基于AD的PCB画板手册

基于Altium Designer的PCB设计指南

 

（一）Altium Designer16软件概括

 

一、常用软件推荐设置介绍

二、快捷键设置

按住ctrl键的同时用鼠标左键点击相应图形界面按钮，就可以设置快捷键：

1.电气走线：F2

2.差分走线：Alt+F2

3.过孔：F3

4.铺铜：F4

5.线选：2（按s，接触线）

6.框选：3（按s，区域内部）

7.左对齐：Num4（按a,左对齐）

8.右对齐：Num6（按a,右对齐）

9.上对齐：Num8（按a,顶对齐）

10.下对齐：Num2（按a,底对齐）

11.水平等间距：Num7（按a,水平分布）

12.垂直等间距：Num9（按a,垂直分布）

13.测量边缘距离：Alt+F1（选择Reports->Measure Primitives）

14.放置FILL：Alt+F3（右上角方块图标，表示填充铜）

15.重新铺铜：Alt+F4（选择Tools->Polygon Pours->Repour Selected）

16.删除物理连接：Alt+`：（选择Tools->Un-Route->Connection，表示只要是跟该网络连接在一起的都可以删掉，如果只删除一段的话就选中按Delete即可）

17.选择物理连接：1（按s->Physical Connection）

 18.坐标移动：6（框选后按m->Move Slection by X,Y）

 19.差分等长：Alt+4（选择Tools->Interactive Diff Pair Length Tuning）

 20.等间距走线：Alt+5（选择Tools->Legacy Tools->Multiple Traces）

 

 

（二）两层PCB设计前期部分

 

一、原理图的分析及编译检查

 1.创建工程：File->New->Project,输入工程名和位置

 2.将原理图和PCB库加载到工程中：右击Project->Add Existing to Project->选择原理图和PCB库并点击确定

 3.创建PCB：File->New->PCB，保存并改一下PCB文件名

 4.分析原理图（清楚每个器件的作用，方便在设计时通过其作用定位位置和走线）：

 （1）MCU：四个滤波电容

 （2）IO引脚：将引脚进行引出

 （3）复位电路：通过电阻分压进行高电平复位

 （4）晶振电路：两边是耦合电容

 （5）供电电路：电源正极通过二极管导通对系统进行供电

 （6）按键电路：按键按下KEY端就变成低电平

 （7）电源供电：第3脚进行输入，第2脚和第4脚进行输出；左边是输入的滤波电容，一个大电容一个小电容；右边一个LED灯指示电源是否通了；

 （8）ISP接口：左边D+和D-是一对差分输入，右边是一个控制脚，通过高电平对其进行控制；

 （9）蜂鸣器：通过三极管进行高电平导通，通了之后就会进行鸣叫；

 （10）232电路：左边C14、C15是旁路电容，要靠近芯片进行摆放；C16是滤波电容，靠近管脚进行滤波；（485电路是一样的）

 （11）IIC存储：C21是滤波电容，右边是两个上拉电阻；

 （12）数码管显示：74HC595是两个驱动芯片，驱动右边的数码管，通过三极管对其进行控制；

 5.编译检查：

 （1）设置检查选项：在Project上单击右键，点击Project Opinion，设置错误报告；

 I.位号重复：Duplicate Part Designators设置成Fatal Error；

II.网络悬浮（一个元件每连接其他元件单独放置）：Floating net labels和Floating power objects 设置成Fatal Error；

  III.单端网络（连接线只有一端连接到了孤立的网络上）：Nets with only one pin设置为Fatal Error；如果确认就是需要单端网络就把该连接线删除。

     设置完成后按OK；

 （2）在Project上单击右键，点击Compile PCB Project，对工程进行编译；

点击右下角system，点击Message，调出编译信息；

注意：I.该线是不具备电气连接属性的，必须用进行电气连接；

  上面表示元件位号，下面表示元件名称或阻值、容值；

   II.如果要修改原理图库，就点击Design->Make Schematic Library->对话框选择第一项，OK；

  原理图中元件引脚上的十字星应该在芯片外；

  修改完之后在相应元件上单击右键选择Update Schematic Sheets；

 

