Altium-Designer-14原理图与PCB设计教程-第七章-PCB设计.pptx
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- Altium Designer 14 原理图 PCB 设计 教程 第七
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1、第7章 PCB设计7.1 7.1 印制电路板图印制电路板图设计流程设计流程 PCB设计流程图如图7-1-1所示。图 7-1-17.2 7.2 自动布局与自动布线基本步骤自动布局与自动布线基本步骤【例7.1】设计制作“趣味闪闪灯”印刷电路,电路如图7-2-1所示。图7-2-17.2.1 准备原理图在指定文件夹下建立一个工程项目趣味闪闪灯.PRJPCB,在该项目中创建原理图命名为趣味闪闪灯.SchDOC。7.2.2 利用封装管理器检查所有元器件封装为了确保所有与原理图和PCB相关的库都可用,在将原理图信息导入到新的PCB之前,用封装管理器检查所有元件的封装。(1)在原理图编辑器内,执行ToolsF
2、ootprint Manager命令,进入封装管理器检查对话框。(2)对话框的元件列表(Component List)区域,显示原理图内的所有元件,可以用鼠标左键选择每一个元件,当选中一个元件时,在对话框的右侧封装管理编辑框内设计者可以添加、删除、编辑当前选中元件的封装。(3)如果对话框右下角的元件封装区域没有出现,可以点击【Add】按钮,添加封装。(4)所有元件封装检查完毕且正确,按【Close】按钮关闭对话框。图7-2-3 封装管理对话框7.2.3 规划印制电路板规划电路板,包括板层、单位、栅格、物理边界、电气边界等。7.2.4 绘制电路板轮廓使用PCB 设计模板向导来制作PCB文件。方法
3、和步骤如下:(1)单击文件工作面板中New from template选项下的PCB Board Wizard选项启动PCB电路板设计向导如下图所示。(2)单击【Next】按钮设置PCB板度量单位。系统提供两种度量单位,根据题目要求,选择Metric(公制)单位(3)单击【Next】按钮,确定PCB板尺寸类型。(4)单击【Next】按钮设置电路板形状和布线信号层数。(5)单击【Next】按钮,确定PCB板的Signal Layer(信号层)和Power Planes(电源层)数目。(6)单击【Next】按钮设置过孔类型,本例选择Through hole via(穿透式过孔)。(7)单击【Nex
4、t】按钮设置元件的类型和布线工艺。在The board has mostly选项区域中选择Through-hole components即插接式封装元件,选中此项后出现如图7-2-10所示对话框,根据题目要求选择One Track单选项,即相邻焊盘之间只允许穿过1条导线。图7-2-10 插接式封装元件类型(8)单击【Next】按钮,设置导线和过孔的属性,这里均采用默认值。(9)单击【Next】按钮,出现PCB设置完成对话框,单击【Finish】按钮,将启动PCB编辑器,至此完成了使用PCB向导新建PCB板的设计。新建的PCB文档将被默认命名为PCB1.PcbDoc,编辑区中会出现设定好的空白P
5、CB图纸,如图7-2-12所示。在图7-2-12中,用鼠标右键点击文件ProjectsPCB1.PcbDoc在弹出的菜单中选择Save As选项,将其保存为趣味闪闪灯.PcbDoc,并将其加入到趣味闪闪灯.PRJPCB项目中。图7-2-12 创建完毕的PCB1.PcbDOC文件7.2.5 导入数据导入数据就是将原理图文件中的信息引入到PCB文件中,以便于绘制印制电路板,为布局和布线做准备。具体步骤如下。(1)在PCB编辑器中,执行菜单命令DesignImport Changes From 趣味闪闪灯.PrjPcb,弹出如图7-2-14所示的设计项目修改对话框。同样,也可以在原理图编辑器中,执行
6、菜单命令DesignUpdate PCB Document 趣味闪闪灯.PcbDoc,弹出该设计项目修改对话框。图7-2-14 设计项目修改对话框(2)单击【Validate Changes】校验改变按钮,系统对所有元件信息和网络信息进行检查。如果所有改变有效,则Check状态列出现勾选,说明网络表中没有错误。如果出现错误,在信息(Messages)面板中将给出原理图中的错误信息,双击错误信息可回到原理图中进行修改,修改后需重新检查直到没有错误为止。(3)单击【Execute Changes】执行改变按钮命令,系统开始执行所有元件信息和网络信息的传送,若无错误,则Done状态勾选。如右图所示。
