Judy Warner：詹姆斯，請分享一下你的學術背景以及你如何學習設計PCBs。

James MacKinnon ：在佛羅里達大學的大三和大四學期，我有一些課程要求我們做一些相當簡單的PCB設計。基本上，如果你沒有通過這些課程，那么你就不會畢業。由于它是EE類，他們希望您創建PCB。它們是初級設計的簡單電路。但是，對于高級設計，他們希望您創建一些非常復雜的東西。這就是我第一次熟悉PCB設計和AltiumDesigner?的方式。

Judy Warner：聽起來他們實際上在你的大學里教過一些董事會設計的基礎知識。那是非常罕見的。

James MacKinnon：是的。我認為“基本面”是一種很好的方式。在那個初級班級，我們必須布置一個非常簡單的電路。它有一個簡單的微處理器，也許是一些I/O線。在我的例子中，它是一個電機控制器，所以它只是一些PWM線。他們教我們如何使用該程序，以及如何設置一個簡單的雙層板并進行基本路由。對于高級設計，我們遇到了一些更復雜的問題，如高速路由，復雜的模擬設計，阻抗匹配等等。他們在電路板設計的不同方面花了好幾個講課時間，我在那里學到了很多東西，但直到我獲得碩士學位才真正學到了很多關于嚴肅的電路板設計和Altium內部更廣泛的工具范圍的知識。

由于Altium正在向學士學位的人們傳授，我認為這也是為什么它也被用在我的碩士學位上，因為我在佛羅里達大學做過我的學士和碩士學位，所以很多材料和學習都延續下來。電氣工程系有許可證，所以每個人都使用。對于我的碩士課程，我在一個名為CHREC的實驗室工作，這是高性能可重構計算中心，該實驗室的一部分基本上負責創建用于進行基于空間的有效負載處理的單板計算機 - 所以您可以在CubeSat或小衛星上看到。

Judy Warner：哦，這是一個令人興奮的應用程序。

詹姆斯麥金農：是的。我所在的團隊開發了一塊帶有Xilinx芯片的電路板。這是一個非常復雜的設計，具有高速路由，DDR存儲器，差分對，阻抗匹配，所有有趣的東西。所以我能夠在一個完成該委員會初稿的人之下工作，他教會了我很多軟件的細節。因為Altium有很多高級功能，所以有時候有人會告訴你如何做不同的事情，而不是艱難地學習。

Judy Warner：是的，絕對。

James MacKinnon：他是博士。學生，他教我使用Altium中的所有東西，然后我能夠應用這些技能，因為我在碩士課程中取得了進步。我從修改其他人的設計到創建我自己的設計。我們希望使我們開發的單板計算機更加可靠，因此我重新設計了整個電源子系統，以使其更加耐輻射。當您嘗試為空間設計電子設備時，您可能會遇到很多問題。特別是，你有輻射效應，它會以不同的方式影響你。您可以購買經過輻射強化的產品，它們可以幫助抵御這些影響，但我們試圖完成的工作是設計和制造一個原本非常昂貴的電路板，并將其保持在大學預算范圍內建立自己的小衛星。

朱迪華納：抗輻射非常昂貴...

詹姆斯麥金農：確切地說，他們的價格非常昂貴。它們不僅價格昂貴，而且如果你得到一個經過輻射強化的處理器，那么它的性能非常低。你不能真正進行大量的處理，因此你往往會擁有很多處理器，并且它們遍布大型宇宙飛船并且它們消耗了大量的能量。當你試圖設計一個適合你手中的CubeSat時，所有這一切都是一場噩夢。

所以我們想要設計一個人們可以在CubeSat中使用的具有可靠性的板子你可以從洛克希德 - 馬丁那里購買一些東西，但是它有更多的性能，所以你可以在太空中做很酷的事情。在我們的例子中，我們遇到的情況是我們從圖像傳感器獲取圖像數據并在板上進行處理，而且由于我們在船上進行處理，我們能夠將更多有趣的數據產品發送到地面。因為使用CubeSats，你的收音機很大，你只能將大量數據發送到地面，所以如果你可以在船上進行處理，你可以減少需要發送的數據量，無論你是否'實際上是在軌道上生成數據產品，或者你正在進行數據壓縮等等。

