altiumdesigner教学PPT-第7章

第7章印制电路板的布局设计印制电路板的布局设计在完成网络表的导入操作后，元件已经显示在工作窗口中了，此时就可以开始元件的布局。元件的布局是指将网络表中的所有元件放置在PCB板上，是PCB设计的关键一步。好的布局通常使具有电气连接的元件引脚比较靠近，这样可以使走线距离短，占用空间比较小，从而使整个电路板的导线能够易于连通，获得更好的布线效果。电路布局的整体要求是整齐、美观、对称、元件密度均匀，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；同时设计者在布局时还要考虑电路的机械结构、散热、电磁干扰及将来布线的方便性等问题。元件的布局有自动布局和交互式布局两种方式，只靠自动布局往往达不到实际的要求，通常需要将两者结合以获得良好的效果。自动布局规则设置AltiumDesignerSummer09系统的PCB编辑器是一个完全的规则驱动编辑环境。系统为设计者提供了多种设计规则，涵盖了PCB板设计流程中的各个方面，从电气、布局、布线到高频、信号完整性分析等。在具体的PCB设计过程中，设计者可以根据产品要求重新定义相关的设计规则，也可以使用系统默认的规则。如果设计者直接使用设计规则的系统默认值而不加任何修改，是有可能完成整个PCB板设计的，只是在后续调整中，工作量会很大。因此，在进行PCB板的具体设计之前，为了提高设计效率，节约时间和人力，设计者应该根据设计的要求，对相关的设计规则进行合理的设置。自动布局规则设置打开规则设置在AltiumDesignerSummer09的PCB编辑器中，执行【设计】/【规则】命令，即可打开【PCB规则及约束编辑器】对话窗。也可以在PCB设计环境中单击鼠标右键，选择【设计】/【规则】，打开【PCB规则及约束编辑器】对话窗，如图7-1所示。图7-1打开【PCB规则及约束编辑器】自动布局规则设置打开后的【PCB规则及约束编辑器】对话窗如图7-2所示。这个对话窗中包含了许多的PCB设计规则和约束条件。图7-2【PCB规则和约束编辑器】对话窗自动布局规则设置在【PCB规则和约束编辑器】对话窗的左边窗口中，系统列出了所提供的10大类设计规则（DesignRules），他们分别是：【Electrical】（电气规则）、【Routing】（布线规则）、【SMT】（表贴式元件规则）、【Mask】（屏蔽层规则）、【Plane】（内层规则）、【Testpoint】（测试点规则）、【Manufacturing】（制板规则）、【HignSpeed】（高频电路规则）、【Placement】（布局规则）和【SignalIntegrity】（信号完整性分析规则）。在上述的每一类规则中，又分别包含若干项具体的子规则。设计者可以单击各规则类前面的符号进行展开，查看每类中具体详细的设计规则。如图中所示的就是【Electrical】大类中的【Clearance】子规则设置窗口。自动布局规则设置进行PCB自动布局之前，设计者应该养成良好的规则习惯，首先应对【Placement】（布局规则）进行设置。单击【Placement】前面的符号，可以看到需要设置的布局子规则有6项，如图7-3所示。图7-3【Placement】布局规则中的子规则【RoomDefination】规则设置【RoomDefination】规则主要用来设置Room空间的尺寸以及它在PCB板中所在的工作层面。选中【RoomDefination】子规则选项，在子规则选项上单击鼠标右键，出现如图7-4所示的操作菜单，允许设计者增加一个新的【RoomDefination】子规则，或者删除现有的不合理的子规则。图7-4规则操作菜单【RoomDefination】规则设置在弹出的菜单（图7-4）中执行【新规则】命令后，系统会在【RoomDefination】子规则中建立一个新规则，同时，【RoomDefination】选项的前面出现一个，单击符号展开，可以看到已经新建了一个【RoomDefination】子规则，单击即可在对话框的右边打开如图7-5所示的窗口。