1. 从原理图到实物板TI电赛PCB打样前必须想清楚的几件事参加过TI杯电子设计竞赛的人都有一个共识方案定下来只是第一步真正让作品从纸面走向实物、从“能跑仿真”变成“评委手里能摸到的板子”PCB这一关绕不过去。尤其是这两年赛题越来越偏向电源类、高频类和控制类板子的布局布线质量直接决定了系统能不能稳定工作。我见过太多队伍代码写得漂亮、算法调得精准结果板子一上电就啸叫、ADC采样全是噪声、无线模块通信距离缩水一半——问题全出在PCB上。这篇内容就是围绕“TI电赛开发板PCB实战”这个主题把从设计完成到嘉立创免费打样拿到手板的全流程拆开来讲。核心关键词包括TI电赛、PCB、嘉立创、Gerber、打样适合正在准备电赛的本科生、刚接触PCB设计的新手以及想薅嘉立创免费打样羊毛但一直没搞明白流程的朋友。我会重点讲清楚三件事第一电赛板子在设计阶段有哪些和普通项目不一样的地方第二Gerber文件到底怎么导出才不会出错第三嘉立创免费打样的优惠券怎么用、有哪些坑。先泼一盆冷水免费打样不是“随便画完扔上去就行”。嘉立创的免费额度有明确的尺寸、层数、工艺限制Gerber文件但凡有一个层搞错审核不通过是小事做出来板子短路或者丝印错位才是真的耽误时间。电赛的时间窗口很紧通常从拿到题目到提交作品只有四天三夜PCB打样如果卡在审核或者返工上基本等于宣判死刑。所以下面这些内容建议你在动鼠标画板子之前就先看一遍。2. 电赛开发板的PCB设计约束和普通项目到底差在哪2.1 时间压力下的布局策略先保功能再谈美观普通项目做PCB你可以花一周时间慢慢调整布局、优化走线、反复DRC检查。电赛不行。四天三夜里PCB设计最多只能占半天到一天。这意味着你的布局策略必须是“功能优先”——先把必须靠近的器件放一起把必须短的路走短剩下的能连通就行。具体来说电赛板子上通常有几类关键器件需要优先处理。电源模块比如TI的TPS系列或者LM系列稳压芯片必须放在板子边缘靠近电源输入口的位置输入滤波电容紧贴芯片引脚这是为了减小输入回路的面积降低EMI。MCU或者DSP放在板子中央偏上的位置方便向四周扇出。模拟信号链路运放、ADC前端要远离电源和数字部分如果板子空间允许最好用铺地隔离。无线模块比如蓝牙或者WiFi模块必须放在板子边缘天线朝外下方禁止铺铜或者走线。我个人的经验是电赛板子用双层板就够了除非题目明确要求高频或者高密度。双层板打样快、成本低嘉立创免费而且调试的时候方便飞线。四层板虽然信号完整性好但打样周期长一天对电赛来说这一天可能就是生与死的差别。2.2 线宽与电流别让走线成了保险丝电赛题目里电源类占比很高走线宽度不够导致板子发热甚至烧断的情况我见过不止一次。这里给一个实用的对照表基于1盎司铜厚、温升10摄氏度的条件电流(A)最小线宽(mm)建议线宽(mm)0.50.20.31.00.40.52.00.81.03.01.21.55.02.02.5注意这是外层走线的数据内层因为散热条件差线宽要再放大1.5倍左右。电赛板子上如果有大电流路径比如电机驱动、功率放大建议直接铺铜而不是走线铺铜的载流能力比同等宽度的走线强得多。还有一个容易被忽略的点过孔载流。一个0.3mm孔径的过孔大约能过1A电流如果你需要3A的载流能力至少放3到4个过孔并联。我见过有人用一个过孔过大电流结果比赛现场过孔发热把板子烧糊了。2.3 去耦电容的放置不是放了就行位置决定效果每个芯片的电源引脚旁边都要放去耦电容这个大家都知道。但“旁边”到底是多旁答案是越近越好理想情况下电容焊盘和芯片电源引脚之间的距离不超过2mm。超过去耦效果急剧下降。电赛板子上常见的错误是把去耦电容放在芯片背面或者板子另一侧觉得“反正电气上是连着的”。实际上过孔和走线的寄生电感会让高频去耦效果大打折扣。正确的做法是电容放在芯片同一面先经过电容再进芯片引脚走线尽量短粗。对于MCU和数字芯片0.1uF的陶瓷电容是标配每对电源引脚配一个。