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作者：Mohamed Ismail，Maxim Integrated技術(shù)服務(wù)部高級技術(shù)人員 我第一次從零開始設(shè)計和搭建自己的PCB可謂我電子生涯的一座里程碑，但事實上，也是一場巨大的災(zāi)難。 受我鐘愛的《吉他英雄》游戲(用吉他形狀的控制器演奏搖滾樂的游戲)的啟發(fā)，我想設(shè)計一款自己的無弦吉他。在一次暑期實習(xí)中，我接觸到了許多觸摸傳感器技術(shù)，它們究竟有多難？我采用了一個嵌入式C編程類，并且大概了解了Arduino平臺。雖然我還不清楚I2C是什么，也不知道我最終選擇的傳感器應(yīng)該用哪種接口，但我找到了一個電容式觸摸傳感器平臺(一種特殊功能的電路板，用于插入到Arduino電路板)，以及一個用來掌握該傳感器平臺的在線代碼庫。 操作這一平臺是件非常輕松的事——把電路板插入計算機，然后將電容式觸摸平臺連接到電路板，再利用未經(jīng)修改的示例代碼對微控制器進(jìn)行編程。我甚至都不知道還有一份數(shù)據(jù)手冊要讀，就點擊了注冊按鈕！原來工程設(shè)計就像我桌上那本書的名字——傻瓜入門。 設(shè)計我的第一個原型——傻人有傻福 在用幾分鐘看過我的概念驗證之后，是時候來設(shè)計我自己的電路板了。我拿起吉他，測量了每個音品(吉他上分隔每個音符的空間)的長度和寬度，并估算與該音符相應(yīng)的琴弦下方的面積。然后我下載了Eagle CAD工具，并利用免費的教學(xué)版本開始原理圖和PCB的設(shè)計，為每根琴弦對應(yīng)的演奏尺寸繪制金屬焊盤。在沒有任何信號完整性和串?dāng)_知識的情況下，我用細(xì)長、排布密集的走線將48個金屬焊盤全部連接到了PCB遠(yuǎn)端的電容式傳感器芯片群。所有的電源、接地和通信走線都是一樣的細(xì)長且排列密集，我設(shè)法使這些線與我用作參考平臺上的引腳相匹配。我曾經(jīng)在某個在線論壇上看到說I2C設(shè)備可共享通信線路，于是我將四片傳感器連接在了一起。有如神助般，我竟然想出了地址線與每個傳感器分別通信的連接方法。到此為止，我的原理圖與電容式傳感器平臺非常匹配，布線沒有給出任何錯誤...我想我一定可以一次性完美搞定。 
對《吉他英雄》游戲的熱愛開啟了無弦吉他的設(shè)計之旅。 在網(wǎng)上找到了一家提供PCB裸板的店家，且正在打折，于是我就下單定制了吉他傳感電路板。雖然電路板沒有阻焊層和絲印層，但誰又知道這些是什么玩意兒呢？然后，我又輕松地在SparkFun和Digi-Key訂購了我所需的元件。 全部東西到齊后，我發(fā)現(xiàn)將所有元器件裝配到電路板上確實相當(dāng)?shù)鼐哂刑魬?zhàn)性。我此前從未使用過表貼元件，從Digi-Key上訂購的元件讓我第一次嘗到了苦頭。好家伙，我真是不喜歡焊接那些0402規(guī)格的電容！直到后來我才發(fā)現(xiàn)電容實際上是有不同規(guī)格的！電容式傳感器IC采用20引腳QFN封裝，我覺得使用焊錫膏和熱風(fēng)槍還挺有意思的。在完全沒有考慮溫度限值和基本特性的情況下，我用熱風(fēng)肆虐了這些芯片，直到焊料熔化并看起來排列整齊。一位朋友曾說，走線上焊料的表面張力會使其自動調(diào)整，看著芯片不知不覺地滑動到位真是酷斃了。當(dāng)所有元件冷卻之后，我開始檢查我的工作。我的天吶，到處都是焊料！我用吸錫線清除了我能看到的所有多余焊料，最終又看到了引腳之間的間隔。把所有元器件裝配到電路板后，我就準(zhǔn)備進(jìn)行測試了。