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嵌入式开发下(开发板硬件设计)
在电子工程领域,设计电路板(PCB)是一项至关重要且极具挑战性的任务,它不仅是硬件设计的基础,更是连接电路理论与实践的桥梁。PCB设计融合了模拟电子(模电)知识、数字电子原理以及先进的计算机辅助设计(CAD)技术,是现代电子产品开发不可或缺的一环。
模电学习是构建PCB设计的基石。模拟电子技术,作为电子工程学科的重要组成部分,主要研究连续变化的物理量(如电压、电流)的处理与控制。在PCB设计中,模电知识尤为关键,因为它直接关系到信号的放大、滤波、转换等关键环节。设计师需深入理解放大器的工作原理、反馈机制、频率响应特性以及噪声抑制等概念,以确保电路在PCB上的实现既稳定又高效。模电学习不仅限于理论学习,更需通过实践加深理解。例如,通过搭建简单的电路模型,如运算放大器电路、RC/RL滤波电路等,观察并分析其输入输出特性,这样的经验对于后续PCB布局布线时预测和解决问题至关重要。
随着科技的进步,PCB设计软件从最初的简单绘图工具发展到如今的集成化、智能化平台,极大地提高了设计效率和设计质量。目前市面上的pcb设计软件种类十分丰富像Altium Designer,KiCad,Cadence Allegro ,嘉立创EDA。
就个人而言,我常将Altium Designer(AD)和嘉立创EDA这两个搭配使用。然后接下来就主要要和大家聊一聊这两个pcb设计软件并分享一下具体感受。
首先来说Altium Designer。Altium Designer是一款由Altium公司开发的电子产品开发系统,它集成了原理图设计、电路仿真、PCB绘制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等多种功能于一体,为电子工程师和设计师提供了全面的设计解决方案。Altium Designer作为Altium公司的旗舰产品,凭借其强大的功能和灵活的设计环境,赢得了广泛的用户认可。在全球市场内,Altium Designer具有较高的市场占有率。
我之前存在AI写过一个文段儿让他简述一下为什么Altium Designer这么的受欢迎,相比较其他的PCB设计软件它有怎样的一个优势?AI给我的一个回答有三大点1. 强大的集成性 2. 丰富的库资源3. 智能化设计工具以及强大的仿真和验证功能。但其实前两个点我感觉前两个点并不能说是他的一个特点,因为这两个点基本上是每一款设计软件能在市面上流通的一个最基础要求,要说哪款软件最能说得上是拥有丰富的资源库,我觉得那嘉立创上万种可选型的封装库,与一站式的加工与购买毫无疑问的当选第一名。我觉得大家之所以选择AD或者说是我为什么这么喜欢用AD的原因是在于它超级智能化的设计工具。以及强大的仿真功能和验证功能。
AD内置了众多智能化设计工具,如自动布线器、规则检查器以及交互式布线助手等。这些工具不仅能够大幅度减少手动操作的工作量,还能通过智能算法优化布线结果,提高设计的可靠性和美观度。特别是自动布线器,在遵循预设规则的前提下,能够迅速生成高质量的布线方案,极大地节省了我的时间。AD的自动布线近两年来发展应该可以说是非常迅速。布线成功率非常高,尤其是在20版本以后的自动布线几乎可以完全代替人工(但这仅仅只在不考虑信号干扰的前提下)。所以像我做的这些开发板或者是板卡基本都用自动布线。因为我画的绝大部分板子很少会涉及到高频线。有的话其实也就晶振电路和芯片外围电路部分会涉及到一些,需要特别注意一下信号干扰。其他部分的串口连接只要是能连通其实就够了,所以在设计这些板卡的时候,我更偏向用AD,就是因为它比较强大的自动布线功能可以节省大量的时间。一般我都会先手动把晶振电路连完。之后再用自动布线连接其他线路,最后再稍微的检查一遍是否有线路交叉或者是间距过小就可以使用了。通过这样方式设计的PCB可以节省2/3以上的时间。所以对于设计者来说,自动布线功能其实有的时候还是挺有用,挺重要的。即使如果涉及到大量的高频线无法使用自动布线进行布线的话,还可以用这个功能检验所画板子的体积是否足够,一般都会在放置完元器件之后自动布线跑一下,看板子上面是否能将全部线路连接起来,如果不够的话,再去修改板型或者是层数。
我们再来聊一下AD的一个交互设计体验。我身边绝大部分从事电子信息工程类学习或者是此类教学工作老师的一个感受来看,Altium Designer16是公认的最好用的一个版本。16版的交互界面会比之后的版本更加流畅,侧边栏的一个使用体验也会更加方便。但其实这得看个人的一个使用喜好。从我的个人的一个感受来看的话,其实16版本之前的一个交互界面确实很舒服,但自动布线以及检验功能就要相比之后版本要差很多。所以具体使用哪个版本的话还是根据自己的一个需求和使用习惯决定。
接下来我们再聊一下嘉立创。今天主要了解一下他们公司设计PCB的软件嘉立创EDA(白嫖板子,打样流程会单独再出一篇文章)。
嘉立创eda是目前为数不多的完全免费的设计平台。它的发展历史其实并不长,大概是在10年代才逐渐开始面向大众使用。所以他的一个使用操作体验,我觉得相比较已经发展将近40年的AD来说肯定是要有一定差距的。尤其是在智能检验以及自动布线上面会感到明显的差距。但这并不意味着嘉立创eda不是一款优秀的PCB设计软件。嘉立创eda给我最大的感受就是他的元器件库真的太丰富了。因为这款软件是可以联网的,嘉立创将他们供应链里面全部元器件的封装都发布在库中,使用时直接搜索拖拽即可。所以并不用像AD一样,每次需要新的元器件时都要从官网或者是第三方软件中下载。并且使用嘉立创eda画完图之后可以直接用他的打样平台下单板子和元器件,不用再导出其他文件了。确实非常的方便。而且嘉立创eda还支持导入用其他软件所设计的电路图。所以一般我都会用奥designer 设计完板子之后导入到嘉立创eda中。之后再检查对应的元器件封装是否有误,就可以一键点击下单。之后就可以等待元器件以及板子的送达了。当然如果拿到了嘉立创的smt贴片券话也可以直接让工厂贴好片。
之前我也问过一些相关领域的从业人员,他们平时的一个设计工作绝大部分都是在个人电脑上的AD进行的。(正版价格很贵,初创公司或小型企业很难支持,个人使用盗版不会被起诉。)之后导入以公司名称注册的嘉立创平台进行打样任务。
Ok,那以上就是我今天想和大家分享的内容了。