【说明】:本贴内容总结自《AltiumDesigner原理图与PCB设计》-黄智伟等著,主要是为自己学习积累用。也有一部分内容转自其他网文,基本注明了出处。有错误之处请务必指出,学习无止境,硬件路漫漫。假如有机会还是希望能接触到高频数字电路的设计哈哈哈(机会渺茫)。对于电源电路和射频电路就无力无心了。

【一、AltiumDesigner基础知识】

【设计自定义(公司)的图纸模板】
主要就是图纸的尺寸与标题栏的自定义,之后保存为模板文件(.SchDot),并保存在AD文档目录下,如C:\Users\Public\Documents\Altium\AD17\Templates。在偏好Preference设置中可以将自己的模板设置为默认原理图模板。
【批量修改元件封装】<也适用其他要求的统一修改,推荐!>

  1. 管理器修改:Tools - Footprint Manager-点击右键,选择set as current
  2. 筛选修改:选中元件右击 - Find Similar Objects - Current Footprint

【旋转元件】

  1. 以任意角度旋转元件或部分电路:Edit - Move - Rotate Selection(快捷键E-M-O)
  2. 元件选中 - 修改旋转参数

【ERC规则修改】

  1. Design - Rules

【关于自建库的操作】
AltiumDesigner采用了库文件的形式来实现所有元件以及其各功能,可以看成:
集成库(.IntLib)=原理图库(.SchLib)<核心>+封装库(.PcbLib)+仿真模型库()+信号分析模型库()+3D模型库()

  • 利用现有的库:有利于保持元器件风格的一致,原理图库是核心,我们可以直接安装的库文件也就是集成库或者原理图库。
  • 假如你有强迫症非要把封装、原理图、3D模型做到一个集成库,要注意集成库项目(.LibPkg)下要为原理图添加好封装类型,集成库的作用就是你在原理图调用时不能改库里面的内容,比如你集成库里的只添加使用了0603的封装,尽管你的封装库中有0805,但编译得到的集成库中是找不到0805的。


                                              图1-直接提取库文件即可

【二、AltiumDesigner原理图编辑规范】

  • 建立电气连接:单张原理图采用网络标号,层次原理图下不同原理图采用端口;
  • AltiumDesigner中符号无欧/美的区别;
  • 原理图库元件绘制时,带有"X"的一端(有电气特性)朝外;
  • PCB库元件手动绘制时,封装参数可以在任意层,但元件轮廓只能在Top Overlay,焊盘只能在Top Layer;
  • 小阵列过孔是用于地平面的导通,降低回路阻抗。这些过孔所在的铜皮肯定是接地,也就是GND;
用途 方法
弹出对象属性设置框(元件) 绘制、放置时按"Tab"
绘制线条类的折转模式(直角、45°、任意) shift+“空格”
双层板切换元器件所在层 V->B,正反面切换在拖动元器件的同时,按下L,该元器件自动到底层去了
网络标号、符号取非(如ENABLE‾\overline{ENABLE}ENABLE) 在第一个字符前加’\’
所选对象的逆时针旋转 空格键(90°/次)
所选对象的上下对调 选中,按"Y"键
所选对象的左右对调 选中,按"X"键
批量粘贴所选对象 选中复制,按"Ctrl + Shift + V"键
查找文本/替换文本 “Ctrl + F”/ “Ctrl + H”
查找相同的元件 “Shift + F”,十字标点击需要查找的元件
批量元件的重新编号 “Tools-Annotation-Annotate Schematics”,设置编号
清除过滤显示(PCB) “Shift + C”
打开文档选项设置(英文输入) “D+O”
微调对象的位置 直接设置其坐标值(X,Y)
设置丝印字体镂空 字体参数设置为"Inverted"
设置板面不敷铜 “Place - Polygon Pour Cutout”
在顶层原理图中实现总线连线 器件管脚添加网络标号,如A0、A1等;总线上也要添加网络标号,如A[0…1],且中括号里必须为2个‘.’;端口名称形如A[0…1]

