從擰螺絲小工到北漂青年，我眼裡的Altium Designer是這般

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序言：「2017年工程師節」今天正式拉開序幕，本屆工程師節的主題圍繞「技能」二字。身為電子人，無論行走江湖的老者，還是初入此圈的新人，總一兩個技能傍身、總有一兩個得意之作。

現在自己從事嵌入式硬體開發已經四個多月了。

四個月以前，我還在另一家公司過著擰螺絲和接線的生活，工作一個多月後，我感覺那不是自己想要的生活，於是做出了一個連自己都不太敢相信的決定：辭職！

辭職之後，隻身一人來到北京，成了一名現實中的北漂。而那時找工作，就堅定了走硬體開發的路，現在也算是如願以償了。

記得某位哲人說過：「未經思考的人生是不值得過的」。於是我想：「沒有總結的人生就不會有成長」。一件事情過去了，不能就讓它這麼過去了，應該從中收穫些什麼。

走上硬體這條路之後，我的生活也就從Keil和IAR轉向了Altium Designer。

四個多月時間裡，從熟悉軟體使用，到繪製電路板，再到年終總結，算是把整個事情經歷了一遍，這其中有許多經驗和教訓，總結下來，希望自己以後可以做的更好。

在做硬體開發以前，我在學校的大部分時間都用在程序調試上了，從事硬體這個方向算是從頭學起，「工欲善其事，必先利其器」，好的工具可以使工作有事半功倍的效果，Altium Designer可以算是一個繪製低速電路板的好工具，所以我從入職剛開始，公司裡帶我的師傅就讓我先熟悉這個軟體的使用。

說實話，剛開始的一周真的很崩潰，這個軟體菜單太多，想實現某個功能都不知道點哪裡，我經常想，我這不是犯賤嗎？有舒服的工作不幹，非要跑北京來受這個罪？

好在我還是堅持下來了，四個多月的時間裡我用這個軟體畫了六塊電路板，雖然這六塊電路板都能正常使用，但是我還是發現了許多問題。現在通過描述繪製一塊電路板所需要的步驟，來介紹和總結我在這個過程中所遇到的問題。

說了這麼多，今天我要說的「得意之作」就是Altium Designer的使用經驗與教訓的總結了，算不上一個設計，但是算是近期最「得意」的。

首先，從整體來講，繪製一塊電路板總共需要以下幾個大的步驟：

1.確定技術方案；

2.繪製電路原理圖；

3.繪製電路板；

4.焊接調試；

5.項目總結；

下面詳細介紹下這五個方面：

1.確定技術方案

（1）構思技術方案。技術方案的確定是根據實際的項目需求來確定的，所以首先要明白具體的項目需求，對於一些硬性的點要進行合理的分析和計算，比如通信時對通信速率的要求，通信時的穩定性的要求等等，這些硬性的指標要求一定要滿足，只有先滿足了這些硬性的指標要求，你最終的產品才算合格。

這就像我們大學裡參加電子設計競賽，競賽前，會先公布一個競賽的具體要求，參賽時組委會會根據這些要求是否達到進行評分，同樣的，作為一家公司要做出合格的產品，必須要滿足客戶的一些要求，另外還要滿足一些相關的國家標準，而不僅僅是實現某項功能那麼簡單。

（2）進行硬體選型。首先不得不考慮的因素就是設計和生產成本，一家企業之所以能夠存在，是因為他能持續盈利，所以我們在進行硬體選型時，要把成本因素充分考慮進去。另外就是一些硬體選型的基本原則：

a.普遍性原則，所選擇的器件在能夠滿足方案要求的前提下，要盡量選擇一些經過驗證的器件，少選擇偏冷門的器件，常用器件在網上都會有比較成熟的資料，在遇到問題時可以進行參考。這樣無論在硬體設計還是軟體開發，都會帶來極大的方便性，縮短研發時間。

b.採購方便原則，由於我們在設計產品時使用的某些器件需要從海外代購，我們應考慮到供貨的周期以及供貨的持續性。即確保在產品生產時能夠有充足的器件供應以及在一段時間內該器件不會停產。

c.兼容性原則。兼容性主要包含兩個方面，一方面是器件在不可控條件下停產了，要有可以替換的器件，從而不影響產品的生產；另一方面是新舊產品的兼容，任何一款產品都會有一定的維護周期和更新換代，在更新換代時要考慮新產品對老產品的兼容性設計。

