Altium Designer PCB設計入門

1、PCB設計Altium Designer PCB設計入門教程學習目的 了解PCB設計的概念 熟悉PCB設計的工具 Altium Designer 掌握PCB設計的方法和流程內(nèi)容 PCB設計的基本概念 原理圖的設計 集成庫的設計 PCB的繪制基本概念：PCB的定義 PCB（Printed Circuit Board），中文名稱為印制電路板，又稱印刷電路板、印刷線路板，是重要的電子部件，是電子元器件的支撐體，是電子元器件電氣連接的載體。由于它是采用電子印刷術制作的，故被稱為“印刷”電路板。基本概念：PCB的作用 電子設備采用印制板后，由于同類印制板的一致性，從而避免了人工接線的差錯，并可實現(xiàn)電子元

2、器件自動插裝或貼裝、自動焊錫、自動檢測，保證了電子設備的質(zhì)量，提高了勞動生產(chǎn)率、降低了成本，并便于維修?；靖拍睿篜CB的分類 1.3 PCB的分類：的分類： 根據(jù)電路層數(shù)分類：分為單面板、雙面板和多層板。常見的多層板一般為4層板或6層板，復雜的多層板可達幾十層。 單面板：零件集中在其中一面，導線則集中在另一面上（有貼片元件時和導線為同一面，插件器件再另一面）。 雙面板：兩面都有布線。 多層板：為了增加可以布線的面積，多層板用上了更多單或雙面的布線板，也稱為多層印刷線路板。板子的層數(shù)并不代表有幾層獨立的布線層，在特殊情況下會加入空層來控制板厚，通常層數(shù)都是偶數(shù)，并且包含最外側(cè)的兩層。大部分的主

3、機板都是4到8層的結(jié)構(gòu)，不過技術上理論可以做到近100層的PCB板。 層與層之間是絕緣層，用于隔離布線層。它的材料要求耐熱性和絕緣性好。早期的電路板多使用電木為材料，而現(xiàn)在多使用玻璃纖維為主。 基本概念：PCB設計中的層常用的PCB設計的CAD工具有protel公司的 Altium Designer（下稱“AD”）、Cadence公司的Allegro等。PCB的設計環(huán)境中都有很多不同的層，理解這些層的含義是進行PCB設計的基本要求?；靖拍睿篜CB設計中的層基本概念:PCB設計中的層這些層有的對應PCB實際的層，有的具有其他的含義。下面是常用的層及其中文名稱：基本概念:PCB設計中的層Mech

4、anical機械層Keepout layer 禁止布線層Top layer頂層Bottom layer底層Midlayer 1/2/ 內(nèi)部信號層Internal Plane 1/2/內(nèi)電層Top overlay(top silk) 頂層絲印層Bottom overlay(bottom silk)底層絲印層Top paste頂層焊盤層Bottom paste底層焊盤層Top solder頂層阻焊層Bottom solder 底層阻焊層multilayer 多層Drill guide過孔引導層Drill drawing過孔鉆孔層基本概念:PCB設計中的層 機械層機械層 機械層是定義整個PCB板的外

5、觀的，其實我們在說機械層的時候就是指整個PCB 板的外形結(jié)構(gòu)。其它Mechanical Layer 2/3/4等可作為機械尺寸標注或者特殊用途，如某些板子需要制作導電碳油時可以使用Mechanical Layer 2/3/4等，但是必須在同層標識清楚該層的用途基本概念:PCB設計中的層 禁止布線層 是定義我們在布電氣特性的銅時的邊界，也就是說我們先定義了禁止布線層后，我們在以后的布過程中，所布的具有電氣特性的線是不可能超出禁止布線層的邊界。 很多設計師也使用做PCB 機械外形，如果PCB 上同時有禁止布線層和機械層1，則主要看這兩層的外形完整度，一般以機械層1為準。若無機械層1，一般以禁止布線

6、層為外形?；靖拍睿篜CB設計中的層頂層、底層、內(nèi)部信號層：是用于信號走線的層。這些層統(tǒng)稱為信號層?；靖拍睿篜CB設計中的層內(nèi)電層： 用來鋪設電源和地?？梢蕴岣唠娐钒宓目笶MI特性和穩(wěn)定性 信號層與內(nèi)電層，這兩種圖層有著完全不同的性質(zhì)和使用方法。內(nèi)電層被稱為負片層，即不布線、不放置任何元件的區(qū)域完全被銅膜覆蓋，而布線或放置元件的地方則是排開了銅膜的。基本概念:PCB設計中的層 絲印層絲印層分頂層絲印層和底層絲印層，是定義頂層和底的絲印字符，就是一般我們在PCB 板上看到的元件編號和一些字符?；靖拍?PCB設計中的層 阻焊層（solder） 實際是“阻焊層開窗層”。在PCB表面會有一層綠油覆