对于模拟芯片和运放除了0.1uF还要加一个10uF的钽电容或者电解电容做低频去耦。电源入口处放一个100uF以上的大电容做储能。3. Gerber文件导出AD和嘉立创EDA两条路线的实操细节3.1 用Altium Designer导出Gerber层设置是最大的坑AD是电赛队伍用得最多的PCB设计工具但它的Gerber导出界面选项多、术语绕第一次导很容易漏层或者多导。下面是我常用的导出流程以AD20及以上版本为例。第一步在PCB界面下点击File → Fabrication Outputs → Gerber Files。弹出的对话框里General选项卡的Units选InchesFormat选2:5这个精度足够嘉立创使用。Layers选项卡是重点在Plot Layers下拉菜单里选“Used On”这样AD会自动勾选你用到的层。然后手动确认以下几层必须勾上Top Layer、Bottom Layer、Top Overlay丝印、Bottom Overlay、Top Solder阻焊、Bottom Solder、Keep-Out Layer如果板子有外形框的话。注意Mechanical Layer不要勾嘉立创不需要。如果板子外形画在Mechanical Layer上需要先把外形复制到Keep-Out Layer或者单独导一个Mechanical Layer作为板框参考。Drill Drawing选项卡里勾选“Drill Drawing”和“Drill Guide”这两层是钻孔信息嘉立创需要。Apertures选项卡保持默认即可。Advanced选项卡里Film Size选“Fit to film”其他默认。点击OK后AD会生成一堆.cam文件。这些不是最终给嘉立创的文件。你还需要单独导出钻孔文件点击File → Fabrication Outputs → NC Drill Files格式选2:5其他默认点击OK。生成的.drl文件要和之前的Gerber文件放在同一个文件夹里。最后把所有Gerber文件和钻孔文件打包成ZIP压缩包。嘉立创支持直接上传ZIP它会自动解析。我建议在压缩之前用CAM350或者嘉立创的在线Gerber查看器检查一遍确认每一层都正确、没有多余的层、板框闭合。3.2 用嘉立创EDA导出Gerber简单但不代表可以随便嘉立创EDA专业版的Gerber导出流程比AD简单得多因为它是为嘉立创自己的生产线优化的。点击文件 → 导出 → Gerber弹出的对话框里选择“导出Gerber和钻孔文件”然后选择输出目录即可。但简单不代表没有坑。嘉立创EDA默认会导出所有用到的层但有时候如果你在顶层画了板框它可能不会自动识别为板框层。正确的做法是在图层管理器里确认“板框层”已经正确设置通常是用“BoardOutline”层来画板子外形。如果没有设置板框层导出的Gerber里板子外形可能是缺失的嘉立创审核时会报错。另一个常见问题是丝印重叠。嘉立创EDA的DRC检查里有一项“丝印到焊盘间距”如果丝印压到焊盘上生产出来的板子丝印会印在焊盘上影响焊接。导出之前一定要跑一遍DRC把所有丝印冲突解决掉。3.3 Gerber文件自检清单上传之前花两分钟看一眼不管用哪个软件导出上传嘉立创之前建议对照这个清单检查一遍板框层是否闭合、是否有多余线条顶层和底层走线是否完整、有没有断线阻焊层是否覆盖了所有需要开窗的焊盘丝印层有没有压焊盘、有没有超出板框钻孔文件是否和Gerber文件匹配孔位和孔径文件命名是否清晰嘉立创会自动识别但清晰的命名方便自己核对我自己的习惯是导出Gerber之后先用嘉立创的在线Gerber查看器打开一遍逐层勾选查看。这个查看器是免费的而且模拟了嘉立创生产时的解析逻辑能提前发现大部分问题。4. 