（3）硬體功能驗證和性能測試。在選擇好滿足方案的器件型號後，要先申請樣品進行測試，你說明你的需求，有些生產廠家會主動寄給你樣品讓你進行測試。硬體的功能驗證需要搭建簡單的電路進行驗證，看是否能夠滿足你的產品要求。性能測試要藉助一些儀器進行測試，確保器件能夠有一定的環境適應性。也就是說要保證器件在實驗室條件下能夠正常運行，在現場也能夠穩定運行，所謂的測試就是模擬現場的一些可能的環境或者突發情況，觀察器件的運行情況並記錄器件的各項性能參數。

2.繪製電路原理圖

在確定好硬體方案和器件選型後，下一步就是根據既定的方案進行電路原理圖的繪製，具體步驟為：

（1）繪製原理圖庫。我們要根據選擇的器件，繪製對應的原理圖，不同的器件對應不同的器件原理圖，把所有的器件原理圖放到一個目錄中進行編輯，最終包含了所有器件原理圖的文件就叫做器件原理圖庫。繪製器件原理圖的過程中，要把器件的型號和描述寫全，寫清楚，這樣在後期整理器件的BOM（Bill of Materials，元件清單）的時候會方便很多，這一點我深有體會，因為BOM最終會提交給採購和生產的部門，如果你不能提供一個準確的BOM，那麼採購部門將不能正確採購，生產部門也無法順利進行焊接生產。另外，財務部門還要對所有的BOM進行歸檔存檔處理。對每件小事的盡善盡美，才能保證一件事情的順利進行。

（2）繪製電路原理圖。對已經驗證好的電路原理，在Altium Designer中以電路原理圖的形式畫出來，在繪製電路原理圖的過程中要對電路中電阻電容的大小以及器件的型號進行標註，對於器件的標號，可以使用軟體的快捷功能在繪製完所有原理圖後進行統一的命名。一般繪製好電路原理圖後，還要在交給另一個人進行審閱，這樣可以降低錯誤出現的概率。

（3）繪製PCB元件庫。繪製對應器件的PCB封裝，確保所有的原理圖器件都可以在PCB元件庫中找到對應的器件封裝，關於器件封裝的具體尺寸，可以到器件的DataSheet中查找，盡量不要自己量，自己量的話誤差較大。另外要特別注意的是原理圖中的器件引腳和PCB元件封裝中的焊盤是一一對應的，如果不能對應，在最終生成PCB時將無法焊接器件。我在此處就是沒有仔細留意一個貼片三極體的引腳與焊盤的對應關係，導致三極體不能正常焊接。

（4）在原理圖中給對應的元器件添加相應的器件封裝，當然，此過程最好在畫好原理圖庫和PCB庫時，到原理圖庫中依次添加器件的封裝，這樣更加方便一些，因為這樣添加後，以後再用到這個器件時，就不用添加封裝了。不過這樣做的不好處是同一個原理圖器件可能對應多個不同的封裝，如果你兩次畫的PCB使用的封裝不同，那麼，你還要到原理圖中進行修改。另外，如果你在原理圖中忘記了添加某個器件的封裝，編譯原理圖是不會報錯的，為了避免這種錯誤的發生，可以按快捷鍵T+G，依次查看所有的器件是否都正確添加了對應的封裝。

