PCB设计基本步骤

Altium Designer（AD）

  • 从1985年Altium公司成立以来经历几个决定性的事件：

    • 1991年Altium公司将公司总部迁至美国并在发布了世界上首款基于Microsoft Windows运行的PCB设计系统
    • 1999年Altium公司成功完成IPO并在澳大利亚证券交易所（ASX）上市
    • 2013年Altium公司生产的首个原生3D软硬结合板电子设计系统问世
      Altium Designer（简称AD）被描述为一个 PCB 以及一个电子设计自动化软件，它提供给用户和开发人员的印刷电路板，功能十分强大，且使用方便，比较容易上手。它的前身大家也比较熟悉，就是Protel。
  • Altium Designer具有以下功能和属性，如下所述：
    • Altium Designer被认为是一种全球可用的技术，使设计师能够在任何地方协同工作
    • Altium Designer能够提供跨多个平台的无缝集成以创建设计环境
    • Altium Designer可以轻松协作并观察用户设计，从原理图到 3D 渲染，从 BOM 开始

AD软件界面介绍

1、工程文件的建立

  • Step 1：新建PCB工程

    • [File]→[New]→[Project]→[Project Name]→[Folder]→[Creat]
  • Step 2：新建原理图文件和PCB文件
    • 原理图文件：[File]→[New]→[Schematic] or 右键工程文件→[Add New to Project]→[Schematic]
    • PCB文件：[File]→[New]→[PCB] or 右键工程文件→[Add New to Project]→[PCB]
    • 创建完成后可以在工程文件栏查看右键弹出菜单栏→[Save]/[Save as]
  • Step 3：导入元器件原理图库和PCB封装库（一次性/可编辑）
    • 右下角[Panels]→[Components]打开元件库→三横符号按钮 →[File-based Libraries Preferences]→[install…]

      • 其中：Design Item ID——元器件名称
        ~~~~~~~~~~Description——元器件描述

2、原理图的绘制

  • Step 1：放置元件

    • Altium Designer原理图的绘制主要是有两个要素：元件符号和线路连接。
    • 绘制原理图的主要操作就是将元件符号放置在原理图图纸上，然后用线将元件符号中的引脚连接 起来，建立正确的电气连接。
    • 放置元件方法：从[Place]→[Part]元器件库[Components]直接拖动到想要的位置，松开鼠标即可。
  • Step 2：设置元件属性
    双击需要修改的元件进行属性修改，双击后在右侧会出现[Properties]属性面板

    • 其中：Designator——元器件编号
    • ~~~~~~~~~~Comment——元器件的值（如R\C\L等）/元器件的名称/元器件的参数等
    • ~~~~~~~~~~Description——元器件描述
  • Step 3：电气连接
    • 导线的放置：[Place]→[Wire]（ctrl+w）
    • 导线的拐角模式：直角、45°角、任意角度
    • 总线的放置：[Place]→[Bus]
    • 总线是一组具有相同性质的并行信号线的组合，如数据总线、地址总线、控制总线等的组合
    • 电源和接地符号的放置：[Place]→[Power Port]，默认是接地符号，如果需要更改为电源接口等，按下[tab]键，在[Style]窗口进行修改
    • 网络标签的放置：[Place]→[Net Label]
    • 元件之间的电气连接除了直接使用导线之外，还可以用相同的网络标号来完成
  • Step 4：元器件的自动标号
    • 自动标号：[Tools]→[Annotation]→[Annotate Schematics…]
  • Step 5：原理图的编译
    • 将原理图更新到PCB之前需要对原理图进行编译以及电气性能的检查，可以利用AD自带的ERC功能 对原理图进行检查
    • 编译检查：[Project]→[Validata PCB Project …PrjPcb]
    • 查看结果：[Panels]→[Message]

3、PCB的绘制

  • Step 1：原理图导入PCB

    • 导入方法：[Design]→[Update PCB Document …]
    • 其中：[Validate Changes]——验证变更
    • ~~~~~~~~~~[Execute Changes]——执行变更

  • Step 2：规则设置

    • [Design]→[Rule]

  • Step 3：元件布局的要求

    • 遵照“先大后小，先难后易”的布置原则，即重要的单元电路、核心元器件应当优先布局
    • 布局中应参考原理框图，根据单板的主信号流向规律安排主要元器件。应尽量满足要求
      • Ⅰ、总的连线尽可能短，关键信号线最短
      • Ⅱ、去耦电容的布局要尽量靠近IC的电源管脚，并使之与电源和地之间形成的回路最短
      • Ⅲ、减少信号走线的长度，防止在路上出意外
    • 元器件的排列要便于调试和维修，即小元件周围不能放置大元件、需调试的元器件周围要有足 够的空间
    • 相同结构电路部分，尽可能采用“对称式”标准布局；按照均匀分布、重心平衡、版面美观的标准优化布局
    • 同类型插装元器件在X或Y方向上应朝一个方向放置。同一种类型的有极性分立元件也要力争在X或Y方向上保持一致，便于生产和检验。
    • 发热元件要一般应均匀分布，以利于单板和整机的散热，除温度检测元件以外的温度敏感器件应远离发热量大的元器件。
    • 高电压、大电流信号与小电流，低电压的弱信号完全分开
    • 模拟信号与数字信号分开；高频信号与低频信号分开
    • 高频元器件的间隔要充分
    • 元件布局时，应适当考虑使用同一种电源的器件尽量放在一起，以便于的电源隔离。

