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作者：Mohamed Ismail，Maxim Integrated技術(shù)服務(wù)部高級(jí)技術(shù)人員 我第一次從零開始設(shè)計(jì)和搭建自己的PCB可謂我電子生涯的一座里程碑，但事實(shí)上，也是一場(chǎng)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(jì)一款自己的無(wú)弦吉他。在一次暑期實(shí)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(gè)嵌入式C編程類，并且大概了解了Arduino平臺(tái)。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(gè)電容式觸摸傳感器平臺(tái)(一種特殊功能的電路板，用于插入到Arduino電路板)，以及一個(gè)用來(lái)掌握該傳感器平臺(tái)的在線代碼庫(kù)。 操作這一平臺(tái)是件非常輕松的事——把電路板插入計(jì)算機(jī)，然后將電容式觸摸平臺(tái)連接到電路板，再利用未經(jīng)修改的示例代碼對(duì)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(cè)要讀，就點(diǎn)擊了注冊(cè)按鈕！原來(lái)工程設(shè)計(jì)就像我桌上那本書的名字——傻瓜入門。 設(shè)計(jì)我的第一個(gè)原型——傻人有傻福 在用幾分鐘看過(guò)我的概念驗(yàn)證之后，是時(shí)候來(lái)設(shè)計(jì)我自己的電路板了。我拿起吉他，測(cè)量了每個(gè)音品(吉他上分隔每個(gè)音符的空間)的長(zhǎng)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(fèi)的教學(xué)版本開始原理圖和PCB的設(shè)計(jì)，為每根琴弦對(duì)應(yīng)的演奏尺寸繪制金屬焊盤。在沒有任何信號(hào)完整性和串?dāng)_知識(shí)的情況下，我用細(xì)長(zhǎng)、排布密集的走線將48個(gè)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(zhǎng)且排列密集，我設(shè)法使這些線與我用作參考平臺(tái)上的引腳相匹配。我曾經(jīng)在某個(gè)在線論壇上看到說(shuō)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(gè)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(tái)非常匹配，布線沒有給出任何錯(cuò)誤...我想我一定可以一次性完美搞定。 
對(duì)《吉他英雄》游戲的熱愛開啟了無(wú)弦吉他的設(shè)計(jì)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(shuí)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(gòu)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(shí)相當(dāng)?shù)鼐哂刑魬?zhàn)性。我此前從未使用過(guò)表貼元件，從Digi-Key上訂購(gòu)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(lái)我才發(fā)現(xiàn)電容實(shí)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(lái)排列整齊。一位朋友曾說(shuō)，走線上焊料的表面張力會(huì)使其自動(dòng)調(diào)整，看著芯片不知不覺地滑動(dòng)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(cè)試了。接下來(lái)就是“見證奇跡”的時(shí)刻了！ 我的設(shè)計(jì)為什么不工作？ 我的定制電路板完美地匹配Arduino平臺(tái)，于是我全部上電了。而我得到的結(jié)果相當(dāng)震驚：毫無(wú)動(dòng)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(yùn)行的代碼(我沒有寫代碼)。我把設(shè)計(jì)拿給機(jī)器人俱樂部的朋友看，他說(shuō)我沒有安裝任何旁路電容。旁路電容是個(gè)什么鬼？真是純屬運(yùn)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(guò)焊接之后，我又嘗試了運(yùn)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(jì)入按鈕的按動(dòng)。 我的定制電路板完美地匹配Arduino平臺(tái)，于是我全部上電了。而我得到的結(jié)果相當(dāng)震驚：毫無(wú)動(dòng)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(yùn)行的代碼(我沒有寫代碼)。我把設(shè)計(jì)拿給機(jī)器人俱樂部的朋友看，他說(shuō)我沒有安裝任何旁路電容。旁路電容是個(gè)什么鬼？也是算我運(yùn)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(guò)焊接之后，我又嘗試了運(yùn)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(jì)入按鈕的按動(dòng)。 經(jīng)過(guò)六年并取得兩個(gè)學(xué)位之后，掌握了我目前所知道的電子和模擬設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，回過(guò)頭來(lái)看，幾乎不敢相信當(dāng)時(shí)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(duì)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(huì)打開數(shù)據(jù)手冊(cè)、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(jì)中拔得頭籌 我的第一次嵌入式設(shè)計(jì)經(jīng)歷充分的說(shuō)明了工具生態(tài)系統(tǒng)對(duì)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(jì)，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(yǔ)言 • 來(lái)自社區(qū)的源代碼庫(kù) • 特定功能的參考板 • YouTube視頻和Google搜索 • 免費(fèi)的PCB軟件 • 低廉的制版費(fèi)用 只需50美元，任何對(duì)電子感興趣的人都可獲得所有這些設(shè)計(jì)工具、訂購(gòu)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(jì)和搭建產(chǎn)品。例如，Maxim提供技術(shù)文檔、視頻、參考設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)工具和模型，以及許多其他資源幫助用戶入門，請(qǐng)參見設(shè)計(jì)資源概覽頁(yè)面。如果沒有Maxim EE-Sim設(shè)計(jì)與仿真工具的所有功能支持，很難想象設(shè)計(jì)一款開關(guān)電源會(huì)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(yùn)行，而有了新型工具生態(tài)系統(tǒng)之后，許多設(shè)計(jì)者和創(chuàng)客設(shè)計(jì)IC的方式也發(fā)生了巨大改變。 |
