请分享一下你是如何学习设计PCB？詹姆斯

Judy Warner：詹姆斯，请分享一下你的学术背景以及你如何学习设计PCBs。

James MacKinnon ：在佛罗里达大学的大三和大四学期，我有一些课程要求我们做一些相当简单的PCB设计。基本上，如果你没有通过这些课程，那么你就不会毕业。由于它是EE类，他们希望您创建PCB。它们是初级设计的简单电路。但是，对于高级设计，他们希望您创建一些非常复杂的东西。这就是我第一次熟悉PCB设计和AltiumDesigner®的方式。

Judy Warner：听起来他们实际上在你的大学里教过一些董事会设计的基础知识。那是非常罕见的。

James MacKinnon：是的。我认为“基本面”是一种很好的方式。在那个初级班级，我们必须布置一个非常简单的电路。它有一个简单的微处理器，也许是一些I/O线。在我的例子中，它是一个电机控制器，所以它只是一些PWM线。他们教我们如何使用该程序，以及如何设置一个简单的双层板并进行基本路由。对于高级设计，我们遇到了一些更复杂的问题，如高速路由，复杂的模拟设计，阻抗匹配等等。他们在电路板设计的不同方面花了好几个讲课时间，我在那里学到了很多东西，但直到我获得硕士学位才真正学到了很多关于严肃的电路板设计和Altium内部更广泛的工具范围的知识。 

由于Altium正在向学士学位的人们传授，我认为这也是为什么它也被用在我的硕士学位上，因为我在佛罗里达大学做过我的学士和硕士学位，所以很多材料和学习都延续下来。电气工程系有许可证，所以每个人都使用。对于我的硕士课程，我在一个名为CHREC的实验室工作，这是高性能可重构计算中心，该实验室的一部分基本上负责创建用于进行基于空间的有效负载处理的单板计算机 - 所以您可以在CubeSat或小卫星上看到。

Judy Warner：哦，这是一个令人兴奋的应用程序。

詹姆斯麦金农：是的。我所在的团队开发了一块带有Xilinx芯片的电路板。这是一个非常复杂的设计，具有高速路由，DDR存储器，差分对，阻抗匹配，所有有趣的东西。所以我能够在一个完成该委员会初稿的人之下工作，他教会了我很多软件的细节。因为Altium有很多高级功能，所以有时候有人会告诉你如何做不同的事情，而不是艰难地学习。

Judy Warner：是的，绝对。

James MacKinnon：他是博士。学生，他教我使用Altium中的所有东西，然后我能够应用这些技能，因为我在硕士课程中取得了进步。我从修改其他人的设计到创建我自己的设计。我们希望使我们开发的单板计算机更加可靠，因此我重新设计了整个电源子系统，以使其更加耐辐射。当您尝试为空间设计电子设备时，您可能会遇到很多问题。特别是，你有辐射效应，它会以不同的方式影响你。您可以购买经过辐射强化的产品，它们可以帮助抵御这些影响，但我们试图完成的工作是设计和制造一个原本非常昂贵的电路板，并将其保持在大学预算范围内建立自己的小卫星。

朱迪华纳：抗辐射非常昂贵...

詹姆斯麦金农：确切地说，他们的价格非常昂贵。它们不仅价格昂贵，而且如果你得到一个经过辐射强化的处理器，那么它的性能非常低。你不能真正进行大量的处理，因此你往往会拥有很多处理器，并且它们遍布大型宇宙飞船并且它们消耗了大量的能量。当你试图设计一个适合你手中的CubeSat时，所有这一切都是一场噩梦。

所以我们想要设计一个人们可以在CubeSat中使用的具有可靠性的板子你可以从洛克希德 - 马丁那里购买一些东西，但是它有更多的性能，所以你可以在太空中做很酷的事情。在我们的例子中，我们遇到的情况是我们从图像传感器获取图像数据并在板上进行处理，而且由于我们在船上进行处理，我们能够将更多有趣的数据产品发送到地面。因为使用CubeSats，你的收音机很大，你只能将大量数据发送到地面，所以如果你可以在船上进行处理，你可以减少需要发送的数据量，无论你是否'实际上是在轨道上生成数据产品，或者你正在进行数据压缩等等。