  • Step 4：布线原则

    • 关键信号线优先：摸拟小信号、高速信号、时钟信号和同步信号等关键信号优先布线
    • 密度优先原则：从单板上连接关系最复杂的器件着手布线。从单板上连线最密集的区域开始布线 。
    • 布线步骤
      • 先走信号、时钟线
      • 走电源线
      • 地线：根据板子需求而定，如果使用的大面积铺铜，不需要走地线如果需要走地线，则要满足地线＞电源线＞信号线的原则

  • Step 5：布局

    • 根据原理图把元器件按照就近原则归类。

      • Ⅰ、利用[Ctrl+左键]点击大器件的引脚，找到相同网络 元件，就近放置以每个功能电路的核心元件为中心， 围绕它来进行布局。
      • Ⅱ、元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上
      • Ⅲ、尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。
    • 参考数据手册调整布局

  • Step 6：走线

    • 走线的步骤：[Place]→[Track]或者[Ctrl+W]
    • 放置过孔：[Place]→[Via]
    • 铺铜：电源或者地线可以选择大面积铺铜 [Place]→[Polygon Pour]
    • 添加泪滴：[Tools]→[Teardrops]

  • Step 7：绘制板子形状进行裁剪

    • 绘制PCB的外边缘：[Place]→[Keepout]→[Track]
    • 裁剪PCB的形状：[Design]→[Board Shape]→[Defind Board Shape from Selected Objects]
    • 描述PCB的尺寸：[Place]→[Dimension]→[Linear]

  • Step 8：铺铜——地线

    • [Place]→[Polygon Pour]
    • 打过孔，保证上下两层或多层之间的地线的连续

4、最终规则检查

  • 规则检查：[Tools]→[Design Rule Check…]→[Run Design Rule Check…]
  • 运行结束后会出线报告弹窗，也可以在[Message]栏查看，当规则DRC检查后，PCB设计基本完成。

以上大概总结为

  • Part 1 AD软件

    • 从1985年Altium公司成立以来经历几个决定性的事件：1991年Altium公司将公司总部迁至美国并在发布了世界上首款基于Microsoft Windows运行的PCB设计系统；1999年Altium公司成功完成IPO并在澳大利亚证券交易所（ASX）上市；2013年Altium公司生产的首个原生3D软硬结合板电子设计系统问世。
    • Altium Designer（简称AD）被描述为一个 PCB 以及一个电子设计自动化软件，它提供给用户和开发人员的印刷电路板，功能十分强大，且使用方便，比较容易上手。它的前身大家也比较熟悉，就是Protel。
    • Altium Designer具有以下功能和属性，如下所述：
      • Altium Designer被认为是一种全球可用的技术，使设计师能够在任何地方协同工作。
      • Altium Designer能够提供跨多个平台的无缝集成以创建设计环境。
      • Altium Designer可以轻松协作并观察用户设计，从原理图到3D渲染，从BOM开始。
  • Part 2 AD软件界面介绍
    • 快速访问栏，菜单栏，小菜单栏/文件栏，工作面板，属性面板
  • Part 3 工程文件的建立
    • Step 1：新建PCB工程

      • [File]→[New]→[Project]→[Project Name]→[Folder]→[Creat]。
    • Step 2：新建原理图文件和PCB文件
      • 原理图文件：[File]→[New]→[Schematic] or 右键工程文件→[Add New to Project]→[Schematic]
      • PCB文件：[File]→[New]→[PCB] or 右键工程文件→[Add New to Project]→[PCB]
      • 创建完成后可以在工程文件栏查看右键弹出菜单栏→[Save]/[Save as]
    • Step 3：导入元器件原理图库和PCB封装库（一次性/可编辑）
      • 右下角[Panels]→[Components]打开元件库→ →[File-based Libraries Preferences]→[install…]
      • 其中：Design Item ID ——元器件名称；Description——元器件描述
  • Part 4 原理图的绘制
    • Step 1：放置元件

      • Altium Designer原理图的绘制主要是有两个要素：元件符号和线路连接。
      • 绘制原理图的主要操作就是将元件符号放置在原理图图纸上，然后用线将元件符号中的引脚连接起来，建立正确的电气连接。
      • 放置元件方法：从[Place]→[Part]元器件库[Components]直接拖动到想要的位置，松开鼠标即可。
    • Step 2：设置元件属性
      • 双击需要修改的元件进行属性修改，双击后在右侧会出现[Properties]属性面板。
      • 其中：Designator——元器件编；Comment——元器件的值（如R\C\L等）/元器件的名称/元器件的参数等；Description——元器件描述。
    • Step 3：电气连接
      • ① 导线的放置：[Place]→[Wire]（ctrl+w）。