表1-AltiumDesigner实用技巧

【三、AltiumDesigner PCB图编辑规范】

1.元器件的安装与封装

3种焊盘类型:圆形焊盘(插立元件),焊盘尺寸一般为孔径2倍;矩形焊盘,常将元件第1个引脚焊盘设计为正方形;其他形状焊盘(八角、异形)。
条件允许时,尽量让焊盘向外拓展长些(12mil),方便焊接。
PCB基板尽量选用耐高温的,焊盘工艺好的。焊盘与过孔间的连线宜短,以减小焊盘与过孔的寄生电感。
过孔尽量大于10mil(0.25mm),以降低成本。
过孔不推荐放置在贴片焊盘上。
过孔电容(寄生电容)在高速数字电路和射频与微波电路PCB设计时须考虑。
2种典型安装形式:通孔插立安装(TH),表面贴装(SMT),不推荐双面通孔安装形式,避免误装。
元器件的间距须考虑焊接、测试、装配的方便性。
元器件尤其是贴片电容、电阻,建议使其焊盘均沿同一轴线方向对称放置的形式(避免遮蔽效应)。
插立元件如电解电容,推荐卧式安装,降低板面高度。
较重元器件靠近PCB支撑点放置,如继电器、变压器。
热敏元件远离大功率器件。
测试点(Test Pad)直接须大于1mm。

封装名 英文全称 中文全称
BGA Ball Grid Array 球栅阵列器件
DIP Dual-In-Line Components 双列直插方式
PLCC Plastic Leaded Chip Carriers 塑料封装有引线芯片载体
SOIC Small Outline Integrated Circuits 小外形集成电路封装
QFP Quad Flat Packs 方形扁平封装
SOP Small Outline Package Integrated Circuits 小外形封装集成电路
SOT Small Outline Transistor 小外形三极管封装
SOD Small Outline Diode 小外形二极管封装
SMD Surface Mount Device 表面贴装器件
QFN Quad Flat Non-leaded Package 四周无引线扁平封装
QFN Quad Flat Non-leaded Package 四周无引线扁平封装
QFN Quad Flat Non-leaded Package 四周无引线扁平封装
QFN Quad Flat Non-leaded Package 四周无引线扁平封装

1-常见元器件封装——Zero-One-0101

2.PCB板层设计

电路叠层中一般分有布线层、接地层、电源层3类。
高速数字电路和射频电路通常采用多层板设计,高速数字信号布线应远离多电源分割的参考层。设置多个接地层可提供一个好的低阻抗电流返回路径,减小共模EMI,层与层之间应紧密贴合,减小介质厚度。叠层设计处于工艺、成本的考虑,一般为偶数层,可以调整信号层、电源层、地层数目,或者增加空比信号层来达到这一目的。
四层板由顶自下,可为顶层、接地层、电源层、底层;六层板可有多种结构形式,一个典型的高速数字信号电路的板层设置如图2所示。八层板、十层板、十二层板也有典型的叠层设计,一般叠层中参考层越多,所获得EMC特性及信号完整性都会越好。叠层安排值得关注2点:控制线条阻抗、RF通量对消特性。

                                              图2-典型的6层板分层设计

3.PCB的RLC

(1)PCB中的导线电阻R 导线电阻与长度L和导线铜重有关(oz),因为导线电阻的存在,所以存在压降,
(2)PCB中的导线电感L 单纯的导线,或者隔着接地面的导线都存在电感,相同导线长度,环路面积越大,产生的电感值也越大。
(3)PCB中的导线电容C 在均匀横截面的互连线中,信号路径与返回路径间的电容,与互连线长度成正比。此外显然,PCB层间也可形成平行板电容,显然介质越厚,容值越小。
[总结]:电路中阻抗Z=R+Xl+Xc,单位也是欧姆,其中感抗Xl=jwl,容抗不考虑。为了控制导线阻抗,宜尽可能加粗并缩短地线,降低地线公共阻抗。导线间距离越近,互感M越大。电源层与接地层间也存在分布电感,所隔电介质厚度越小,分布电感越小,所以宜尽可能让VCC和GND面面相对(平面对),同时平面对还相当于提供了一定的高频去耦电容。