這就是為什么我們認為這個板塊會是一個很好的補充，特別是在大學層面。因此，在該板的第一次切割時，我們使用高性能Xilinx芯片作為主要處理器，不進行輻射硬化并用輻射硬化包圍它。我們稱之為混合設計。通過這種方式，您可以將資金投入到您絕對需要的輻射強化上，同時保持消費者（COTS）到位以獲得性能。通過智能地將它們組合到一塊電路板中，您可以獲得真正高性能的處理板，同時還可以獲得抗輻射板的可靠性。

因此，當我在那里時，這基本上是我的主要任務。在電路板的第一次切割過程中，一些電源系統沒有盡可能的輻射強化，所以我基本上可以重新設計電路板以使用更好的電源。我們最終將董事會帶到布魯克海文國家實驗室，在那里他們擁有相對論的重離子對撞機，我們實際上可以利用NASA實驗室的時間用放射線對我們的電路板進行爆破并進行測試。

Judy Warner：哦，那很酷！

James MacKinnon：真的很酷。所以我們采用了這塊板，我們對它進行了測試，結果非常好。在我們設計了這塊電路板之后，我們想要設計一個更小的電路板，所以我設計了一個信用卡大小的處理板，它與更大的電路板具有非常相似的功能，但是更小，更低功耗，我開始了。在這一點上Altium成了一個很大的幫助 - 我們使用的是微孔，我們有更多的層，一切都更接近，部分裝配是一個巨大的交易，所以能夠像我一樣看看板的3D模型設計它非常有幫助。我們使用的是高速千兆位收發器，因此能夠使用內置阻抗計算器和差分對路由器至關重要。

我設計的其他一些電路板只是一個小小的突破 - 板子，調試板，那種東西。但是那兩臺單板電腦是我在大學里工作的大事。

朱迪：聽起來非常豐富。該董事會成了什么？

James MacKinnon：該董事會現在通過一家名為Space Micro的公司獲得許可，該公司實際上是在圣地亞哥之外。所以他們賣掉了我們設計的板子。他們擁有第一代電路板。我相信Space Micro現在正在批準小型版本，這是我在一年半前制造的。那仍然是通過輻射測試和類似的事情。

所以我想我可以稍微解釋一下這個實驗室。它的工作方式是由NSF資助的研究中心，行業合作伙伴將在該實驗室購買會員資格。這些會員資格將為研究生提供資金，您獲得的會員資金是實驗室所做的任何研究;它成為你可以在公司使用的東西。例如，Space Micro是其成員。他們資助特定項目。所以每年都有一個會議，我們會展示我們去年的工作。然后我們提出項目，然后所有行業成員聚在一起，他們與教師交談，他們想出他們想要做什么樣的項目，這將有助于公司或機構。因此，我在學生方面花了這么多時間，這很有趣，現在我處于行業成員方面。

朱迪華納：你是如何與美國宇航局聯系的？

詹姆斯麥金農：是的，這就是我所得到的。為了讓這些東西真正有資格進入太空，我們必須與NASA密切合作。我現在工作的分支稱為科學數據處理分支，他們開發了一個名為Space Cube的東西。現在，Space Cube可能比你在CubeSat中想要的尺寸大一個尺寸。它很小，功耗很低，但它不適合CubeSat。因此，作為實驗室成員的美國宇航局說，“嗯，市場上有一個漏洞，那就是高性能，高可靠性，但比美國宇航局提供的分支要小。”因此他們能夠引導實驗室董事會正在開發的整個過程中，我們能夠從NASA工程師那里獲得真正高質量的設計評審，并且在此過程中我們在實驗室和NASA之間建立了非常好的關系，最終導致我在那里工作。

朱迪華納：噢，那很好。我喜歡聽到這個。很多經驗豐富的設計師都擔心一旦他們退休就不會有替補來填補他們的位置。你的故事是一個麥金農：是的，我認為這個問題在航空航天業中更加突出，因為它相對較小。在你參加一些會議之后，你很快就會遇到業內的每個人我認為，特別是NASA意識到了這一點，這就是他們的原因我試圖讓學生能夠做到這一點。