这就是为什么我们认为这个板块会是一个很好的补充，特别是在大学层面。因此，在该板的第一次切割时，我们使用高性能Xilinx芯片作为主要处理器，不进行辐射硬化并用辐射硬化包围它。我们称之为混合设计。通过这种方式，您可以将资金投入到您绝对需要的辐射强化上，同时保持消费者（COTS）到位以获得性能。通过智能地将它们组合到一块电路板中，您可以获得真正高性能的处理板，同时还可以获得抗辐射板的可靠性。

因此，当我在那里时，这基本上是我的主要任务。在电路板的第一次切割过程中，一些电源系统没有尽可能的辐射强化，所以我基本上可以重新设计电路板以使用更好的电源。我们最终将董事会带到布鲁克海文国家实验室，在那里他们拥有相对论的重离子对撞机，我们实际上可以利用NASA实验室的时间用放射线对我们的电路板进行爆破并进行测试。

Judy Warner：哦，那很酷！

James MacKinnon：真的很酷。所以我们采用了这块板，我们对它进行了测试，结果非常好。在我们设计了这块电路板之后，我们想要设计一个更小的电路板，所以我设计了一个信用卡大小的处理板，它与更大的电路板具有非常相似的功能，但是更小，更低功耗，我开始了。在这一点上Altium成了一个很大的帮助 - 我们使用的是微孔，我们有更多的层，一切都更接近，部分装配是一个巨大的交易，所以能够像我一样看看板的3D模型设计它非常有帮助。我们使用的是高速千兆位收发器，因此能够使用内置阻抗计算器和差分对路由器至关重要。

我设计的其他一些电路板只是一个小小的突破 - 板子，调试板，那种东西。但是那两台单板电脑是我在大学里工作的大事。

朱迪：听起来非常丰富。该董事会成了什么？

James MacKinnon：该董事会现在通过一家名为Space Micro的公司获得许可，该公司实际上是在圣地亚哥之外。所以他们卖掉了我们设计的板子。他们拥有第一代电路板。我相信Space Micro现在正在批准小型版本，这是我在一年半前制造的。那仍然是通过辐射测试和类似的事情。

所以我想我可以稍微解释一下这个实验室。它的工作方式是由NSF资助的研究中心，行业合作伙伴将在该实验室购买会员资格。这些会员资格将为研究生提供资金，您获得的会员资金是实验室所做的任何研究;它成为你可以在公司使用的东西。例如，Space Micro是其成员。他们资助特定项目。所以每年都有一个会议，我们会展示我们去年的工作。然后我们提出项目，然后所有行业成员聚在一起，他们与教师交谈，他们想出他们想要做什么样的项目，这将有助于公司或机构。因此，我在学生方面花了这么多时间，这很有趣，现在我处于行业成员方面。

朱迪华纳：你是如何与美国宇航局联系的？

詹姆斯麦金农：是的，这就是我所得到的。为了让这些东西真正有资格进入太空，我们必须与NASA密切合作。我现在工作的分支称为科学数据处理分支，他们开发了一个名为Space Cube的东西。现在，Space Cube可能比你在CubeSat中想要的尺寸大一个尺寸。它很小，功耗很低，但它不适合CubeSat。因此，作为实验室成员的美国宇航局说，“嗯，市场上有一个漏洞，那就是高性能，高可靠性，但比美国宇航局提供的分支要小。”因此他们能够引导实验室董事会正在开发的整个过程中，我们能够从NASA工程师那里获得真正高质量的设计评审，并且在此过程中我们在实验室和NASA之间建立了非常好的关系，最终导致我在那里工作。

朱迪华纳：噢，那很好。我喜欢听到这个。很多经验丰富的设计师都担心一旦他们退休就不会有替补来填补他们的位置。你的故事是一个麦金农：是的，我认为这个问题在航空航天业中更加突出，因为它相对较小。在你参加一些会议之后，你很快就会遇到业内的每个人我认为，特别是NASA意识到了这一点，这就是他们的原因我试图让学生能够做到这一点。