（5）編譯原理圖。原理圖檢查無誤，封裝添加正確，最後再讓機器幫著檢查一下有沒有錯誤，電路原理圖的繪製算是完成了。註：在繪製電路原理圖的時候，如果器件少，電路邏輯簡單，可以把所有的電路圖繪製在一張原理圖中。但是，當器件數量較多，邏輯和功能複雜時，就可以採用模塊化的方法，進行層次結構原理圖的設計，這樣更加方便電路的閱讀分析與檢查。另外原理圖的標註要清楚明白，要確保能讓別人看明白，因為在你設計好PCB，後期軟體人員進行調試時，是看你的原理圖進行編程的，如果你的原理圖標註的不明不白，很容易誤導軟體開發人員。

3.繪製電路板

繪製電路板要經過以下幾個步驟，下面分別進行詳細說明。

（1）把原理圖更新到PCB。首先在畫電路圖的PCB工程中右鍵添加一個PCB，這時在原理圖的「設計」菜單中，就會出現一個「Update PCB……」的選項，點擊該選項後，軟體會自動把原理圖中對應的封裝添加到PCB中。

（2）確定PCB的機械結構。有些項目中對PCB的形狀和大小是有固定要求的，我們根據具體的項目要求，在PCB中的機械層或者禁止布線層用線畫出具體的形狀，然後右鍵選中，查找相似對象，再按快捷鍵D+S+D（註：是在輸入法為英文狀態下依次按下，不是同時按下），此時黑色部分就只會出現在你已經畫好PCB大小範圍內，另外，關於PCB的固定孔，如果需要提前確定，也要在這個時候就確定好位置，因為如果後面再添加固定孔，不可避免的要移動一些線。

（3）PCB的布局。PCB的布局同樣有一些規則：

a.合理分區。比如為了避免電路之間的相互干擾，數字電路，模擬電路，大功率電路都要分開放置；完成同一功能的電路所有器件盡量放在一起；質量大的器件放置時要考慮到PCB的安裝強度；發熱量大的元件要與溫度敏感元件分開放置。

b.接地處理。電路中存在信號地，電源地，電源地又分為交流地和直流地，數字地，模擬地等，這些地的處理與連接方法最終的目的都是為了不讓電路之間產生干擾，通常採取加零歐電阻或者小磁珠以及濾波電容等方法去除干擾。

c.具體電路處理。比如晶振要靠近用到該時鐘的器件，IO驅動器件盡量靠近電路板引出接插件的位置，一些封裝IC的電源和地要加濾波電容等。另外要注意的一點是器件的大小，特別是組合板的情況，很容易遇到器件過大不能正常安裝的情況，此處在繪製器件封裝時可以添加器件的3D封裝，這樣在3D效果下，可以看到器件的位置是否合理。

（4）PCB布線。王國維曰：古今之成大事業、大學問者，必經過三種之境界：「昨夜西風凋碧樹，獨上高樓，望盡天涯路。」此第一境也。「衣帶漸寬終不悔，為伊消得人憔悴。」此第二境也。「眾里尋他千百度，驀然回首，那人卻在燈火闌珊處」此第三境也。

額……有點跑題了……

我的意思是說，布線大概也有三種境界：

首曰：布的通。對於布線最基礎的要求就是先把板子布通，能完成最基本的功能需求；

再曰：可生產。如果一塊板子能夠正式投產了，那最起碼說明你的板子布線是合格的，他能滿足所有的設備需求，也通過了相關的測試和檢驗；

最後曰：布的美。就像男人找媳婦，女人找丈夫，都喜歡對方漂亮，帥氣。可見美是我們的追求，一塊電路板，在硬體工程師的眼中那就是一件工藝品，你在設計它的時候，應該把它當成一種對美的追求，而不僅僅是完成他所需要的功能就可以了。

當然，我們不能捨本逐末，就像一個人，精神境界再高他也要吃飯一樣，我們設計電路板的目的是為了滿足我們設備所需要的電氣性能，如果連最基本的電器性能檢測都過不了，那美就是臭美了。

