选取时要从电气性能、可靠性、加工工艺要求、经济指标等方面考虑，惯用覆铜箔层压板有覆工艺要求、经济指标等方面考虑，惯用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。等。印制线路板厚度应依据印制板功效及所装元件重量、印制印制线路板厚度应依据印制板功效及所装元件重量、印制板插座规格、印制板外形尺寸和所承受机械负荷来决定。板插座规格、印制板外形尺寸和所承受机械负荷来决定。多层印制板总厚度及各层间厚度分配应依据电气和结构性多层印制板总厚度及各层间厚度分配应依据电气和结构性能需要以及覆箔板标准规格来选取。常见印制线路板厚度能需要以及覆箔板标准规格来选取。常见印制线路板厚度有有0.5mm0.5mm、1mm1mm、1.5mm1.5mm、2mm2mm等。等。第19页信号完整性（信号完整性（SI）分析）分析伴随主频提升，布线密度增加，以及大量数模混伴随主频提升，布线密度增加，以及大量数模混伴随主频提升，布线密度增加，以及大量数模混伴随主频提升，布线密度增加，以及大量数模混合电路应用，对合电路应用，对合电路应用，对合电路应用，对PCBPCB设计要求越来越高。高速数设计要求越来越高。高速数设计要求越来越高。高速数设计要求越来越高。高速数字和模拟电路设计需要对信号失真给予尤其关注。字和模拟电路设计需要对信号失真给予尤其关注。字和模拟电路设计需要对信号失真给予尤其关注。字和模拟电路设计需要对信号失真给予尤其关注。反射、串扰、传输时延、地反射、串扰、传输时延、地反射、串扰、传输时延、地反射、串扰、传输时延、地/电层噪声等，能够严电层噪声等，能够严电层噪声等，能够严电层噪声等，能够严重影响设计功效正确性。另外，设计复杂性和规重影响设计功效正确性。另外，设计复杂性和规重影响设计功效正确性。另外，设计复杂性和规重影响设计功效正确性。另外，设计复杂性和规模，假如不用模，假如不用模，假如不用模，假如不用EDAEDA软件帮助，对于工程师来说已软件帮助，对于工程师来说已软件帮助，对于工程师来说已软件帮助，对于工程师来说已经没有方法彻底处理信号完整性问题。传输时延、经没有方法彻底处理信号完整性问题。传输时延、经没有方法彻底处理信号完整性问题。传输时延、经没有方法彻底处理信号完整性问题。传输时延、串扰噪声以及由阻抗失配引发反射等问题，让设串扰噪声以及由阻抗失配引发反射等问题，让设串扰噪声以及由阻抗失配引发反射等问题，让设串扰噪声以及由阻抗失配引发反射等问题，让设计人员非常头疼，并造成产品上市周期延长和增计人员非常头疼，并造成产品上市周期延长和增计人员非常头疼，并造成产品上市周期延长和增计人员非常头疼，并造成产品上市周期延长和增加产品售后服务费用。加产品售后服务费用。加产品售后服务费用。加产品售后服务费用。第20页电磁兼容性（EMI电磁干扰）分析因为电子产品大量用于日常计算、通信和娱乐，电磁兼容问题和电磁干扰问题已经得到广泛重视。EMI能够严重影响设备性能甚至能够使设备瘫痪。所以，许多电子产品必须符合EMI标准。因为很多无线和高频电子设备应用，EMI问题将会越来越严重。第21页电磁兼容性（PI电源完整性）分析伴随伴随PCBPCB设计功效越来越多，复杂度越来越高，设计功效越来越多，复杂度越来越高，使用频率也就越来越高。伴随功效和速度增加，使用频率也就越来越高。伴随功效和速度增加，瞬态电流也就增加。大面积电源和地平面就是为瞬态电流也就增加。大面积电源和地平面就是为了满足这个需要而设计。不过因为设计复杂性，了满足这个需要而设计。不过因为设计复杂性，比如各种电源和各种地需要同时使用，使得地电比如各种电源和各种地需要同时使用，使得地电平面被分割而成为有缺点平面。由此可能会产生平面被分割而成为有缺点平面。由此可能会产生感应噪声，当这种噪声大到一定程度时，会影响感应噪声，当这种噪声大到一定程度时，会影响集成电路功效和性能。这种噪声是指集成电路功效和性能。这种噪声是指Delta-IDelta-I、地、地弹或瞬态交换噪声。弹或瞬态交换噪声。第22页EWB系列软件介绍MultisimMultisim电路仿真器是一完整系统设计工具，它结电路仿真器是一完整系统设计工具，它结合合SPICESPICE、VHDLVHDL、VerilogVerilog共同进行模拟和数字电共同进行模拟和数字电路仿真，并提供高阶路仿真，并提供高阶RFRF设计功效以及利用设计功效以及利用VHDLVHDL或或VerilogVerilog设计与仿真设计与仿真FPGA/CPLDFPGA/CPLD组件合成，能够利组件合成，能够利用齐全虚拟仪器对电路进行测试及分析。