7、蓋，以避免短路并提供保護等。此層作用于焊盤處，表示此處沒有綠油，可以焊接?；靖拍睿篜CB設計中的層 Paste層 分為Top Paste和Bottom Paste。一般用于貼片元件SMT 回流焊過程時上錫膏（是用來開鋼網(wǎng)漏錫用的），和印制板廠家制板沒有關系，可不提供給PCB制造商，PCB設計時保持默認即可?；靖拍睿篜CB設計中的層多層多層表示所有的信號層。電路板上焊盤和穿透式過孔要穿透整個電路板，與不同的導電圖形層建立電氣連接關系，因此系統(tǒng)專門設置了一個抽象的層多層，一般，焊盤與過孔都要設置在多層上。基本概念：過孔與焊盤 焊盤：元件通過PCB上的引線孔，用焊錫焊接固定在PCB上，印制導線把

8、焊盤連接起來，實現(xiàn)元件在電路中的電氣連接。 過孔也稱金屬化孔，在雙面板和多層板中，為連通各層之間的印制導線，在各層需要連通的導線的交匯處鉆上一個公共孔，即過孔。 過孔與焊盤區(qū)別：作用不同。基本概念：金手指 金手指： 在電路板的插接端點上（俗稱金手指）鍍上一層鎳層及高化學鈍性的金層來保護端點及提供良好接通性能，其中含有適量的鈷，具有優(yōu)良的耐磨特性?；靖拍睿航鹗种窤D原理圖設計：原理圖原理圖原理圖原理圖設計是整個電路設計的基礎，它決定了后面工作的進展，為印制電路板的設計提供元件、連線依據(jù)。AD原理圖設計：原理圖設計流程繪制原理圖一般步驟繪制原理圖一般步驟： 設置圖紙大小，規(guī)劃總體布局，在圖紙上放

9、置元件，進行布線，對各元件以及布線進行調(diào)整，然后進行電氣檢查，最后保存并打印輸出。AD原理圖設計：原理圖設計環(huán)境AD原理圖設計：原理圖設計環(huán)境AD原理圖設計：原理圖設計環(huán)境Altium Designer 的工具欄有Schematic Standard Tools工具欄、Wiring工具欄、Utilities工具欄和混合信號仿真工具欄等AD原理圖設計：原理圖設計環(huán)境Utilities實用工具欄包括多個子菜單，即Drawing Tools子菜單、Alignment Tools 子菜單、Power Sources子菜單、 Digital Devices子菜單、 Simulation Sources

10、子菜單、Grids子菜單等AD原理圖設計：設置圖紙屬性 在原理圖編輯環(huán)境下雙擊邊框，或者單擊鼠標右鍵打開鼠標右鍵快捷菜單，選擇 Document Options命令，或者執(zhí)行DesignDocument Options命令，屏幕上將打開如圖所示的文檔選項對話框，可以在這個對話框中進行圖紙參數(shù)的設置。設置項包括尺寸、柵格大小，圖紙方向、電氣節(jié)點等。設置方法略AD原理圖設計：設置圖紙屬性AD原理圖設計：元件的放置 放置方法1： 可以通過菜單“place/part”或者走線工具欄的“place part”圖標進行放置元件進行元器件放置； 用這種方法可以放置最近放置的或有過放置歷史的元件，還可以點擊“

11、chose”選擇要放置的元件。AD原理圖設計：元件的放置AD原理圖設計：元件的放置 放置方法2： 打開元件庫面板，在下拉菜單中，選擇元件庫，雙擊（或拖動）庫中的元件，放置到圖紙合適的地方即可。AD原理圖設計：元件的放置AD原理圖設計：元件的放置 其他放置方法： 可以使用utility工具欄的常用數(shù)字器件放置元件； 電源和接地元件還可以使用utility 工具欄上子工具欄“Power Objects”來選取。AD原理圖設計：元件調(diào)整和編輯 已經(jīng)放置的元件可以被選擇（select）、移動（move，不帶連接關系）、拖動（drag 帶連接關系）、旋轉(zhuǎn)（按空格）、編輯屬性（雙擊元件即可）等。方法略。A

