电子硬件开发工具介绍
电子硬件开发工具介绍
电子硬件开发是一个复杂而精细的过程，需要使用各种专业的工具和设备来确保设计的准确性和可靠性。从电路设计仿真到实际的焊接和测试，每个环节都有其特定的工具和方法。本文将详细介绍电子硬件开发中常用的工具和设备，帮助读者更好地了解和掌握这一领域的专业知识。
电路设计仿真软件
辅助软件
- AutoCAD：用于导出DXF格式，便于与其他软件进行数据交互。
电路仿真软件
- PSPICE、OrCAD、Cadence（Capture/Allegro）
- Multisim
- Proteus
PCB画图软件
- PADS
- Protel99
RF相关仿真软件
- HFSS：用于LAYOUT时的仿真
- CST
- Smith
- Si9000：用于LAYOUT时的仿真
HFSS仿真示例：
Si9000仿真示例：
Smith仿真示例：
工艺
PCB板制作工艺流程
双面板制作流程：
双面覆铜板 → 下料 → 叠板 → 数控钻导通孔 → 检验、去毛刺刷洗 → 化学镀（导通孔金属化） → 全板电镀薄铜 → 检验刷洗 → 网印负性电路图形、固化（干膜或湿膜、曝光、显影） → 检验、修板 → 线路图形电镀 → 电镀锡（抗蚀镍/金） → 去印料（感光膜） → 蚀刻铜 → 退锡 → 清洁刷洗 → 网印阻焊图形常用热固化绿油（贴感光干膜或湿膜、曝光、显影、热固化，常用感光热固化绿油） → 清洗、干燥 → 网印标记字符图形、固化 → 喷锡或有机保焊膜 → 外形加工 → 清洗、干燥 → 电气通断检测 → 检验包装 → 成品出厂
简化流程：
开料 → 钻孔 → 孔化与全板电镀 → 图形转移（成膜、曝光、显影） → 蚀刻与退膜 → 阻焊膜与字元 → 外形加工 → 检验 → 成品
附：《热转印做板简介》
PCB板厂投板工艺
仪器设备
焊接工具 - 电烙铁
使用方法：
电烙铁在温度渐渐升高的过程中，用松香涂在烙铁头上；待松香冒烟，烙铁头开始能够熔化焊锡的时候，用锡线给烙铁头上锡，让锡全面包裹整个烙铁嘴，这样就可使烙铁头镀上一层焊锡，达到表面光亮就可以了。使用过程中还需要用到一些辅助焊料，比如：焊料（锡线）、助焊剂（如松香等）、加水海绵（用来清洗烙铁头）、吸锡器或吸锡带（拆焊用来去除多余的锡）等。
不同元件封装所需的电烙铁温度：
- 特殊元件封装（咪头，蜂鸣器）：250℃-300℃
- SMD元件封装(0603,0805,1206,SOT23)：300℃-350℃
- 直插元件封装（电解电容，直插按键）：350℃-400℃
- 拆芯片或焊接有大散热地的器件：400℃-480℃
焊锡熔点：
- 有铅焊锡(锡含量63%，铅含量37%)：183℃左右
- 无铅焊锡(锡99.3%，铜0.7%)：220℃左右
焊接工具 - 热风枪
使用方法：
打开热风枪电源，调节需要风量（AIRCAPACITY）和温度（HEATER），左手拿热风枪，右手拿镊子，风枪垂直元件，风嘴距元件2-3cm左右，均匀移动加热元件，待锡融化后，使用镊子将元件取下，关闭热风枪电源。
热风枪的温度及风量调节：
- 拆装贴片元件时：风量调1-2档，温度调350-380度
- 拆装两面引脚贴片芯片时：风量调4-5档，温度调350-380度
- 拆装四面引脚贴片芯片时：风量调3-4档，温度调350-380度
热风枪拆焊时间控制：
- 电阻、电容等贴片元件：5秒左右
- 一般的IC：15秒左右
- 小BGA：30秒左右
- 大BGA：50秒左右
万用表
一般万用表可测：
通断、电阻、直流电压、交流电压、直流电流、交流电流、二极管、三极管β值、电容、频率、温度、电感等。
示波器
数字示波器的三大关键指标：
- 带宽：示波器输入正弦波，其幅度衰减至-3dB（70.7%）时的频率点就是示波器的带宽。例如，用100MHz带宽的示波器测量幅值为1V、频率为100MHz的正弦波时，实际得到的幅值会不小于0.707V。
- 采样率：采样时间间隔，数字存储示波器通过测量等时间间隔波形的电压幅值，并将其转化为八位二进制代码表示的数字信息。采样电压之间的时间间隔越小，重建的波形就越接近原始信号。例如，如果示波器的采样率是每秒10G次（10GSa/s），则意味着每100ps进行一次采样。
- 存储深度：记录长度，表示示波器可以保存的采样点的个数。存储深度=采样率×采样时间。在存储深度一定的情况下，存储速度越快，存储时间就越短，它们之间是反比关系。
直流稳压源
电子负载仪
- CC：恒流模式，设置电流；Constant Current (定电流输出)。以提供稳定电流(constant current)为目的，LED电源的输出电压会由负载端的LED顺向电压(Vf)总合决定
- CV：恒压模式，设置电压；Constant Voltage (定电压输出)。一般电源供应器会提供一稳定电压(constant voltage)给负载用
- CR：固定电阻模式，设置电阻
- CP：固定功率模式，设置功率
音频分析仪
- Audio Precision APX525
- 深圳爱普泰科 ABTEC A5
测试项：
- SNR：信噪比
- THD：总谐波失真
- Noise Ratio：噪声比
- THD+N：总谐波失真加噪声
- DR：动态范围
- Output Swing：输出幅度
- Crosstalk：串扰/分离度（针对双声道）
- Stepped Frequency Sweep：频率扫描
- IMD：互调失真
- Interchannel Phase Deviation：内部通道相位差