接下來就是“見證奇跡”的時刻了！ 我的設(shè)計為什么不工作？ 我的定制電路板完美地匹配Arduino平臺，于是我全部上電了。而我得到的結(jié)果相當(dāng)震驚：毫無動靜！這就奇怪了，我完全復(fù)制的原理圖，將全部元器件都安裝在電路板上，并且使用的也是已知能夠運行的代碼(我沒有寫代碼)。我把設(shè)計拿給機器人俱樂部的朋友看，他說我沒有安裝任何旁路電容。旁路電容是個什么鬼？真是純屬運氣好，我恰巧在IC附近布置了一些多余的接地端。由于我使用的是沒有阻焊層的PCB裸板，GND焊盤是暴露在外，所以可以在傳感器IC附近安裝一些電容。經(jīng)過焊接之后，我又嘗試了運行電路板，結(jié)果讓我更為吃驚：工作了！我開始按下所有不同的觸摸按鍵，并且可以計入按鈕的按動。 我的定制電路板完美地匹配Arduino平臺，于是我全部上電了。而我得到的結(jié)果相當(dāng)震驚：毫無動靜！這就奇怪了，我完全復(fù)制的原理圖，將全部元器件都安裝在電路板上，并且使用的也是已知能夠運行的代碼(我沒有寫代碼)。我把設(shè)計拿給機器人俱樂部的朋友看，他說我沒有安裝任何旁路電容。旁路電容是個什么鬼？也是算我運氣好，我恰巧在IC附近布置了一些多余的接地端。由于我使用的是沒有阻焊層的PCB裸板，GND焊盤是暴露在外，所以可以在傳感器IC附近安裝一些電容。經(jīng)過焊接之后，我又嘗試了運行電路板，結(jié)果讓我更為吃驚：工作了！我開始按下所有不同的觸摸按鍵，并且可以計入按鈕的按動。 經(jīng)過六年并取得兩個學(xué)位之后，掌握了我目前所知道的電子和模擬設(shè)計經(jīng)驗，回過頭來看，幾乎不敢相信當(dāng)時所做的一切。我相信，如果現(xiàn)在能找到那塊電路板再看看，其中的一些布局絕對讓我后背發(fā)涼。也正是在我第一次經(jīng)歷電路板完全不能工作之后，我才真正學(xué)會打開數(shù)據(jù)手冊、閱讀了解寄存器映射、研究I2C通信、發(fā)現(xiàn)旁路電容的魔力，并找出使傳感器芯片與我的應(yīng)用相匹配的最優(yōu)配置方法。 讓工程師在設(shè)計中拔得頭籌 我的第一次嵌入式設(shè)計經(jīng)歷充分的說明了工具生態(tài)系統(tǒng)對于工程師是多么寶貴。由于已經(jīng)獲得了我所需的全部支持信息，所以我自始至終沒有聯(lián)系任何廠商尋求支持。所有工具已經(jīng)擺在那里，任何人都可以馬上開始設(shè)計，包括： • 內(nèi)置編程器的微控制器開發(fā)板 • 開源開發(fā)環(huán)境 • 抽象編程語言 • 來自社區(qū)的源代碼庫 • 特定功能的參考板 • YouTube視頻和Google搜索 • 免費的PCB軟件 • 低廉的制版費用 只需50美元，任何對電子感興趣的人都可獲得所有這些設(shè)計工具、訂購器件以及電路板的定制。有了這些工具組合，不需要成為該領(lǐng)域的專家，很多人都就能夠?qū)崿F(xiàn)嵌入式電子產(chǎn)品的原型設(shè)計和搭建產(chǎn)品。例如，Maxim提供技術(shù)文檔、視頻、參考設(shè)計、設(shè)計工具和模型，以及許多其他資源幫助用戶入門，請參見設(shè)計資源概覽頁面。如果沒有Maxim EE-Sim設(shè)計與仿真工具的所有功能支持，很難想象設(shè)計一款開關(guān)電源會是什么情形。當(dāng)然，我是在深入研究之后才使我的定制應(yīng)用能夠正常運行，而有了新型工具生態(tài)系統(tǒng)之后，許多設(shè)計者和創(chuàng)客設(shè)計IC的方式也發(fā)生了巨大改變。 |
