Spelling suggestions: "subject:"varukonstruktion"" "subject:"stromkonstruktion""
1 |
Investigation into the pedagogical value of demonstrating deliberate design deficiencies in PCB design instructionSunedal, Björn January 2021 (has links)
Universities and other higher education institutions have been struggling with high levels of student dropouts and poor graduation rates for a long time. As a result, there has been an interest in modifying traditional teaching techniques and implementing new ones to improve student learning outcomes. Interactive Lecture Demonstrations (ILD) is one such teaching technique which has shown positive results in terms of improving student learning outcomes. An audio recorder and player application with the addition of a DC/DC converter was developed. Six different PCB versions of the audio application were created, containing different combinations of deliberate design deficiencies. The deliberate design deficiencies came in the form of different configurations of decoupling capacitors and ground planes. The DC/DC converter served as a noise source to expose weaknesses in the design. In order to make certain that design deficiencies were exposed effectively, the conversion frequency of the DC/DC converter was switchable between a "high" and a "low" setting. The "low" conversion frequency setting was chosen to comfortably fall in the frequency range of human hearing. Measurements of voltage (time domain and spectral), current spectrum, audio spectrum and radiated emissions were collected. Audio recordings illustrating the impact of decoupling capacitors and interference from the DC/DC converter were performed. The measurement results and audio recordings were used to produce an ILD in video format. The ILD was structured around a modified version of the PODS (Predict-Observe-Discuss-Synthesize) model, which is a four-step process used in ILDs. The ILD contained four separate demonstrations that covered the impact of decoupling capacitors, ground topology and the DC/DC converter on the audio quality and radiated emissions. The ILDs were presented in such a way that the measurement results and audio recordings were correlated with the underlying design theory. Students who had taken either one of two courses related to PCB and electronics design offered at the Royal Institute of Technology (KTH) in the spring of 2019 and 2020 were invited to view the ILD video. The effectiveness of the ILD presentation in terms of pedagogic value was measured via a survey which the students were asked to fill out after watching the video. The results were overall very positive. The feedback received indicate that the students found the demonstrations to be informative and educational. By being able to see and hear the effects of neglecting good PCB design practices in two key areas, the demonstrations were able to provide a more realistic and real-world view of the consequences of neglecting to adhere to good design practices in these two areas that may not be apparent in the theoretical literature. In addition, since PCB design is such a vast subject, the results motivates further developments and study of the ILD concept related to other PCB design concepts such as transmission lines, layer ordering, signal integrity (crosstalk, timing, noise, etc), and others. / Universitet och andra högre lärosäten har länge kämpat mot höga nivåer av studentavhopp och låg genomströmning. Som en följd av detta har det funnits ett intresse att göra förändringar i de traditionella undervisningsmetoderna samt att implementera nya sådana. Interaktiva föreläsningsdemonstrationer (Interactive Lecture Demonstrations, ILD) är en undervisningsmetod som har visat på positiva resultat gällande studenters förmåga att uppnå läromålen. En ljudinspelnings- och uppspelningstillämpning med en likspänningsomvandlare konstruerades. Sex olika kretskort med en kombination av olika avsiktliga konstruktionsbrister producerades. De avsiktliga konstruktionsbristerna innefattade olika kombinationer av avkopplings-kondensatorer och jordplan. Likspänningsomvandlaren agerade som en störningskälla vars syfte var att blottlägga svagheter i konstruktionen. För att säkerställa att konstruktionsbristerna skulle kunna blottläggas tydligt var omvandlingsfrekvensen på likspänningsomvandlaren ställbar mellan ”hög” och ”låg”. Omvandlingsfrekvensen på inställningen ”låg” valdes så att den med god marginal hamnade inom frekvensområdet för mänsklig hörsel. Matningar av spänning (tids- och frekvensdomän), strömspektrum, ljudspektrum och utstrålad radioenergi genomfördes. Ljudinspelningar som belyste inverkan av avkopplings-kondensatorerna och störningar från likspänningsomvandlaren samlades in. Mätningarna och ljudinspelningarna användes för att producera en ILD i videoformat. ILD:erna konstruerades kring en modifierad version av PODS-modellen (Predict- Observe- Discuss- Synthesize, ung. Förutspå-Observera-Diskutera-Inlärning), vilken är en fyrstegsprocess för ILD:er. ILD:en innehöll fyra separata demonstrationer som belös avkopplingskondensatorernas, jordtopologins och likspänningsomvandlarens inverkan på ljudkvaliteten och den utstrålade radioenergin. ILD:en presenterades på ett sådant sätt att mätresultaten och ljudinspelningarna korrelerades till den bakomliggande konstruktionsteorin. Studenter som hade läst endera av två kurser relaterade till kretskorts- och elektronik-konstruktion vid Kungliga Tekniska högskolan (KTH) under våren 2019 och 2020 mottog en inbjudan att titta på videon. Utvärdering av effektiviteten hos ILD-presentationen gällande dess pedagogiska värde gjordes via en enkät vilka studenterna ombads att fylla i efter att de tittat på videon. Resultatet var övervägande positivt. Återkopplingen tyder på att studenterna tyckte att demonstrationerna var informativa och lärorika. Genom att kunna se effekterna av att försumma god PCB-konstruktionssed inom två nyckelområden så lyckades demonstrationerna ge en mer realistisk syn på konsekvenserna av att inte följa god konstruktionssed på ett sätt som inte är uppenbart i den teoretiska litteraturen. Eftersom att PCB-konstruktion är ett så pass omfattande ämnesområde så motiverar resultaten vidare utveckling och studier av ILD-konceptet inom andra PCB-konstruktionskoncept, t.ex transmissionsledningar, lager-ordning, signalintegritet (¨överhörning, timing, brus, etc), samt andra.
|
Page generated in 0.3688 seconds