二、PCB封装完整性检查及封装创建

1.将原理图导入PCB：

两种方法：1.确保原理图和PCB在同一工程中，然后在PCB中点击Design->Import Changes From XX.PrjPcb  2.在原理图中点击Design->Update PCB Document XX.PcbDoc

把最后一项Room去掉，然后点击Excute Changes；

 2.检查封装

 （1）点击Only Show Errors显示错误，查找封装未找到的元件；Report->Export->以xls的形式保存到桌面，以方便检查；

 （2）在原理图中逐一进行查找：在原理图上按J，选择Jump Component，输入器件位号，双击器件；如果有封装但没有匹配上，那就是路径设置有问题，直接在PCB Library中选择Any即可；

 （3）封装库管理器

 I.如果有多个器件都是同样的问题，需要用封装库管理器：在Tools里选择Footprint Manager；

 

 Designator表示器件位号，Comment表示器件阻值、容值，Current Footprint表示当前的封装库；在左边框中批量选择后，在右边点击Add并同一添加封装；

 点击Accept Changes，再点击Excute Changes；

 （4）如果没有封装就需要自己创建封装：在PCB Library中单击右键，选择New Blank Component，把名字改为其封装名->OK；

 I.首先在规格书中找到焊盘大小并放置一个焊盘，双击在Layer中改为Top Layer，在Shape中改为长方形，根据规格书输入焊盘宽度：在X-size处输入0.55mm（规格书上宽度是0.49mm，为了放置芯片贴偏，多加一点宽度作为补偿），根据规格书输入焊盘长度：在Y-size处输入2mm（规格书上写的是1mm，为了保险起见翻一倍）；

II.根据规格书焊盘间距是1.27mm，数量是8个：选中焊盘按Ctrl+C复制，再按Ctrl+V粘贴，按m选择move命令后输入1.27mm向右移动额定距离\直接使用阵列复制；选中第8个焊盘焊盘按Ctrl+C等鼠标变成十字光标后点击焊盘中心复制，再按Ctrl+V粘贴于原第8焊盘中心，按m选择move命令后输入5mm向上移动额定距离（要确保焊盘外距大于规格书上外间距，内距小于规格书上给定内间距），再通过阵列复制的方式完成剩下8个焊盘；

 III.焊盘阵列的快捷复制方式：选中后按Ctrl+C，鼠标变成十字光标后点击焊盘中心；然后Edit->Paste Special->Paste Array->填写Item Count、Text Increment、X-Spacing等，OK；鼠标变成十字光标后点击焊盘中心即可；

 IV.设置原点：点击Edit->Set Reference->Center；

 V.设置丝印：在丝印层Top Overlay中心点画一条线（宽度5mile），选中左右移5mm；同样上下丝印也是一样的，但如果焊盘在丝印内部，上下丝印也可以不要；为了美观可以在左边丝印中心位置画一个圆，然后宽度同样改为5mile，并改成半圆旋转90°；

 VI.1脚标识：在1脚处画一个圆形以作为标识；

回到原理图后就可以看到封装库已经显示了。

 （5）如果错误中有Unknow Pin意味着封装名字都没填写，在原理图上找到该元件双击，点击Add->OK，然后点击Browse选择相应封装后点击OK；

 如果存在多个都没添加封装的情况，就去封装库管理器中选中这些器件，然后点击Add进行添加，最后点击Accept Changes->Excute Changes，然后在重新导入一遍PCB；

再点击Only Show Errors就发现没有错误了，即原理图与PCB进行了完全的匹配；

 

