芮新芳 朱朝霞 牛耀國(guó)

（中國(guó)計(jì)量學(xué)院工程訓(xùn)練中心，浙江 杭州 310018）

1.引言

由于Altium Designer Winter 09具有功能強(qiáng)大、使用方便、界面友好等特點(diǎn)，能有效地提高電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的品質(zhì)和效率，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)電子企業(yè)廣泛采用的EDA軟件之一。為了使課程設(shè)置與社會(huì)需求緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)學(xué)生從學(xué)習(xí)到就業(yè)的無(wú)縫對(duì)接，從2010年起，我校電子實(shí)訓(xùn)課程采用Altium Designer Winter 09來(lái)取代了Protle 99 SE作為印刷電路板設(shè)計(jì)軟件。本文根據(jù)筆者的實(shí)踐教學(xué)和使用，針對(duì)電路板設(shè)計(jì)過(guò)程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，結(jié)合學(xué)生在學(xué)習(xí)該軟件時(shí)常見(jiàn)問(wèn)題，總結(jié)出來(lái)一些實(shí)用經(jīng)驗(yàn)和使用技巧。

印刷電路板的設(shè)計(jì)主要包括線路原理圖SCH和PCB圖這兩部分的設(shè)計(jì)工作，以下從這兩個(gè)方面來(lái)論述在設(shè)計(jì)過(guò)程中的需要注意的事項(xiàng)、常見(jiàn)問(wèn)題以及對(duì)應(yīng)的處理方法。

2.繪制原理圖

繪制原理圖是PCB設(shè)計(jì)的非常重要的前期準(zhǔn)備工作，如果原理圖有問(wèn)題，就不可能得到正確的PCB圖，在此基礎(chǔ)上生產(chǎn)出來(lái)的電子產(chǎn)品就是廢品。

2.1 繪制原理圖注意事項(xiàng)和常見(jiàn)問(wèn)題

（1）繪制原理圖前一定要先加載庫(kù)文件。Altium Designer提供了大量的庫(kù)文件，每個(gè)庫(kù)文件中都包含很多庫(kù)元件，把這些庫(kù)文件加載安裝后，我們就可以充分利用其中的庫(kù)元件來(lái)繪制原理圖。

（2）原理圖中的每個(gè)元器件的標(biāo)號(hào)（Designator）必須唯一，且不能為空，同一張圖中不能有多個(gè)元器件的標(biāo)號(hào)相同。

（3）有些集成電路，由多個(gè)獨(dú)立的功能模塊組成，以4049為例，它是六非門(mén)集成電路，內(nèi)部有六個(gè)反相器。對(duì)這些功能模塊，其標(biāo)號(hào)設(shè)置要完全相同。如果編號(hào)不同，在最后得到的PCB圖上將會(huì)出現(xiàn)多個(gè)4049集成電路。另外，還要對(duì)集成電路內(nèi)部功能模塊的Part屬性正確設(shè)置，分別為1/6，2/6…6/6，要根據(jù)實(shí)際需要以確定使用的是哪一個(gè)反相器。

圖1 設(shè)置元器件的Designator和Part屬性

（4）為了使原理圖更簡(jiǎn)潔和易讀，需對(duì)庫(kù)元件進(jìn)行編輯。在該庫(kù)元件的屬性窗口中，將其中的“Lock Pins”復(fù)選框設(shè)置為不勾選，如圖2所示。解除元器件引腳的鎖定后，就可以編輯元器件的各引腳了。在移動(dòng)或修改元件的引腳時(shí)，一定要注意引腳的方向。

圖2 解除元器件引腳的鎖定

可放大視圖，仔細(xì)觀察引腳的兩端來(lái)確定引腳的方向，其中一端有四個(gè)白點(diǎn)，該端具有電氣特性，其方向應(yīng)該朝外。另一方法是將鼠標(biāo)放置在引腳上，按住鼠標(biāo)左鍵，則鼠標(biāo)會(huì)自動(dòng)定位到有電氣特性的那一端。如果引腳的方向朝內(nèi)，則該元件的該引腳與其它元器件連線時(shí)就無(wú)法真正連接上。學(xué)生在編輯元件時(shí)經(jīng)常會(huì)忽略引腳的方向而導(dǎo)致原理圖出錯(cuò)。正確修改引腳后，再將“Lock Pins”選項(xiàng)勾選以鎖定引腳，以免它們被誤編輯。