在电用齐全虚拟仪器对电路进行测试及分析。在电路分析、模拟电路、数字电路等电子路分析、模拟电路、数字电路等电子试验课中充当虚拟试验平台，将电子试验搬到计试验课中充当虚拟试验平台，将电子试验搬到计算机屏幕上来做。同时因为算机屏幕上来做。同时因为MultisimMultisim和和UltiboardUltiboard有有机结合，为在机结合，为在EDAEDA实践课中进行从原理图设计到实践课中进行从原理图设计到印制板制作板级印制板制作板级EDAEDA全程训练提供了条件。全程训练提供了条件。第23页基本任务：信号发生器第24页学生作品：二阶双二次带通滤波器第25页学生作品：三角波矩形波发生电路第26页学生作品：机器猫原理图第27页学生作品：立体声放大电路第28页机器猫成品第29页机器猫印制板尺寸印制板外形：印制板外形：82mm*55mm82mm*55mm无定位孔无定位孔线宽线宽12-30mil12-30mil焊盘外径焊盘外径62-80mil62-80mil第30页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久远发展概况：为了适应我校建成世界一流大学久远发展方向，实现培养方向，实现培养”高素质、高层次、多样化、创高素质、高层次、多样化、创造性造性”人才总体培养目标，增强和培养学生工程人才总体培养目标，增强和培养学生工程实践能力、创新能力。清华大学电子工艺教实践能力、创新能力。清华大学电子工艺教 研组研组建立电子工艺教学资源站，充分发挥网络优势，建立电子工艺教学资源站，充分发挥网络优势，利用利用WEBWEB、FTPFTP、BBSBBS等伎俩为学生提供从元器件等伎俩为学生提供从元器件资料、印制板设计方法到制造工艺大信息量资源，资料、印制板设计方法到制造工艺大信息量资源，争取成为进行电子设计制造工具性资源争取成为进行电子设计制造工具性资源第31页网络教学-清华大学电子工艺资源站http:/166.111.52.173/内容：内容：电子工艺课程和创新试验室介绍电子工艺课程和创新试验室介绍 电子工艺课程答疑及电子技术讨论区电子工艺课程答疑及电子技术讨论区 FTPFTP下载站，为下载站，为EDAEDA实践课提供网上教学服务实践课提供网上教学服务 SMTSMT工艺介绍工艺介绍 惯用元器件查询库惯用元器件查询库 著名元器件企业资料库著名元器件企业资料库 电子工艺和电子技术知识文章库电子工艺和电子技术知识文章库第32页电子实践基地各种教学模式实践教学，适应新时期，实践教学，适应新时期，学生主体学生主体每年人次以上学生参加每年人次以上学生参加各种科技活动、试验、各种科技活动、试验、SRTSRT等项目。等项目。电子设计大赛电子设计大赛服务：数字逻辑课等服务：数字逻辑课等以项目为主体硕士和本以项目为主体硕士和本科生培养科生培养第33页学生电子实习创新实践平台学生电子实习创新实践平台-依靠产学研一体优势开展电子实践教学依靠产学研一体优势开展电子实践教学（SRT/SRT/科级赛事科级赛事/实践性选修课）实践性选修课）EDAEDA应用技术试验室应用技术试验室应用技术试验室应用技术试验室IPV6IPV6网络技术试验室网络技术试验室网络技术试验室网络技术试验室嵌入式系统应用试验室嵌入式系统应用试验室嵌入式系统应用试验室嵌入式系统应用试验室蓝牙无线通信应用试验室蓝牙无线通信应用试验室蓝牙无线通信应用试验室蓝牙无线通信应用试验室PLCPLC应用技术试验室应用技术试验室应用技术试验室应用技术试验室创新制作试验室创新制作试验室创新制作试验室创新制作试验室 SMTSMT试验室试验室试验室试验室 最新工业应用最新工业应用最新工业应用最新工业应用第34页学生科技活动学生科技活动电子设计大赛电子设计大赛第35页学生科技活动学生科技活动电子兴趣者协会：实电子兴趣者协会：实践基地为清华大学电践基地为清华大学电子兴趣者协会提供场子兴趣者协会提供场地、设备及赞助，给地、设备及赞助，给全部兴趣电子实践同全部兴趣电子实践同学提供更加好学习、学提供更加好学习、交流和聚会机会。交流和聚会机会。SRTSRT计划计划第36页学生科技活动学生科技活动“挑战杯挑战杯”学生课外学术科技作品竞赛学生课外学术科技作品竞赛 第37页第38页