AltiumDesignerPCB设计

印制电路板的基础知识•印制电路板英文简称为PCB（PrintedCircleBoard）如图3-2所示。印制电路板的结构原理为：在塑料板上印制导电铜箔，用铜箔取代导线，只要将各种元件安装在印制电路板上，铜箔就可以将它们连接起来组成一个电路。图3-2PCB板1．印制电路板的种类•根据层数分类，印制电路板可分为单面板、双面板和多层板。•（l）单面板•单面印制电路板只有一面有导电铜箔，另一面没有。在使用单面板时，通常在没有导电铜箔的一面安装元件，将元件引脚通过插孔穿到有导山铜箔的一面，导电铜箔将元件引脚连接起来就可以构成电路或电子设备。单面板成本低，但因为只有一面有导电铜箔，不适用于复杂的电子设备。（2）双面板双面板包括两层：顶层（TopLayer）和底层（BottomLayer）。与单面板不同，双面板的两层都有导电铜箔，其结构示意图如图3-3所示。双面板的每层都可以直接焊接元件，两层之间可以通过穿过的元件引脚连接，也可以通过过孔实现连接。过孔是一种穿透印制电路板并将两层的铜箔连接起来的金属化导电圆孔。图3-3双面板（3）多层板•多层板是具有多个导电层的电路板。多层板的结构示意图如图3-4所示。它除了具有双面板一样的顶层和底层外，在内部还有导电层，内部层一般为电源或接地层，顶层和底层通过过孔与内部的导电层相连接。多层板一般是将多个双面板采用压合工艺制作而成的，适用于复杂的电路系统。图3-4多层板2．元件的封装•印制电路板是用来安装元件的，而同类型的元件，如电阻，即使阻值一样，也有大小之分。因而在设计印制电路板时，就要求印制电路板上大体积元件焊接孔的孔径要大、距离要远。为了使印制电路板生产厂家生产出来的印制电路板可以安装大小和形状符合要求的各种元件，要求在设计印制电路板时，用铜箔表示导线，而用与实际元件形状和大小相关的符号表示元件。这里的形状与大小是指实际元件在印制电路板上的投影。这种与实际元件形状和大小相同的投影符号称为元件封装。例如，电解电容的投影是一个圆形，那么其元件封装就是一个圆形符号。（l）元件封装的分类•按照元件安装方式，元件封装可以分为直插式和表面粘贴式两大类。•典型直插式元件封装外型及其PCB板上的焊接点如图3-5所示。直插式元件焊接时先要将元件引脚插入焊盘通孔中，然后再焊锡。由于焊点过孔贯穿整个电路板，所以其焊盘中心必须有通孔，焊盘至少占用两层电路板。图3-5穿孔安装式元件外型及其PCB焊盘•典型的表面粘贴式封装的PCB图如图3-6所示。此类封装的焊盘只限于表面板层，即顶层或底层，采用这种封装的元件的引脚占用板上的空间小，不影响其他层的布线，一般引脚比较多的元件常采用这种封装形式，但是这种封装的元件手工焊接难度相对较大，多用于大批量机器生产。图3-6表面粘贴式封装的器件外型及其PCB焊盘（2）元件封装的编号•常见元件封装的编号原则为：元件封装类型+焊盘距离（焊盘数）+元件外型尺寸。可以根据元件的编号来判断元件封装的规格。例如有极性的电解电容，其封装为RB.2-.4，其中“.2”为焊盘间距，“.4”为电容圆筒的外径，“RB7.6-15”表示极性电容类元件封装，引脚间距为7.6mm，元件直径为15mm。3．铜箔导线•印制电路板以铜箔作为导线将安装在电路板上的元件连接起来，所以铜箔导线简称为导线（Track）。印制电路板的设计主要是布置铜箔导线。•与铜箔导线类似的还有一种线，称为飞线，又称预拉线。飞线主要用于表示各个焊盘的连接关系，指引铜箔导线的布置，它不是实际的导线。4．焊盘•焊盘的作用是在焊接元件时放置焊锡，将元件引脚与铜箔导线连接起来。焊盘的形式有圆形、方形和八角形，常见的焊盘如图3-7所示。焊盘有针脚式和表面粘贴式两种，表面粘贴式焊盘无须钻孔；而针脚式焊盘要求钻孔，它有过孔直径和焊盘直径两个参数。•在设计焊盘时，要考虑到元件形状、引脚大小、安装形式、受力及振动大小等情况。例如，如果某个焊盘通过电流大、受力大并且易发热，可设计成泪滴状（后面章节会介绍）。