图7-5【RoomDefination】规则设置【ComponentClearance】规则设置【ComponentClearance】规则主要用来设置自动布局时元件封装之间的最小间距，即安全间距。单击【ComponentClearance】规则选项下面的子规则，即可在对话框的右边打开如图7-6所示的窗口。图7-6【ComponentClearance】规则设置【ComponentOrientations】规则设置【ComponentOrientations】规则主要用于设置元件封装在PCB板上的放置方向。选中【ComponentOrientations】选项，并在该选项上单击鼠标右键，执行【新规则】命令，则在【ComponentOrientations】选项中建立一个新的子规则，单击新建的【ComponentOrientations】子规则即可打开设置窗口，如图7-7所示。图7-7【ComponentOrientations】规则设置【PermittedLayers】规则设置【PermittedLayers】规则主要用于设置元件封装能够放置的工作层面。选中【PermittedLayers】选项，并在该选项上单击鼠标右键，执行【新规则】命令，则在【PermittedLayers】选项中建立一个新的子规则，单击新建子规则即可打开设置窗口，如图7-8所示。图7-8【PermittedLayers】规则设置【NetsToIgnore】规则设置【NetsToIgnore】规则主要用于设置自动布局时可以忽略的网络。忽略一些电气网络（如电源网络、地线网络）在一定程度上可以提高自动布局的质量和速度。选中【NetsToIgnore】选项，并在该选项上单击鼠标右键，执行【新规则】命令，则在【NetsToIgnore】选项中建立一个新的子规则，单击新建子规则即可打开设置窗口，如图7-9所示。该规则的【约束】区域内没有任何设置选项，需要的约束可直接通过上面的规则匹配对象适用范围的设置来完成。图7-9【NetsToIgnore】规则设置【Height】规则设置【Height】规则主要用于设置元件封装的高度范围。在【约束】区域内可以设置元件封装的“最小的”、“最大的”以及“首选的”高度，如图7-10所示。图7-10【Height】规则设置电路板元件布局完成了元器件和网络表的同步后，元器件被混乱地放在一个空间内。这种情况下，是无法进行布线操作的，因此需要先进行合理的布局。一般来说，元件的布局有两种方式，即自动布局和手工布局。所谓自动布局，是指按照设计者事先定义好的设计规则，系统自动地在PCB板上进行元件的布局，这种方法效率较高，布局结构比较优化，但有时缺乏一定的合理性和实用性；手工布局是指设计者手工在PCB板上进行元件的布局，包括移动、排列元件，修改元件封装，调整元件序号等，布局结果比较符合设计者的意图和实际应用的要求，也有利于后面的布线操作，但相对效率较低。元件自动布局随着AltiumDesignerSummer09系统布局规则的越来越严格、越来越完善，其自动布局功能虽然还没有达到完全实用和完美的程度，但是大体上可以完成PCB板元器件的总体排放，极大地减少了设计者的工作量。元件自动布局元器件的自动布局上例中，我们已将原理图的有关信息同步到了PCB设计环境中。本例中，来完成元器件的自动布局。在PCB设计环境中执行【工具】/【器件布局】/【自动布局】命令，系统开始根据默认规则进行元器件的布局，如图7-11所示。图7-11元器件的自动布局元件自动布局执行【工具】/【器件布局】/【设置推及深度】命令，进行推挤深度设置，如图7-12所示。图7-12设置推挤深度元件自动布局设置好元器件之间的推挤深度，就可对堆放在PCB板左侧的“一堆”元器件进行推挤排放了。