所以，在布線過程中，有以下原則可供參考：

a.對容易受干擾，要求較高的線，可以優先布，並採取一定的抗干擾措施。

b.走線時輸入端與輸出端的線應避免相互平行，以免產生反射干擾。相鄰層的布線應該相互垂直，平行容易產生耦合。走線盡量採用45°的折線走線，不要採用90°的折線，更不要有銳角出現，角度過小容易產生信號輻射。

c.任何信號線都不要形成環路，關鍵的線盡量短而粗，少用過孔，對不方便測試的地方要預留測試點，以方便生產和維修檢測用。

d.完成布線，再進行敷銅工作，主要是對電源和地進行敷銅操作，此處一定注意敷銅的線寬，一定不能小於你布線的最小線寬，否則會報錯。敷銅結束，運行DRC檢查無誤後，要進行布線優化，這一步很有必要，並不是布完線就萬事大吉了，實際上即使布線結束，運行檢查無誤，也還是有很多可以改進的地方，還有可能的一種情況就是，你犯錯誤了，但是軟體沒有檢查出來，比如，我布的其中一塊板中，有一根地線穿過了機械層，機械層在PCB加工廠那邊是默認開孔的，而我們也確實要在那個地方開孔，但是我在布線時沒有看到，軟體檢查也沒有報錯，幸好PCB加工廠那邊來電話通知，要不然生產出來就是廢板了；

e.優化完布線，在正式投板以前還有一些工作要做，補淚滴和過孔蓋油。補淚滴就是在布線與焊盤的連接處進行加固，防止因加工誤差導致導線與焊盤的連接線斷裂。過孔蓋油就是在過孔的地方加上一層絕緣物質，防止離得近的過孔因焊接過程中不小心導致短路。我在這個地方犯的一個低級錯誤是在過孔蓋油的時候加在了焊盤上，PCB加工廠打電話說焊盤未開窗，最後是帶我的師傅找到了問題。另外，還有一個要做的工作是進行絲印的標註，我畫的第一塊板，幾乎沒有什麼絲印標註，這導致軟體開發人員在進行編程時很是頭疼，根本不知道線是怎麼連接的，所以有效的絲印標註，能給軟體開發人員的開發帶來很大的方便。f.所有的工作都完成後，最後生成Gerber文件，交給PCB制板廠進行制板就可以了。

4.焊接調試

大約一到兩周左右的時間，你投出去的PCB差不多就能回來了，這時你要做的工作就是焊接調試了。

（1）焊接。焊接前的準備工作主要有兩點：

一是檢查PCB的好壞，你投出去的PCB可能沒有問題，但是這並不能保證回來的PCB就一定是你想要的，因為在制板過程中出現不可控的因素，導致PCB製作失敗，你可以在焊接前對PCB做一個簡單的觀察，順便用萬用表量一下電源和地是否短路。

二是焊接物料以及焊接BOM的準備，如果你是在公司上班，一般都會有專門的焊接台，相關的物料也都會在盒子里放好了，如果缺的物料，要提前購買（你可以在投板後，就看一下是否有需要購買的物料）。

焊接是個技術活，關於焊接同樣有幾個原則：

a.先難後易。這好像跟我們考試做題時的原則正好相反。這主要是考慮到如果你把簡單的焊接完了，最後焊接難度最大的，如果焊接失敗，整塊板就廢掉了，你之前做的工作也就白做了。先把最難啃的骨頭啃了，剩下的就都是肉了。

b.先低後高。就是先焊接高度較小的器件，後焊接高度較高的器件。這樣做的目的是為了方便焊接，如果你先焊接了較高的器件，那麼在焊接較低的器件時會把PCB頂起來，不好焊接。