（5）盡管系統(tǒng)提供了大量的庫(kù)元件，但也不能完全滿(mǎn)足軟件使用者的所有需求，這時(shí)我們必須根據(jù)需要來(lái)繪制庫(kù)元件。

在繪制庫(kù)元件時(shí)，要注意三點(diǎn)：①保證元件覆蓋在庫(kù)元件編輯窗口的大“┼”的中心，否則，繪制好的庫(kù)元件在原理圖中將無(wú)法準(zhǔn)確定位和移動(dòng)；②元件上引腳的方向要朝向外部；③對(duì)繪制完畢的元件要進(jìn)行屬性設(shè)置，如元件在庫(kù)中的名稱(chēng)、描述等等。

（6）連接原理圖中的各元器件時(shí)，點(diǎn)擊工具欄中的“Place Wire”按鈕后，再將鼠標(biāo)放置在要連線的元件引腳上，此時(shí)，鼠標(biāo)的形狀為“×”，才能開(kāi)始連線。連線到目標(biāo)元件的引腳上，鼠標(biāo)再次呈現(xiàn)該形狀時(shí)，連線才算結(jié)束。學(xué)生在連線時(shí)常會(huì)由于連線過(guò)長(zhǎng)，而出現(xiàn)元件沒(méi)有真正相連的錯(cuò)誤，如圖3所示。

圖3 錯(cuò)誤的連線

（7）原理圖中各元器件都連線完成后，還要設(shè)置原理圖中的各元件封裝屬性。如果元件的默認(rèn)封裝符合我們?cè)?shí)物的要求，可以不修改。但有些元件要采用我們自己繪制的封裝，必須將其封裝屬性正確設(shè)置。

（8）原理圖繪制完畢后，要對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行編譯，即進(jìn)行“ERC”檢測(cè)。在這一步驟中，初學(xué)者要特別注意是否存在元器件沒(méi)有標(biāo)號(hào)，或者存在多個(gè)元器件的標(biāo)號(hào)相同的情況，若有，則一定要改正。另外，若元器件的某些引腳不需要ERC檢測(cè)，可將工具欄中的“NOERC”標(biāo)志放置在這些引腳上。

2.2 繪制原理圖常用的工具和技巧

Altium Designer除保留了Protel系列軟件的一些快捷鍵外，還提供了一些可視化的工具以提高設(shè)計(jì)效率。

（1）個(gè)性化菜單

在界面的右下角，增加了一個(gè)菜單欄，其中包含了很多常用的命令，利用這些命令可以在各窗口之間非常方便地切換，比如Message窗口、Library窗口、Project窗口等。設(shè)計(jì)人員隨時(shí)都可以根據(jù)自己的需要，對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行查看和編輯。

圖4 SCH界面中的個(gè)性化菜單

（2）批量修改原理圖中元器件的屬性

可利用“Find Similar Objects…”和“SCH Inspector”，根據(jù)設(shè)計(jì)人員指定的條件對(duì)某些元器件的屬性進(jìn)行批量修改。

比如要設(shè)置原理圖中的某類(lèi)元件的封裝，以三級(jí)管放大電路為例，圖5中用到了三個(gè)CAPPol2庫(kù)元件，假設(shè)其默認(rèn)的封裝不符合我們用到的實(shí)物電容的要求，要將它們的封裝設(shè)置為用戶(hù)繪制的封裝“RB.1/.2”。如果對(duì)每個(gè)電容的封裝逐一修改，勢(shì)必會(huì)降低設(shè)計(jì)效率。可以批量將它們的封裝改為“RB.1/.2”。在原理圖中任一個(gè)CAPPol2上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選中“Find Similar Objects…”，彈出“Find Similar Objects”對(duì)話(huà)框，在保證“Select Matching”復(fù)選框選中的條件下，將“Symbol Reference”項(xiàng)的最后一列，設(shè)置為“Same”，以設(shè)置查找條件。在點(diǎn)擊“Apply”后，圖中所有的CAPPol2被選中，呈高亮顯示，點(diǎn)擊“OK”按鈕，在新窗口“SCH Inspector”中將“Object Specific”中的“Current Footprint”設(shè)置為“RB.1/.2”，那么SCH中所有CAPPol2電容的封裝全部被指定為“RB.1/.2”。