12、D原理圖設計：元件的連接 當所有電路元件、電源和其他對象放置完畢后，就可以進行原理圖中各對象間的連線。連線的主要目的是按照電路設計的要求建立網(wǎng)絡的實際連通性。 通常用到的連接電路的方法有兩種：連接導線、放置網(wǎng)絡標號。AD原理圖設計：元件的連接 連接方法1放置導線 放置導線：點擊“place/wire”，或者點擊走線工具欄的放置導線圖標，然后在圖紙內(nèi)左鍵單擊選擇導線起點，移動鼠標拖動導線線頭，在轉(zhuǎn)折點處單擊鼠標左鍵確定，每次轉(zhuǎn)折都需要單擊鼠標左鍵,右鍵結(jié)束當前的導線。AD原理圖設計：元件的連接 連接方法2放置網(wǎng)絡標號： 網(wǎng)絡標號是實際電氣連接的導線的序號，它可代替有形導線，可使原理圖變得整潔美觀

13、。具有相同的網(wǎng)絡標號的導線，不管圖上是否連接在在一起，都被看作同一條導線。AD原理圖設計：元件的連接放置網(wǎng)絡標號步驟： step1： 執(zhí)行菜單命令PlaceNet Label，或者用鼠標左鍵單擊“Wiring”工具欄中的放置網(wǎng)絡標號圖標，此時，光標將變成十字狀，并且將隨著虛線框在工作區(qū)內(nèi)移動；AD原理圖設計：元件的連接 放置網(wǎng)絡標號： step2：接著按下Tab鍵，工作區(qū)內(nèi)將出現(xiàn)如圖所示的“Net Label”對話框AD原理圖設計：元件的連接 放置網(wǎng)絡標號： step3：設定結(jié)束后，單擊【OK】按鈕加以確認。將虛線框移到所需標注的引腳或連線處，單擊鼠標左鍵，即可將設置的網(wǎng)絡標號粘貼上去AD原理

14、圖設計：元件的連接 放置網(wǎng)絡標號：效果圖AD集成庫設計：項目和自由文件 在Altium Design中，文件的管理采用“項目”（原文“project”，亦可譯為工程）的管理方式，任何一項設計都被看作是一個項目，在此項目中，建立了與該設計有關的各種文檔的連接關系，并保存了與該設計有關的設置。Altium Designer提供了多種類型的項目，如PCB項目、FPGA項目、集成元件庫項目等。一個項目可以包含多個文件?？梢詫⒁汛嬖诘奈募蛘咝挛募尤腠椖俊D集成庫設計：項目和自由文件 Altium Designer同樣支持單個文件的創(chuàng)建和編輯，例如pcb文件，原理圖文件的編輯。如果一個文件沒有被加入

15、到項目，則被稱為自由文件（free document）。AD集成庫設計：集成庫 集成庫：集成庫： altium designer采用了集成庫的概念，即把元器件的各種符號模型文件集成在一起構(gòu)成一個.Intlib的集成庫文件。等。 集成庫優(yōu)點：集成庫優(yōu)點： 集成庫具有以下一些優(yōu)點：集成庫便于移植和共享，元件和模塊之間的連接具有安全性。集成庫在編譯過程中可以檢查錯誤。AD集成庫的設計：集成庫 集成庫包含的元件模型：集成庫包含的元件模型： 集成庫中的元器件模型文件包括元器件符號模塊、元器件封裝（Footprint）模塊、電路仿真模塊、信號完整性分析模塊、3D模型等。 注：本文隨后所述的集成庫指集成了元

16、器件原理圖符號庫和封裝庫的集成庫。AD集成庫的設計：集成庫的創(chuàng)建 集成庫的創(chuàng)建主要有以下幾個步驟集成庫的創(chuàng)建主要有以下幾個步驟1. 新建集成庫項目2. 新建原理圖符號庫3. 新建PCB封裝庫4. 元器件符號模塊與封裝信息進行關聯(lián)5. 編譯(生成)集成庫AD集成庫的設計：集成庫的創(chuàng)建新建集成庫工程：新建集成庫工程：AD集成庫設計：添加原理圖庫添加原理圖庫文件：添加原理圖庫文件：AD集成庫的創(chuàng)建： 添加元件原理圖符號 添加完原理圖庫文件和PCB封裝庫文件，雙擊打開原理圖庫文件AD集成庫的創(chuàng)建： 添加元件原理圖符號選擇選擇“SCH Library”面板，添加元件：面板，添加元件：AD集成庫的創(chuàng)建：