朱迪華納：所以你似乎有一個非常罕見但很棒的經歷，特別是在你的碩士課程中，你需要做的事情動手，復雜的設計。但并不是每個人都有這樣的機會，所以我想我所問的是你認為下一代設計師將來自哪里？例如，NASA似乎正在看問題，然后與CHREC等組織合作。

James MacKinnon：我認為這絕對是一種方式 - 我注意到在實驗室的情況下有那些從實驗室中獲得一些好研究的公司 - 但基本上每個人都會在這些行業合作伙伴中找到一份工作。我工作過的其中一個人在Space Micro工作。所以他們用它來招募人才。然而，相當小比例的人將有機會去這樣的實驗室。我注意到并且一直試圖參與巴爾的摩的一件事是業余電子產品的興起。離我家二三十分鐘，有三個黑客空間。我去過幾次，他們總是為我們的Arduino屏蔽或Raspberry Pi適配器板布置很少的調試PCB。我認識一個人建造了無人機的板子。所以我認為有一個非常酷的家庭釀造運動與電子設計師建立起來。讓人們早日參與有助于。

可能有所幫助的一件事是在高中階段更多地參與其中。我從未在高中階段從事電子學工作。如果有一些方法可以讓人們進入黑客空間，甚至是以高中為基礎的黑客空間，或者人們可以玩的硬件可以激發他們的興趣，這將是有益的。最終他們會到達他們需要他們沒有的東西的地步，然后他們開始走下去，“讓我試著自己解決這個問題并拿出酸性蝕刻化學品，看看我能做些什么，“然后最終繼續設計他們制作的很酷的小板。特別是現在制作板子的成本太低了。這真的很好地推動了這些業余愛好者。

朱迪華納：詹姆斯，我們也看到了這一點。事實上，我在這里的一個角色是幫助贊助團隊，大學甚至制作人和黑客空間 - 他們在這些地方做了驚人的工作。

James MacKinnon：我認為這是做到這一點的方法。我的意思是，我使用Altium Designer的主要原因是因為它出現在我的大學里。自從我首先在Altium Designer上學習以來，我繼續變得更加精通。在設計那么硬的PCB之前，您需要使用更復雜的Altium Designer功能。我很高興我學習了Altium Designer，因為現在我不能再使用大學的免費許可了，我已經幾次使用Kicad進行家庭項目，但這并不是那么好。 [笑]

Judy Warner：在家中擁有Altium Designer許可是一種奢侈！當你還是個孩子的時候，當你回頭看時，你是否看到你有技術傾向？

James MacKinnon：是的，幸運的是我有一個非常善于實現這一目標的父親。他告訴我如何在很小的時候焊接，他總是給我東西拆開，我正在搞亂電路。即使只是讓LED在年輕時點亮也很酷。所以我認為這有助于我決定去哪里。我一直對電子產品感興趣，但無論如何我都有一條奇怪的大學之路。高中畢業后，我沒有上大學五年。我不知道自己想要做什么。我有點知道自己是技術類型的東西，但我實際上在西爾斯工作了五年。

朱迪華納：這太好笑了，我知道有人做了同樣的事，在西爾斯工作過結束了這個行業。

James MacKinnon：我在那里工作了一段時間，最后我看到了墻上的文字，我想，“伙計，我需要做點生活！”我d總是進入電子產品，并且玩過Arduino等等。沒有什么比這更嚴重了，但足以讓我的腳濕透。所以當我最終決定回到學校時，我在想，“你知道嗎，我一直很喜歡電子產品，讓我嘗試電氣工程。“我傾向于機器人學，所以我最初回到社區學院，我一直想去佛羅里達大學。我來自杰克遜維爾，所以佛羅里達大學是總是在我想去的地方。

我獲得了副學士學位并且能夠轉學到UF，那就是機會和很多運氣走到了一起。我恰好被提交給了CHREC實驗室經理的正確教授。我很高興我有機會完成所有這些，現在我在美國宇航局。