图3-7常见焊盘5．助焊膜和阻焊膜•为了使印制电路板的焊盘更容易粘上焊锡，通常在焊盘上涂一层助焊膜。另外，为了防止印制电路板不应粘上焊锡的铜箔不小心粘上焊锡，在这些铜箔上一般要涂一层绝缘层（通常是绿色透明的膜），这层膜称为阻焊膜。6．过孔•双面板和多层板有两个以上的导电层，导电层之间相互绝缘，如果需要将某一层和另一层进行电气连接，可以通过过孔实现。过孔的制作方法为：在多层需要连接处钻一个孔，然后在孔的孔壁上沉积导电金属（又称电镀），这样就可以将不同的导电层缤3-8所示。穿透式过孔从顶层一直通到底层，而盲过孔可以从顶层通到内层，也可以从底层通到内层。•过孔有内径和外径两个参数，过孔的内径和外径一般要比焊盘的内径和外径小。图3-8过孔的两种形式7．丝印层•除了导电层外，印制电路板还有丝印层。丝印层主要采用丝印印刷的方法在印制电路板的顶层和底层印制元件的标号、外形和一些厂家的信息。3.2创建一个新的PCB文件•在将原理图设计转换为PCB设计之前，需要创建一个有最基本的板子轮廓的空白PCB。在AltiumDesigner中创建一个新的PCB设计的最简单方法是使用PCB向导，它可让设计者根据行业标准选择自己创建的PCB板的大小。在向导的任何阶段，设计者都可以使用Back按钮来检查或修改以前页的内容。要使用PCB向导来创建PCB，完成以下步骤：•1．在Files面板的底部的Newfromtemplate单元单击PCBBoardWizard创建新的PCB。如果这个选项没有显示在屏幕上，单击向上的箭头图标关闭上面的一些单元。•2．PCBBoardWizard打开,设计者首先看见的是介绍页,点Next按钮继续。•3．设置度量单位为英制（Imperial）。注意：1000mils=1inch(英寸)、1inch=2.54cm（厘米）。•4．向导的第三页允许设计者选择要使用的板轮廓。在本例中设计者使用自定义的板子尺寸，从板轮廓列表中选择Custom，单击Next。•5．在下一页，进入了自定义板选项。在本例电路中，一个2x2inch的板便足够了。选择Rectangular并在Width和Height栏键入2000。取消TitleBlock&Scale、LegendString和DimensionLines以及CornerCutoff和InnerCutoff复选框如图3-9。单击Next继续。图3-9PCB板形状设置•6．在这一页允许选择板子的层数。例子中需要两个SignalLayers，不需要PowerPlanes，所以将PowerPlanes下面的选择框改为0。单击Next继续。•7．在设计中使用过孔（via）样式选择ThruholeViasonly，单击Next。•8．在下一页允许设计者设置元件/导线的技术（布线）选项。选择Through-holecomponents选项，将相邻焊盘（pad)间的导线数设为OneTrack。单击Next继续。•9．下一页用于设置一些设计规则，如线的宽度、焊盘的大小，焊盘孔的直径，导线之间的最小距离如图3-10，在这里设为默认值。点Next按钮继续。10．单击Finish按钮。PCBBoardWizard已经设置完所有创建新PCB板所需的信息。PCB编辑器现在将显示一个新的PCB文件，名为PCB1.PcbDoc，如图3-11所示。图3-10设置线的宽度、焊盘的大小，焊盘孔的直径，导线之间的最小距离图3-11定义好的一个空白的PCB板形状•11．PCB向导现在收集了它需要的所有的信息来创建设计者的新板子。PCB编辑器将显示一个名为PCB1.PcbDoc的新的PCB文件。•12．PCB文档显示的是一个空白的板子形状（带栅格的黑色区域）。•13．选择View→FitBoard（热键V，F）将只显示板子形状。•14．选择File→SaveAs来将新PCB文件重命名（用*.PcbDoc扩展名）。指定设计者要把这个PCB保存在设计者的硬盘上的位置，在文件名栏里键入文件名Multivibrator.PcbDoc并单击保存按钮。