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作者：Mohamed Ismail，Maxim Integrated技術服務部高級技術人員 我第一次從零開始設計和搭建自己的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，我想設計一款自己的無弦吉他。在一次暑期實習中，我接觸到了許多觸摸傳感器技術，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，再利用未經修改的示例代碼對微控制器進行編程。我甚至都不知道還有一份數據手冊要讀，就點擊了注冊按鈕！原來工程設計就像我桌上那本書的名字——傻瓜入門。 設計我的第一個原型——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，并利用免費的教學版本開始原理圖和PCB的設計，為每根琴弦對應的演奏尺寸繪制金屬焊盤。在沒有任何信號完整性和串擾知識的情況下，我用細長、排布密集的走線將48個金屬焊盤全部連接到了PCB遠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長且排列密集，我設法使這些線與我用作參考平臺上的引腳相匹配。我曾經在某個在線論壇上看到說I2C設備可共享通信線路，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計之旅。 在網上找到了一家提供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，我發現將所有元器件裝配到電路板上確實相當地具有挑戰性。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規格的電容！直到后來我才發現電容實際上是有不同規格的！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整，看著芯片不知不覺地滑動到位真是酷斃了。當所有元件冷卻之后，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，我就準備進行測試了。接下來就是“見證奇跡”的時刻了！ 我的設計為什么不工作？ 我的定制電路板完美地匹配Arduino平臺，于是我全部上電了。而我得到的結果相當震驚：毫無動靜！這就奇怪了，我完全復制的原理圖，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。經過焊接之后，我又嘗試了運行電路板，結果讓我更為吃驚：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。而我得到的結果相當震驚：毫無動靜！這就奇怪了，我完全復制的原理圖，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。經過焊接之后，我又嘗試了運行電路板，結果讓我更為吃驚：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。 經過六年并取得兩個學位之后，掌握了我目前所知道的電子和模擬設計經驗，回過頭來看，幾乎不敢相信當時所做的一切。我相信，如果現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涼。也正是在我第一次經歷電路板完全不能工作之后，我才真正學會打開數據手冊、閱讀了解寄存器映射、研究I2C通信、發現旁路電容的魔力，并找出使傳感器芯片與我的應用相匹配的最優配置方法。 讓工程師在設計中拔得頭籌 我的第一次嵌入式設計經歷充分的說明了工具生態系統對于工程師是多么寶貴。由于已經獲得了我所需的全部支持信息，所以我自始至終沒有聯系任何廠商尋求支持。所有工具已經擺在那里，任何人都可以馬上開始設計，包括： • 內置編程器的微控制器開發板 • 開源開發環境 • 抽象編程語言 • 來自社區的源代碼庫 • 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，不需要成為該領域的專家，很多人都就能夠實現嵌入式電子產品的原型設計和搭建產品。例如，Maxim提供技術文檔、視頻、參考設計、設計工具和模型，以及許多其他資源幫助用戶入門，請參見設計資源概覽頁面。如果沒有Maxim EE-Sim設計與仿真工具的所有功能支持，很難想象設計一款開關電源會是什么情形。當然，我是在深入研究之后才使我的定制應用能夠正常運行，而有了新型工具生態系統之后，許多設計者和創客設計IC的方式也發生了巨大改變。 |