朱迪华纳：所以你似乎有一个非常罕见但很棒的经历，特别是在你的硕士课程中，你需要做的事情动手，复杂的设计。但并不是每个人都有这样的机会，所以我想我所问的是你认为下一代设计师将来自哪里？例如，NASA似乎正在看问题，然后与CHREC等组织合作。

James MacKinnon：我认为这绝对是一种方式 - 我注意到在实验室的情况下有那些从实验室中获得一些好研究的公司 - 但基本上每个人都会在这些行业合作伙伴中找到一份工作。我工作过的其中一个人在Space Micro工作。所以他们用它来招募人才。然而，相当小比例的人将有机会去这样的实验室。我注意到并且一直试图参与巴尔的摩的一件事是业余电子产品的兴起。离我家二三十分钟，有三个黑客空间。我去过几次，他们总是为我们的Arduino屏蔽或Raspberry Pi适配器板布置很少的调试PCB。我认识一个人建造了无人机的板子。所以我认为有一个非常酷的家庭酿造运动与电子设计师建立起来。让人们早日参与有助于。

可能有所帮助的一件事是在高中阶段更多地参与其中。我从未在高中阶段从事电子学工作。如果有一些方法可以让人们进入黑客空间，甚至是以高中为基础的黑客空间，或者人们可以玩的硬件可以激发他们的兴趣，这将是有益的。最终他们会到达他们需要他们没有的东西的地步，然后他们开始走下去，“让我试着自己解决这个问题并拿出酸性蚀刻化学品，看看我能做些什么，“然后最终继续设计他们制作的很酷的小板。特别是现在制作板子的成本太低了。这真的很好地推动了这些业余爱好者。

朱迪华纳：詹姆斯，我们也看到了这一点。事实上，我在这里的一个角色是帮助赞助团队，大学甚至制作人和黑客空间 - 他们在这些地方做了惊人的工作。

James MacKinnon：我认为这是做到这一点的方法。我的意思是，我使用Altium Designer的主要原因是因为它出现在我的大学里。自从我首先在Altium Designer上学习以来，我继续变得更加精通。在设计那么硬的PCB之前，您需要使用更复杂的Altium Designer功能。我很高兴我学习了Altium Designer，因为现在我不能再使用大学的免费许可了，我已经几次使用Kicad进行家庭项目，但这并不是那么好。 [笑]

Judy Warner：在家中拥有Altium Designer许可是一种奢侈！当你还是个孩子的时候，当你回头看时，你是否看到你有技术倾向？

James MacKinnon：是的，幸运的是我有一个非常善于实现这一目标的父亲。他告诉我如何在很小的时候焊接，他总是给我东西拆开，我正在搞乱电路。即使只是让LED在年轻时点亮也很酷。所以我认为这有助于我决定去哪里。我一直对电子产品感兴趣，但无论如何我都有一条奇怪的大学之路。高中毕业后，我没有上大学五年。我不知道自己想要做什么。我有点知道自己是技术类型的东西，但我实际上在西尔斯工作了五年。

朱迪华纳：这太好笑了，我知道有人做了同样的事，在西尔斯工作过结束了这个行业。

James MacKinnon：我在那里工作了一段时间，最后我看到了墙上的文字，我想，“伙计，我需要做点生活！”我d总是进入电子产品，并且玩过Arduino等等。没有什么比这更严重了，但足以让我的脚湿透。所以当我最终决定回到学校时，我在想，“你知道吗，我一直很喜欢电子产品，让我尝试电气工程。“我倾向于机器人学，所以我最初回到社区学院，我一直想去佛罗里达大学。我来自杰克逊维尔，所以佛罗里达大学是总是在我想去的地方。

我获得了副学士学位并且能够转学到UF，那就是机会和很多运气走到了一起。我恰好被提交给了CHREC实验室经理的正确教授。我很高兴我有机会完成所有这些，现在我在美国宇航局。