•15．如果添加到项目的PCB是以自由文件打开的，在Projects面板的FreeDocuments单元右击PCB文件，选择AddtoProject。这个PCB文件已经被列在Projects下的SourceDocuments中，并与其他项目文件相连接。设计者也可以直接将自由文件夹下的Multivibrator.PcbDoc文件拖到项目文件夹下。保存项目文件如图3-12所示。图3-12Multivibrator.PcbDoc文件在项目文件夹下3.3用封装管理器检查所有元件的封装•在将原理图信息导入到新的PCB之前，请确保所有与原理图和PCB相关的库都是可用的。由于在本例中只用到默认安装的集成元件库，所有元件的封装也已经包括在内了。但是为了掌握用封装管理器检查所有元件的封装的方法，所以设计者还是执行以下操作：•在原理图编辑器内，执行Tools→FootprintManager命令，显示如图3-13所示封装管理器检查对话框。在该对话框的元件列表（ComponeneList）区域，显示原理图内的所有元件。用鼠标左键选择每一个元件，当选中一个元件时，在对话框的右边的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。如果对话框右下角的元件封装区域没有出现，可以将鼠标放在Add按钮的下方，把这一栏的边框往上拉，就会显示封装图的区域。如果所有元件的封装检查完都正确，按Close按钮关闭对话框。图3-13封装管理器对话框3.4导入设计•如果项目已经编辑并且在原理图中没有任何错误，则可以使用UpdatePCB命令来产生ECO（EngineeringChangeOrders工程变更命令），它将把原理图信息导入到目标PCB文件。更新PCB•将项目中的原理图信息发送到目标PCB：•1．打开原理图文件Multivibrator.SchDoc。•2．在原理图编辑器选择Design→UpdatePCBDocumentMultivibrator.PcbDoc命令。工程变更命令(EngineeringChangeOrder)对话框出现。如图3-14所示。图3-14工程变更命令对话框•3．单击ValidateChanges按钮，验证一下有无不妥之处，如果执行成功则在状态列表(Status)Check中将会显示符号；若执行过程中出现问题将会显示符号，关闭对话框。检查Messages面板查看错误原因，并清除所有错误。•4．如果单击ValidateChanges按钮，没有错误，则单击ExecuteChanges按钮，将信息发送到PCB。当完成后，Done那一列将被标记。如图3-15所示。图3-15执行了ValidateChanges、ExecuteChanges后的对话框•5．单击Close按钮，目标PCB文件打开，并且元件也放在PCB板边框的外面以准备放置。如果设计者在当前视图不能看见元件，使用热键V、D（菜单View→FitDocument）查看文档。如图3-16所示。图3-16信息导入到PCB•6．PCB文档显示了一个默认尺寸的白色图纸，要关闭图纸，选择Design→BoardOptions，在BoardOptions对话框取消选择DesignSheet。3.5印刷电路板（PCB）设计3.5.1设置新的设计规则•AltiumDesigner的PCB编辑器是一个规则驱动环境。这意味着，在设计者改变设计的过程中，如放置导线、移动元件或者自动布线，AltiumDesigner都会监测每个动作，并检查设计是否仍然完全符合设计规则。如果不符合，则会立即警告，强调出现错误。在设计之前先设置设计规则以让设计者集中精力设计，因为一旦出现错误，软件就会提示。•设计规则总共有10个类，包括电气、布线、制造、放置、信号完整性等的约束。现在来设置必要的新的设计规则，指明电源线、地线的宽度。具体步骤如下：•1．激活PCB文件，从菜单选择Design→Rules。•2．PCBRul