嘉立创免费打样全流程从下单到收货的每一步4.1 免费打样的资格和限制先搞清楚规则再动手嘉立创的免费打样政策这些年调整过好几次目前以我最近一次下单的经验为准的规则大致是这样的双层板尺寸不超过100mm×100mm数量5片板厚1.6mm铜厚1盎司阻焊和丝印颜色默认绿色和白字免收板费但需要支付运费通常10到12元。如果你要选其他颜色比如黑色阻焊、蓝色阻焊或者要沉金工艺那就需要额外付费。免费打样的频率限制是每月两次具体以嘉立创官网最新公告为准。对于电赛来说一个月两次基本够用——第一次打样验证功能第二次打样修正问题。但如果你第一次打样就出了严重错误第二次机会用掉之后就只能付费加急成本就上去了。提示嘉立创经常有“新用户首单免费”或者“邀请好友得优惠券”的活动电赛期间也可能有针对学生队伍的专项优惠。下单之前先去嘉立创的活动页面看一眼能省则省。4.2 下单流程每一步都截图保存嘉立创的下单流程是网页式的整体不复杂但有几个地方容易填错。第一步登录嘉立创官网点击“PCB下单”或者“立即下单”。如果你已经有Gerber文件直接点击“上传Gerber文件”选择之前打包好的ZIP。嘉立创会自动解析文件显示板子的层数、尺寸、孔数等信息。第二步确认板子参数。这里要仔细核对层数是不是2层、尺寸是不是在100×100以内、板厚是不是1.6mm。如果解析出来的尺寸超过100×100免费打样就不适用了系统会自动切换到付费报价。这时候你要么回去把板子改小要么接受付费。第三步选择工艺参数。阻焊颜色选绿色免费丝印颜色选白色免费表面处理选“有铅喷锡”免费或者“无铅喷锡”可能加钱。如果你做的是高频板或者需要长期保存的板子可以选沉金但电赛板子用喷锡完全够用。第四步填写收货信息。这里注意收货地址要填学校或者实验室的地址不要填家里因为电赛期间你肯定在学校。另外嘉立创的快递默认是顺丰或者京东运费到付或者在线支付选哪个都行。第五步提交订单等待审核。嘉立创的审核通常在一两个小时内完成如果Gerber有问题审核人员会通过站内信或者电话联系你。所以提交订单之后要时不时看一眼手机和站内信别错过了修改时间。4.3 优惠券的使用别让到手的羊毛飞了嘉立创的优惠券分几种免板费券、运费券、工艺升级券。免费打样本身已经免了板费所以免板费券对你没用。真正有用的是运费券能抵掉10到12元的运费。运费券的获取方式通常是新用户注册、邀请好友下单、参加嘉立创的社区活动、或者电赛期间的学生认证。使用优惠券的时机是在提交订单前的结算页面。在“优惠券”一栏点击“选择优惠券”系统会列出你账户里可用的券。选中之后订单金额会自动扣减。注意优惠券通常有有效期一般是7到30天过期作废。所以拿到券之后尽快用掉别等到打样的时候发现券过期了。还有一个细节优惠券和免费打样能不能叠加答案是看券的类型。运费券可以和免费打样叠加因为免费打样免的是板费运费券抵的是运费两者不冲突。但如果你用的是“免板费券”那就和免费打样的免板费重复了系统通常不会让你叠加使用。5. 电赛PCB打样的实战避坑经验5.1 板框画错导致审核不通过最常见的低级错误我见过最多的审核不通过原因是板框不闭合或者板框画在了错误的层。嘉立创要求板框必须是一个闭合的多边形而且必须画在指定的板框层通常是Keep-Out Layer或者Mechanical Layer具体看嘉立创的解析规则。如果你用线段拼了一个板框但拐角处没有闭合或者板框有交叉嘉立创的解析引擎会报错。解决办法很简单在AD里用Place → Line画板框时确保每段线都是首尾相连的。画完之后用Tools → Convert → Create Region from Selected Primitives把线段转成闭合区域或者直接用Place → Solid Region画一个实心区域作为板框。在嘉立创EDA里直接用“板框层”画一个矩形或者多边形系统会自动识别为闭合板框。5.2 丝印压焊盘生产出来才发现就晚了丝印压焊盘这个问题在AD里不容易发现因为AD的DRC默认不检查丝印到焊盘的间距。