圖5 查找相似對(duì)象

圖6 在Find Similar Objects對(duì)話(huà)框中設(shè)置查找條件

（3） 此外，Altium Designer還提供了“Footprint Manager”（封裝管理器），設(shè)計(jì)者利用它可以一目了然地查看原理圖中用到的所有元器件的標(biāo)號(hào)，在元件庫(kù)中的名稱(chēng)，以及該元件當(dāng)前使用的封裝等信息?？赏ㄟ^(guò)點(diǎn)擊“Tools/Footprint Manager…”調(diào)出該工具。

圖7 在SCH Inspector中設(shè)置要批量修改的參數(shù)

圖8 封裝管理器

3.繪制PCB圖

3.1 繪制PCB圖注意事項(xiàng)和常見(jiàn)問(wèn)題

（1）元器件的導(dǎo)入

原理圖繪制完畢后，新建PCB文件，利用菜單“Design/Import Changes From.*.PrjPCB”將網(wǎng)絡(luò)、元件封裝及電氣模型導(dǎo)入到PCB文件中。在這一步驟中，學(xué)生經(jīng)常出現(xiàn)“Footprint Not Found**”的錯(cuò)誤，原因有二：①?zèng)]有安裝封裝庫(kù)，解決方法是安裝合適的封裝庫(kù)；②原理圖中的元件的封裝名稱(chēng)填寫(xiě)有誤，對(duì)那些使用了用戶(hù)自己繪制的封裝的元件，更要注意其封裝名是否設(shè)置正確。

（2）繪制封裝

對(duì)于封裝庫(kù)中不存在的封裝，我們需要自己繪制。繪制時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：1）封裝的焊盤(pán)編號(hào)一般是從1開(kāi)始的，要和對(duì)應(yīng)元件上的引腳編號(hào)一一對(duì)應(yīng)，并且焊盤(pán)的間距要依據(jù)該元件實(shí)物的各引腳之間的實(shí)際距離進(jìn)行繪制；2）繪制完畢的每個(gè)封裝都必須要設(shè)置其參考點(diǎn)，點(diǎn)擊“Edit/Set Reference…”，選擇其中一種參考方式。如果忘記了設(shè)置參考點(diǎn)，則該元件在PCB圖中無(wú)法定位，更不能移動(dòng)；3）要對(duì)每個(gè)封裝進(jìn)行命名和一些屬性的設(shè)置。如果沒(méi)有對(duì)其命名，則系統(tǒng)會(huì)默認(rèn)其名為“PCB_Componet_1”，假如該封裝庫(kù)中繪制了多個(gè)封裝，且都沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行人為命名，則這些封裝的默認(rèn)名字都是“PCB_Componet_1”，系統(tǒng)就不能將原件與封裝建立正確的關(guān)聯(lián)，元件就無(wú)法成功導(dǎo)入到PCB中。

（3）元器件布局

元器件成功導(dǎo)入后，下一步工作就是布局元器件。如果布局不合理，那么布線時(shí)間就很長(zhǎng)，線繞得較遠(yuǎn)，甚至于無(wú)法成功布線。元件布局時(shí)要綜合考慮信號(hào)流向、元器件的發(fā)熱情況、電路板的抗干擾性等因素。

（4）設(shè)置布線規(guī)則

在布線之前，要先設(shè)置布線規(guī)則和約束條件，“Design”→“Rules…”打開(kāi)PCB規(guī)則與約束編輯窗口。在該窗口中，對(duì)最小安全間距“Clearance”、線寬和布線層等設(shè)定。通過(guò)添加新規(guī)則的方法分別指定各類(lèi)線寬。通常地線最寬，電源線較寬，信號(hào)線次之。對(duì)每類(lèi)線寬要針對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)，比如要對(duì)地線設(shè)置線寬，先從列表中選擇“GND”，然后再設(shè)置地線的線寬。

圖9 選擇要設(shè)置其線寬的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)

另外，還要通過(guò)調(diào)整“Edit Rule Priorities”窗口中的布線規(guī)則的位置來(lái)確定各類(lèi)線寬的優(yōu)先級(jí)。

圖10 設(shè)置布線線寬的優(yōu)先級(jí)

（5）布線及規(guī)則檢測(cè)

對(duì)于較復(fù)雜的電路，通常采用手工布線與系統(tǒng)自動(dòng)布線相互結(jié)合的方式。而初學(xué)者往往過(guò)于依賴(lài)自動(dòng)布線，這是不可取的，手動(dòng)布線是電路板設(shè)計(jì)的一個(gè)重要過(guò)程，是對(duì)自動(dòng)布線結(jié)果的修改和優(yōu)化。另外，在布線完畢后，運(yùn)行DRC規(guī)則檢測(cè)，查看布線結(jié)果與布線規(guī)則是否存在沖突。如果有規(guī)則沖突，就要重新布局和布線，直到?jīng)]有任何沖突為止。