17、添加元件原理圖符號 原理圖元件編輯環(huán)境：AD集成庫的創(chuàng)建： 添加元件原理圖符號原理圖元件編輯環(huán)境：AD集成庫的創(chuàng)建： 添加元件原理圖符號元件符號繪制：添加方框元件符號繪制：添加方框：AD集成庫的創(chuàng)建： 添加元件原理圖符號放放pin腳，注意方向，腳，注意方向，”X”代表元件電氣節(jié)點，應朝代表元件電氣節(jié)點，應朝外外AD集成庫的創(chuàng)建： 添加元件原理圖符號此外，還可以在原理圖符號中加入注釋、字符等。AD集成庫的創(chuàng)建： 添加PCB封裝庫用類似的方法向集成庫項目里添加PCB封裝庫文件，并切換到PCB庫面板。即可進入到封裝庫編輯環(huán)境。AD集成庫的創(chuàng)建： 添加元件封裝模型在在PCB面板元件區(qū)右鍵，可以添加新的

18、封裝模型面板元件區(qū)右鍵，可以添加新的封裝模型AD集成庫的創(chuàng)建： 添加元件封裝模型 這里不建議選擇”new blank component”.這個選項需要手繪元件的焊盤、絲印層標記等，不僅效率低，而且精度低。建議選擇”Component Wizard”。 用“Component Wizard”建立DIP28元件的過程如下：AD集成庫的創(chuàng)建： 添加元件封裝模型Step1：打開：打開Component WizardAD集成庫的創(chuàng)建： 添加元件封裝模型Step：2 選擇封裝類型選擇封裝類型AD集成庫的創(chuàng)建： 添加元件封裝模型Step3：設置焊盤：設置焊盤AD集成庫的創(chuàng)建： 添加元件封裝模型Step4：

19、設置焊盤間距：設置焊盤間距AD集成庫的創(chuàng)建： 添加元件封裝模型Step5：設置絲印層線寬：設置絲印層線寬AD集成庫的創(chuàng)建： 添加元件封裝模型Step6：設置管腳個數(shù)：設置管腳個數(shù)AD集成庫的創(chuàng)建： 添加元件封裝模型Step7 命名命名AD集成庫的創(chuàng)建： 添加元件封裝模型Step8 完成完成AD集成庫的創(chuàng)建： 添加元件封裝模型效果圖：AD集成庫的創(chuàng)建： 添加元件封裝模型放大，引腳號放大，引腳號AD集成庫的創(chuàng)建： 添加元件封裝模型放置絲印層填充，做標記放置絲印層填充，做標記AD集成庫的創(chuàng)建： 添加元件封裝模型其他元件建立工具： 菜單 “Tools - IPC Compliant footprint

20、 Wizard”是一種功能豐富，可靠的封裝生成工具。使用方法略。AD集成庫的創(chuàng)建： 添加元件封裝模型IPC Compliant footprint Wizard 器件類型選擇界面AD集成庫的創(chuàng)建：建立關聯(lián) 元件的封裝模型建立后，要保存封裝庫文件。 此時即可在元件的原理圖符號和封裝模型之間建立關聯(lián)：AD集成庫的創(chuàng)建：建立關聯(lián)Step1：打開原理圖庫文件，選擇DIP28AD集成庫的創(chuàng)建：建立關聯(lián) Step2：“Add footprint”，瀏覽，選擇“DIP28”。（備注：原理圖庫和封裝庫中的關聯(lián)元件的名稱不要求相同）AD集成庫的創(chuàng)建：建立關聯(lián)這樣，原理圖和封裝就有了對應關系。（注意：引腳號要對應