三、PCB的导入及导入常见问题

1.按Shift+h键可以隐藏\显示掉左上角坐标；

 2.推荐设置1：在导入PCB之后会有一些绿色的自动报错，其解决办法是：选择Tools->Design Rule Check->Placement->Component Clearence中Online给勾选掉；其他的可以全部勾选掉，只保留第一个Electrical（电气性能的检测，包括开路、短路）

 3.推荐设置2：Ctrl+G设置格点，Step X改为1mil，右上设置为Dots，抓取格点选择5x；此时一个大点表示5mil，一个小点表示1mil；

4.原理图中连接多页的方法：选择Place->Off Sheet，将其和要跨页的引脚相连接；

 

 

（三）PCB的布局布线

 

一、PCB的布局

1.几个重要命令

（1）飞线的显示和隐藏：按n后可以选择将飞线进行显示或隐藏；

（2）对器件在矩形框内进行排布：先框选一部分器件，然后点击Arrange Components Inside Area（Num1）激活该命令，然后在空白区域画一个框，就会发现被选中器件全部排布在了该框中；

 

（3）交互映射：点击，在PCB中点击某一器件，该器件就会在原理图中高亮显示（方便我们核对、定位原理图）；

（4）分屏：在屏幕左上文件名旁边的空白处右击，选择Split Vertical；

（5）交互布局：选择Tools->Cross Select Mode即可，在原理图和PCB中该选项都要打开；可以实现在原理图或PCB一方中选中某一器件，另一方也会被选中；

（6）对器件在矩形框内进行排布、分屏、交互布局综合应用：先在原理图中选中某模块全部器件，然后选择对器件在矩形框内进行排布，最后在空白处画一个区域，则该模块的全部元器件都会集中到这个矩形区域内；

2.设计板框

 （1）在Keep Out Layer层点击画一个近似正方形的框，按空格是走直角，按Ctrl拖动可以整体拖动边框；

 （2）选择Place->Dimension->Linear，按Tab调整为mm并保留两位小数，对边框的长和宽进行测量；

 （3）从测量结果可知板子可定位100mmx100mm：选择Edit->Origin->Set，在板框左下角设置中心点，然后点击板框的左侧边和下侧边，将其长度分别改为100mm；然后线选两个边框，复制粘贴后旋转与其对接；

 （4）将板框选中，然后选择Design->Board Shape->Define from selected objects，将板框定义为工作区域；

 （5）由于是开发板，所以加一个3mm的定位孔：点击Place Pad放置一个过孔在边框左下角，双击大小改为3mm，并将Plated勾掉（非金属化过孔）；

 将过孔放在参考点处，输入移动坐标X、Y都为3mm，对其进行移动；

 选中过孔，按Ctrl+C并点击参考点，再按Ctrl+V并点击其他四个角的点分别进行对称粘贴；

 （6）倒角：双击左、下边框，在start处改为1mm，然后选择Place->Arc（Edge）在边框缺口处补半圆，其他四个角如法炮制；将板框选中，然后选择Design->Board Shape->Define from selected objects，将板框定义为工作区域；

 （7）放置叠层名字：选择Design->Layer Stack Manager，将Top Layer改为TOP，Bottom Layer改为BOTTOM；然后Place->String放置层标识，修改其名字和层；

3.布局

 （1）通过原理图，对器件进行模块化：对器件在矩形框内进行排布、分屏、交互布局综合应用，先在原理图中选中某模块全部器件，然后选择对器件在矩形框内进行排布，最后在空白处画一个区域，则该模块的全部元器件都会集中到这个矩形区域内；

 （2）电源和地有时候会干扰信号流向，需要将电源类飞线进行隐藏：选择Design->Classes；右击Net Classes，选择Add Class，输入PWR，然后将全部电源（3v3、5v、VUSB）关联到电源类中，点击Close；

创建好电源类后点击右下角PCB->PCB，将左边Normal改为Mask后，点击PWR，电源类飞线就高亮显示；右击PWR->Connection->Hide将电源飞线全部隐藏；