3.2 PCB圖設(shè)計(jì)時(shí)常用的工具和技巧

（1）快速查找某一元器件

在PCB圖中，同時(shí)按下J鍵和C鍵，在彈出的“Componet Designator”窗口中，輸入要查找的元器件編號(hào)（designator），則鼠標(biāo)會(huì)自動(dòng)快速定位到該元器件上,利用此方法可快速定位要查找的元器件。尤其是對(duì)于元件較多的PCB圖，這種方法可大大提高設(shè)計(jì)效率。

（2）PCB界面中實(shí)時(shí)提供了鼠標(biāo)所在位置的坐標(biāo)（x，y）和鼠標(biāo)移動(dòng)的水平相對(duì)距離dx和垂直相對(duì)距離dy，可利用它們來(lái)方便地查看元件大小和設(shè)置電路板的尺寸。

圖11 實(shí)時(shí)查看鼠標(biāo)的當(dāng)前坐標(biāo)和鼠標(biāo)移動(dòng)的相對(duì)距離

(3)批量修改PCB圖中元器件的屬性

在PCB圖中，可利用“Find Similar Objects…”和“PCB Inspector”，根據(jù)設(shè)計(jì)人員指定的條件對(duì)某些元器件的屬性進(jìn)行批量修改。

(4)和原理圖類(lèi)似，PCB界面下方也提供了個(gè)性化菜單，使用戶(hù)隨時(shí)可以在各個(gè)界面之間進(jìn)行切換。

4.原理圖、封裝與PCB圖的同步更新

在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中，有時(shí)設(shè)計(jì)人員對(duì)原理圖、電路板的某些參數(shù)或?qū)傩赃M(jìn)行了修改，如元件的標(biāo)號(hào)、封裝等，或修改了元件庫(kù)或封裝庫(kù)，可通過(guò)以下方式將這些修改反映到電路板或原理圖中去，大大提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率。

（1）PCB→SCH的更新

如果PCB設(shè)計(jì)完成后，才發(fā)現(xiàn)原理圖有問(wèn)題。待對(duì)原理圖修改之后，可調(diào)用原理圖菜單中的“Design/Update PCB Document**.PcbDoc”命令將這種修改更新到對(duì)應(yīng)的PCB圖中，而無(wú)需對(duì)之前的PCB做太大改動(dòng)。

（2）SCH→PCB的更新

反之，如果修改了PCB圖，可點(diǎn)擊PCB編輯界面中菜單“Design/Upadate Schematicsin**.PrjPcb”來(lái)同步更新SCH圖。

（3）庫(kù)元件→SCH的更新

當(dāng)用戶(hù)繪制的庫(kù)元件被重新編輯后，要對(duì)使用了該封裝的SCH圖更新。在庫(kù)元件的編輯界面中點(diǎn)擊“Tools/Update Schematics”，來(lái)更新SCH圖，使之采用修改之后的庫(kù)元件。

（4）封裝→PCB的更新

當(dāng)用戶(hù)繪制的封裝被重新編輯修改后，要對(duì)使用了該封裝的PCB圖更新。在封裝的編輯界面中，點(diǎn)擊“Tools/Update Pcb With Current Footprint”，來(lái)更新PCB，使之采用修改之后的封裝。

5.結(jié)束語(yǔ)

Altium Designer winter 09是一款較新的電路板設(shè)計(jì)工具，能夠極大地提高設(shè)計(jì)的效率和品質(zhì)。以上是筆者在實(shí)踐教學(xué)中總結(jié)出來(lái)的一些經(jīng)驗(yàn)，涵蓋了學(xué)生在學(xué)習(xí)使用該軟件設(shè)計(jì)印刷電路板過(guò)程中的注意事項(xiàng)、常見(jiàn)問(wèn)題解析，大大縮短了學(xué)生學(xué)習(xí)該軟件需要的時(shí)間。當(dāng)然，設(shè)計(jì)印刷電路板是實(shí)踐性很強(qiáng)的工作，只有長(zhǎng)期不斷地練習(xí)才能真正掌握其設(shè)計(jì)技巧和精髓。

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