朱迪华纳：这是一个非常好的故事。自从你在佛罗里达长大以后，当你还是个孩子时，你是否受到太空的启发？

James MacKinnon：绝对。从杰克逊维尔，你可以看到航天飞机发射。

朱迪华纳：哇，我很嫉妒！

詹姆斯麦金农：我记得被拉到后院并且像是，“哦，看那个。“你可以看到它，因为航天飞机上的SRB在它们后面留下了巨大的痕迹。所以即使你很远，你也可以清楚地看到它们。他们在肯尼迪发射的地方距离大约三个小时的路程，但是你可以看到它们，因为这些火箭背后有大量的垃圾。

朱迪华纳：这是多么棒的经历作为一个技术倾向的小男孩。

James MacKinnon：是的，这就是我长大后想要在NASA工作的原因。我从来都不知道通往美国航空航天局的道路，它有点落在我的腿上，所以我非常感谢。

朱迪华纳：我相信一旦你接触到这个机会，你努力工作并充分利用这些机会。

詹姆斯麦金农：你是对的。我想这两者都有点，对吧？努力工作和运气。

Judy Warner：詹姆斯，你提到你目前正在研究一款中型CubeSat，这就是你为它设计的板子。这是你现在正在处理的单一应用程序吗？

James MacKinnon：不，我做了很多事情。作为美国宇航局公务员的生活，你在许多不同的项目中分配时间。我工作的分支专门从事数据处理。这可能包括许多事情，例如创建处理板以便首先进行处理 - 无论您是在FPGA中构建数据处理管道还是在任何性质上构建数据处理管道。通常，我所做的电路板工作要么是坐在其他电路板的检查面板上，要么是我正在构建调试板 - 甚至是挂起实际飞行硬件的电路板，以便于调试。假设您想要通过SSH连接到您的计算机，您需要为此构建一些突破，其中包括创建一个小型调试PCB板，其上有一个以太网连接器，可以连接到飞行级连接器我们可以访问并可以连接到路由器并与之交谈。

就设计飞行硬件而言，我还没有这样做。我不认为我在食物链上已经足够高了，但他们还没让我这样做。目前，我设计的主板主要是辅助板。它们可能包括一些高速...因为路由互联网和以太网-Fi可能很棘手，尤其是千兆位。所以我能够利用我在那里的高速数字体验来完成这项工作。

Judy Warner：你在NASA工作多久了？

James MacKinnon：大约一年现在已经有一半了。

Judy Warner：这根本不长，这就是为什么你开始使用不那么严谨的设计，我认为。

詹姆斯麦金农：不，不久，我刚毕业。这就是为什么单板计算机（我修改过的计算机和我设计的计算机）在我脑海中非常新鲜。我设计的两块电路板现在正在空间站上飞行。然后明年另一个航班计划。你倾向于设计这些东西，然后等待一段时间让它真正启动。

朱迪华纳：嗯，你听起来像是在追寻一个令人兴奋的事业！你有技术英雄吗？

James MacKinnon：我想我必须和爸爸一起去。因为他也是一名工程师，而且我一直在努力让自己变得比他更好。 [笑]所以这让我尽可能努力。我的意思是，他是一名设计工程师，我从他身上获得了很多技能，如果不是他，我今天不会在现场，而且我可能仍然会在西尔斯出售草坪拖拉机。 [笑]

Judy Warner：他是一名什么样的工程师？

James MacKinnon：他是一名电气工程师。

Judy Warner：什么样的他做了什么工作？

James MacKinnon：嗯，他曾在几个不同的地方工作，但现在他在一个工业自动化的地方工作。所以他设计机器来自动化管道配件和阀门以及海军那样的东西，所以有很多大型机械可以处理它，并尽可能地自动化它。

朱迪华纳：他听起来像是一个非常好的导师和爸爸。

詹姆斯麦金农：是的，当然。

朱迪：詹姆斯，非常感谢你是时候分享你的NASA之路了。听到你的故事真是令人高兴。

詹姆斯：非常欢迎你，谢谢你。