7、拥有数据的PCB文件(4)单击【Close】按钮关闭对话框。所有的元器件和飞线出现在PCB文件工作区中的“趣味闪闪灯”Room框内。此处Room框用于限制单元电路的位置,即某一个单元电路中的所有元件将被限制在由Room框所限定的PCB范围内,便于PCB电路板的布局规范,减少干扰,通常用于层次化的模块设计和多通道设计中。由于本项目未使用层次设计,除了自动布局可以使用Room边框的功能外,其余操作不需要使用到Room边框的功能,所以为了方便元件布局,建议自动布局结束后将该Room框删除,删除方法将在下一节介绍。7.2.6 元器件自动布局 元器件的布局是指将网络表中的所有元器件放置在PCB板上,是P
8、CB设计的关键一步。如果单面板元器件布局不合理,将无法完成布线操作;双面板元器件布局不合理,布线时将会放置过多过孔,使电路板导线变得复杂。布局的整体要求是整齐、美观、对称、元器件密度均匀,这样才能使电路板的利用率最高,并且降低电路板的制作成本。合理的布局通常采用连线最短原则,同时还要考虑电路的机械结构、散热、电磁干扰等问题。Altium Designer提供了两种元件布局方法,自动布局和手动布局。只靠自动布局往往达不到实际的要求,通常将两者结合以获得良好的效果。本例先进行自动布局,再进行手工调整。自动布局的步骤如下:(1)在“趣味闪闪灯”Room框上按住鼠标左键将其拖入“Keep-Out”区域
9、内,如图7-2-18所示。图7-2-18 Room框拖入“Keep-Out”区域内的PCB文件(2)执行ToolsComponent PlacementArrange Within Room命令,出现十字光标后,单击PCB图中的Room框,可以发现元器件的位置发生了变化,自动布局完成。如图7-2-19。图7-2-19 执行自动布局后的PCB文件(3)将“趣味闪闪灯”Room框删除,删除方法有以下两种。方法一:执行菜单命令EditDelete,若“Room”为非锁定状态,则单击工作区中的Room框。方法二:若“Room”为非锁定状态,单击Room框,按计算机键盘上的删除键【Delete】将其删除
10、。(4)保存文件,如图7-2-20所示。图7-2-20 删除Room框并保存后的PCB文件7.2.7 手工调整布局 手动布局应根据原理图和电子线路的相关知识进行调整,本例采用的规则是优先考虑核心元件和体积较大的元器件,然后再考虑其他元器件的布局。手动调整需要用到元件的移动、元件的旋转,标识符的调整。(1)元件的移动。在要移动的对象上按住鼠标左键拖拽到合适的位置放开鼠标左键即可。(2)元件的旋转。在要转动的对象上按住鼠标左键,然后按Space(空格)键,元件按90方向旋转。(3)标识符的调整。双击标识符可以出现标识符修改对话框。例如双击发光二极管D2标识符,出现如图7-2-21的标识符修改对话框
11、,调整标识符的Width(宽)和Height(高)和旋转角度Rotation等。经过手动调整后的PCB文件,如图7-2-22所示。图7-2-21 的标识符修改对话框图7-2-22 手动布局完成后的PCB文件7.2.8 自动布线规则根据题目要求需要设置的参数有:最小电气安全距离0.2mm,+3V电源线的宽度0.6mm,接地线GND宽度1mm,其余线宽0.4mm。设置布线规则的操作步骤如下:(1)执行菜单命令DesignRules.,调出PCB规则和约束编辑器对话框,如图7-2-23。图7-2-23 PCB规则和约束编辑器对话框(2)选择左侧栏中的Electrical电气规则选项,单击Cleara
12、nce,右侧栏中显示电气安全距离设置对话框,将最小电气距离设置为0.2mm,如图7-2-24所示。图7-2-24 安全距离设置对话框(3)选择左侧栏中的Routing布线规则,右侧栏中显示该规则下的具体内容,如图所示。如果要对特殊要求的导线宽度进行设置,如电源线、接地线等,可以新建规则。操作步骤如下:右击Width,在弹出的快捷菜单中选择New Rule.命令。将新建的线宽规则Width_1命名为Width_GND,并对GND网络接地线的宽度设置为1mm。同样重复新建线宽规则Width_1,将其改命名为Width_+3V,将+3V网络电源线的宽度设置0.6mm。其余线宽规则Width设置。设置