但嘉立创的生产线上丝印是印在阻焊层之上的如果丝印压到了焊盘焊接的时候锡会沾到丝印上导致虚焊或者外观不良。预防办法在AD里手动检查一遍丝印层把所有压在焊盘上的丝印文字或者线条移开。或者用Design → Rules → Manufacturing里添加一个“Silk to Solder Mask”的规则间距设为0.1mm然后跑DRC。嘉立创EDA自带这个检查跑一遍DRC就能发现。5.3 拼版与V割什么时候需要什么时候不需要电赛板子通常不需要拼版因为嘉立创免费打样给5片每片都是独立的。但如果你做的板子特别小比如小于20mm×20mm嘉立创可能会建议你拼版因为太小的板子在产线上不好固定。拼版的方式有两种V割和邮票孔。V割适合矩形板子邮票孔适合异形板子。拼版会增加审核时间而且V割和邮票孔可能需要额外付费。电赛时间紧我建议除非板子特别小否则不要拼版直接单片打样。如果板子确实太小可以在板子周围加一圈工艺边工艺边宽度5mm左右用邮票孔和主板连接这样嘉立创产线能固定打完样回来自己掰开就行。5.4 快递延误的应对提前下单留足缓冲嘉立创的免费打样通常需要3到5天的生产周期加上快递时间从下单到收货大概5到7天。电赛只有四天三夜如果你在比赛第一天才能把Gerber发出去那肯定来不及。所以我的建议是在比赛前就把板子画好、Gerber导好、甚至提前下单。很多电赛队伍会在赛前准备阶段就把常用的模块板比如电源板、MCU最小系统板打好样比赛时直接拿现成的板子用只把题目特有的部分飞线或者用洞洞板补上。如果实在来不及嘉立创有加急服务但需要额外付费而且加急也不一定能保证在比赛时间内送到。所以最稳妥的办法还是提前准备。6. 从打样到焊接拿到板子后的第一件事板子到手之后别急着上电。先做三件事目视检查、万用表测短路、对照Gerber确认关键网络。目视检查主要看板子有没有明显的划伤、阻焊有没有起泡、丝印有没有模糊、焊盘有没有氧化。嘉立创的品控整体不错但偶尔也会有运输过程中的磕碰。万用表测短路是必须的把万用表调到蜂鸣档测一下电源和地之间的电阻如果蜂鸣器响了说明有短路赶紧排查。对照Gerber确认关键网络比如电源网络的走线宽度、关键信号线的走向确认和设计一致。焊接的时候电赛板子上通常有0402或者0603的阻容还有QFN封装的芯片。我的经验是先焊矮的、再焊高的先焊阻容、再焊芯片、最后焊连接器。QFN芯片用热风枪吹的时候先在焊盘上涂一层薄薄的锡膏放上芯片用热风枪调280度左右风量调小对着芯片周围吹看到锡膏融化、芯片自动归位就行了。吹完之后用放大镜检查一下有没有连锡。提示电赛现场通常有热风枪和烙铁但焊锡膏不一定有。建议自己带一小管焊锡膏和助焊剂关键时刻能救命。7. 关于嘉立创免费打样的一些个人体会我从大二开始用电赛到现在前前后后打了不下三十次样嘉立创的免费额度基本每年都用满。最大的体会是免费的东西不等于可以随便对待。嘉立创的审核越来越智能Gerber里的小问题基本都能被查出来但审核通过不代表板子做出来没问题。我遇到过审核通过但板子做出来丝印错位的情况也遇到过板框解析错误导致板子尺寸不对的情况。所以每次上传Gerber之前我都会用嘉立创的在线查看器逐层看一遍确认无误再提交。另一个体会是优惠券要主动去找。嘉立创的优惠券不会自动送到你账户里需要你去活动页面领、去社区签到、去邀请好友。电赛期间嘉立创通常会有学生专项活动认证学生身份之后能领到额外的运费券。这些券虽然金额不大但积少成多一个赛季下来能省下一两百块。最后说一个容易被忽略的点嘉立创的免费打样不支持黑色阻焊和沉金。如果你做的板子对散热有要求比如大功率电源板绿色阻焊的辐射散热能力其实比黑色好因为黑色吸收热量但不一定辐射出去。沉金工艺对高频信号有好处但电赛板子用喷锡完全够用。所以免费打样的默认工艺对电赛来说其实是最优解。板子拿到手、焊好、上电跑通的那一刻前面所有的折腾都值了。祝各位电赛顺利板板一次过。