 （3）布局：先接口后其他、先大后小的原则（先定位接口器件后再模块化）

 I.先摆放各个接口：包括数码管Q1，X1、X2，LCD1，Z1，DB1，USB1，U8，JP20、JP21，JP3、JP4，JP13、JP14，JP16、JP17；

 II.再按照先大后小的原则：

 点击后选择接口，找到其在原理图中位置，然后在原理图中选择整个模块后在PCB中按住Shift单击接口去掉接口部分，按Num1后将该模块其他部分放置在接口周围；

 选中一个模块后看飞线走势如何，然后将其放在飞线较为集中且无阻挡的区域；

 

（在布局时位号比较烦人，可以先右击某一位号，然后选择Find Similar Objects->String Type选Same，然后在右下角点击Run Inspector->OK；

 选中所有器件，按a，选择Position Component Text->按5将位号放器件中心位置；）

 III.局部模块化布局

先布模块里最大的器件，再布外围小器件；

可以看到C16两端都是3.3V，说明3.3V跟GND短路了，这时候可以按住Ctrl然后点击原理图上的连接线，检查原理图中哪里3.3V跟GND短路；

 滤波电容要靠近相应管脚进行摆放；

 IV.布局完一个模块后，再按照顺时针或逆时针顺序布置其他模块 

 按键摆放成正方形；

 蜂鸣器靠近板边进行摆放，小器件靠近蜂鸣器摆放，并注意对称；

注：如何快速的把正面的器件放到背面？

在拖动器件的情况下按下键盘L即可；

注：如何微微移动器件？

框选后按住Ctrl+Shift并配合方向键进行移动；

注：电源线如何影响器件的布局？

从图中可以看到从VUSB进行供电，流经USB通信模块（从其1脚流入）；

 

  

为防止电源线对485和CAN电路造成影响，因此应该把电源放在下图的下面位置，把485和CAN电路放在下图的上面位置；

 

注：一些不重要的接口靠近飞线摆放就可以了；

注：各个接口的跳线尽量放到一起；

 

二、PCB的布线

1.常规规则设置（线宽要走多宽？电源如何去走？）

选择Design->Rules

（1）Electrical（电气规则）

I.间距规则

Where the first object matches和Where the second object matches选择All，意味着规则全局有效；

一般板厂都能做到4mil以上，差一点的也能做到6mil以上；

针对铜皮，可以自己输入规则：Where the first object matches->Custom Query->Query Builder->Condition Type中选择In Any Polygon->OK；Where the second object matches选择All；

间距设置成10mi->Apply；为了识别这是铜皮的间距规则，改一下名字POLY；

从铜皮到过孔：Where the first object matches->Custom Query->输入代码IsVia表示过孔；Where the second object matches->Custom Query->输入代码InPolygon表示铜皮；

间距设置为6mil，名字改为VIA_POLY->Apply->OK；

检测：点击铺铜，Layer选择TOP，Connect to Net选择3V3，进行铺铜；选择Report->Measure Distance对铜皮和焊盘距离进行测量，发现是6mil；

左下角Properties可以选择间距的优先级；

II.短路

III.开路

IV.铜皮的修改

 

（2）走线规则

 宽度、走线的拓扑结构、走线的Layer（比如有多层板，哪一层不能走线，可以在这里进行设置）、过孔类型、Fanout类型；

 I.线宽规则

 一般走线：在Width中，Where object matches选择All，宽度全部选择6mil；

 电源线：Where object matches选择Net Class，最小宽度8mil，最大宽度60mil，优先走线15mil；

 II.过孔规则

 设置12mil的孔，24mil的盘；

 

（3）Mask（阻焊规则）

 设置为2.5mil；阻焊在PCB上表现为紫色，其作用是防止绿油覆盖；

 

 