21、）AD集成庫的創(chuàng)建：建立關聯(lián)Step3 ：保存集成庫工程的所有文件，編譯工程，這樣，集成庫制作完畢。注：可以繼續(xù)添加其他元件。集成庫可以被加載到庫面板中，永久使用，使用方法和軟件自帶的集成庫完全一致。也可以被復制供其他人使用。AD PCB設計：基本原則 元件布局元件布局：元件布局應該安放合理，既要注意布局美觀和重量分布均勻，還要考慮原件布局對電路性能的影響?；驹瓌t如下：1.元件布局要求均衡，疏密有序，元件擺放盡量對齊平行，力求美觀大方；2.元件布局應按照元件的關鍵性來進行，先布置關鍵元器件，然后按照地址線和數(shù)據(jù)線的走向，按照就近原則，布置其他元件；3.存儲器模塊盡量并排放置，以縮短走線長度；

22、4.高頻元件引出的導線應盡量短，以減少對其他器件和電路的干擾，也可就近安裝濾波電容。AD PCB設計：基本原則 元件布局元件布局5. 數(shù)字電路和模擬電路應分開布設；6. 避免將模擬電路的前后級放置成收尾相接的形式；7. 帶強電的元件與其他元件應盡量遠，并放在調(diào)試和使用不易碰到的地方；8. 插頭、插座放置的位置應便于操作，確保方向的正確性，與PCB的連接應具有足夠的機械強度；9. 大功率器件要注意散熱，如大面積接地、加散熱片等。AD PCB設計：基本原則 布線布線：布線是完成產(chǎn)品設計的重要步驟，布線時應注意：1. 導線寬度要滿足載流要求并留出余量，電源、地應更寬；2. 導線間距應盡可能大；3.

23、走線盡量少拐彎，力求線條簡潔明了；4. 微處理器芯片的數(shù)據(jù)線和地址線應盡量平行放置；5. 輸出端與輸入端的邊線應避免相鄰平行。兩相鄰層的布線要相互垂直，放置寄生耦合。6. 利用包地、覆銅等工藝提高PCB的穩(wěn)定性和抗干擾性。AD PCB設計：PCB環(huán)境打開一個PCB文件，進入Altium Designer PCB編輯環(huán)境AD PCB設計：PCB環(huán)境PCB編輯器的常用工具欄包含： 實用工具欄、PCB標準工具欄、配線工具欄等。其中配線工具欄包含了提供了PCB常用的圖元放置命令。AD PCB設計：布線工具欄用布線工具欄可以放置交互式導線、焊盤、過孔、用布線工具欄可以放置交互式導線、焊盤、過孔、字符、圖

24、形填充（即封閉的填充圖形）等。字符、圖形填充（即封閉的填充圖形）等。AD PCB設計：布線工具欄 交互式導線：在具有網(wǎng)絡飛線的情況下，設計者的布線和網(wǎng)絡飛線具有交互替代的關系，當設計者用交互式布線工具在同一網(wǎng)絡的圖元間放置了導線后，飛線就消失了。如下圖：AD PCB設計：布線工具欄AD PCB設計：布線工具欄 在放置圖元的過程中按下“TAB”鍵或者放置后雙擊圖元?？梢跃庉媹D元的屬性。AD PCB設計：PCB文件的創(chuàng)建 PCB文件的創(chuàng)建，可以使用PCB向?qū)Щ蛘卟藛蚊罱?chuàng)建PCB文件。我們以菜單命令為例：“FILE-新建-PCB文件” 即可。AD PCB設計： PCB環(huán)境參數(shù)設置 文件建立后可

25、以進行環(huán)境參數(shù)設置 : design-board optionAD PCB設計：圖層堆棧管理器 調(diào)用圖層堆棧管理器，對PCB半層進行添加、刪除和設置等： Design-layer stack manager：AD PCB設計：設置PCB外形設置PCB邊界：Design-Board Shape此菜單下面有重新定義板子形狀（Redefine board shape）、移動板子邊界（Move board verticals）、扣洞（define board cutout）其他操作，略AD PCB設計：設置PCB外形AD PCB設計： 常規(guī)PCB設計流程 常規(guī)PCB設計的流程：1.繪制電路原理圖2.規(guī)劃電路板；3.設置各項環(huán)境參數(shù)；4.載入網(wǎng)絡表和原件封裝；5.原件自動布局；6.手工調(diào)整布局；7.自動布線；8.手工調(diào)整布線；9.DRC校驗；10.文件保存、輸出打印。AD PCB設計：PCB設計流程 PCB設計流程：Step1：菜單“新建”-”PCB Project”,建立PCB工程Step2：向工程中添加新的原理圖文件和pcb文件，并做適當?shù)脑O置；AD PCB設計：PCB設計流程St