ANC测试设备
杭州兆华电子ANC测试仪
研发测试：
- ANC前馈、反馈滤波器传递函数（幅度、相位）测试
- 喇叭传递函数（幅度、相位）测试
- 麦克风传递函数（幅度、相位）测试
- 主动+被动降噪性能测试
降噪原理：
主动降噪(Active Noise Canceling)和被动降噪(Passive Noise Canceling)降低噪音通常所采用的三种降噪措施，即在声源处降噪、在传播过程中降噪及在人耳处降噪，都是被动的降噪，而主动降噪是通过降噪系统产生与外界噪音相等的反向声波，将噪音中和，从而实现降噪的效果。
静电枪
上海普锐马电子ESD 61002TA/61002B
高低温箱
测试项：持续的高低温测试，低温冷启动测试，一定相对湿度的启动及煲机测试
信号发生器
德科技射频矢量信号发生器 N5172B（9kHz - 6GHz）
主要特性和功能：
- 针对制造测试进行了优化，可以实现更快的吞吐量、更长的正常运行时间，以更经济高效的性能
- 出色的ACPR、EVM和输出功率使其可以执行元器件基本参数测试和接收机功能验证
- Signal Studio软件可以缩短信号生成的时间；许可证分为5种波形一组和50种波形一组，您可以仅购买所需的波形
频谱仪
是德科技信号分析仪 N9020B MXA(10Hz - 13.6GHz)
主要特性和功能：
- 快速适应无线器件不断演进的测试要求
- 通过硬件加速功率测量缩短测试时间，显示更新速率快，并且具有游标峰值搜索和快速扫描功能
- X系列应用软件提供一键式测量，显著简化测试
- 全频段实时频谱分析能够捕获偶发或瞬态信号
网络分析仪
德科技手持式射频分析仪 N9915A（N9912A，6GHz）
主要特性和功能：
- 9GHz最大频率
- 随身携带功能齐全的手持式微波分析仪：标准型号包括电缆和天线分析仪
- 添加VNA、频谱分析仪、内置功率计和矢量电压表等选件能够扩展分析仪的功能
- 单次扫描同时测量DTF和TDR的功能可以节省时间
- 同时测量全部4个S参数
- 无需预热即可提供精确的频谱分析仪测量（±0.5dB）
- 应用快速校准（QuickCal）可以轻松完成校准
德科技E5071C矢量网络分析仪
主要特性和功能：
- 9kHz至4.5/6.5/8.5/14/20GHz
- 2或4端口，50Ω，S参数测试仪
- 提供130dB宽广的动态范围、8ms快速测量速度和0.005dB/℃温度稳定度，可改善测量精度、提高产品良率并增加设计裕量
- 增强时域分析选件可对高速串行互连进行全面表征
综测仪
安捷伦N4010A
发射部分：
- Output Power（输出功率）
- Power Control（功率控制）
- Mod Char（控制特性）
- ICFT（初始载波容限）
- Carrier Drift（载波频率漂移）
接收部分：
- Single Slot Sensitivity（单时隙灵敏度）
- Multi Slot Sensitivity（多时隙灵敏度）
- Maximum Input Level（最大输入电平）
罗德与施瓦茨CMW500/CMW270
主要特点：
- 通过Bluetooth-SIG资格认定的Bluetooth射频测试仪（基本速率、增强型数据率、低能耗）
- WLAN 11 a/b/g/n/ac/ax SISO和MIMO信令测试
- 支持WLAN SISO/MIMO和Bluetooth多标准射频测量的双测试仪概念
- 用于应用测试的内部服务器
- 支持Bluetooth、WLAN、GNSS和多种广播电视技术的通用任意波形发生器
微波暗室
GTS RayZone-1800 工作频段 600MHz - 6GHz
GTS RayZone-2800 工作频段 400MHz - 6GHz
测试能力：
- 总全向辐射功率(TRP)
- 总全向灵敏度(TIS)
- 等效全向辐射功率(EIRP)
- 等效全向灵敏度(EIS)
- 天线增益(Gain)
- 天线效率(Efficiency)
- 方向性(Directivity)
- 2D/3D辐射方向图(Radiation Pattern)
- 波束宽度(Beamwidth)
- 交叉极化电平(Cross Polar Level)
- 副瓣电平(Sidelobe Level)
- 水平方向特定角度辐射功率(NHPRP)
- 水平方向特定角度(NHPIS)
- 中频信道扫描(ICS)
- 包络相关系数(ECC)
- 吞吐量(Throughput)
综合测试仪：
- KeySight：5515C、8960、UXM 7515A/B
- R&S：CMW500、CMU200、CMX
- Anritsu：8860C、MT8820C、MT8000C
- StarPoint：SP6010、SP8315、SP9500
矢网分析：
- KeySight全系列
- R&S全系列
- Anritsu系列
- 国产系列
信号源：
- KeySight：E4438C、MXG N5182B
- Spirent：GSS6100/6300M、GSS6560/6700
全消声室和听音室
消声室是指一间没有反射的房间。在消音室的墙壁上均铺设得有吸声性能良好的吸声材料，使得室内不会有声波的反射。消音室一般用于测试音箱、喇叭单元等。消音室所用的吸声材料，要求吸声系数大于0.99。一般使用渐变吸收层，常用尖劈或圆锥结构，以玻璃棉作吸声材料，也有用软泡沫塑料的。全消声室六个面都做消声处理，半消声室只有五个面做消声处理，全消声室声学效果高于半消声室，测试精密度更高。