c.根據BOM找器件，根據器件找BOM。這可以根據板子焊接器件的數量多少來決定採用哪種方式。如果板卡的焊接器件較少，那麼可以採用根據BOM找器件的方法來焊接，比如大體按照晶元，電容電阻，接插件的順序，進行焊接，在BOM上先找到晶元的一項，每焊接完一項就在BOM上標記一下，這樣依次焊接，當BOM全部標記完成之後，你的整塊板子就焊接完成了，這樣做就不會漏焊某個器件；如果你焊接的板卡器件數量較大，那麼這種方法就比較費時費力，因為你可能要花好長時間才能在PCB上找到你要焊接的那個電容或者電阻。這時，根據器件找BOM就比較合適，找到你要焊接的那個器件，再到BOM上看是哪個器件，這樣比較容易一些。

d.焊接完成後進行檢查，主要是檢查有沒有漏焊、虛焊、連焊的器件，這個檢查是很有必要的，好多低級錯誤在這時候就能檢查出來。

（2）調試。接著就是給板卡上電調試了，在上電調試前先用萬用表測量一下電源和地是否短路了，要知道電源短路危險很大的。

板卡上一般會有相應的電源指示燈，如果指示燈正常亮起，並且沒有聞到怪異的味道和聽到爆炸的聲音，那麼說明你的板卡供電基本正常了。下一步是給晶元燒寫程序，測試程序是否能夠正常運行，再下一步就是測試各個通信介面是否都能夠正常通信，當然，這些程序調試的工作，是軟體開發人員進行調試的，你要配合軟體開發人員進行調試。

下面再說一下我在焊接過程中犯得各種低級錯誤：

a.晶元焊反了。軟體開發人員在調試RS232通信介面時，並不能通信，完全沒有數據，用萬用表進行測量後發現晶元焊反了，在每個晶元的第一引腳位置會有一個小圓點進行標識，我當時應該是思維定式，因為當時的周圍好幾個晶元都是同一個方向焊接，我焊順手了，就把這個晶元也按照其他晶元的方向焊接了，沒有注意觀察絲印的標註。

b.晶元虛焊和連焊了。在調試過程中，總是有固定的一部分數據出現錯誤，通過檢查測量，最終發現是我把晶元虛焊和連焊了。另外我還犯了一個更嚴重的錯誤是在板子帶電時進行了焊接，直接造成短路，把PCB上的線給燒斷了。教訓是深刻的，一定要斷電後再進行焊接！

5.項目總結

當你完成一個項目後，需要進行相應的項目總結，關於項目總結，主要包含以下幾項：詳細硬體說明書、生產BOM以及焊接和安裝注意事項。這些都是以文檔的形式給出來，年前在整理這些文檔的時候頗有些寫畢業論文的感覺，只是沒有畢業論文的格式要求的那麼嚴格。

下面分別介紹一下：

（1）詳細硬體說明書。這個需要你從整體上寫明你的硬體設計原理以及設計思路，然後再分別介紹每個電路模塊的電路實現原理，總之，他的作用就是當別人看到你寫的文檔時，能明白你的設計意圖和設計思路。

（2）生產BOM。這個主要是包含了板卡上要焊接的器件的信息，主要是器件型號、封裝、數量、在板上的焊接位置等等，不同的公司肯定有不同的要求和標準。它要交給相關的相關部門進行備案存檔，以及在產品量產時要交給代工廠家進行焊接生產。

（3）焊接和安裝注意事項。整個板子是你設計的，焊接也是你焊接的，所以你比較清楚焊接的問題以及安裝的技巧，這些都要在文檔中說明白，方便生產人員進行生產。

工程師節

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2017年6月6日，「第三屆工程師節」隆重開啟。今年更是有「愛板網」與「電路城」的加入，除了延續以往的兩大活動之外，第三屆「工程師節」還添加了「我是評測師」和「我是方案大師」兩大在線互動，讓工程師們在盡情揮灑自己才華的同時，獎品也會拿到手軟。

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