13、布线规则优先级。单击PCB规则和约束编辑器对话框中的优先级设置按钮【Priorities】,改变优先级顺序的方法是选择某一需要改变优先级的线宽规则,通过单击【increase Priority】按钮增加优先级,单击【Decrease Priority】降低优先级。单击【Close】按钮,返回,单击右下角的【Apply】按钮,再单击【OK】按键,完成了线宽规则设置。7.2.9 自动布线设置完毕进行自动布线。自动布线菜单中包括对选定网络布线、对选定飞线布线、对选定区域布线、对选定元器件布线、全局布线。本例选择全局布线,操作步骤如下。(1)执行菜单命令Auto RouteAll,弹出自动布线策略选择
14、对话框(2)在“Situs Routing Strategies”对话框内的“Available Routing Strategies”列表中选择“Default 2 Layer Board”选项,勾选 Lock All Pre-routes(锁定全部预布线)和 Rip-up Violations After Routing(去掉违反规则的布线)。单击【Route All】按钮,启动Situs自动布线器进行自动布线。(3)自动布线结果如图7-2-34所示。从自动布线的结果可知,对于比较简单的电路,当元件布局合理,布线规则设置完善时,Altium Designer中Situs布线器的布线效果相当
15、令人满意。(4)单击保存按钮,保存PCB文件,至此PCB自动布线结束。自动布线策略选择对话框图7-2-34 自动布线结果7.2.10 拆线如果对布线结果不满意,系统提供了拆线命令。执行菜单命令ToolsUn-Route,下一级子菜单中的命令即为各种拆线命令。1All(全部)命令:拆除PCB上的所有导线。2Net(网络)命令:拆除某一个网络上的所有导线。Un-Route取消布线子菜单 3Connection(连接)命令:拆除某个连接上的导线。Connection后,光标变成十字形状。移动光标到某根导线上单击左键,该导线建立的连接将被删除。此时光标仍处于拆线状态,可以继续拆除其他连接上的布线,单击
16、鼠标右键或者按【Esc】键退出操作。4Component(元件)命令:拆除某个元器件上的导线。选择Component后,光标变成十字形状。移动光标到某个元器件上单击左键,该元器件所有引脚的连线将被删除。此时光标仍处于拆除布线状态,可以继续拆除其他元器件上的布线,单击鼠标右键或者按【Esc】键退出操作。7.3 7.3 布线前的其他设置布线前的其他设置执行菜单命令DesignRules.,系统弹出如图7-3-1所示PCB Rules and Constraints Editor(PCB设计规则和约束)对话框。该对话框左侧显示的是设计规则的类型,共分10类。其中包括:“Electrical”电气设计
17、规则类。“Routing”布线设计规则类。“SMT”SMT元件规则类。“Mask”阻焊层设计规则类。“Plane”内层设计规则类。“Testpoint”测试点设计规则类。“Manufacturing”制造规则类。“High Speed”高速电路规则类。“Placement”布局规则类。“Signal Integrity”信号完整性规则类。图7-3-1 PCB设计规则和约束对话框对话框右侧显示对应设计规则的设计属性。左下角的按钮【Priorities】,单击该按钮,可以对同时存在的多个设计规则设置优先权的大小。对这些设计规则的基本操作有:新建规则、删除规则、导出和导入规则等。可以在左边任一类规则
18、上右击鼠标,将会弹出如图7-3-2所示的菜单。在该设计规则菜单中,New Rule是新建规则;Duplicate Rule是复制规则;Delete Rule是删除规则;Report 选项,将当前规则以报告文件的方式给出。Export Rules是将规则导出,将以.rul为后缀名导出到文件中;Import Rules是从文件中导入规则。下面,将重点介绍以下几类设计规则的设置和使用方法。图7-3-2 PCB设计规则基本操作菜单7.3.1 电气设计规则 Electrical(电气设计)规则是电路板在布线时必须遵守的,包括安全间距、短路允许等4个方面设置。1 1ClearanceClearance(安
19、全间距)设置(安全间距)设置安全间距设置的是 PCB 电路板在布置铜膜导线时,元件焊盘和焊盘之间、焊盘和导线之间、导线和导线之间的最小距离。这个规则在【例7.1】“趣味闪闪灯”电路设计中已讲述。2 2Short CircuitShort Circuit(短路)设置(短路)设置短路设置是否允许电路中有导线交叉短路。系统默认不允许短路,即取消Allow Short Circuit复选项的选定,如图7-3-3 所示。图7-3-3 短路是否允许设置3 3Un-Routed NetUn-Routed Net(未布线网络)设置(未布线网络)设置指定网络、检查网络布线是否成功,如果不成功,将保持用飞线连接。