朱迪華納：這是一個非常好的故事。自從你在佛羅里達長大以后，當你還是個孩子時，你是否受到太空的啟發？

James MacKinnon：絕對。從杰克遜維爾，你可以看到航天飛機發射。

朱迪華納：哇，我很嫉妒！

詹姆斯麥金農：我記得被拉到后院并且像是，“哦，看那個。“你可以看到它，因為航天飛機上的SRB在它們后面留下了巨大的痕跡。所以即使你很遠，你也可以清楚地看到它們。他們在肯尼迪發射的地方距離大約三個小時的路程，但是你可以看到它們，因為這些火箭背后有大量的垃圾。

朱迪華納：這是多么棒的經歷作為一個技術傾向的小男孩。

James MacKinnon：是的，這就是我長大后想要在NASA工作的原因。我從來都不知道通往美國航空航天局的道路，它有點落在我的腿上，所以我非常感謝。

朱迪華納：我相信一旦你接觸到這個機會，你努力工作并充分利用這些機會。

詹姆斯麥金農：你是對的。我想這兩者都有點，對吧？努力工作和運氣。

Judy Warner：詹姆斯，你提到你目前正在研究一款中型CubeSat，這就是你為它設計的板子。這是你現在正在處理的單一應用程序嗎？

James MacKinnon：不，我做了很多事情。作為美國宇航局公務員的生活，你在許多不同的項目中分配時間。我工作的分支專門從事數據處理。這可能包括許多事情，例如創建處理板以便首先進行處理 - 無論您是在FPGA中構建數據處理管道還是在任何性質上構建數據處理管道。通常，我所做的電路板工作要么是坐在其他電路板的檢查面板上，要么是我正在構建調試板 - 甚至是掛起實際飛行硬件的電路板，以便于調試。假設您想要通過SSH連接到您的計算機，您需要為此構建一些突破，其中包括創建一個小型調試PCB板，其上有一個以太網連接器，可以連接到飛行級連接器我們可以訪問并可以連接到路由器并與之交談。

就設計飛行硬件而言，我還沒有這樣做。我不認為我在食物鏈上已經足夠高了，但他們還沒讓我這樣做。目前，我設計的主板主要是輔助板。它們可能包括一些高速...因為路由互聯網和以太網-Fi可能很棘手，尤其是千兆位。所以我能夠利用我在那里的高速數字體驗來完成這項工作。

Judy Warner：你在NASA工作多久了？

James MacKinnon：大約一年現在已經有一半了。

Judy Warner：這根本不長，這就是為什么你開始使用不那么嚴謹的設計，我認為。

詹姆斯麥金農：不，不久，我剛畢業。這就是為什么單板計算機（我修改過的計算機和我設計的計算機）在我腦海中非常新鮮。我設計的兩塊電路板現在正在空間站上飛行。然后明年另一個航班計劃。你傾向于設計這些東西，然后等待一段時間讓它真正啟動。

朱迪華納：嗯，你聽起來像是在追尋一個令人興奮的事業！你有技術英雄嗎？

James MacKinnon：我想我必須和爸爸一起去。因為他也是一名工程師，而且我一直在努力讓自己變得比他更好。 [笑]所以這讓我盡可能努力。我的意思是，他是一名設計工程師，我從他身上獲得了很多技能，如果不是他，我今天不會在現場，而且我可能仍然會在西爾斯出售草坪拖拉機。 [笑]

Judy Warner：他是一名什么樣的工程師？

James MacKinnon：他是一名電氣工程師。

Judy Warner：什么樣的他做了什么工作？

James MacKinnon：嗯，他曾在幾個不同的地方工作，但現在他在一個工業自動化的地方工作。所以他設計機器來自動化管道配件和閥門以及海軍那樣的東西，所以有很多大型機械可以處理它，并盡可能地自動化它。

朱迪華納：他聽起來像是一個非常好的導師和爸爸。

詹姆斯麥金農：是的，當然。

朱迪：詹姆斯，非常感謝你是時候分享你的NASA之路了。聽到你的故事真是令人高興。

詹姆斯：非常歡迎你，謝謝你。