        • 导线的拐角模式：直角、45°角、任意角度。
      • ② 总线的放置：[Place]→[Bus]。
        • 总线是一组具有相同性质的并行信号线的组合，如数据总线、地址总线、控制总线等的组合。
      • ③ 电源和接地符号的放置：[Place]→[Power Port]，默认是接地符号，如果需要更改为电源接口等，按下[tab]键，在[Style]窗口进行修改。
      • ④ 网络标签的放置：[Place]→[Net Label]。
        • 元件之间的电气连接除了直接使用导线之外，还可以用相同的网络标号来完成。
    • Step 4：元器件的自动标号
      • 自动标号：[Tools]→[Annotation]→[Annotate Schematics…]。
    • Step 5：原理图的编译
      • 将原理图更新到PCB之前需要对原理图进行编译以及电气性能的检查，可以利用AD自带的ERC功能 对原理图进行检查。
      • 编译检查：[Project]→[Validata PCB Project …PrjPcb]。
      • 查看结果：[Panels]→[Message]。
  • Part 5 PCB的绘制

    • Step 1：原理图导入PCB
      导入方法：[Design]→[Update PCB Document …]。
      其中：[Validate Changes]——验证变更；[Execute Changes]——执行变更。

    • Step 2：规则设置
      [Design]→[Rule]

    • Step 3：元件布局的要求

      • ① 遵照“先大后小，先难后易”的布置原则，即重要的单元电路、核心元器件应当优先布局。
      • ② 布局中应参考原理框图，根据单板的主信号流向规律安排主要元器件。应尽量满足要求：
        • Ⅰ、总的连线尽可能短，关键信号线最短；
        • Ⅱ、去耦电容的布局要尽量靠近IC的电源管脚，并使之与电源和地之间形成的回路最短；
        • Ⅲ、减少信号走线的长度，防止在路上出意外。
      • ③ 元器件的排列要便于调试和维修，即小元件周围不能放置大元件、需调试的元器件周围要有足够的空间。
      • ④ 相同结构电路部分，尽可能采用“对称式”标准布局；按照均匀分布、重心平衡、版面美观的标准优化布局。
      • ⑤ 同类型插装元器件在X或Y方向上应朝一个方向放置。
        • 同一种类型的有极性分立元件也要力争在X或Y方向上保持一致，便于生产和检验。
      • ⑥ 发热元件要一般应均匀分布，以利于单板和整机的散热，除温度检测元件以外的温度敏感器件应远离发热量大的元器件。
      • ⑦ 高电压、大电流信号与小电流，低电压的弱信号完全分开；
        ~~~~模拟信号与数字信号分开；高频信号与低频信号分开；
        ~~~~高频元器件的间隔要充分。
        ~~~~元件布局时，应适当考虑使用同一种电源的器件尽量放在一起，以便于的电源隔离。

    • Step 4：布线原则

      • ① 关键信号线优先：摸拟小信号、高速信号、时钟信号和同步信号等关键信号优先布线。
      • ② 密度优先原则：从单板上连接关系最复杂的器件着手布线。从单板上连线最密集的区域开始布线 。
      • 布线步骤 Ⅰ、 信号、时钟线
      • ~~~~~~~~~~~~~~ Ⅱ、电源线
      • ~~~~~~~~~~~~~~ Ⅲ、地线
        • ~~~~~~~~~~~~~~~根据板子需求而定，如果使用的大面积铺铜，不需要走地线
        • ~~~~~~~~~~~~~~~如果需要走地线，则要满足地线＞电源线＞信号线的原则

    • Step 5：布局

      • ① 根据原理图把元器件按照就近原则归类。

        • Ⅰ、利用[Ctrl+左键]点击大器件的引脚，找到相同网络元件就近放置以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。
        • Ⅱ、元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上
        • Ⅲ、尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。
      • ② 参考数据手册调整布局

    • Step 6：走线

      • 走线的步骤：[Place]→[Track]或者[Ctrl+W]
      • 放置过孔：[Place]→[Via]
      • 铺铜：电源或者地线可以选择大面积铺铜 [Place]→[Polygon Pour]
      • 添加泪滴：[Tools]→[Teardrops]

    • Step 7：绘制板子形状进行裁剪

      • 绘制PCB的外边缘：[Place]→[Keepout]→[Track]
      • 裁剪PCB的形状：[Design]→[Board Shape]→[Defind Board Shape from Selected Objects]
      • 描述PCB的尺寸：[Place]→[Dimension]→[Linear]

    • Step 8：铺铜——地线

      • [Place]→[Polygon Pour]
      • 打过孔，保证上下两层或多层之间的地线的连续
  • Part 6 最终规则检查
    • 规则检查：[Tools]→[Design Rule Check…]→[Run Design Rule Check…]
    • 运行结束后会出线报告弹窗，也可以在[Message]栏查看，当规则DRC检查后，PCB设计基本完成。

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