20、4 4Un-connected PinUn-connected Pin(未连接管脚)设置(未连接管脚)设置对指定的网络检查是否所有元件管脚都联机了。7.3.2 布线设计规则1 1WidthWidth(导线宽度)设置(导线宽度)设置导线宽度分别有Max width(最大宽度)、Preferred Width(最佳宽度)、Min width(最小宽度)三个值。系统对导线宽度的默认值为10mil,单击每项直接输入数值可更改。本例采用系统默认值10mil。2 2Routing TopologyRouting Topology(布线拓扑)设置(布线拓扑)设置拓扑规则是指布线的拓扑逻辑约束。Altium
21、Designer 14中常用的布线约束为统计最短逻辑规则,用户可以根据具体设计选择不同的布线拓扑规则。Shortest(最短)规则。该规则要求能够连通网络上的所有节点且使用的铜膜导线总长度最短。Horizontal(水平)规则。Vertical(垂直)规则。Daisy Simple(简单雏菊)规则设置。该规则要求在用户指定的起点和终点之间连通网络上的各个节点,并且使连线最短。如果设计者没有指定起点和终点,此规则和“Shortest”拓扑规则的结果相同。Daisy-MidDriven(雏菊中点)规则设置。该规则要求以指定的起点为中心向两边的终点连通网络上的各个节点,起点两边的中间节点数目要相同,
22、并且使连线最短。Daisy Balanced(雏菊平衡)规则。该规则要求将中间节点数平均分配成组,组的数目和终点数目相同,一个中间节点组和一个终点相连接,所有的组都连接在同一个起点上,起点间用串联的方法连接,并且使连线最短。Star Burst(星形)规则。该规则要求网络中的每个节点都直接和起点相连接,如果设计者指定了终点,那么终点不直接和起点连接。如果没有指定起点,那么系统将试着轮流以每个节点作为起点去连接其它各个节点,找出连线最短的一组连接作为网络的拓扑。图7-3-5 最短拓扑逻辑 图7-3-6 水平拓扑规则 图7-3-7 垂直拓扑规则图7-3-8 简单雏菊规则 图7-3-9 雏菊中点规则
23、 图7-3-10 雏菊平衡规则 图7-3-11 星形 规则3 3Routing Routing RriorityRriority(布线优先级别)选项区域设置(布线优先级别)选项区域设置该规则用于设置布线的优先次序,设置的范围从0100,数值越大,优先级越高,如图7-3-12所示。4 4Routing LayersRouting Layers(布线)设置(布线)设置该规则用于设置布线规则可以约束的工作层。包括顶层和底层布线层,共有32个布线层可以设置。如图7-3-13所示,由于本例设计的是双层板,故Mid-Layer 1到Mid-Layer30都不存在,只能使用Top Layer和Bottom
24、Layer两层。图7-3-12 布线优先级设置图7-3-13 布线层设置5Routing Corners(拐角)设置布线的拐角可以有45拐角、90拐角和圆形拐角三种,如图7-3-14所示。从Style下拉菜单中可以选择拐角的类型。6Routing Via Style(过孔)设置该规则用于设置布线中导孔的尺寸,其过孔设置如图7-3-17所示。可以调整的参数有过孔的直径Via Diameter和过孔中的通孔直径Via Hole Size,包括Maximum(最大值)、Minimum(最小值)和Preferred(最佳值)。设置时需注意过孔直径和通孔直径的差值不宜过小,否则将不宜于制板加工。合适的差
25、值在10mil以上。图7-3-14图7-3-177.3.3 SMT元件规则SMT元件类规则主要设置SMD元件引脚与布线之间的规则,共分为三个规则。1 1SMD To CornerSMD To Corner设计规则设计规则SMD To Corner设计规则用于设置SMD元件焊盘与导线拐角之间的最小距离。SMD ToCorner设计规则视图中的Constraints区域。Distance编辑框用于设置SMD与导线拐角处的距离。2 2SMD TO PlaneSMD TO Plane设计规则设计规则SMD To Plane 设计规则用于设置SMD与电源层的焊盘或过孔之间的距离。其Constraints
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