执行【工具】/【器件布局】/【挤推】命令，系统将按照用户设定的推挤深度对元器件进行推进排列，如图7-13所示。图7-13推挤完成后的元器件布局元件手动布局由于自动布局仅仅是以将元件封装放置到PCB板上为目的，因而自动布局之后的PCB板显然缺乏一定的合理性和美观性，无法让设计者满意，更无法进行下面的布线操作。为了制作出高质量的PCB板，在自动布局完成后，设计者有必要根据整个PCB板的工作特性、工作环境以及某些特殊方面的要求，进一步进行手工调整。例如，将处理小信号的元器件远离大电流器件或晶振等易引起干扰的器件，或者，将接口类的接插元器件放置在板子周围，以方便插接等等。元件手动布局元器件的手动布局对上例中进行了推挤操作后的元器件进行手动布局。在PCB设计环境中，单击鼠标右键，在弹出的菜单中执行【选项】/【板层颜色】命令，在打开的【视图配置】对话框中关闭没有使用或者不需要的工作层，如图7-14所示。图7-14设置工作层面元件手动布局在图7-13所示的推挤后布局的基础上，根据信号流动方向，以及将接口类元器件放置在PCB板边缘的原则对元器件进行重新布局。图7-13推挤完成后的元器件布局元件手动布局元器件的重新布局过程很简单，只需使用鼠标点击需要移动的元器件，拖拽到所需位置放手即可。元器件布局完成后，接下来将每个元器件的器件标识符通过拖拽的方法放置在靠近元器件的适当位置，方便阅读和查找。通过上述操作后的元器件新的布局如图7-15所示。很显然，现在的布局已变得合理很多，而且清晰易读。图7-15完成手动布局3D效果图在3D效果图上用户可以看到PCB板的实际效果及全貌，并通过3D效果图来察看元件封装是否正确、元件之间的安装是否有干涉和是否合理等。总之，在3D效果图上用户可以看到将来的PCB板的全貌，可以在设计阶段把一些错误改正，从而缩短设计周期并降低成本。因此，3D效果图是一个很好的元器件布局分析工具，设计者在今后的工作中应当熟练掌握。3D效果图在PCB设计环境中，执行【察看】/【切换到3维显示】命令，PCB编辑器内的工作窗口变为三维仿真图形，如图7-16所示。生成的三维效果图是以“.PCB3D”为后缀名的同名文件。还可修改三维效果图显示和打印属性。图7-16三维显示效果图3D效果图在三维效果图工作窗口中执行【工具】/【优先选项】命令，将打开【参数选择】对话框，如图7-19所示。此时在该对话框左侧树状目录中选择【PCBEditor】/【PCBLegacy3D】目录节点，将打开PCBEditor-PCBLegacy3D选项页，如图7-20所示。图7-19【参数选择】对话框图7-20PCBEditor-PCBLegacy3D选项页网络密度分析网络密度分析是利用AltiumDesignerSummer09系统提供的密度分析工具，对当前PCB文件的元件放置及其连接情况进行分析。密度分析会生成一个临时的密度指示图(DensityMap)，覆盖在原PCB图上面。在图中，绿色的部分表示网络密度较低，元件越密集、连线越多的区域颜色就会呈现一定的变化趋势，红色表示网络密度较高的区域。密度指示图显示了PCB板布局的密度特征，可以作为各区域内布线难度和布通率的指示信息。用户根据密度指示图进行相应的布局调整，有利于提高自动布线的布通率，降低布线难度。在AltiumDesignerSummer09的PCB编辑器中，执行【工具】/【密度图】命令，系统自动执行对当前PCB文件的密度分析。按End键刷新视图，或者通过单击文件标签切换到其他编辑器视图中，即可恢复到普通PCB文件视图中。通过3D视图和网络密度分析，我们可以进一步对PCB元件布局进行调整。完成上述工作后，就可以进行布线操作了。思考与练习1、概念题（1）元件的布局有哪两种方式？各有什么优缺点？（2）简述元器件自动布局的方法。（3）简述元器件手动布局的方法。（4）简述3D效果图的操作方法。2、操作题（1）打开一个现有的PCB文件，练习设置布局规则。（2）对第3章操作题中