4.十大布线规则

(1)正交走线原则:PCB相邻层走线成正交结构,我感觉有2个好处,一是正交走线可避免串扰(高速数字信号),二是使走线效率提高,显然一个层面的走线若存在两个方向则会造成布线拥塞,反而徒增了过孔。
                                              图3-正交走线原则
(2)检查走线的开环、闭环:走线开环就像走线一端有浮空的线头,就像个小天线,越长越有天线效应;走线闭环常发生在多层设计中,同一信号线在不同层间连成个闭环,也同样相当于有天线的辐射效应。显然这些走线是totally多余的。
(3)走线从短原则:走线短的好处太多了,降低信号时延、降低走线阻抗、减弱受(对)外干扰、简化布线量等等。对于时序有严格要求的情况下(我猜想像SDRAM、flash这数字器件应该对其操作时序、读写时序有很高的要求吧),在方向一致下,可采用蛇形线来调整长度。此外走线有分支情况时也宜短(I2C上挂了一组器件)。
(4)拐角从弯原则:走线直角或锐角都会引入寄生电容电感,而其也有天线辐射效应,所以好理解,走线最好就是圆角,布线完成后补液滴也有用。
(5)防止走线谐振:布线布线避免与信号波长成整数倍(高频模拟或数字信号)
(6)差分对的走线原则:差分对的好处——高速信号的信号完整性好,抗干扰强,差分放大器增益更高,;差分对的毛病——

5.PCB线宽与电流换算

由于对于PCB上的电源线与保护地线(大地),由于有通流能力的要求,所以走线相应有宽度(阻抗)方面要求。从导线的角度也可以推测,PCB走线与电流的关系与3个方面有关:截面积(厚度、线宽)、温度、材料。

厚度一般为35um(敷铜箔1oz),PCB敷铜厚度单位是oz/平方英寸。面积注意换算成平方毫米。
工程经验为15~25 A/平方毫米
1inch = 1000mil = 25.4mm
【参考文献】:
1、PCB 线宽与电流关系怎样计算——电子发烧友网
2、超强整理!PCB设计之电流与线宽的关系——无痕幽雨

【五、PCB基本术语与常识】

  1. 网络表:描述电路元件信息及网络的连接信息的报表(.NET)。
  2. ERC: Electrical Rule Check(电气规则检查)。
  3. 公制(Metric)、英制(Imperial) 。注:1mil=0.0254mm
  4. 贴片电阻封装(英制)常用2种:0603(1.6mmx0.8mm ),0805(2.0mmx1.2mm) ,封装后缀L、N、M、V表示该封装不同的焊盘长度。电阻封装的外形尺寸: 08代表80mil长,05代表50mil宽。大容值贴片电容用0805以上封装,耐压更高。
  5. 阻焊层(Solder Mask):
  6. PCB固定孔大小参考:使用螺钉直径尺寸的大小增加0.5~1.0mm设计。例如M3螺钉,直径3.0mm,则PCB使用3.5mm的螺钉孔,见附表:单位(mm)
                                                  表1-固定孔型号
  7. 波峰焊与回流焊技术:
  8. 单板插箱安装:插板插入边宜设计45°倒角
  9. 过孔(镀通孔、Via):多层PCB中层之间信号的传输路径。3种形式:贯通孔、盲孔、埋孔,如下图所示。
                                                  图3-过孔类型
  10. 金手指:金手指由众多金黄色的导电触片组成,因其表面镀金而且导电触片排列如手指状,所以称为“金手指”。金手指实际上是在覆铜板上通过特殊工艺再覆上一层金,因为金的抗氧化性极强,而且传导性也很强。
                                                  图4-金手指
  11. 旁路电容:电源与地之间,使高频阻抗为0。
    去耦电容:去耦电容是位于元件电源端的电容,其可提供较稳定的电源,同时降低元件耦合到电源端的噪声,间接减少其他元件受此元件噪声的影响。有助解决电源完整性问题,连接去耦电容的走线短而宽,过孔尽量短。
  12. 折返路径:信号电流?低阻抗电流折返路径。
  13. 布线组合:一个信号路径所跨越的两个层称为一个布线组合。
  14. RF4板:环氧树脂-玻璃纤维板
  15. 开窗:所谓的窗口是去除导线上的涂料层,以便导线可以暴露于锡中。将PCB实现为即插即用的插件(金手指),而且可以增加焊料厚度以提高过电流能力。
  16. 微带线与带状线:微带线即PCB表面布线,其易造成EMC问题,但其信号传输速度快于带状线;带状线指埋在PCB内部的走线,可以改善EMC。

【常见错误】
出现Unknown Pin的情况:设计-网络表-清除全部网络
设计-类-删除类(自己的板子工程)
【AD库维护的一些建议】
标准化
原理图库:元件标识符+注释+描述+库内参考名(统一用英文)

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