（4）Plane（铜皮规则）

 重点说下连接方式：Polygon Connect；大部分设计焊盘采用十字连接，一般铺铜的都是电源，所以宽度要宽一些；

 这里设置为18mil；

（5）Manufacturing（生产制造规则，比如丝印、丝印间距）

 Silk to Silk Clearance->设置为2mil，防止丝印间遮挡，印刷出来看不清；

 Silk to Solder Clearance->设置为2mil（防止丝印被阻焊遮挡，不完整无法识别）

 

（6）High Speed（高速等长）

（7）Placement（布局规则）

注：双面布局时，接插线布局与焊盘不能放太近，在同一面时不存在上述问题；

注：20mil过1A的电流，过孔是0.5mm过1A电流；

 

2.扇孔

（1）扇孔

 什么是：布线前首先要做扇孔，就是把孔打在它的周边；

 为什么：为什么要扇孔？第一是为了布线规范，第二是减小回流路径；

 怎么做：同样先选择顺时针或逆时针方向，先把较近的焊盘用走线连接起来；

选中走线后按下“[”按键，可以看到该引脚连接到哪个引脚上；如果走线较长就先引出扇孔，然后从底层走线；

注：如何单层显示？按Shift+s即可切换不同层显示；

 

注：过孔要放在右图位置，如果放在左图位置，电源线（蓝色）进来后电容的滤波作用有限；

  

注：多根拉线如何使用？先线选两条线，然后按下按键t->t->m（Mutiple Traces）

注：最后删孔很容易，但是最后加孔比较麻烦；

 

（2）铺铜

点击进入铺铜界面，选择Hatched选项；Track Width选择5mil，Grid Width选择4mil，选择Arcs，选择90 Degree；选择相应网络；选择Pour Over All Same Net Objects；点击OK；

如果想对铺好的铜皮进行调整，则在调整后选择Tools->Polygon Pours->Repour Select（快捷键Num3）；

 

（3）数码管模块

注：如何将器件翻转？

拖住器件，鼠标变成十字星，然后按X或Y即可进行水平或垂直翻转；

注：如何对称复制粘贴？

选中器件复制后点击参考点，再按Ctrl+V，再按X，点击粘贴参考点即可；

 

（4）LED灯

注：器件摆放时要根据原理图的对应关系一一摆放，否则布线还要调整；

 

（5）电源供电

 

 第2脚->第3脚->芯片第3脚->芯片第2、4脚，都需要进行铺铜加粗处理，这是电流的主干道；

注：有时候铺完铜觉得连接点太细，可以点击对其进行扩展；

注：在铺铜时输入（3V3）有多少过孔，输出回流（GND）也需要有多少过孔；

 

注：如果滤波电容与器件不在同一面，就直接打过孔，放在它周边就可以了；对于滤波电容和器件在同一面的，就必须先经过电容滤波后再经过器件；

 

（6）晶体

 

采用内差分走线；并采用立体包地，并在其上增加回流地过孔，这样干扰就可以进入地了；

 

（7）差分线

I.什么是差分线：

所谓差分线，就是一正一负，可以相互屏蔽干扰；这类差分线经常在高速线中用的多；

差分线是两根线，它们等线宽、等间距进行走线；

II.如何设置差分线：

Design->Classes->右击Differential Pair Classes，选择Add Class->输入90OM，点击Close；

 点击右下角PCB->PCB->选择Differential Pair Classes，然后选择90OM->点击Add，在正负线上输入两个引脚的名称->OK；

III.差分线规则设置：线宽走多宽、间距走多大间距

 在PCB界面中选择90OM->点击右下角Rule Wizard->创建规则名称DiffPair_90->Next->线宽设为6mil，间距设为7mil->Next->Finish；

IV.如何走差分线：

 选择，点击相应差分线，然后拖动即可；若两条差分线中间有交叉，则打过孔；

 走线完成后选择右下角clear，恢复普通视图；

注：差分线除了USB是90欧姆外，其他常规电路中的差分线都是100欧姆；

 

3.布线

（1）首先打开所有飞线；然后关闭PWR：点击PCB->PCB，右击PWR->Connection->Hide；